无机胶胶凝材料水泥教学课件PPT.ppt

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1、第三章 无机胶凝材料3.4水 泥水泥的特点和适用范围水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。3.4.1水泥的分类按性能和用途分水 泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等3.4.2 硅酸盐水泥通用水泥3.4.2硅酸盐水泥 1、硅

2、酸盐水泥的原材料和生产工艺硅酸盐水泥的原材料 生产硅酸盐水泥熟料的原材料 石灰质原料：天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。其主要化学成分为CaO，占占2/3。粘土质原料：主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。占占1/3。校正材料：有铁质和硅质校正材料。主要材料有铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转

3、窑生产两种；硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺石灰石粘 土铁矿粉生 料石 膏硅酸盐水泥混合材料熟 料按比例混合磨细13501450煅烧磨细1、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺水泥生料煅烧回转窑14501500C二、盐酸盐的组成材料1、熟料的矿物组成水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙硅酸三钙碱类及杂质2CaOSiO2，C2S4CaOAl2O3Fe2O3，C4AFfCaO和fMgO3CaOAl2O3，C3A3CaOSiO2，C3S硅酸三钙硅酸三钙主要矿物组成主要矿物组成分子式分子式分子简式分子简式

4、3CaO3CaOSiOSiO2 2C C3 3S SC C2 2S SC C3 3A AC C4 4AFAF2CaO2CaOSiOSiO2 23CaO3CaOAlAl2 2O O3 34CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙名名 称称含量含量373760%60%151537%37%7 715%15%101018%18%硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：）反应速度）反应速度:C3A最快，最快，C3S较快，较快，C4AF也较快，也较快，C2S最慢；最慢；）释热量）释热量:C

5、3A最大，最大，C3S较大，较大，C4AF居中，居中，C2S最小；最小；）强度）强度:C3S最高，最高，早期低，但后期增长率较大。故早期低，但后期增长率较大。故C3S和和C2S为水泥强度主要来源。为水泥强度主要来源。C3A强度不高，强度不高，C4AF含量对抗折含量对抗折强度有利；强度有利；）耐化学侵蚀性）耐化学侵蚀性:C4AF最优，其次为最优，其次为C2S、C3S，C3A最差；最差；）干缩性）干缩性:C4AF和和C2S最小，最小，C3S居中，居中，C3A最大最大。1、盐酸盐水泥熟料二、熟料的矿物组成及其特性水泥熟料矿物的主要特性熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。矿物组成

6、矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 C3SC2SC3AC4AF含量含量 /%/%37376060 最多最多15153737次之次之 7 715 15 少少 101018 18 少少 水化速度水化速度 较快较快慢慢快快中中水化热水化热 较高较高低低高高中中强度强度 高高早期低后期高早期低后期高低低中中(抗折强度抗折强度)耐化学侵蚀耐化学侵蚀 中中良良差差优优干缩性干缩性 中中小小大大小小矿物组成对水泥性能的影响矿物组成对水泥性能的影响二、熟料的矿物组成及其特性快硬水泥：快硬水泥：3d3d抗压强度高，熟料中抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。含量高

7、。适用于适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。干缩性小。C4AF、C2S含量高。含量高。适用于适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：大坝水泥：简称中热水泥简称中热水泥低热矿渣水泥：低热矿渣水泥：加入矿渣加入矿渣适用于适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。水化放热较低，水化放热较低，C2S含量高，含量高，C3A含量低含量

8、低应用实例注注 意意 水泥中的其它成分：水泥中的其它成分：v 原因：原因：MgOCaO和游离33MgCOCaCO 和23COCaOCaCO煅烧水泥中反应：煅烧水泥中反应：23COMgOMgCOv危害：危害：影响水泥影响水泥体积安定性体积安定性石灰石质原料富含石灰石质原料富含潜在危害非常严重潜在危害非常严重熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都经过煅烧，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其他成分所包裹，使其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，使体积膨胀97%以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。二、熟料的矿物组成及其特性2、石膏 一般水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法

9、施工。水泥磨制过程中加入适量的石膏主要起到缓凝作用，同时，还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏主要采用天然石膏和工业副产石膏。二、熟料的矿物组成及其特性3、混合材料为了达到改善水泥某些性能和增产水泥的目的，生产水泥过程中有时还要加入石灰石、高炉矿渣等混合材料。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。三、硅酸盐水泥的

10、凝结和硬化三、硅酸盐水泥的凝结和硬化1、硅酸盐水泥的水化、硅酸盐水泥的水化特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；。反应速度序列：铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙C2S的水化三、硅酸盐水泥的凝结和硬化熟料矿物的水化反应硅酸三钙（C3S）2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca(OH)2水化硅酸钙 氢氧化钙 上式表明其水化产物是水化硅酸钙（CSH）凝胶体,呈无定形絮凝状和氢氧化钙（CH），呈六边形薄片晶体。硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 水化硅酸钙

