土木工程材料水泥.ppt

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,*,2.4 Silicate cement,Classification of cement,By composition,Silicate cement,Aluminate,cement,Sulphate,cement,Ferrialuminate,cement,By capability and use,General cement,Special cement,Extra properties cement,2.4.1,硅酸盐水泥生产工艺及矿物组成,1.principal raw materials,（1）,石灰质原料,：提供,CaO,，,有石灰石、贝壳、石灰质凝灰岩。,（2）,粘土质原料,：提供,SiO2Al2O3，,少量,Fe2O3，,有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等、,（3）,铁矿粉,：提高,Fe2O3,的含量，有黄铁矿渣。,另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。,2.Definition and classification of silicate cement,凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的水泥熟料，掺入适量石膏、,0,5,的石灰石或粒化高炉矿渣磨细制成的水硬性胶凝材料，就是,硅酸盐水泥,(,也称波特兰水泥,),。当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为,型硅酸盐水泥，代号,P.,。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过,5%,时，称为,型硅酸盐水泥，代号,P.,。,3.Manufacture of silicate cement(,两磨一烧,),4.Mineral composition of clinker,硅酸三钙,(,简称,C,3,S),其矿物组成为,3CaOSiO,2,，含量约,50%,左右。,硅酸二钙,(,简称,C,2,S),其矿物组成为,2CaOSiO,2,，含量约,20%,左右。,铝酸三钙,(,简称,C,3,A),其矿物组成为,3CaOAl,2,O,3,，含量,7%,15%,。,铁铝酸四钙,(,简称,C,4,AF),其矿物组成为,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,，含量,10%,18%,。,其它矿物组成,硅酸盐水泥熟料中还含有少量的游离氧化钙和游离氧化镁及少量的碱,(,氧化钠和氧化钾,),。它们可能对水泥的质量及应用带来不利影响。,2.4.2 hydration and hardening of silicate cement,1.hydration,(1)C,3,S,硅酸三钙在常温下的水化反应生成,水化硅酸钙,(C-S-H,凝胶,),和,氢氧化钙,。,3CaOSiO2+,n,H2O=,x,CaOSiO2,y,H2O+(3-,x,)Ca(OH)2,C3S,在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；,C3S,的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。,(2)C,2,S,-C2S,的水化与,C3S,相似，只不过水化速度慢而已。,2CaOSiO2+,n,H2O=xCaOSiO2,y,H2O+(2-,x,)Ca(OH)2,所形成的水化硅酸钙在,C/S,和形貌方面与,C3S,水化生成的都无大区别，故也称为,C-S-H,凝胶。但,CH,生成量比,C3S,的少，结晶却粗大些。,C2S,的硬化速度慢，在大约,4,个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到,C3S,四个星期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好,(3)C,3,A,铝酸三钙的水化,迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相,CaO,浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（,C3AH6,）。在有石膏的情况下，,C3A,水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用,AFt,表示。若石膏在,C3A,完全水化前耗尽，则钙矾石与,C3A,作用转化为单硫型水化硫铝酸钙,(,AFm,),。,C3A,硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在,1,3 d,或稍长的时间内的强度起到一定作用；,C3A,的水化热多；耐腐蚀性最差,。