无机化学工艺学水泥省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第八章 水泥第1页主要内容主要内容概述概述硅酸盐水泥系列产品硅酸盐水泥系列产品几个特殊用途水泥几个特殊用途水泥硅酸盐水泥制造硅酸盐水泥制造混凝土混凝土第2页第一章第一章 概述概述水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有素有“建筑工业粮食建筑工业粮食”之称。之称。水泥含有很好可塑性水泥含有很好可塑性，与砂、石等胶合后混和物含有很与砂、石等胶合后混和物含有很好和易性，可浇注成各种形状及尺寸构件，以满足设计好和易性，可浇注成各种形状及尺寸构件，以满足设计上不一样要求；上不一样要求；水泥适应性较强水泥适应性较强，适合用于海上、地下、，适合用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等各种条件下；水泥还深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等各种条件下；水泥还可与各种有机、无机材料制成各种用途水泥复合材料；可与各种有机、无机材料制成各种用途水泥复合材料；水泥耐久性很好水泥耐久性很好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。当前，水泥已广泛用于当前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程建筑、水利、道路、国防等工程中。中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种含有近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种含有特种性能水泥复合材料需求也越来越大。特种性能水泥复合材料需求也越来越大。所以，水泥工业在整个国民经济中起着十分主要作用。所以，水泥工业在整个国民经济中起着十分主要作用。在当前甚至未来相当长时期内，水泥仍将是人类社会主在当前甚至未来相当长时期内，水泥仍将是人类社会主要建筑材料要建筑材料。第3页原始水泥可追溯到原始水泥可追溯到50前，埃及金字塔、古希前，埃及金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成混和沙浆，腊和古罗马时代用石灰掺砂制成混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用胶凝材料被称为原始水泥。它为当代水泥用胶凝材料被称为原始水泥。它为当代水泥创造奠定了基础。创造奠定了基础。1824年，英国泥水工年，英国泥水工J阿斯普丁创造了一阿斯普丁创造了一个把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水个把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥方法，并取得了专利权。这种水泥同英国泥方法，并取得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产石材颜色相近，故称为附近波特兰小城盛产石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。1877年回转窑烧制水泥熟料取得了专利权，年回转窑烧制水泥熟料取得了专利权，继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地提升了水泥产量和质量。磨等，从而有效地提升了水泥产量和质量。19湿法回转窑出现。湿法回转窑出现。第4页19土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连续生产。续生产。1928年德国立列波博士和波利休斯企业在对年德国立列波博士和波利休斯企业在对立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子回转窑，为了纪念创造者与创造企转炉箅子回转窑，为了纪念创造者与创造企业，取名为业，取名为“立波尔窑立波尔窑”。1950年，悬浮预热器由德国创造成功并开始年，悬浮预热器由德国创造成功并开始应用，大幅度降低了熟料生产热耗，极大地应用，大幅度降低了熟料生产热耗，极大地提升了生产规模。提升了生产规模。20世纪世纪60年代初，日本将德国悬浮预热器回年代初，日本将德国悬浮预热器回转窑技术引进后，于转窑技术引进后，于1971年开发了水泥窑外年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了当代水泥工业新篇章，分解技术，从而揭开了当代水泥工业新篇章，而且很快在世界范围内出现了各具特点预分而且很快在世界范围内出现了各具特点预分解窑，形成了新型干法生产技术。伴随原料解窑，形成了新型干法生产技术。伴随原料与均化、生料均化、高功效破碎和粉磨，环与均化、生料均化、高功效破碎和粉磨，环境保护技术和境保护技术和X射线荧光分析等在线检测方射线荧光分析等在线检测方法配套发展，加上电子计算机和自动化控制法配套发展，加上电子计算机和自动化控制仪表等技术广泛应用，使新型干法水泥生产仪表等技术广泛应用，使新型干法水泥生产熟料质量显著提升，能耗显著下降，生产规熟料质量显著提升，能耗显著下降，生产规模不停扩大。模不停扩大。第5页第一章第一章 概述概述在物理、化学作用下，能从在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固石状体浆体变成坚固石状体，并能胶结，并能胶结其它物料而有一定机械强度物质统称为其它物料而有一定机械强度物质统称为胶凝材料胶凝材料。