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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水 泥,按使用性质及用途分为三种类型：,一、通用水泥：通用硅酸盐水泥,包括:硅酸盐水泥、,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；,二、专用水泥：道路硅酸盐水泥、砌筑水泥等；,三、特性水泥：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥等。,第三章 水 泥,第一节,硅酸盐水泥的基本组成,与生产原理,第二节,硅酸盐水泥的水化和硬化机理,第三节,硅酸盐水泥的技术性质及其性能特点,第四节,掺混合材料的硅酸盐水泥,第五节,常用水泥的选用,原则,第六节,其它品种水泥,第一节,硅酸盐水泥的,基本组成,与生产原理,定义：,凡是由硅酸盐水泥熟料、适量的混合材料（0,5石灰石或粒化高炉矿渣）、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(国外称波特兰水泥)。,硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为,I型,硅酸盐水泥，代号,PI,；在硅酸盐水泥熟料中掺加不超过水泥质量5的混合材料的为,II型,硅酸盐水泥，代号,PII,。,一、硅酸盐水泥的生产工艺概述,二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,一、硅酸盐水泥的生产工艺概述,生 料,水 泥,按比例混合、磨细,石膏,混合材料,煅烧（约1450,0,C）,磨细,石灰石,CaO、CO,2,粘 土,SiO,2,、Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,铁矿粉,Fe,2,O,3,熟 料,“两磨一烧”工艺,一、硅酸盐水泥的生产工艺概述,水泥生产线示意图：,1.生料贮存；2.磨细设施；3.生料混合设施；4.预热/预煅烧装置；5.回转窑；6.熟料贮存；7.外加剂；8.熟料磨细；9.水泥贮存&灌装,二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成,硅酸三钙 3CaOSiO,2,（C,3,S）：3660%，,硅酸二钙 2CaOSiO,2,（C,2,S）：1537%，,铝酸三钙 3CaOAl,2,O,3,（C,3,A）：715%，,铁铝酸四钙 4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,（C,4,AF）：1018%。,硅酸三钙和硅酸二钙称为硅酸钙矿物，一般占总量的75,82(,国家标准中规定不小于66%,CaO与SiO,2,的质量比不小于2.0),。,二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性,2水泥熟料主要矿物与水作用时的特性,磨细后能与水发生水化反应，生成具有水硬性的水化产物。,C,3,S、C,3,A、C,4,AF水化快，C,2,S水化慢，,C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,水化反应过程中会放出热量,C,3,A、C,3,S放热量大，C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,C,3,S早期强度和后期强度均较高，C,2,S早期强度低，后期强度高。C,3,A、C,4,AF强度均不高。四个矿物的强度均随龄期成曲线变化，见图3.2,。,第二节 硅酸盐水泥的水化和硬化机理,一、硅酸盐水泥的,水化,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,一、硅酸盐水泥的,水化,水泥颗粒与水接触后，水泥熟料各矿物立即与水发生水化作用，生成新的水化物，并放出一定的热量。,一、硅酸盐水泥的,水化,水化硅酸钙,几乎不溶于水，形成后立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为,凝胶体,。,氢氧化钙呈六方晶体,。由于氢氧化钙可溶于水，但溶解度不大，所以溶液很快达到饱和状态。,一、硅酸盐水泥的,水化,水化铝酸钙为立方晶体,。由于铝酸三钙的水化、凝结和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸钙会与石膏作用，生成,三硫型水化硫铝酸钙,，,也称钙矾石晶体（以AFt表示）,，其反应式如下：,一、硅酸盐水泥的,水化,铁铝酸四钙与水反应后生成,水化铝酸钙晶体,和,水化铁酸钙凝胶体,。,一、硅酸盐水泥的,水化,综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物有两类：,凝胶体,：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体；,晶体,：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。,由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在完全水化的水泥石中，,水化硅酸钙凝胶体约占70，,而,氢氧化钙约占20，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7,。