土木工程材料第三章水泥.pptx
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1、第第三三章章 水水 泥泥第一页,共57页。3.水泥 水泥是一种良好的矿物胶凝材料,它与石灰、石膏、水玻璃等气硬性胶凝材料不同,不仅能在空气(kngq)中硬化,而且在水中能更好地硬化,并保持和发展其强度,因此,水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构筑物的最基本的组成材料,广泛用于 建筑、道路、水利和国防工程中,素有“建筑业的粮食”之称。第二页,共57页。水水泥泥的的品品种种很很多多,按按化化学学成成分分可可分分为为(fn(fn wi)wi)硅硅酸酸盐盐、铝铝酸酸盐盐、硫硫铝铝酸酸盐盐等等多多种种系系列列水水泥泥,本本章章主主要要介介绍绍应应用用最最广
2、广的的硅硅酸酸盐盐系系列列水水泥泥。硅硅酸酸盐盐系系列列水水泥泥按按其性能和用途其性能和用途.硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)(shun)普通水泥普通水泥(shun)(shun)矿渣水泥矿渣水泥(shun)(shun)常用水泥常用水泥(shun)(shun)火山灰水泥火山灰水泥(shun)(shun)粉煤灰水泥粉煤灰水泥(shun)(shun)硅酸盐系列水泥硅酸盐系列水泥(shun)(shun)复合水泥复合水泥(shun)(shun)特种水泥特种水泥(shun)(shun)第三页,共57页。3.1 常用水泥 3.1.1 常用水泥的生产(shngchn)3.1.1.1 水泥熟料的烧成 烧制硅酸盐
3、水泥熟料的原材料主要是提供CaO的石灰质原料,如石灰石、白垩等,及提供Si02、Al2O3和少量Fe2O3的粘土质原料,如粘土、页岩等。此外,有时还配入铁矿粉等辅助原料。将上述几种原材料按适当比例混合后在磨机中磨细,制成生料,再将生料入窑进行煅烧,便烧制成黑色球状的水泥熟料。第四页,共57页。硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料主主要要由由四四种种矿矿物物组组成成,其其名名称、含量范围称、含量范围(fnwi)(fnwi)如下:如下:硅硅酸酸三三钙钙(3CaOSi02(3CaOSi02,简简写写为为C3S)C3S),含含量量36366060;硅硅酸酸二二钙钙(2CaOSi02(2CaOSi02,简简写写
4、为为C2S)C2S),含含量量15153737;铝铝酸酸三三钙钙(3CaOAl2O3(3CaOAl2O3,简简写写为为C3A)C3A),含含量量7 71515;铁铁铝铝酸酸四四钙钙(4CaOAl2O3Fe2O3(4CaOAl2O3Fe2O3,简简写写为为C4AF)C4AF),含量,含量10101818。前前两两种种矿矿物物称称硅硅酸酸盐盐矿矿物物,一一般般占占总总量量的的75758282 。第五页,共57页。3.1.1.2 磨制水泥成品 磨制水泥成品时的原材料包括水泥熟料、石膏(shgo)和混合材料。用于水泥中的石膏(shgo)一般是二水石膏(shgo)或无水石膏(shgo)。用于水泥中的混合
5、材料分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。第六页,共57页。活活性性混混合合材材料料是是指指那那些些与与石石灰灰、石石膏膏一一起起,加加水水拌拌和和后后能能形形成成水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料的的混混合合材材料料。活活性性混混合合材材料料中中的的主主要要(zhyo)(zhyo)活活性性成成分分是是活活性性氧氧化化硅硅和和活活性性氧氧化化铝铝。水水泥泥生生产产中中常常用用的的活活性性混混合合材材料料有有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。第七页,共57页。非非活活性性混混合合材材料料是是指指不不具具活活性性或或活活性性甚甚低低的的人人工工或或天天
