土木工程材料第三章水泥.pptx
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1、第三章第三章 水水 泥泥 3.3.水泥水泥 水泥是一種良好的礦物膠凝材料,它與石灰、水泥是一種良好的礦物膠凝材料,它與石灰、石膏、水玻璃等氣硬性膠凝材料不同,不僅能在石膏、水玻璃等氣硬性膠凝材料不同,不僅能在空氣中硬化,而且在水中能更好地硬化,并保持空氣中硬化,而且在水中能更好地硬化,并保持和發(fā)展其強度,因此,水泥是一種水硬性膠凝材和發(fā)展其強度,因此,水泥是一種水硬性膠凝材料。料。水泥是制造各種形式的混凝土、鋼筋混凝土水泥是制造各種形式的混凝土、鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土構(gòu)筑物的最基本的組成材料,和預應力鋼筋混凝土構(gòu)筑物的最基本的組成材料,廣泛用于廣泛用于 建筑、道路、水利和國防工程中,素建
2、筑、道路、水利和國防工程中,素有有“建筑業(yè)的糧食建筑業(yè)的糧食”之稱。之稱。水泥的品種很多,按化學成分可分為硅酸鹽、水泥的品種很多,按化學成分可分為硅酸鹽、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽等多種系列水泥,本章主要介鋁酸鹽、硫鋁酸鹽等多種系列水泥,本章主要介紹應用最廣的硅酸鹽系列水泥。硅酸鹽系列水泥紹應用最廣的硅酸鹽系列水泥。硅酸鹽系列水泥按其性能和用途按其性能和用途.硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥普通水泥普通水泥礦渣水泥礦渣水泥常用水泥火山灰水泥常用水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥硅酸鹽系列水泥復合水泥硅酸鹽系列水泥復合水泥特種水泥特種水泥 3.1 3.1 常用水泥常用水泥 3.1.1 3.1.1 常用水泥的生產(chǎn)常用水
3、泥的生產(chǎn) 3.1.1.1 3.1.1.1 水泥熟料的燒成水泥熟料的燒成 燒制硅酸鹽水泥熟料的原材料主要是提供燒制硅酸鹽水泥熟料的原材料主要是提供CaOCaO的石灰質(zhì)原料,如石灰石、白堊等,及提供的石灰質(zhì)原料,如石灰石、白堊等,及提供Si0Si02 2、AlAl2 2O O3 3和少量和少量FeFe2 2O O3 3的粘土質(zhì)原料,如粘土、頁巖等。的粘土質(zhì)原料,如粘土、頁巖等。此外,有時還配入鐵礦粉等輔助原料。將上述幾此外,有時還配入鐵礦粉等輔助原料。將上述幾種原材料按適當比例混合后在磨機中磨細,制成種原材料按適當比例混合后在磨機中磨細,制成生料,再將生料入窯進行煅燒,便燒制成黑色球生料,再將生料
4、入窯進行煅燒,便燒制成黑色球狀的水泥熟料。狀的水泥熟料。硅酸鹽水泥熟料主要由四種礦物組成,其名硅酸鹽水泥熟料主要由四種礦物組成,其名稱、含量范圍如下:稱、含量范圍如下:硅酸三鈣硅酸三鈣(3CaOSi0(3CaOSi02 2,簡寫為,簡寫為C C3 3S)S),含量,含量36366060;硅酸二鈣硅酸二鈣(2CaOSi0(2CaOSi02 2,簡寫為,簡寫為C C2 2S)S),含量,含量15153737;鋁酸三鈣鋁酸三鈣(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3,簡寫為,簡寫為C C3 3A)A),含量,含量7 71515;鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣(4CaOAl(4CaOAl2 2O O3 3
5、FeFe2 2O O3 3,簡寫為,簡寫為C C4 4AF)AF),含量,含量10101818。前兩種礦物稱硅酸鹽礦物,一般占總量的前兩種礦物稱硅酸鹽礦物,一般占總量的75758282。3.1.1.2 3.1.1.2 磨制水泥成品磨制水泥成品 磨制水泥成品時的原材料包括水泥熟料、石膏磨制水泥成品時的原材料包括水泥熟料、石膏和混合材料。和混合材料。用于水泥中的石膏一般是二水石膏或無水石膏。用于水泥中的石膏一般是二水石膏或無水石膏。用于水泥中的混合材料分為活性混合材料和非用于水泥中的混合材料分為活性混合材料和非活性混合材料兩大類。活性混合材料兩大類?;钚曰旌喜牧鲜侵改切┡c石灰、石膏一起,活性混合材