,(4)C,4,AF,水泥熟料中铁相固溶体可用,C4AF,作为代表。它的水化速率比,C3A,略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与,C3A,很相似。,C4AF,的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐蚀性均属中等。,硅酸盐水泥的主要水化产物为,:,(1)C-S-H,凝胶,;(70%)CFH,凝胶,;(,水化铁酸钙,),(2),水化铝酸钙,;,(3),氢氧化钙,;(20%),(4),钙矾石,.(,三硫型水化硫铝酸钙,),各种熟料矿物的强度增长图,硅酸盐水泥的水化放热速率,拌合后时间（,h,）,放热速率（,J/kg/s),潜伏期,A,B,例,1:,以下是,A,、,B,两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析,A,、,B,两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别,。,矿物组成,C,3,S%,C,2,S%,C,4,A%,C,4,AF,A,水泥,60,15,16,9,B,水泥,47,28,10,15,例,2:,某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产,42.5,型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：,C3S,61,；,C2S,14,；,C3A,14,；,C4AF,11,。,2.Coagulation and hardening course,(1)Coagulation:,是指水泥加水拌合后,成为塑性的水泥浆,其中颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生反应,水泥浆逐渐失去塑性,但还不具有强度的过程,.,Initial set:,初凝为水泥加水拌合时起到标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间,.,Final set:,终凝为水泥加水拌合时起到标准净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间,.,(2)hardening,水泥进入硬化期后,在有水存在的情况下,水化继续进行,但水化逐渐减慢,水化物总量随时间延长而逐渐增加,扩展到毛细孔中,使结构更细致,强度相应提高,.,水泥的水化和凝结硬化是从水泥颗粒表面开始的,逐渐往水泥颗粒的内核深入进行,.,开始水化带度快,水泥强度提高也快,;,但由于水化进行,堆积在水泥颗粒周围的水化物不断增多,阻碍水和未水化水泥的进一步接触,水化减慢,强度增长也变慢,但无论过多久,水泥的内核都很难完全水化,.,所以在水泥石中,同时含有水泥熟料的水化产物,未水化的水泥颗粒,水和孔隙,.,水泥的凝结硬化阶段划分,(a),初始溶解和水化：,水泥,+,水,水泥浆体，水泥颗粒与水接触，水化反应从颗粒表面开始迅速产生；,生成的水化硅酸钙、氢氧化钙、钙矾石等产物堆积在水泥颗粒周围。,(b),潜伏期：,大约持续,1,小时,：,水泥颗粒周围形成水化产物膜层，阻碍水泥与水直接接触，水化反应减慢。,水,通过膜层向内渗透；,水化产物,通过膜层向外渗透；,水的渗透速度快，所以产生由内向外的渗透压，使膜层破裂，水化反应重新加快。,(c),凝结期,水化反应重新加速，生成大量水化产物，填充在水泥颗粒之间，水泥颗粒之间空隙缩小，接触点相互粘结，水泥浆体粘度提高，可塑性降低，发生凝结。,(d),硬化期,水化反应不断进行，凝胶体填充毛细孔，浆体逐渐产生强度，进入硬化阶段。,(3),影响水化硬化因素,熟料矿物组成,比表面积,水灰比,养护条件,(curing time and temperature),石膏掺量,2.4.3,硅酸盐水泥的技术性质,（标准稠度用水量）,不溶物、烧失量,氧化镁含量、三氧化硫含量,细度,凝结时间（初凝、终凝）,安定性,强度,碱含量,（密度与堆积密度、水化热）,1,）标准稠度用水量,水泥浆达到规定的标准稠度时所需的用水量，占水泥重量的百分比,（,%,）叫做水泥的标准稠度用水量。,标准稠度：使用标准稠度测定仪，维卡仪的下落深度为,6,1mm,时的水泥浆稠度。,硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在,2030%,。,水泥浆标准稠度的测定,称取一定重量的水泥（,500g,）；,根据经验称取一定量的水（例如取水泥重量的,25%,，,125g,）；,拌制水泥浆，测定维卡仪下沉深度。,如果维卡仪的下沉深度不满足要求，则再次称量水泥和水，直到下沉深度在,46mm,范围内，则所用水量占水泥质量的百分比，即为标准稠度需水量（,%,）。,标准稠度用水量不作为水泥性质的衡量指标，它是进行水泥其他性质试验（凝结时间、安定性）之前需测定的指标。,2,）细度,水泥颗粒的粗细程度。,水泥的细度影响水泥的活性和水化反应速度，是水泥质量检验的重要指标。,细度不符合要求的水泥为不合格品。