第2章 水泥（课件）- 《建筑材料》同步教学（西安交大版）

第二章 水 泥 　 水泥 硅酸盐类 铝酸盐类 硫铝酸盐类 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 水泥分类 水泥分类—按性能和用途分 本章介绍 2.1 硅酸盐水泥 2.2 掺混合料的硅酸盐水泥 2.3 水泥的验收、运输与储存 2.4 硅酸盐系特种水泥 2.5 专用水泥 2.1 硅酸盐水泥 （一）原料：石灰石、粘土、铁矿粉。 （二）生产：两磨一烧 原料 按一定比例混合 磨细 生料 1450 ℃ 熟料 适量石膏 磨细 水泥 一、硅酸盐水泥的原料及生产 （三）硅酸盐水泥—波特兰水泥 硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 Ⅰ型硅酸盐水泥（ P.Ⅰ）：硅酸盐水泥熟料、适量石膏共同磨细。 Ⅱ型硅酸盐水泥（ P.Ⅱ）：硅酸盐水泥熟料、５％混合材料、适量石膏共同磨细。 二、硅酸盐水泥的基本组成 （一）熟料 硅酸三钙　　C3S 37%～60% 　　　　　　　　　 硅酸二钙　　C2S 15%～37% 铝酸三钙　　C3A 7%～15% 铁铝酸四钙　C4AF 10%～18% 除了以上组成外，还含有少量游离氧化钙、游离氧化镁和碱，但其总含量一般不超过水泥质量的10％。 C3S及C2S 硅酸盐水泥熟料的特性 水化速度 凝结硬化速度 水化放热量 强度发展：早期强度高、后期强度高　　C3S 　　　　　　早期强度高、后期强度低 　　C3A 早期强度低、后期强度高　　 C2S 耐腐蚀性： C2S > C4AF > C3S > C3A 干缩性：C3A 大， C3S、C2S次之， C4AF小 C3A > C3S > C4AF >C2S （二）混合材料 定义：为改善水泥的性能，降低水泥强度等级，提高水泥产量而加入水泥熟料中的某些天然或人工矿物材料。 分类： 1、非活性混合材料 2、活性混合材料 1.非活性混合材料 非活性混合材料 指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。 将其掺入硅酸盐水泥中可 提高水泥产量 降低水泥强度等级 减少水化热。 常用非活性混合材料 磨细的石英砂，石灰石，粘土，慢冷矿渣等。 2.活性混合材料 活性混合材料 能够与水泥水化后的氢氧化钙起反应生成新的水硬性胶凝材料的物质称为活性混合材料。 常用的活性混合材料有： （1）粒化高炉矿渣 （2）火山灰质混合材料 （3）粉煤灰 （三）石膏 为什么生产的最后工序要加“适量石膏”？ 纯熟料磨细在搅拌机内无法用，因为凝结速度快，加石膏起到缓凝作用（调节水泥的凝结时间）。加多会出现假凝还有体积安定性不良，导致水泥膨胀性破坏（施工检测出全部作废）；加少缓凝效果不好，所以必须适量。 三、水泥的水化硬化 水泥水化凝结与硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程。 （一）水化 水泥熟料与水发生化学反应 ： 水化产物 凝胶：水化硅酸钙凝胶C-S-H（高强度的 空间网状结构）、水化铁酸钙凝胶 晶体：Ca(OH)2、水化铝酸钙晶体C-A-H、高硫型水化硫铝酸钙晶体（钙矾石）、单硫型水化硫铝酸钙晶体。 三、水泥的水化硬化 （二）凝结硬化 硬化水泥石结构:　凝胶、晶体、孔、未水化水泥颗粒内核 水泥的凝结硬化过程示意图 水泥石中多余的水（自由水和吸附水）蒸发后，会在水泥中留下微孔（裂纹），从而降低水泥石强度。 （三）影响水泥凝结硬化的因素 1、熟料矿物成分 2、细度 3、用水量 4、养护时间 5、温度和湿度 6、石膏掺量 7、贮存期 三、水泥的水化硬化 四、水泥的技术性质要求 硅酸盐水泥的技术性质主要包括： （一）细度 （二）标准稠度用水量 （三）凝结时间 （四）体积安定性 （五）强度（胶砂强度、强度等级、强度评定） （六）水化热 （七）碱含量 （八）氯离子含量 （一）细度 细度是水泥颗粒平均粗细的程度，不能过粗，否则水化速度慢；不能过细，否则水泥水化用水量大。 国家标准规定：硅酸盐水泥细度用比表面积法或筛析法测定。比表面积＞300m2/kg；筛余量≤10%。 细度不合格，为次品。 （二）凝结时间 初凝 水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间； 终凝 水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 （二）凝结时间 国家标准规定:硅酸盐水泥 初凝时间（不早于）≥45min； 　　　　终凝时间（不迟于）≤6h30min。 初凝不合格，水泥作废品； 终凝不合格，水泥为次品。 测定 以标准稠度的水泥净浆,在规定温度及湿度环境下用维卡仪测定。 （三）安定性 1、定义 安定性是指标准稠度的水泥浆硬化后体积变化的稳定性。 2、安定性不良 水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲。 安定性不良的水泥应为废品。 