,水泥浆扫描电镜照片（,7d,龄期,）,C-S-H,钙矾石,C-S-H 水化硅酸钙凝胶,CH 氢氧化钙晶体,电镜下的水泥水化产物图,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,水泥加水拌和后，最初形成具有流动性和可塑性的浆体，经过一定时间，水泥,浆体逐渐变稠失去可塑性,，这一过程称为,凝结,。,随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高，并形成,坚硬的石状体,水泥石,，这一过程称为,硬化,。,水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列的技术性能。,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,水泥浆,开始凝结,完全凝结,人工石材,初凝时间,终凝时间,硬化,凝 结,水泥颗粒的水化是从表面向内部进行的，水化程度受水和水化物的扩散所控制，水泥颗粒的内核很难完全水化。因此。,硬化的水泥石是由水化产物,(,凝胶体和结晶体,),、未水化的水泥颗粒、水和孔隙,(,毛细孔和凝胶孔,),组成的。,水泥石的工程性质决定于水泥石的组成和结构,。,水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。水泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少，凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前,28d,的水化速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强度增加幅度减小。,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,1.水泥熟料的矿物组成,水泥中C,3,S和C,3,A含量越高，凝结硬化也越快。,2.水泥的细度,水泥越细，颗粒就越小，其与水接触的面积也就越大，则水化速度越快，凝结硬化也越快。,3水泥浆体的水灰比,水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比,，水泥完全水化所需的用水量约为水泥质量的25，但这样的水量很难形成具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较多的水，以便取得较好的塑性。,水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体的稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,4.水泥的水化程度,水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥浆体中水化产物愈多，凝结硬化也越快。,5石膏掺量,石膏(常用CaSO,4,2H,2,O)是水泥的,缓凝剂,，能调节水泥的凝结硬化速度。在磨制水泥时，若不掺入少量石膏，则水泥浆凝结很快。当掺入少量石膏后，硫酸钙将与水化铝酸钙作用，生成难溶的水化硫铝酸钙晶体(钙矾石)，减少了溶液中的铝离子，延缓了水泥浆体的凝结速度，但石膏掺量必须适当，掺入过多的石膏不仅缓凝作用不大，而且会引起凝结硬化后的水泥石出现开裂。,三、影响水泥凝结和硬化的主要因素,5环境的温度和湿度,环境因素（,主要是温度和湿度,）对水泥的凝结硬化有着明显的影响。,温度,越高，水泥水化速度越快，凝结硬化的速度就越快。,环境湿度,大，水泥浆中的水分不仅不易蒸发，使水泥石中保持有水泥水化及凝结硬化所需要的化学用水，而且在水泥石中水分不足时，能使水泥石吸收环境中的水分，保证水泥进行水化和硬化。如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水分蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化停止，强度不再增长，甚至还会在制品表面产生干缩裂缝。,第三节 硅酸盐水泥的技术性质 及其性能特点,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,1.密度,2.,细度,3.,标准稠度用水量,4.,凝结时间,5.,体积安定性,6.,强度和强度等级,7.其它技术指标,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,1.密度,硅酸盐水泥的密度一般在3.05,3.15gcm,3,，平均可取为3.10,gcm,3,，其大小主要取决于水泥熟料的矿物组成。堆积密度为1000,1600kg/m,3,。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,2.细度,水泥颗粒的粗细程度。对水泥性质有很大影响。,水泥颗粒粒径一般在7,200m范围内，颗粒愈细，与水起反应的表面积就愈大，因而水化速度较快，而且较完全，早期强度和后期强度都较高。水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥，但水泥过细，在空气中的硬化收缩性较大，生产成本也较高。,硅酸盐水泥的细度采用,比表面积法,检验,。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,比表面积,单位质量的粉末所具有的总表面积，用m,2,kg表示。