,细度的表示方法：,80,微米方孔筛筛余百分率,（,%,）,比表面积,(m,2,/kg),硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，要求不小于,300,(m,2,/kg),；,其他水泥的细度用筛余百分率表示，用水筛法，要求不大于,10%,。,3,）凝结时间,水泥完全加入水中开始拌合,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝时间,终凝时间,初凝时间影响施工质量及硬化后质量,在初凝之前要完成混凝土的搅拌、运输、浇注、振捣和表面修平等施工过程，如果水泥在施工完全之前即凝结，则施工操作将破坏硬化体的结构。,为了保证施工过程的完成，初凝时间不能太短，国家标准对水泥的初凝时间严格规定了最小值。,例如硅酸盐水泥初凝时间不得小于,45,分钟。,凡初凝时间不满足要求的水泥作为废品处理。,终凝时间影响施工进度,施工完成之后，希望水泥浆体尽快硬化，以便进行下一步施工。,所以终凝时间关系到工程的进度。,国家标准对各品种水泥的终凝时间规定了最大值，例如硅酸盐水泥的终凝时间不大于,6.5,小时，其他水泥终凝时间不大于,10,小时。,凡终凝时间不满足要求者作为不合格品处理。,凝结时间的测定,拌制标准稠度水泥浆。,从水泥加水拌合时起作为时间起点，开始计时。,采用凝结时间测定仪，测定标准试针（维卡仪）自由下落深度。,凝结时间的测定,水泥完全加入水中,初凝时间,终凝时间,4,1mm,0.5mm,4,）体积安定性,水泥在凝结硬化的过程中体积变化的稳定性。,水泥的安定性不良表现为硬化后的水泥硬化体产生扭曲变形，表面龟裂等现象,。,引起体积安定性不良的原因,游离氧化钙,(,f-CaO,),游离氧化镁,(,f-MgO,),在水泥煅烧的过程中，没有和氧化硅类物质化合形成盐类，而是以游离的化合物状态存在，并且经过高温煅烧，结晶密实，水化缓慢，在水泥浆体硬化之后才开始水化，体积膨胀并放出热量，使周围的硬化体遭到破坏（开裂或扭曲变形）。,引起体积安定性不良的原因,过量的,SO,3,：,在熟料磨细时掺入了过量的石膏，水化初期不能消耗完毕，在水泥浆体硬化后与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石），伴随体积膨胀，造成破坏。,体积安定性的检测方法,f-CaO,：,饼法、雷氏夹法,f-MgO,：,压蒸法,过量的,SO,3,：,温水浸泡法。,由于后两者试验不易进行，所以对其含量进行严格控制：,f-MgO5.0%,；,SO,3,3.5%.,。,饼法检验体积安定性,采用,标准稠度的水泥浆；,制作,扁圆形试饼，在标准温度下养护,24,小时；,在,100,水中沸煮,4,小时；,观察表面是否开裂及形状变化。,体积安定性的判断,体积安定性良好,体积安定性不良,雷氏夹法检验体积安定性,采用,标准稠度的水泥浆；,装入雷氏夹试件，养护,24,小时；,测量初始宽度,A,；,加热沸煮,0.5+3,小时后，测量指针之间宽度,C,；,计算膨胀值,C-A,，,如果超过,5mm,，则,安定性不合格。,5,）强度与强度等级,强度是划分水泥强度等级的依据。,水泥的强度既要反映,水泥凝胶体本身的强度,，又要反映水泥的,粘结能力,。所以采用水泥砂浆进行强度测定。,水泥的粘结能力不仅取决于水泥本身，还与被粘结的骨料性质有关，所以采用统一监制的骨料,标准砂。,水泥胶砂强度试件的制作,所用材料及配比如下：,水泥标准砂水,=13 0.5,=450g1350g 225g,试件尺寸：,40mm40mm160mm,养护条件：（,201,）水中,龄期：,3,天，,28,天,水泥胶砂试件的抗折强度,水泥胶砂试件的抗压强度,40mm,根据水泥胶砂试件强度确定强度等级,1.,根据,28,天抗压强度值初步确定水泥强度等级,;,2.,校核其它龄期的抗压、抗折强度值是否满足同一强度等级的各强度值要求。如果其中之一不满足要求，降低强度等级。,即：试验测得的各龄期的抗压、抗折强度必须同时满足某强度等级中规定的强度值。,强度等级,抗压强度,/,MPa,抗折强度,/,MPa,3d,28d,3d,28d,42.5,42.5R,525.,52.5R,62.5,62.5R,17.0,22.0,23.0,27.0,28.0,32.0,42.5,42.5,52.5,52.5,62.5,62.5,3.5,4.0,4.0,5.0,50.,5.5,6.5,6.5,7.0,7.0,8.0,8.0,6,）碱含量,水泥中碱性物质（,Na,2,O,、,K,2,O,）,的含量称为碱含量。,碱含量计算值,=Na,2,O+0.685K,2,O,国家标准规定水泥的碱含量不得大于,0.60%,。,碱性物质对水泥性能的影响,水泥中碱性物质的存在影响水泥混凝土的耐久性,碱骨料反应。,如果混凝土中采用含有活性的,SiO,2,或活性的碳酸盐，即碱活性物质，当水泥中碱含量过大时，在长期使用过程中将发生碱,骨料反应，破坏水泥石与骨料的界面而使混凝土遭到破坏。,碱骨料反应,混凝土内部水泥石中的碱性氧化物（,Na,2,O,、,K,2,O,）,与骨料中的活性,SiO,2,发生的化学反应，生成碱,硅酸盐凝胶体（或生成碱,碳酸盐凝胶），吸水后体积膨胀（,3,倍以上），导致混凝土开裂破坏，称为碱骨料反应。