危害：安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。 （三）安定性 3、引起水泥安定性不良的原因 （1）熟料中游离氧化钙或游离氧化镁过多； （2）石膏掺量过多。 这些物质在水泥硬化后才开始水化反应，反应产 物体积膨胀而使水泥石开裂。 4、测试方法 沸煮法和雷氏夹法两种。 （四）安定性 5、体积安定性的控制 检测（检测游离CaO）必须合格； 游离MgO含量不得超出5%； 石膏中三氧化硫含量不得超出3.5%。 用沸煮法和雷氏夹法只能测出游离CaO引起的体积安定性不良。 （五)强度 强度是水泥强度等级的指标，也是水泥质量的一个重要标志。 1、胶砂强度 2、强度等级 3、强度评定 1、胶砂强度 水泥胶砂强度的测定： 水泥:标准砂＝1:3 水灰比＝0.5 成型两组试件 （40×40×160mm） 标准养护 （20℃±1℃） 测3天、28天抗压强度、抗折强度 确定强度等级 称 料 和 加 砂 试体的成型 试件的养护 ２、强度等级 根据3天和28天龄期的抗压强度及抗折强度确定强度等级 强度 等级 抗压强度 抗折强度 3d 28d 3d 28d 42.5 ≥17.0 ≥ 42.5 ≥ 3.5 ≥ 6.5 42.5R ≥ 22.0 ≥ 4.0 52.5 ≥ 23.0 ≥ 52.5 ≥ 4.0 ≥ 7.0 52.5R ≥ 27.0 ≥ 5.0 62.5 ≥ 28.0 ≥ 62.5 ≥ 5.0 ≥ 8.0 62.5R ≥ 32.0 ≥ 5.5 硅酸盐水泥强度等级、各龄期强度值／MPa 以水泥28天的强度值划分水泥的强度等级。 注：Ｒ为早强型。 强度评定 １、抗折强度（一组三块） (每块强度值－强度平均值)/强度平均值 如有一块强度值超过平均值10%，则舍去该值，用其余两块平均做为强度代表值。 如有二块强度值超过平均值10%，则试验做废。 如都没超过，则取三块试件平均值。 f折＝2.34×10-3Ｐ 式中　 f折——抗折强度，MPa; P ——破坏荷载，Ｎ。 ２、抗压强度（一组六块） (每块强度值－强度平均值)/强度平均值 如有一块强度值超过平均值10%，则舍去该值，用其余 五块平均做为强度代表值。 如有二块强度值超过平均值10%，则试验做废。 如都没超过，则取六块试件平均值。 f压＝6.25×10-4Ｐ 式中　 f压－－抗压强度，MPa; P－－破坏荷载，Ｎ。 强度评定 （五）碱含量 Na2O＋0.65K2O＝R2O R2O>0.6%为高碱水泥 R2O0.6%为低碱水泥 碱骨料反应：水泥中的碱和骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，体积膨胀，造成混凝土破坏。 碱骨料反应 高碱水泥 活性骨料 水 五、硅酸盐水泥的特性及应用 硬化快、强度高，尤其是早期强度高。可用于早期强度要求高的工程；预应力混凝土工程；配制高强混凝土。 水化热大，抗冻性好。适用于冬季施工工程，但不宜用于大体积混凝土工程。 干缩小，耐磨性好。可制耐磨混凝土用于道路工程中。 抗碳化能力好，对钢筋的保护能力强。 耐腐蚀性能差，不宜用于软水、酸性水及硫酸盐腐蚀作用的工程。 不耐高温。 2.2 掺混合材料的硅酸盐水泥 一、普通硅酸盐水泥（普通水泥） １、定义及代号：硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。（P.O） ２、性能指标：终凝不迟于10h，强度等级有所不同，其余都同硅酸盐水泥。 ３、普通水泥的应用：基本同硅酸盐水泥“两个凡是” 凡是硅酸盐水泥能用的地方普通水泥都能用； 凡是硅酸盐水泥不能用的地方普通水泥基本上不能用。 根据3天和28天龄期的抗压强度及抗折强度确定等级 普通水泥强度等级、各龄期强度值／MPa 强度 等级 抗压强度 抗折强度 3d 28d 3d 28d 32.5 11.0 32.5 2.5 5.5 32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5 42.5 16.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5 52.5 22.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0 注：Ｒ为早强型 二、矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥） １、定义及代号：硅酸盐水泥熟料、20%～ 70%粒化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。（P.S） ２、性能指标：体积安定性沸煮法检测合格，MgO不得超出5%，三氧化硫不得超出4%。其余同普通硅酸盐水泥。 ４、独特性：耐高温性强。保水性差，抗渗性差。 ３、特性：二次水化，早期强度低，但后期强度可赶上同等级普通水泥。水化放热小，耐腐蚀能力好。 ５、矿渣水泥应用 蒸气及蒸压养护预制构件。 一般地上、地下建筑。 