模块3 水泥（课件）- 《建筑材料》同步教学（国防科技大学出版社）

建 筑 材 料 目录 模块3 水泥 3.1 水泥的定义与品种 3.2 硅酸盐水泥 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 3.5 铝酸盐水泥 3.6 水泥的验收与保管 学习目标 了解水泥的定义和品种。 掌握建筑中常见的各种水泥的技术指标、特性和应用。 了解水泥石的腐蚀原因及防护方法。 了解水泥的验收与保管方法。 模块3 水泥 3.1 水泥的定义与品种 凡能与水混合形成塑性浆体，经一系列复杂的物理、化学作用而凝结、硬化成坚硬石状体，并能将砂、石子等颗粒材料或砖、砌块等块体材料胶黏成整体的水硬性胶凝材料通称为水泥。 水泥按其产生水硬性作用的成分不同可大致划分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥、铁铝酸盐类水泥等系列。 3.1 水泥的定义与品种 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 1.硅酸盐水泥的生产 生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料(如石灰石，主要成分为CaO)、黏土质原料(如黏土、页岩，主要成分为SiO2、FeO)。为调整化学成分、控制焙烧温度，还需加入少量辅助原料(又称校正原料)。此外，为了改善煅烧条件，提高熟料质量，还常加入少量矿化剂，如氟石、石膏等。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 1.硅酸盐水泥的生产 硅酸盐水泥的生产过程分为破碎及预均化、制备生料、煅烧生料、粉磨熟料等几个阶段。硅酸盐水泥生产的简要过程如图3-2所示。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 1.硅酸盐水泥的生产 3.2 硅酸盐水泥 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 2.硅酸盐水泥的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的矿物组成非常复杂，其主要矿物和含量见表3-1。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性见表3-2 3.2 硅酸盐水泥 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 2.硅酸盐水泥的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的矿物组成非常复杂，其主要矿物和含量见表3-1。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性见表3-2 3.2 硅酸盐水泥 3.2.1 硅酸盐水泥的生产与矿物组成 2.硅酸盐水泥的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的矿物组成非常复杂，其主要矿物和含量见表3-1。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性见表3-2 3.2 硅酸盐水泥 1.硅酸盐水泥的水化 当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。这整个过程叫做水泥的凝结和硬化。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 2.硅酸盐水泥的凝结硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化过程，按水化反应速度和水泥浆体结构的变化特征可分为四个阶段，即初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期，如图3-3所示。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 2.硅酸盐水泥的凝结硬化 3.2 硅酸盐水泥 3.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 3.影响水泥强度发展的因素 1）水灰比 2）养护时间 3）温度和湿度 水泥的水化及凝结硬化必须在有足够水分的条件下进行。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 3.2 硅酸盐水泥 3.2.3 硅酸盐水泥的技术指标 1)实际密度、堆积密度、细度 2)标准稠度及其用水量 3)体积安定性 4)不溶物、烧失量 5)细度 6)凝结时间 7)强度等级 3.2 硅酸盐水泥 3.2.4 硅酸盐水泥的特性与应用 1)凝结硬化快，水化热大。 2)早期强度和长期强度高。 3)抗冻性好，干燥收缩小。 4)碱性强，抗碳化能力好。 5)耐热性差。 6)耐腐蚀能力差。 1.水泥石的腐蚀 由于本身成分和构造上的原因，在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构会逐渐遭到破坏，强度逐渐降低以致全部溃裂，这种现象称为水泥石的腐蚀。水泥石的腐蚀作用主要有以下三种类型： 3.2 硅酸盐水泥 3.2.5 水泥石的腐蚀与防止 1.水泥石的腐蚀 (1)软水腐蚀(溶出性侵蚀) (2)盐类腐蚀。包括硫酸盐腐蚀和镁盐腐蚀。 (3)酸类腐蚀。包括碳酸腐蚀和一般酸的腐蚀。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.5 水泥石的腐蚀与防止 2.腐蚀的防止 水泥石发生腐蚀的基本原因是：水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实而使侵蚀性介质易进入其内部；外界因素的影响，如腐蚀介质的存在，环境温度、湿度、介质浓度的影响等。