,7,）水化热,水泥与水发生反应所放出的热量：,通常用单位重量的水泥全部水化所放出的热量来表示。,水化热对于大体积混凝土不利，是造成温度应力、温度裂缝的原因。,8,）密度与堆积密度,水泥的密度大致在以下范围：,水泥的密度,=3.1,3.2 g/cm,3,堆积密度,=900,1300 kg/m,3,标准稠度用水量、密度,：不做数值上的规定；,细度、初凝时间、终凝时间、安定性、强度、碱含量等性质均有严格的限制。,初凝时间、安定性：,若不满足要求，作为废品处理；,细度、终凝时间、强度,：若不合格，按不合格品处理。,氧化镁、三氧化硫含量不合格，按废品处理。,对各性质的要求,2.4.4 erode and prevention of cement stone,1.erode of cement stone(,腐蚀,),(1)soft water:,water containing little or no dissolved salts of calcium or magnesium,especially water containing less than 85.5 parts per million of calcium carbonate,.,水泥石长期与软水,(,雨水,雪水,蒸馏水,工厂冷凝水等,),接触,会溶出氢氧化钙,如是静水或无水压水只限于表面,对水泥石影响不大,.,但如果有流水及压力水作用,氢氧化钙不断溶解流失,由于水泥石碱度的降低还会引起其他水化产物的分解溶蚀,使水泥石进一步破坏,.,(2),Sulphate,(,硫酸盐,),含硫酸盐的海水,湖水,地下水及某些工业污水长期与水泥石接触,其中的硫酸盐会与水泥中的氢氧化钙发生反应,生成硫酸钙,.,硫酸钙与水泥石中的水化铝酸钙作用会生成高硫型水化硫铝酸钙,(,钙凡石,),体积增大约,1.5,倍,会引起膨胀应力,造成开裂,.,钙凡石常被称为,:,水泥杆菌,.,当水中硫酸盐浓度较高时,硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏,体积膨胀,导致水泥石破坏,.,(3)Magnesia(,镁盐,),在海水及地下水中,常含有大时镁盐,主要是硫酸镁和氯化镁,它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应,生成氢氧化镁松软而无凝结能力,生成的氯化镁易溶于水,二水石膏则引起硫酸盐腐蚀作用,.,因此硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用,.,(4)Acid,无机酸中的盐酸,氢氟酸,硝酸,硫酸和有机酸中的醋酸等对水泥石都有不同程度的腐蚀作用,.,它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应生成化合物,或者易溶于水,或体积膨胀,在水泥石内部造成内应力而导致破坏,.,(5)Carbonic acid,在工业污水中,地下水中常溶解有较多的的二氧化碳,开始时,二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙,.,生成的碳酸钙再与含碳酸的水作用转变成碳酸氢钙,.,生成的碳酸氢钙易溶于水,.,(6)Alkali(,碱,),铝酸盐含量较多的硅酸盐水泥遇到强碱作用后会发生腐蚀,.,例如氢氧化钠会与水泥熟料未水化的铝酸盐反应,生成易溶的铝酸钠,.,此外,水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥,氢氧化钠会与空气中的二氧化碳发生反应生成碳酸钠,碳酸钠在水泥石中的毛细孔中结晶沉积,会使水泥石破坏,.,腐蚀的主要原因,:,(1),水泥石中存在易被腐蚀的成分,如氢氧化钙和水化铝酸钙,;,(2),水泥石不密实,有孔隙,;,(3),环境中存在腐蚀性介质,.,2.Prevention of erode,防止腐蚀的措施,:,(1),进行水质分析,合理选择水泥品种,;,(2),提高水泥石的抗渗性,如提高水泥石的密实性或改变孔隙特征,;,(3),表面防护处理,.,2.5 Other ordinary cement,2.5.1 mixed materials of cement(,水泥混合材料,),1.active mixed materials,活性混合材是具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物质材料。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰都属于活性混合材料，它们中都含有大量活性氧化硅（,SiO2,）与活性氧化铝（,Al2O3,）。与水调和后，它们本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化，特别是在饱和的氢氧化钙溶液中及有石膏存在的条件下水化更快。