大体积混凝土工程。 耐腐蚀作用的工程。 １、定义及代号：硅酸盐水泥熟料、20%～ 50%火山灰、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。（P.P） ２、性能指标：同普通水泥。 ４、独特性：保水性好，抗渗性好。在干燥环境中易起粉、强度低。不宜用于干燥环境的工程。 ３、特性：同矿渣水泥。 三、火山灰硅酸盐水泥（火山灰水泥） 5、火山灰水泥应用： 蒸气及蒸压养护预制构件。 一般地下及水工建筑。 大体积混凝土工程。 耐腐蚀作用的工程。 有抗渗要求的工程。 ２、性能指标：同普通水泥。 ４、独特性：保水性好，干缩最小。不宜用于干燥环境 的工程。 ３、特性：同矿渣水泥。 四、粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥） １、定义及代号：硅酸盐水泥熟料、20%～ 40%粉煤灰、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。（P.F） ５、粉煤灰水泥应用： 蒸气及蒸压养护预制构件。 一般地下及水工建筑。 大体积混凝土工程，尤其是大体积水利工程。 耐腐蚀作用的工程。 矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥强度等级、 各龄期强度值／MPa 强度 等级 抗压强度 抗折强度 3d 28d 3d 28d 32.5 10.0 32.5 2.5 5.5 32.5R 15.0 32.5 3.5 5.5 42.5 15.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 19.0 42.5 4.0 6.5 52.5 21.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 23.0 52.5 4.5 7.0 五、通用水泥特点 矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥 （一）共性 1、早期强度低，后期强度高 2、水化热低 3、耐腐蚀性较好 4、蒸汽、蒸压养护效果好 （二）共同的缺点 1、抗碳化能力差 2、抗冻性、耐磨性差 2.3 水泥的验收、运输与储存 一、水泥验收检验的基本内容 1.包装、标志验收 2.数量验收 3.质量验收 4.废品及不合格品的规定 废品：国家标准规定凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合相应标准规定的通用水泥，均为废品。 不合格品：国家标准规定硅酸盐水泥，普通水泥中凡凡不溶物、烧失量、细度、终凝时间中任一项不符合标准规定者属于不合格品；矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥中凡细度、终凝时间中任一项不符合标准规定者为不合格品；掺混合材料硅酸盐水泥混合材料掺量超过最大限值或强度低于商品强度等级规定的指标者为不合格品。此外，水泥出厂的主要包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全者也为不合格品。 二、 水泥的运输与保存 1.水泥的受潮 2.水泥的运输与储存 （1）水泥在运输过程中，要采用防雨、雪措施，在保管重要严防受潮。不同生产厂家、品种、强度等级和出厂日期的水泥应分开储运，严禁混杂。应先存先用，不可储存过久。 （2）受潮后的水泥强度逐渐降低，密度也降低，凝结迟缓。水泥强度等级越高，细度越细，吸湿受潮也越快。水泥受潮快慢及受潮程度与保管条件、保管期限及质量有关。一般储存3个月的水泥，强度降低约10%~25%，储存6个月可降低25%~40%。通用硅酸盐水泥储存期为3个月。过期水泥应按规定进行取样复验，按实际强度使用。 （3）水泥一般入库存放，储存水泥的库房必须干燥通风。存放地面应高出室外地面30cm，距离窗户个墙壁30cm以上；袋装水泥堆垛不宜过高，以免下部水泥受压结块，一般10袋堆一垛。如存放时间短，库房紧张，也不宜超过15袋。露天临时储存袋装水泥时，应选择地势高、平坦坚实、不积水的地点，先垫高垛底，铺上油毡或钢板后，将水泥码放规整，垛顶用毡布盖好盖牢，也就是采取平常所指的“上盖下垫”措施，以防水泥受潮。 （4）储运散装水泥时，应使用散装水泥罐车运输，采用铁皮罐仓或散装水泥库存放。 2.4 硅酸盐系特种水泥 一、快硬型水泥 （1）快硬硅酸盐水泥 （2）快硬高强铝酸盐水泥 （3）快硬铁铝酸盐水泥 学习上述知识时，注意它们与通用水泥的不同点和不得使用的工程环境。 二、膨胀型水泥 （一）硅酸盐膨胀水泥 （二）铝酸盐膨胀水泥 （三）硫铝酸盐膨胀水泥 （四）自应力水泥 学习上述知识时，注意它们与通用水泥的不同点和不得使用的工程环境。 2.5 专用水泥 一、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥 二、砌筑水泥 三、道路水泥 四、低水化热水泥 $$