6、料是指那些與石灰、石膏一起,加水拌和后能形成水硬性膠凝材料的混合材料。加水拌和后能形成水硬性膠凝材料的混合材料?;钚曰旌喜牧现械闹饕钚猿煞质腔钚匝趸韬突钚曰旌喜牧现械闹饕钚猿煞质腔钚匝趸韬突钚匝趸X。水泥生產(chǎn)中常用的活性混合材料有活性氧化鋁。水泥生產(chǎn)中常用的活性混合材料有?;郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料和粉煤灰等。粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材料和粉煤灰等。非活性混合材料是指不具活性或活性甚低的非活性混合材料是指不具活性或活性甚低的人工或天然的礦物質(zhì),如石英砂、石灰石、粘土人工或天然的礦物質(zhì),如石英砂、石灰石、粘土及不符合質(zhì)量標準的活性混合材料等。它們摻入及不符合質(zhì)量標準的活性混合材料等。
7、它們摻入水泥中僅起調(diào)節(jié)水泥性質(zhì),降低水化熱,降低強水泥中僅起調(diào)節(jié)水泥性質(zhì),降低水化熱,降低強度等級和增加產(chǎn)量的作用。度等級和增加產(chǎn)量的作用。把水泥熟料、適量石膏,分別和不同種類、把水泥熟料、適量石膏,分別和不同種類、數(shù)量的混合材料,混合在一起磨細,即可制成如數(shù)量的混合材料,混合在一起磨細,即可制成如下六大種常用水泥:下六大種常用水泥:(1)(1)硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟料,由硅酸鹽水泥熟料,0 05 5石灰石或粒化高爐礦渣及適量石膏組成。分成石灰石或粒化高爐礦渣及適量石膏組成。分成兩種類型,不摻混合材料的為兩種類型,不摻混合材料的為I I型型(PI)(PI),摻不,摻不超過水泥質(zhì)量
8、超過水泥質(zhì)量5 5石灰石或?;郀t礦渣混合材石灰石或?;郀t礦渣混合材料的為料的為型型(P)(P)。(2)(2)普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟料,由硅酸鹽水泥熟料,6 61515混合材料混合材料(活性混合材料的最大摻量不活性混合材料的最大摻量不得超過得超過15 915 95 5,其中允許用不超過水泥質(zhì)量,其中允許用不超過水泥質(zhì)量5 5的窯灰或不超過水泥質(zhì)量的窯灰或不超過水泥質(zhì)量1010的非活性混合材料;的非活性混合材料;摻非活性混合材料時,最大摻量不超過水泥質(zhì)量摻非活性混合材料時,最大摻量不超過水泥質(zhì)量的的1010),及適量石膏組成。,及適量石膏組成。(3)(3)礦渣硅酸鹽水泥礦
9、渣硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟料,由硅酸鹽水泥熟料,20207070的?;郀t礦渣和適量石膏組成。的?;郀t礦渣和適量石膏組成。(4)(4)火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟由硅酸鹽水泥熟料,料,20205050火山灰質(zhì)混合材料和適量石膏組火山灰質(zhì)混合材料和適量石膏組成。成。(5)(5)粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟料,由硅酸鹽水泥熟料,20204040粉煤灰和適量石膏組成。粉煤灰和適量石膏組成。(6)(6)復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥 由硅酸鹽水泥熟料,由硅酸鹽水泥熟料,15155050的兩種或兩種以上混合材料和適量石的兩種或兩種以上混合材料和適量石膏組成。
10、膏組成。3.1.2 3.1.2 常用水泥的特性常用水泥的特性3.1.2.13.1.2.1硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥 硅酸鹽水泥中即使有混合材料,摻量也很少,硅酸鹽水泥中即使有混合材料,摻量也很少,因此硅酸鹽水泥的特性基本上為水泥熟料所確定。因此硅酸鹽水泥的特性基本上為水泥熟料所確定。(1)(1)水化凝結(jié)硬化快,強度高,尤其早期強度水化凝結(jié)硬化快,強度高,尤其早期強度高高 硅酸鹽水泥熟料中各礦物單獨與水作用,將發(fā)硅酸鹽水泥熟料中各礦物單獨與水作用,將發(fā)生如下水化反應:生如下水化反應:水化硅酸鈣水化硅酸鈣 氫氧化鈣氫氧化鈣 水化鋁酸三鈣水化鋁酸三鈣 水化鐵酸鈣水化鐵酸鈣 22222)(3336)3(2O
11、HCaOHSiOCaOOHSiOCaO22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374 水泥加水拌和后,分散在水中的水泥顆粒開水泥加水拌和后,分散在水中的水泥顆粒開始與水發(fā)生水化反應,在水泥顆粒表面逐漸形成始與水發(fā)生水化反應,在水泥顆粒表面逐漸形成水化物膜層,此階段的水泥漿既有可塑性又有流水化物膜層,此階段的水泥漿既有可塑性又有流動性。隨著水化反應的發(fā)展,膜層長厚并互相連動性。隨著水化反應的發(fā)展,膜層長厚并互相連接,漿體逐漸失去流動性,