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.5 水泥石的腐蚀与防止 2.腐蚀的防止 根据以上腐蚀原因的分析，可采取下列防止腐蚀的措施： (1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。 (2)提高水泥石的密实度。 (3)表面加做保护层。 3.2 硅酸盐水泥 3.2.5 水泥石的腐蚀与防止 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 掺混合材料的硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料，掺入适量的混合材料及石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。掺混合材料的硅酸盐水泥可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 1. 普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥中掺入少量混合材料的主要作用是扩大强度等级范围，以利于合理选用。由于混合材料掺量较少，其矿物组成的比例仍在硅酸盐水泥的范围内，因此其性能、应用范围与同强度等级的硅酸盐水泥相近。 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 2. 矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥 1)三种水泥的性能与应用的相同点： (1)早期强度低，后期强度增进率大。 (2)硬化时对湿热敏感性强，强度发展受温度影响较大 (3)水化热少。 (4)耐腐蚀性好，具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力。 (5)抗冻性及耐磨性较差。 (6)抗碳化能力较差。 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 2. 矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥 2)矿渣水泥的性能与应用 (1)泌水性和干缩性较大。 (2)耐热性好。 3)火山灰水泥的性能与应用 (1)抗渗性高。 (2)干缩大，易起粉。 3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥 2. 矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥 4)粉煤灰水泥的性能与应用 (1)早期强度低。 (2)干缩小，抗裂性高。 另外，复合水泥由于掺入了两种以上的混合材料，改善了上述矿渣水泥等三种水泥的性质。其性质接近于普通水泥，并且水化热低，耐腐蚀性、抗渗性及抗冻性较好。 3.4.1 白色硅酸盐水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以CaSiO3为主要成分、Fe2O3含量很少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。 3.4.1 白色硅酸盐水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 白水泥与硅酸盐水泥的区别在于水泥熟料中Fe2O3的含量限制在0.5％以下，其他着色氧化物(MnO、TiO2等)含量降至极微。为此，应精选原料，生产应在无着色物污染的条件下进行，严格控制水泥中的含铁量。 3.4.2 快硬高强水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 快硬水泥是初期强度增加速率较快的水硬性胶凝材料，其C3S和C3A的含量高于普通水泥，具有硬化快、初期强度高等特性。快硬水泥初凝不得早于45 min，终凝不得迟于10 h，主要用于紧急抢修工程、军事工程、预应力钢筋混凝土构件、配制干硬性混凝土等。 3.4.2 快硬高强水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 凡以CaSiO3为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称为快硬水泥。 1.快硬硅酸盐水泥 3.4.2 快硬高强水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 以适当成分的生料，烧成以无水硫铝酸钙［3(CaO•Al2O3)•CaSO4］和β型C2S为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。 2.快硬硫铝酸盐水泥 3.4.3 膨胀水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 一般硅酸盐类水泥在空气中硬化时，通常都表现为收缩，常导致混凝土内部产生微裂缝，降低了混凝土的耐久性。在浇筑构件的节点、堵塞孔洞、修补缝隙时，由于水泥石存在干缩，也不能达到预期的效果。膨胀水泥在硬化过程中能产生一定体积的膨胀，因此采用膨胀水泥配制混凝土，能克服或改善一般水泥的上述缺点，解决由于收缩带来的不利后果。 3.4.3 膨胀水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 膨胀水泥按其强度组分的类型可分为如下几种。 (1)硅酸盐膨胀水泥。 (2)铝酸盐膨胀水泥。 (3)硫铝酸盐膨胀水泥。 1.