6、然然的的矿矿物物质质,如如石石英英砂砂、石石灰灰石石、粘粘土土(zhn t)及及不不符符合合质质量量标标准准的的活活性性混混合合材材料料等等。它它们们掺掺入入水水泥泥中中仅仅起起调调节节水水泥泥性性质质,降降低低水水化化热热,降降低强度等级和增加产量的作用。低强度等级和增加产量的作用。第八页,共57页。把把水水泥泥熟熟料料、适适量量石石膏膏,分分别别和和不不同同种种类类、数数量量的的混混合合材材料料,混混合合在在一一起起磨磨细细,即即可可制制成成如如下六大种常用水泥:下六大种常用水泥:(1)(1)硅硅酸酸盐盐水水泥泥 由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料,0 05 5石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉
7、炉(gol)(gol)矿矿渣渣及及适适量量石石膏膏组组成成。分分成成两两种种类类型型,不不掺掺混混合合材材料料的的为为I I型型(PI)(PI),掺掺不不超超过过水水泥泥质质量量5 5石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉(gol)(gol)矿渣混合材料的为矿渣混合材料的为型型(P)(P)。第九页,共57页。(2)(2)普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥 由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料,6 61515混混合合材材料料(活活性性混混合合材材料料的的最最大大掺掺量量不不得得超超过过15 15 9 95 5,其其中中允允许许用用不不超超过过水水泥泥质质量量5 5的的窑窑灰灰或或不不超超过过水水泥泥质质量量10
8、10的的非非活活性性混混合合材材料料;掺掺非非活活性性混混合合材材料料时时,最最大大掺掺量量不不超超过过水水泥泥质质量量的的1010),及及适量石膏组成适量石膏组成(z chn)(z chn)。(3)(3)矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥 由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料,20207070的粒化高炉矿渣和适量石膏组成的粒化高炉矿渣和适量石膏组成(z chn)(z chn)。第十页,共57页。(4)(4)火火山山灰灰质质硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)熟熟料料,20205050火火山山灰灰质质混混合合材材料料和和适适量石膏组成。量石膏组成。
9、(5)(5)粉粉煤煤灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)熟料,熟料,20204040粉煤灰和适量石膏组成。粉煤灰和适量石膏组成。(6)(6)复复合合硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥(shun)(shun)熟熟料料,15155050的的两两种种或或两两种种以以上上混混合合材材料和适量石膏组成。料和适量石膏组成。第十一页,共57页。3.1.2 3.1.2 常用水泥的特性常用水泥的特性 硅硅酸酸盐盐水水泥泥中中即即使使有有混混合合材材料料,掺掺量量也也很很少少,因因此此硅酸盐水泥的特性基本上为水泥熟料所确