12、產(chǎn)生接,漿體逐漸失去流動性,產(chǎn)生“初凝初凝”,繼,繼 而而完全失去可塑性,并開始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強度,即為完全失去可塑性,并開始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強度,即為“終凝終凝”。水化反應的進一步發(fā)展,水化產(chǎn)物不斷填充毛水化反應的進一步發(fā)展,水化產(chǎn)物不斷填充毛細孔,水泥漿體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤姸鹊乃嗍毧?,水泥漿體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤姸鹊乃嗍腆w,即為固體,即為“硬化硬化”。硅酸鹽水泥熟料四種主要礦。硅酸鹽水泥熟料四種主要礦物中,物中,C C3 3A A的水化、凝結(jié)和硬化很快。為了控制的水化、凝結(jié)和硬化很快。為了控制C C3 3A A的水化和凝結(jié)硬化速度,就必須在水泥中摻入適量的水化和凝結(jié)硬化速度,就必須在水泥中摻入
13、適量石膏。石膏。C C3 3A A水化后的產(chǎn)物將與石膏反應,在水泥顆水化后的產(chǎn)物將與石膏反應,在水泥顆粒 表 面 生 成 難 溶 于 水 的 鈣 礬 石粒 表 面 生 成 難 溶 于 水 的 鈣 礬 石(3CaOSiO(3CaOSiO2 23CAS03CAS04 431H31H2 2O)O),阻礙,阻礙C C3 3A A水化,從水化,從而起到延緩水泥凝結(jié)的作用。而起到延緩水泥凝結(jié)的作用。不過,石膏摻量不能過多,否則會使水泥漿不過,石膏摻量不能過多,否則會使水泥漿在硬化后繼續(xù)生成過氧鈣礬石而造成的水泥的體積在硬化后繼續(xù)生成過氧鈣礬石而造成的水泥的體積安定性不良。安定性不良。硅酸鹽水泥中硅酸鹽水泥
14、中C C3 3S S的含量高,有利于的含量高,有利于28d28d內(nèi)的內(nèi)的強度快速增長,同時較多的強度快速增長,同時較多的C C3 3A A也有益于水泥石也有益于水泥石1 13d3d或稍長時間內(nèi)的強度增長。或稍長時間內(nèi)的強度增長。C C2 2S S的強度發(fā)揮有益的強度發(fā)揮有益于硅酸鹽水泥后期強度的增長。因此,硅酸鹽水泥于硅酸鹽水泥后期強度的增長。因此,硅酸鹽水泥適宜配制高強混凝土及適用于要求早期強度高的混適宜配制高強混凝土及適用于要求早期強度高的混凝土。凝土。(2)(2)水化熱大水化熱大 水泥的水化反應為放熱反應,水化過程放出的水泥的水化反應為放熱反應,水化過程放出的熱量稱為水泥的水化熱。硅酸鹽
15、水泥的熱量稱為水泥的水化熱。硅酸鹽水泥的C C3 3S S和和C C3 3A A含含量高,水化熱大,放熱周期長,一般水化量高,水化熱大,放熱周期長,一般水化3d3d的放的放熱量約為總水化熱的熱量約為總水化熱的5050,7d7d為為7575,3 3個月達個月達9090。硅酸鹽水泥不宜在大體積工程中應用。硅酸鹽水泥不宜在大體積工程中應用。(3)(3)耐腐蝕性差耐腐蝕性差 硅酸鹽水泥硬化后,在一般使用條件下有較硅酸鹽水泥硬化后,在一般使用條件下有較高的耐久性。可是,在淡水、酸與酸性水和硫酸高的耐久性??墒牵诘?、酸與酸性水和硫酸鹽溶液等有害的環(huán)境介質(zhì)中,則會發(fā)生各種物理鹽溶液等有害的環(huán)境介質(zhì)中,則
16、會發(fā)生各種物理化學作用,導致性能改變,強度降低,甚至破壞?;瘜W作用,導致性能改變,強度降低,甚至破壞。引起整個工程結(jié)構(gòu)的破壞。引起整個工程結(jié)構(gòu)的破壞。如果水泥石長期處于流水或壓力流水作用下,如果水泥石長期處于流水或壓力流水作用下,水泥石中的氫氧化鈣就會不斷溶出流失,氫氧化水泥石中的氫氧化鈣就會不斷溶出流失,氫氧化鈣減少到一定程度,會促使水泥石堿度不斷降低,鈣減少到一定程度,會促使水泥石堿度不斷降低,其他水化產(chǎn)物將分解或被溶解,從而膠結(jié)能力降其他水化產(chǎn)物將分解或被溶解,從而膠結(jié)能力降低,強度不斷下降,最終使水泥石發(fā)生破壞。低,強度不斷下降,最終使水泥石發(fā)生破壞。水泥石處于含有大量鎂鹽的海水或地下
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