膨胀水泥的分类 3.4.3 膨胀水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 膨胀水泥适用于补偿混凝土收缩的结构工程，作防渗层或防渗混凝土，填灌构件的接缝及管道接头，加固与修补结构，固结机器底座及地脚螺栓等。自应力水泥适用于制作自应力钢筋混凝土压力管及其配件。 2.在工程中的应用 3.4.4 低热硅酸盐水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 低热硅酸盐水泥是以适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，经磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热水泥，又称高贝利特水泥，代号为P•LH。 低热硅酸盐水泥是一种以C2S为主导矿物，C3A含量较低的水泥。其C2S的含量应不小于40%，C3A的含量应不超过6%，游离氧化钙的含量应不超过1.0%。生产该品种水泥具有耗能低、有害气体排放少、生产成本低的特点。 3.4.5 低碱水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 低碱水泥是指碱金属氧化物(K2O和Na2O)含量低的水泥。总碱含量以当量氧化钠(Na2O+0.658K2O)计算，低碱水泥要求总碱含量(当量氧化钠)低于0.6%。 低碱水泥主要用来防止混凝土发生碱集料反应，以影响混凝土的耐久性。 3.4.6 道路水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 道路硅酸盐水泥简称道路水泥，是由道路硅酸盐水泥熟料、0～10%活性混合材料和适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。 道路水泥早期强度较高，干缩值小，耐磨性好。其适用于修筑道路路面和飞机场地面，也可用于一般土建工程。 3.4.7 油井水泥 3.4 特性水泥和专用水泥 油井水泥又称堵塞水泥或固井水泥，是专用于油井、气井的固井工程的水泥。油井水泥具有合适的密度和凝结时间、较低的稠度，用其配制的预拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。将其注入预定(温度、压力)的井段，能迅速凝结硬化并产生一定的机械度。混凝土固化后具有良好的抗渗性、稳定性和耐腐蚀性。 3.5 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的，是一种快硬、早强、耐腐蚀、耐热的水泥。 铝酸盐水泥按照生产用原料、水泥的纯度分为高铝水泥和纯铝酸钙水泥。按照生产工艺来区分，则可以分为烧结法和熔融法。我国的铝酸盐水泥产品以烧结法为主。 铝酸盐水泥的主要矿物组成是铝酸一钙(CaO•Al2O3，简写为CA)和其他铝酸盐矿物以及少量的硅酸二钙(2CaO•SiO2)。CA具有很高的水化活性，其凝结正常，但硬化迅速，是铝酸盐水泥的强度来源。 3.5.1 铝酸盐水泥的矿物组成 3.5 铝酸盐水泥 根据《铝酸盐水泥》(GB 201—2000)的规定，铝酸盐水泥按Al2O3的含量百分数分为4类：CA-50(50%≤Al2O3＜60%)、CA-60(60% ≤ Al2O3＜68%)、CA-70(68% ≤ Al2O3＜77%)、 CA-80(Al2O3≥77%)。其细度要求为比表面积不小于300 m2/kg或0.045 mm，孔筛筛余不大于20％。 3.5.2 铝酸盐水泥的技术要求 3.5 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥与硅酸盐水泥比较有如下特点。 (1)早期强度增长快，属快硬型水泥。 (2)水化热大。水化热放热量大而且集中，因此不宜用于大体积混凝土工程。 (3)抗硫酸盐腐蚀性强。 (4)耐热性高。 3.5.3 铝酸盐水泥的性质及作用 3.5 铝酸盐水泥 3.5.3 铝酸盐水泥的性质及作用 3.6 水泥的验收与保管 水泥出厂时，其各项技术指标及包装质量符合要求时方可出厂。检验报告内容应包括出厂检验项目、细度、混合材料品种和掺加量、石膏和助磨剂的品种及掺加量、属旋窑或立窑生产及合同约定的其他技术要求。当用户需要时，生产者应在水泥发出之日起7天寄发除28 d强度外的各项检验结果，32天内补报28 d强度的检验结果。 3.5.3 铝酸盐水泥的性质及作用 3.6 水泥的验收与保管 包装 1 水泥可以散装或袋装，袋装水泥每袋净含量为50 kg，且应不少于标志质量的99%；随机抽取20袋总质量(含包装袋)应不少于1 000 kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，应符合上述规定。水泥包装袋应符合《水泥包装袋》(GB 9774—2010)的规定。 3.5.3 铝酸盐水泥的性质及作用 3.6 水泥的验收与保管 标志 2 水泥包装袋上应清楚标明：执行标准，水泥品种、代号、强度等级，生产者名称，生产许可证标志(QS)及编号，出厂编号，包装日期，净含量。包装袋两侧应根据水泥的品种采用不同的颜色印刷水泥名称和强度等级。 3.5.3 铝酸盐水泥的性质及作用 3.6 水泥的验收与保管 运输与储存 3 水泥在运输和储存时不得受潮和混入杂物，不同品种和强度等级的水泥在储运中应避免混杂。散装水泥应分库存放。袋装水泥堆放时应考虑防水防潮，堆置高度一般不超过10袋，使用时应考虑先存先用的原则。 存放期一般不应超过3个月，超过6个月的水泥必须经过试验才能使用。 1.什么是水泥？水泥有哪六大通用品种？ 2.硅酸盐水泥熟料是由哪几种矿物组成的？它们的水化各有什么特点？ 3.简述硅酸盐水泥的凝结硬化过程。 模块3 水泥 4.什么是水泥的体积安定性？硅酸盐水泥产生体积安定性不良的原因是什么？ 5.简述白水泥、快硬高强水泥、膨胀水泥、道路水泥和油井水泥的特性及用途。 6.如何进行水泥的验收与保管？ 模块3 水泥 $$