10、定硅酸盐水泥的特性基本上为水泥熟料所确定(qudng)(qudng)。(1)(1)水化凝结硬化快,强度高,尤其早期强度高水化凝结硬化快,强度高,尤其早期强度高第十二页,共57页。硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料中中各各矿矿物物单单独独(dnd)(dnd)与与水水作作用用,将发生如下水化反应:将发生如下水化反应:水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 水化铁酸钙水化铁酸钙 第十三页,共57页。水水泥泥(shun)(shun)加加水水拌拌和和后后,分分散散在在水水中中的的水水泥泥(shun)(shun)颗颗 粒粒 开开 始始 与与 水水 发发 生生 水水 化化 反反 应应,在
11、在 水水 泥泥(shun)(shun)颗颗粒粒表表面面逐逐渐渐形形成成水水化化物物膜膜层层,此此阶阶段段的的水水泥泥(shun)(shun)浆浆既既有有可可塑塑性性又又有有流流动动性性。随随着着水水化化反反应应的的发发展展,膜膜层层长长厚厚并并互互相相连连接接,浆浆体体逐逐渐渐失失去去流流动动性性,产产生生“初初凝凝”,继继 而而完完全全失失去去可可塑塑性性,并并开开始始产产生生结结构强度,即为构强度,即为“终凝终凝”。第十四页,共57页。水水化化反反应应的的进进一一步步发发展展,水水化化产产物物不不断断填填充充毛毛细细孔孔,水水泥泥浆浆体体逐逐渐渐转转变变为为具具有有一一定定强强度度的的水水
12、泥泥石石固固体体(gt)(gt),即即为为“硬硬化化”。硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料四四种种主主要要矿矿物物中中,C3AC3A的的水水化化、凝凝结结和和硬硬化化很很快快。为为了了控控制制C3AC3A的的水水化化和和凝凝结结硬硬化化速速度度,就就必必须须在在水水泥泥中中掺掺入入适适量量石石膏膏。C3AC3A水水化化后后的的产产物物将将与与石石膏膏反反应应,在在 水水 泥泥 颗颗 粒粒 表表 面面 生生 成成 难难 溶溶 于于 水水 的的 钙钙 矾矾 石石(3CaOSiO23CAS0431H2O)(3CaOSiO23CAS0431H2O),阻阻碍碍C3AC3A水水化化,从从而起到延缓水泥凝结的作用
13、。而起到延缓水泥凝结的作用。第十五页,共57页。不不过过,石石膏膏掺掺量量不不能能过过多多,否否则则会会使使水水泥泥浆浆在在硬硬化化后后继继续续生生成成过过氧氧钙钙矾矾石石而而造造成成的的水水泥泥的的体体积积安安定性不良。定性不良。硅硅酸酸盐盐水水泥泥中中C3SC3S的的含含量量高高,有有利利于于28d28d内内的的强强度度快快速速增增长长,同同时时较较多多的的C3AC3A也也有有益益于于水水泥泥石石1 13d3d或或稍稍长长时时间间内内的的强强度度增增长长。C2SC2S的的强强度度发发挥挥有有益益于于硅硅酸酸盐盐水水泥泥后后期期(huq)(huq)强强度度的的增增长长。因因此此,硅硅酸酸盐盐
14、水水泥泥适适宜宜配配制制高高强强混混凝凝土土及及适适用用于于要要求求早早期期强强度度高高的的混凝土。混凝土。第十六页,共57页。(2)水化热大 水泥(shun)的水化反应为放热反应,水化过程放出的热量称为水泥(shun)的水化热。硅酸盐水泥(shun)的C3S和C3A含量高,水化热大,放热周期长,一般水化3d的放热量约为总水化热的50,7d为75,3个月达90。硅酸盐水泥(shun)不宜在大体积工程中应用。第十七页,共57页。(3)耐腐蚀性差 硅酸盐水泥硬化后,在一般使用条件下有较高的耐久性。可是,在淡水、酸与酸性水和硫酸盐溶液等有害的环境介质中,则会发生各种物理化学作用,导致性能改变,强度降
15、低(jingd),甚至破坏。引起整个工程结构的破坏。第十八页,共57页。如如果果水水泥泥石石长长期期处处于于流流水水或或压压力力流流水水作作用用下下,水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙就就会会不不断断溶溶出出流流失失,氢氢氧氧化化钙钙减减少少到到一一定定程程度度,会会促促使使水水泥泥石石碱碱度度不不断断降降低低,其其他他水水化化产产物物将将分分解解或或被被溶溶解解,从从而而(cng(cng r)r)胶胶结结能能力力降降低低,强强度度不断下降,最终使水泥石发生破坏。不断下降,最终使水泥石发生破坏。第十九页,共57页。水水泥泥石石处处于于含含有有大大量量镁镁盐盐的的海海水水或或地地下下水水中中,