,(1)slag,凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣，简称矿渣。,(2)Fly ash,从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰,(3)Pozzuolanic mix materials,凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料，本身磨细加水拌和并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和，则不单能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的，称为火山灰混合材料。,2.Inactive mixed materials,活性指标低于,GB 1596,、,GB 2847,和,GB 203,标准要求的粉煤灰，火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣以及石灰石和砂岩。石灰石中的三氧化二铝含量不得超过,2.5%,。它们与水泥成分起的化学作用很小，非活性混合材料掺入硅酸盐水泥中起提高水泥产量和降低水泥强度等级，减少水化热等作用，并起到降低成本及改善砂浆或混凝土和易性的作用。,3.Kiln,从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘。,2.5.2 Composition and technical require of several ordinary cement,1.Ordinary silicate cement,(1)Composition,以硅酸盐水泥熟料为主，加入,6,15,的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥,(,简称普通水泥,),，代号,P.O,。掺活性混合材料时,最大掺量不得大超过,15%,其中允许用不超过水泥质量的,5%,的窑灰或不超过水泥质量的,10%,的非活性混合材料来代替,;,掺非活性混合材料时,最大掺量不得超过水泥质量的,10%.,(2)Technical require,根椐国家标准,GB 175-1999,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥,的规定,普通硅酸盐水泥氧化镁,三氧化硫含量及安定性指标与硅酸盐水泥相同,.,其烧失量,细度,凝结时间及强度与硅酸盐水泥有所差别,:,烧失量不得大于,5%;80,m,方孔筛筛余不得超过,10%;,初凝不得早于,45min,终凝不得迟于,10h,其早期强度稍低于硅酸盐水泥,.,(,型硅酸盐水泥中烧失量不得超过,3.0%,，,型硅酸盐水泥中烧失量不得超过,3.5%,。硅酸盐水泥比表面积大于,300m,2,/kg,。硅酸盐水泥初凝时间不得早于,45min,，终凝时间不得迟于,6h30min,),2.Slag,pozzuolanic,fly ash silicate cement,(1)Slag silicate:,由硅酸盐水泥熟料和,20,70,的粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥,(,简称矿渣水泥,),，代号,P.S,。,(2)Pozzuolanic silicate cement:,硅酸盐水泥熟料和,20,50,的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥,(,简称火山灰水泥,),，代号,P.P,。,(3)Fly ash silicate cement:,由硅酸盐水泥熟料和,20,40,的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥,(,简称粉煤灰水泥,),，代号,P.F.,(4)Technical require of several ordinary silicate cement,要求指标,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,P.O,矿渣硅酸盐水泥,PS,火山灰质硅酸盐水泥,PP,粉煤灰硅酸盐水泥,PF,P,P,不溶物含量,0.75,1.50,烧失量,3,3.5,5,细度,比表面积,300 m,2,/kg,80,m,方孔筛的筛余量,10,终凝时间,390 min,45 min,MgO,含量,水泥中,MgO,含量不宜超过,5.0,；若水泥经蒸压安定性试验合格，,MgO,含量可放宽至,6.0,以下。,熟料中,MgO,含量不宜超过,5.0,；若水泥经蒸压安定性试验合格，熟料中,MgO,含量可放宽至,6.0,以下。,SO,3,含量,3.5,3.5,(,矿渣水泥可放宽到,4.0,),安定性,沸煮法合格,强度,水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于国家相关标准,碱含量,水泥中碱含量按,Na,2,O+0.658K,2,O,计算值来表示。