,比表面积法是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积。,硅酸盐水泥的细度采用勃氏透气法比表面积仪（GB/T8074-2008）进行检验，要求其,比表面积大于300m,2,kg,。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,3.标准稠度用水量,水泥净浆达到标准稠度时的拌和用水量，按水泥质量百分比计；,水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆（或试锥）的沉入达到一定阻力时的稠度。我国国标（GB/T1346-2001）中规定，水泥标准稠度的标准测定方法为试杆法（标准法），或试锥法（代用法）。,硅酸盐水泥的标准稠度用水量通常在24,30之间。,标准稠度用水量的大小，可以反映出水泥的需水性，标准稠度用水量愈大，表明其需水性愈大。,标准稠度和凝结时间测定仪,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,4.凝结时间,凝结时间分为初凝时间和终凝时间。,初凝时间,是指水泥与水拌和至标准稠度净浆达到初凝状态（即开始失去可塑性）所需的时间；,终凝时间,是水泥与水拌和至标准稠度净浆达到终凝状态（即完全失去可塑性并开始产生强度）所需的时间。,国家标准（GB 175-2007）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。,为何这样规定?,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,规定初凝时间和终凝时间的意义：,为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥的初凝时间不能过短。当施工完毕，则要求尽快硬化而产生强度，故终凝时间不能太长，否则会使施工周期变长。,影响水泥凝结时间的主要因素,：,（1）铝酸三钙含量与石膏掺量的匹配；,（2）水泥的细度；（3）水灰比；,（4）凝结时的温度；,（5）混合材料掺量。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,5.体积安定性,水泥净浆硬化过程中体积变化的均匀性和稳定性。,如果在水泥硬化过程中，产生不均匀的体积变化，就会使水泥石产生膨胀性裂缝，这种现象称为水泥体积安定性不良。,引起水泥体积安定性不良的原因及,控制方法,：,游离 CaO过多,；控制,方法,：沸煮法（雷氏夹法或试饼法）,检验合格；,游离 MgO过多,；控制,方法,：压蒸法,检验合格,，或生产控制，MgO含量5%,掺入的石膏过多,，生产控制,SO,3,含量3.5%,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,6.强度及强度等级,强度是评价水泥质量、确定水泥强度等级的重要指标。水泥强度除了与水泥矿物组成和细度有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和龄期等因素有关。,根据现行国标（GB 17671-1999）中规定，水泥胶砂强度检验方法是：,将水泥和标准砂以1,3的比例混合后，以0.5的水灰比拌制成一组塑性胶砂，用标准方法制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（201，相对湿度不小于90%或水中）下养护，达到规定龄期（3d、28d）时，测定其,抗折强度和抗压强度。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,水泥的强度等级,是根据规定龄期（3d和28d）测定的抗压强度和抗折强度来划分的，各强度等级水泥在各龄期的强度不得低于表5-2规定的数值。按国家标淮(GBl752007)规定，硅酸盐水泥的强度等级有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六种。,强度等级中,有,R,的为早强型,，,无,R,的为普通型,。早强型水泥的3d抗压强度可达28d抗压强度的50%左右，并比同强度等级的普通型水泥的3d强度提高10%以上,。,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,7.其它技术指标,（1）有害成分含量,为了保证水泥的使用质量，要求水泥中的,氧化镁MgO,和,三氧化硫SO,3,含量、,碱含量,不得超过标准规定的限量（见表5-3）。,碱含量,(选择性指标),:指水泥中,Na,2,O,和,K,2,O,的含量。,水泥中,Na,2,O,和,K,2,O,含量较高时，可能在混凝土中与活性集料发生,碱集料反应,，使混凝土出现开裂、强度降低或破坏。,用户要求低碱时：,Na,2,O+0.685 K,2,O,0.60%,一、硅酸盐水泥的主要,技术性质,（2）不溶物含量,不溶物将影响水泥的有效成分含量，所以不溶物含量不得超过标准规定的限量（见表5-3）。,（3）烧失量,不得超过标准规定的限量（见表5-3）。,(4)氯离子含量,不得超过0.06%。,二、硅酸盐水泥的技术标准,我国现行的硅酸盐水泥国家标准为通用硅酸盐水泥（GB 175-2007）。,标准规定，,凡化学指标(包括,氧化镁,含量、,三氧化硫SO,3,含量、,碱含量,、,不溶物含量,、,烧失量,、,氯离子含量,),、凝结时间、安定性和强度符合规定要求的为合格品，凡化学指标、凝结时间、安定性和强度中的任何一项技术指标不符合规定要求的为不合格品。,