16、镁镁盐盐会会与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙反反应应,生生成成松松软软无无胶胶凝凝力力的的氢氢氧氧化化镁镁,而而且且氢氢氧氧化化镁镁溶溶液液碱碱度度低低,导导致致水水化化产产物物不不稳稳定定而而离离解解,严严重重(ynzhng)(ynzhng)时时Mg2+Mg2+还还将将置置换换水水泥泥石石水水化化硅硅酸酸钙钙中中的的Ca2+Ca2+,使使之之胶胶凝凝性性能能极极大大地地降降低低。又又如如,工工业业废废水水或或地地下下水水中中的的各各类类无无机机酸酸或或有有机机酸酸,会会与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙发发生生反反应应,生生成成物物溶溶于于水水使使钙离子流失,水化产物稳定性下降
17、。钙离子流失,水化产物稳定性下降。第二十页,共57页。水水泥泥石石受受侵侵蚀蚀破破坏坏(phui)(phui)的的另另一一种种典典型型现现象象,是是水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙与与环环境境介介质质中中的的硫硫酸酸盐盐发发生生反反应应,生生成成硫硫酸酸钙钙,硫硫酸酸钙钙将将和和水水泥泥石石中中的的水水化化铝铝酸酸钙钙反反应应生生成成钙钙矾矾石石,钙钙矾矾石石比比原原体体积积增增加加1.51.5倍倍以以上上,因此会对水泥石造成极大的膨胀破坏因此会对水泥石造成极大的膨胀破坏(phui)(phui)作用。作用。第二十一页,共57页。产产生生水水泥泥石石腐腐蚀蚀的的根根本本原原因因:外外部部是是
18、存存在在侵侵蚀蚀介介质质;内内部部是是因因为为水水泥泥石石中中存存在在易易被被腐腐蚀蚀的的氢氢氧氧化化钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙,以以及及水水泥泥石石本本身身不不密密实实(m(m shi)shi),存存在在很很多多侵侵蚀蚀性性介介质质易易于于进进入入内内部部的的毛毛细细孔孔道道。从从而而使使Ca2+Ca2+流流失失,水水泥泥石石受受损损,胶胶结结力力降降低低;或或者者有膨胀性产物形成,引起胀裂破坏现象。有膨胀性产物形成,引起胀裂破坏现象。因因此此抗抗侵侵蚀蚀性性差差,不不宜宜在在有有腐腐蚀蚀性性介介质质的的环环境境中使用。中使用。第二十二页,共57页。(4)抗冻性好,干缩小 硅酸盐水泥中混合
19、材料的含量或为零或极少,同样强度(qingd)下所需水灰比较小,所以硅酸盐水泥硬化水泥石较致密,抗冻性优于其它常用水泥,干缩也较小。(5)耐热性差 硅酸盐水泥硬化水泥石的主要水化产物在高温下会发生脱水和分解,使结构遭到破坏。所以,其耐高温性较其它几种水泥差。第二十三页,共57页。3.1.2.2 3.1.2.2 普通水泥普通水泥 普普通通水水泥泥中中混混合合材材料料的的掺掺加加量量较较少少,其其矿矿物物组组成成(z(z chn)chn)的的比比例例仍仍与与硅硅酸酸盐盐水水泥泥相相似似,所所以以普普通通水水泥泥的的性性能能、应应用用范范围围与与同同强强度度等等级级的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥相相近近。
20、与与硅硅酸酸盐盐水水泥泥相相比比,普普通通水水泥泥的的早早期期凝凝结结硬硬化化速速度度略略微微慢慢些些,3d3d强强度度稍稍低低,其其它它如如抗抗冻冻性性及及耐耐磨磨性性等等也也稍稍差差些。些。第二十四页,共57页。3.1.2.2 3.1.2.2 矿渣水泥矿渣水泥 (1)(1)矿矿渣渣水水泥泥加加水水后后的的水水化化分分两两步步进进行行(jnxng)(jnxng):首首先先是是水水泥泥熟熟料料颗颗粒粒水水化化,接接着着矿矿渣渣受受熟熟料料水水化化时时析析出出的的Ca(OH)2Ca(OH)2及及外外掺掺石石膏膏的的激激发发,其其玻玻璃璃体体中中的的活活性性氧氧化化硅硅和和活活性性氧氧化化铝铝进进