若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于,0.60,或由供需双方商定,(5)Compound silicate cement,由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥,(,简称复合水泥,),，代号,P.C,。,水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于,15%,但不超过,50%.,允许用不超过,8%,的窑灰代替部分混合材料,掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复,.,2.5.3capability and application of several ordinary cement,硅酸盐水泥,普通水泥,矿渣水泥,火山灰水泥,粉煤灰水泥,特性,早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小,与硅酸盐水泥基本相同,早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多,早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻性差；干缩性大,早期强度较低，后期强度才长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差,适用范围,一般土建工程中钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土,与硅酸盐水泥基本相同,高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程,地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要求的工程,地上、地下及水中大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程,不适用范围,大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程,与硅酸盐水泥基本相同,早期强度要求高的工程；有抗冻要求的混凝土工程,处在干燥环境中的混凝土工程；其他同矿渣水泥,有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥,与普通水泥相比,掺大量混合材的水泥具有的共性,:,(1),密度较小,.,原因,:,混合材的密度小于水泥熟料的密度,普通水泥中熟料含量高,因此水泥密度大,.,(2),凝结硬化慢,有二次水化,.,(3),强度早期低,但后期增进率高,.,原因,:,熟料少,早期强度底,;,混合材的二次水化使后期强度不断增长,因此掺大量混合材水泥后期强度增进率答,.,(4),强度发展对温湿度敏感,适合于蒸汽养护,.,原因,:,混合材的水化在湿热条件下可被加速,且对后期强度影响不大,.,(5),水化热低,.,原因,:,熟料少,.,(6),耐软水及硫酸盐的侵蚀能力强,.,原因,:,水泥石中氢氧化钙和水化铝酸三钙含量少,.,(7),抗冻性,耐磨性较差,.,原因,:,熟料少,水化热低且强度发展慢,因此抗冻性差,;,同时,熟料的水化产物耐磨性好,因此,掺大量混合材水泥的耐磨性差,.,矿渣水泥的个性,:,耐热性好,抗渗性差,保水性差,干缩较大,.,火山灰水泥的个性,:,干缩大,;,在潮湿的环境中时抗渗性好,.,粉煤灰水泥的个性,:,和易性好,;,干缩较小,抗裂性较好,;,强度发展更慢,.,2.6 Special and extra properties cement,2.6.1,Aluminate,cement,1.Definition and classification,铝酸盐水泥是以石灰石和铝矾为主要原料，经煅烧至全部或部分熔融，得到以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料，代号为,CA,。按,Al2O3,的含量铝酸盐水泥分为,CA,50,（,50,Al2O3,60,），,CA,60,（,60,Al2O3,68,），,CA,70,（,68,Al2O3,77,）和,CA,80,（,77,Al2O3,）四类。铝酸盐水泥是一类快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥，又称高铝水泥。,2.Mineral composition,铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙（,CaOAl2O3,，简写,CA,）和二铝酸一钙（,CaO2Al2O3,，简写,CA2,），还有少量的其他铝酸盐，如,2CaOAl2O3SiO2,（简写,C2AS,）、,12CaO7Al2O3,（简写,C12A7,）等，有时还含有很少量,2CaOSiO2,等。,CA,是铝酸盐水泥的主要矿物，有很高的水硬活性，凝结时间正常，水化硬化迅速；,CA2,水化硬化慢，后期强度高，但早期强度却较低，具有较好的耐高温性能。