第四章 水泥（课件）- 《建筑材料》同步教学（清华大学出版社）

第四章 水泥 第四章 水泥 一、硅酸盐水泥 二、掺混合材料的硅酸盐水泥 三、铝酸盐水泥 四、其他品种水泥 五、水泥的选用、保管与运输 引例 某工程桩基水下砼C30采用自拌，现需要你运用相关知识选择水泥品种，并对样品水泥的细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性、胶砂强度指标进行检测，判别是否合格。 学习目标： 1．掌握通用水泥中硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的主要技术性能及应用范围； 2．能根据工程特点或所处环境条件正确选用水泥品种； 3．能根据相关标准对水泥的细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性及胶砂强度等指标进行检测。 一、硅酸盐水泥 概 述 一、水泥的定义 水泥—指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。 水硬性—指一种材料磨细成粉和水拌和成浆后，能在潮湿空气和水中硬化并形成稳定化合物的性能。 二、水泥的特点 粉末状材料，加水拌合成浆体，既能够在干燥环境中凝结硬化，又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。 三、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。 四、水泥的分类 按矿物组成分类 水泥种类 主要水硬性物质 主 要 品 种 硅酸盐水泥 硅酸钙 绝大多数通用水泥、专用水泥和特种水泥 铝酸盐水泥 铝酸钙 高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。 硫铝酸盐水泥 无水硫铝酸钙 硅酸二钙 有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等 铁铝酸盐水泥 铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙 有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等 氟铝酸盐水泥 氟铝酸钙、硅酸二钙 氟铝酸盐水泥等 其他水泥 活性二氧化硅 活性氧化铝 石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等 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 砌筑、油井、道路、大坝水泥等 白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等 4.1硅酸盐水泥 定义： 由硅酸盐水泥熟料、0—5%石灰石或粒化高炉矿渣（混材）、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 类型： I型（不掺混材），代号P·I； II型（掺﹤5%混材），代号P·II。 强度等级： 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 概 述 4.1.1 硅酸盐水泥的生产简述 一、硅酸盐水泥的原材料 水泥熟料的原材料 石灰质原料：天然石灰石或白垩，为CaCO3。 粘土质原料：粘土，主为SiO2，次为Al2O3和少量Fe2O3。 铁矿粉：赤铁矿，为Fe2O3。 石膏：天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料：活性混材（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混材（石灰石粉、磨细石英砂等）。 二、硅酸盐水泥的生产工艺—“两磨一烧” 生产方法：干法立窑生产和湿法回转窑生产； 硅酸盐水泥分为：Ⅰ型和Ⅱ型。 石灰石 粘 土 铁矿粉 生 料 石 膏 硅酸盐水泥 混 材 熟 料 按比例混合 磨细 1350℃～1450℃ 煅烧 磨细 三、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 硅酸三钙 碱类及杂质 2CaO•SiO2，C2S 4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF f－CaO和f－MgO 3CaO•Al2O3，C3A 3CaO•SiO2，C3S 化学式及简写 铝酸三钙 四、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 矿物名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 含量范围（％） 37～67 15～30 7～15 10～18 水化反应速度 快 慢 最快 快 强 度 高 早期低，后期高 低 低（含量多时对抗折强度有利） 水 化 热 较高 低 最高 中 4.1.2硅酸盐水泥的凝结和硬化 一、熟料矿物的水化反应 硅酸三钙 2（3CaO·SiO2）＋6H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca（OH）2 硅酸二钙 2（2CaO·SiO2）＋4H2O == 3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca（OH）2 铝酸三钙 3CaO·Al2O3＋H2O == 3CaO·Al2O3·6H2O 3CaO·Al2O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋19H2O == 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O == 3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O 二、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； 凝结：从加水拌和至浆体开始失去可塑性的过程，叫初凝，对应的这段时间叫初凝时间。从加水拌和至完全失去塑性并开始产生强度的过程，叫终凝。对应的这段时间叫终凝时间。 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、熟料矿物的水化反应过程 水化初期（b） 熟料与水反应速度较快，水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。 水化中期（c） 以水化硅酸钙（C－S－H）和氢氧化钙的快速形成为特征。 水化后期（d） 由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。 四、主要的水化产物 名 称 简 写 形 态 含 量 水化硅酸钙 C3S2H3 C-S-H凝胶 50%以上 氢氧化钙 晶体 少量 水化铝酸钙 C3AH6 晶体 较少 水化硫铝酸钙 AFt 晶体 稀少 水化铁酸钙 CFH 晶体 较少 感谢聆听 $$