21、入入溶溶液液,与与Ca(OH)2Ca(OH)2反反应应生生成成新新的的水水化化硅硅酸酸钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙,因因为为石石膏膏存存在在,还还生生成成水化硫铝酸钙。水化硫铝酸钙。第二十五页,共57页。由由于于矿矿渣渣水水泥泥中中熟熟料料的的含含量量相相对对减减少少,而而且且水水化化分分两两步步进进行行,因因此此凝凝结结硬硬化化慢慢,早早期期(3d(3d,7d)7d)强强度度低低。但但二二次次反反应应后后生生成成的的水水化化硅硅酸酸钙钙凝凝胶胶逐逐渐渐增增多多(zn(zn du)du),所所以以其其后后期期(28d(28d后后)强强度度发发展展较较快快,将将赶赶上上甚甚至至超超过过硅硅酸酸盐
22、盐水水泥泥。该该水水泥泥不不宜宜用用于于早早期强度要求较高的工程。期强度要求较高的工程。第二十六页,共57页。(2)(2)水化热小水化热小 矿矿渣渣水水泥泥中中熟熟料料的的减减少少,使使水水化化时时发发热热量量高高的的C3SC3S和和C3AC3A含含量量相相对对减减少少,故故水水化化热热较较低低,可可在在大大体体积积混混凝凝土工程中优先选用。土工程中优先选用。(3)(3)抗碳化能力较差抗碳化能力较差 由由于于二二次次水水化化反反应应的的发发生生(fshng)(fshng),使使水水泥泥石石中中氢氢氧氧化化物物含含量量少少,碱碱度度低低,抗抗碳碳化化能能力力较较差差。一一般般不不用于热处理车间的
23、修建。用于热处理车间的修建。第二十七页,共57页。(4)(4)抗渗性差抗渗性差 干缩性较大干缩性较大 矿矿渣渣颗颗粒粒亲亲水水性性较较小小,故故矿矿渣渣水水泥泥保保水水性性较较差差,泌泌水水性性较较大大,容容易易在在水水泥泥石石内内部部形形成成(xngchng)(xngchng)毛毛细细通通道道,增增加加水水分分蒸蒸发发。因因此此,矿矿渣渣水水泥泥干干缩缩性性较较大大,抗抗渗渗性性、抗抗冻冻性性和和抗抗干干湿湿交交替替作作用用的的性性能能均均较较差差,不不宜宜用用于于有有抗抗渗渗要要求求的的混混凝凝土土工工程程中中。不不宜宜用用于严寒地区,尤其是严寒地区水位经常变动的部位。于严寒地区,尤其是严
24、寒地区水位经常变动的部位。第二十八页,共57页。(5)(5)耐热性好耐热性好 矿矿渣渣水水泥泥的的水水化化产产物物中中氢氢氧氧化化钙钙含含量量低低,而而且且矿矿渣渣本本身身是是水水泥泥的的耐耐火火掺掺料料,因因此此其其耐耐热热性性较较好;可用于高温环境及耐热混凝土工程中。好;可用于高温环境及耐热混凝土工程中。(6)(6)对对环环境境的的温温度度、湿湿度度条条件件(tiojin)(tiojin)较较为为敏感敏感 矿矿渣渣水水泥泥水水化化硬硬化化过过程程中中,对对环环境境的的温温度度、湿湿度度条条件件(tiojin)(tiojin)较较为为敏敏感感。故故适适于于蒸蒸汽汽养养护护的混凝土预制构件。的
25、混凝土预制构件。第二十九页,共57页。3.1.2.4 3.1.2.4 火山灰水泥火山灰水泥(shun)(shun)由由于于火火山山灰灰水水泥泥(shun)(shun)在在硬硬化化过过程程中中的的干干缩缩较较矿矿渣渣水水泥泥(shun)(shun)更更为为显显著著,在在干干热热环环境境中中易易产产生生干干缩缩裂裂缝缝。因因此此,使使用用时时须须加加强强养养护护,使使其其在在较较长长时时间间内内保保持持潮潮湿湿状状态态。不不宜宜用用于于长长期期处处于于干燥环境和水位变化区的混凝土工程。干燥环境和水位变化区的混凝土工程。火火山山灰灰水水泥泥(shun)(shun)颗颗粒粒较较细细,泌泌水水性性小小,
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