,3.Technical require,国家标准,GB 201,2000,铝酸盐水泥,规定，铝酸盐水泥的细度、凝结时间（胶砂）及强度应符合下表的要求,性能指标,水泥类型,CA,50,CA,60,CA,70,CA,80,细度,比表面积不小于,300 m,2,/kg,或,0.045 mm,筛筛余不大于,20,凝结时间,初凝时间,/min,，不早于,30,60,30,30,终凝时间,/h,，不迟于,6,18,6,6,抗压强度,/,MPa,6 h1 d3 d28 d,204050,204585,3040,2530,抗折强度,/,MPa,6 h1 d3 d28 d,3.05.56.5,2.55.010.0,5.06.0,4.05.0,4.Application,(1),铝酸盐水泥的早期强度发展迅速，,适用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等,。,(2),铝酸盐水泥的放热量与硅酸盐水泥大致相同，但其放热速度特别快，一天之内即可放出水化热总量的,70,80,。使用时应特别注意，,不能用于大体积混凝土工程。,由于早期的水化放热量大，铝酸盐水泥在较低的气温下也能很好地硬化，,可用于冬季施工的工程。,(3),铝酸盐水泥硬化后，密实度较大，不含有铝酸三钙和氢氧化钙，因此，耐磨性很好，对矿物水和硫酸盐的侵蚀作用具有很高的抵抗能力。,适用于耐磨要求较高的工程和受软水、海水和酸性水腐蚀及受硫酸盐腐蚀的工程。,(4),铝酸盐水泥有较高的耐热性，如采用耐火粗细集料（如铬铁矿等）可制成使用温度达,1 300,1 400,的,耐热混凝土,。,(5),铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂破坏。因此，施工时除不得与石灰和硅酸盐水泥混合外，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。铝酸盐水泥耐碱性极差，与碱性溶液接触，甚至在混凝土集料内含有少量碱性化合物，都会引起不断的侵蚀。因此，,不得用于接触碱性溶液的工程,。,(6),铝酸盐水泥最适宜的硬化温度为,15,左右，一般不得超过,25,。如温度过高，水化铝酸一钙和水化铝酸二钙会转变成水化铝酸三钙，固相体积减少，孔隙率大大增加，强度显著降低。因此，铝酸盐水泥混凝土不能进行蒸汽养护，,也不宜在高温季节施工,。由于上述晶型转变，铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势。因此，,铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处于高温高湿环境的工程,。,2.6.2 rapid hardening,sulfoaluminate,cement(,快硬硫铝酸盐水泥,),definition:,凡以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物，加入适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。快硬硫铝酸盐水泥的主要矿物为无水硫铝酸钙和,-C2S,。,早期强度高,结构致密,孔隙率小,抗渗性高,水化产物中氢氧化钙含量少,抗硫酸盐侵蚀能力强,.,application:,主要用于配制早强,抗渗,抗硫酸盐侵蚀的混凝土,.,可用于冬季施工,抢修,堵漏等工程,.,2.6.3 Portland cement for road,1.definition:,由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料，,0,10,活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为,道路硅酸盐水泥,.,2.Technical require,:,耐磨性好、收缩小、抗冻性好、抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的耐久性,.,道路水泥的熟料矿物组成要求：,C3A16%,，,f,-Ca0,旋窑生产的不得大于,1.0,，立窑生产的不得大于,1.8,，其水泥的细度为,0.08 mm,方孔筛筛余不得超过,10,，初凝不早于,1 h,，终凝不迟于,10 h,，,28 d,干缩率不大于,0.10,，磨损量不得大于,3.6 kg/m2,。,2.6.4 low heat silicate cement and moderate heat slag cement,1.definition:,中热硅酸盐水泥,是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏磨细而成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，简称中热水泥。,低热矿渣硅酸盐水泥,是由适当成分的硅酸盐水泥熟料加入矿渣和适量石膏磨细而成具有低水化热的水硬性胶凝材料，简称低热矿渣水泥。