11、 氢氧化钙 三、硅酸盐水泥的凝结和硬化熟料矿物的水化反应 铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要 纯C3A铝酸钙与水反应迅速，产生细长针状晶体水化铝酸钙：3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O水化速度快水化速度快 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！避免闪凝的有效途径避免闪凝的有效途径加入石膏加入石膏CaSO42H2O 水化铝酸钙与水泥熟料磨细时掺入的石膏反应，生成水化硫铝酸钙水化铝酸钙与水泥熟料磨细时掺入的石膏反应，生成水化硫铝酸钙(俗称钙矾石俗称钙矾石)这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根这就是硅酸盐水泥

12、生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化熟料矿物的水化反应铁铝酸四钙（铁铝酸四钙（C4AF）铁铝酸四钙铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于与水发生类似于C3A的水化反应，的水化反应，也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。的水化反应对整个水泥的行为影响较小。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化在硅酸盐水泥的各种水化生成物(水化产物)中，水化硅酸钙呈无定形絮凝状，因故得名为C-S-H凝胶体；由于在水中的溶解度较小，Ca(OH)2主要以六边形薄片状晶体

13、形式存在；水化硫铝酸钙则主要以细长针状结晶体形态存在。硅酸盐水泥完全水化后按体积分数计，水化硅酸钙约占70，Ca(OH)2约占20，水化硫铝酸钙约占7。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥水化是一个放热过程，通常将所释放的热量称为水化热。不同的熟料矿物成分具有不同的水化放热特性(如表3一l所述)水化热的影响1）积极作用冬期施工时，水泥水化所释放的热量可以供其在适宜的温度下凝结、硬化，而不至于使水泥和混凝土凝结过慢或受冻破坏。2）消极影响：一次性大量浇筑混凝土时，水泥水化热可能在短期内大量积累而不能及时耗散，导致混凝土发生过大的热胀冷缩而产生裂缝。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥活性的指标 通常以单位质

14、量的水泥完全水化的总水化热和水化放热速率作为描述水泥活性的重要指标。这两个指标对应的值越大，则水泥的活性越高。水泥的总水化热主要与其熟料的矿物组成有关。硅酸盐水泥7天时间内水化总放热量约为330370kJ/kg(8090cal/g)，约占其完全水化总放热量的70。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 水化放热速率除与熟料的矿物成分有关，还与水泥颗粒的粗细程度(水泥的细度)密切相关。水泥越细，与水接触时的表面积越大，则水化速率越大，水化越充分。为了满足使用要求(特别是水化、凝结方面的要求)，水泥必须磨得足够细。但过细又会导致水泥凝结过快，且生产成本提高。因此，通用硅酸盐水泥(GB 1752007)明文规定

15、：硅酸盐水泥的细度以比表面积(即单位质量材料的总表面积之和)表示，其值应不小于300m2/kg。水泥的细度用筛析法（负压筛法）来测定。水泥的细度检验方法见P45 1.1.筛析试验前：调节负压至筛析试验前：调节负压至 400040006000Pa6000Pa范围内。范围内。2.2.称取试样称取试样25g25g，置于负压筛，置于负压筛，筛析筛析2min2min。3.3.筛毕，称量筛余物筛毕，称量筛余物R Rt t 4.4.结果计算结果计算(1)(1)水泥试样筛余百分数：水泥试样筛余百分数：100WRFt负压筛负压筛试验方法试验方法式中：式中：F水泥试样中筛余百分数（水泥试样中筛余百分数（%）Rt

16、负压筛上剩余水泥试样的质量（负压筛上剩余水泥试样的质量（g）W 水泥试样的质量（水泥试样的质量（g）三、硅酸盐水泥的凝结和硬化三、硅酸盐水泥的凝结和硬化2、硅酸盐水泥的凝结、硅酸盐水泥的凝结 水泥加水拌合形成水泥浆，由于拌合水水泥加水拌合形成水泥浆，由于拌合水(自由水自由水)的存在，的存在，使得水泥浆具有塑性或流动性。伴随着水泥的水化，拌使得水泥浆具有塑性或流动性。伴随着水泥的水化，拌合水的一小部分逐渐转化成水化产物中的化学结合水，合水的一小部分逐渐转化成水化产物中的化学结合水，加之水化产物表面吸附的水加之水化产物表面吸附的水(吸附水吸附水)和蒸发散失的水，和蒸发散失的水，剩余的自由水将越来越少。因此，水泥浆将逐渐丧失塑剩余的自由水将越来越少。因此，水泥浆将逐渐丧失塑性或流动性而发生凝结。性或流动性而发生凝结。影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：C3A的含量、石膏掺量、水泥细的含量、石膏掺量、水泥细度、水灰比、混合料掺量等。度、水灰比、混合料掺量等。凝结时间分为凝结时间分为“初凝初凝”和和“终凝终凝”三、硅酸盐水泥的凝结和硬化三、硅酸盐水泥的凝结和硬化2、硅酸盐水泥的凝结、硅酸盐水