其矿渣掺量为水泥质量的,20,60,，允许用不超过混合材总量,50,的磷渣或粉煤灰代替矿渣。,2.application:,中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥的主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。,2.6.5 Other cement,1.White Portland cement:,硅酸盐水泥的颜色主要由氧化铁引起。当氧化铁含量在,3,4,时，熟料呈暗灰色；在,0.45,0.7,时，带淡绿色；而降低到,0.35,0.40,后，接近白色。因此，白色硅酸盐水泥（简称白水泥）的生产主要是降低氧化铁含量。,白水泥的物理性能要求主要包括白度,(Whiteness),。白度是以白水泥与,MgO,标准白板的反射率的比值来表示的。为提高熟料白度，在煅烧时宜采用弱还原气氛，另外采用漂白措施，就是将刚出窑的熟料喷水冷却，使熟料急冷，也可以提高熟料的白度。为提高水泥白度，在粉磨时应加入白度较高的石膏，同时提高水泥粉磨细度。采用铁含量很低的铝酸盐或硫铝酸盐水泥生料也可生产出白色铝酸盐或硫铝酸盐水泥。,2.Colored Portland cement,用白色水泥熟料与石膏以及颜料共同磨细可制得彩色水泥。所用颜料要求对光和大气能耐久，能耐碱而又不对水泥性能起破坏作用。常用的颜料有氧化铁（红、黄、褐红）、二氧化锰（黑、褐色）、氧化铬（绿色）、赭石（赭色）、群青（蓝色）和炭黑（黑色）。但制造红、褐、黑等较深颜色彩色水泥时，也可用一般硅酸盐水泥熟料来磨制。在水泥生料中加入少量金属氧化物着色剂直接烧成彩色熟料，也可制得彩色水泥。,3.Sulphate resisting Portland cement,按抗硫酸盐侵蚀程度，分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称,中抗硫水泥,。代号,P.MSR,。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子锓蚀的水硬性凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称,高抗硫水泥,，代号,PHSR,。中抗硫水泥中，,C3S,和,C3A,的计算含量分别不应超过,55.0,和,5.0,。高抗硫水泥中,C3S50.0,，,C3A3.0,。烧失量应小于,3.0,，水泥中,SO3,含量小于,2.5,。水泥比表面积不得小于,280 m2/kg,。各龄期强度亦符合标准要求。抗硫酸盐水泥适用于一般受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础等工程设施,4.Expansive Portland cement and selfstress Portland cement,使水泥产生膨胀的反应主要有三种：,Ca0,水化生成,Ca(OH)2,、,Mg0,水化生成,Mg(OH)2,以及形成钙矾石，因为前两种反应产生的膨胀不易控制，目前广泛使用的是以钙矾石为膨胀组分的各种膨胀水泥。,自应力硅酸盐水泥,:,以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、高铝水泥和天然二水石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料称为自应力硅酸盐水泥。,自应力铝酸盐水泥,:,自应力铝酸盐水泥是以一定量的高铝水泥熟料和二水石膏粉磨而成的大膨胀率胶凝材料。按,1,：,2,标准砂浆,28 d,自应力值分为,3.0,，,4.5,和,6.0,三个级别。,膨胀硫铝酸盐水泥,:,凡以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量二水石膏磨细制成的具有可调膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为膨胀硫铝酸盐水泥。,例,3:,某停车场混凝土不耐磨,某施工队使用一立窑水泥厂生产的普通水泥铺筑停车场。该水泥颜色为较深的灰黑色，据了解是以煤渣作混合材，混凝土的水灰比为,0.55,。完工后一个月发现混凝土强度正常，边部切割后观察，混凝土基本无大的孔洞。但表面耐磨性差，且在局部低凹表面的颜色为明显不同的灰黑色，其耐磨性更差。水泥经检验强度及安定性等合格，但烧失量为,6.3,。请分析原因。,经检测该水泥烧失量不合格。造成烧失量高于标准规定有几种可能：,a.,熟料烧不透,b.,石膏杂质多,c.,混合材本身烧失量大，且掺量高从现象来看，最后一点的问题估计是主要的。在局部低凹表面灰黑色的水泥浆含较多烧失量高的煤渣，而这些煤渣的耐磨性较差，使该停车场混凝土耐磨性差。另外，该混凝土水灰比过大，亦有利于混凝土的离析，煤渣的富集。从切割边部混凝土观察知混凝土基本无大孔洞，这可知混凝土的流动性较大，且振捣已相当充分。但对于水灰比较大的混凝土若振捣过度，更易离析、泌水，使煤渣在表面富集，使混凝土表面不耐磨。,例,4:,某钢筋混凝土