胶凝材料分为：胶凝材料分为：（1 1）水硬性：水硬性：和水后即能在空气中又能在水中硬化材料。基和水后即能在空气中又能在水中硬化材料。基本上是无机材料（也有有机材料）如硅酸盐水泥，铝酸盐水本上是无机材料（也有有机材料）如硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，泥，汞汞醋酸乙烯水泥。醋酸乙烯水泥。（2 2）非水硬性：非水硬性：只能在空气或其它条件下硬化，而不能在水只能在空气或其它条件下硬化，而不能在水中硬化材料，中硬化材料，如如无机石灰、石膏、耐酸胶结无机石灰、石膏、耐酸胶结料；料；有机环氧树有机环氧树脂胶体脂胶体料料；无机材料、耐火材料、浇铸料（在高温下）等。；无机材料、耐火材料、浇铸料（在高温下）等。水泥是一个主要建筑材料，与钢材、木材合成为三大材料。水泥是一个主要建筑材料，与钢材、木材合成为三大材料。第6页1.什么是水泥？什么是水泥？水泥水泥-凡经细磨材料，加入适量水后成为塑性浆凡经细磨材料，加入适量水后成为塑性浆状，即能在空气中硬化又能在水中硬化，并能把砂状，即能在空气中硬化又能在水中硬化，并能把砂石等材料牢靠地胶结在一起石等材料牢靠地胶结在一起水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料。广义广义上说，水泥泛指一切能够硬化无机胶凝材料；上说，水泥泛指一切能够硬化无机胶凝材料；而而狭义水泥狭义水泥则专指当代水泥，即含有水硬性胶凝材则专指当代水泥，即含有水硬性胶凝材料。料。塑性塑性-材料在外加作用下产生形变，外力取消后不材料在外加作用下产生形变，外力取消后不能恢复完全，且不产生裂缝性质称塑性。能恢复完全，且不产生裂缝性质称塑性。第7页2.水泥分类：水泥分类：（1）按用途分类）按用途分类 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 普通用途水泥普通用途水泥 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 块块硬水泥硬水泥 特殊用途水泥特殊用途水泥 膨胀水泥和自膨胀水泥和自应应力水泥力水泥 油井水泥油井水泥 大坝水泥大坝水泥 白水泥白水泥 抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥 耐高温水泥耐高温水泥第8页（2）按矿物成份分类）按矿物成份分类 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 铝酸盐水泥铝酸盐水泥 硫酸盐水泥硫酸盐水泥 氟酸盐水泥氟酸盐水泥 用水泥制成砂浆成用水泥制成砂浆成砼砼，坚固耐坚固耐久久，是主要建筑材是主要建筑材料和工程材料。料和工程材料。按矿物成份分类按矿物成份分类第9页3.我国水泥发展我国水泥发展我国水泥工业始于我国水泥工业始于1876年，但发展较为迟缓，到解年，但发展较为迟缓，到解放时（放时（1949）才）才66万吨，最高年产量（万吨，最高年产量（1942年），年），抗战时期才抗战时期才229万吨，品种仅万吨，品种仅23种。种。解放后发展很快，尤其是改革开放以来，伴随国民解放后发展很快，尤其是改革开放以来，伴随国民经济高速发展，水泥工业发展加紧，当前我国水泥经济高速发展，水泥工业发展加紧，当前我国水泥产量居世界第一位，产量居世界第一位，1995年年4.5亿吨，亿吨，98年年5亿吨以亿吨以上。伴随西部西气东送和三峡工程需要，可望今年上。伴随西部西气东送和三峡工程需要，可望今年突破突破6亿吨亿吨。因为其附加值低，所以增产不增值即廉。因为其附加值低，所以增产不增值即廉价。价。第10页 作为主要建筑材料，水泥产量改变客观作为主要建筑材料，水泥产量改变客观反应了建筑业发展。在过去反应了建筑业发展。在过去1中，中国建筑业中，中国建筑业以惊人速度发展，尤其是近二十年来更是盛况以惊人速度发展，尤其是近二十年来更是盛况空前，从表中水泥产量改变中能够得到充分证空前，从表中水泥产量改变中能够得到充分证实。实。年年19081949196219781990产产量量0.010.666.0065.2421082310691236我国水泥产量我国水泥产量(106 t)到达世界水泥总量50新型干法产量所占百分比超出50第11页第二章第二章 硅酸盐水泥系列产品硅酸盐水泥系列产品1.1.硅酸盐水泥硅酸盐水泥凡以适量成份生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成份凡以适量成份生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成份硅酸盐水泥，熟料加入适量石膏，磨细制成水硬性胶凝材料硅酸盐水泥，熟料加入适量石膏，磨细制成水硬性胶凝材料称为称为硅酸盐水泥硅酸盐水泥。那么何为普通硅酸盐水泥及矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水那么何为普通硅酸盐水泥及矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥呢？泥呢？2.2.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥凡有硅酸盐水泥熟料，加少许凡有硅酸盐水泥熟料，加少许混合材料混合材料、适量石膏磨细制成、适量石膏磨细制成水硬性胶凝材料称为水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥（普通水泥）普通硅酸盐水泥（普通水泥）。水泥中混合材料掺加量按质量百分比计：水泥中混合材料掺加量按质量百分比计：掺活性混合材料时：掺活性混合材料时：15%掺非活性混合材料时掺非活性混合材料时：10%第12页同时掺活性和非活性材料时，总量不得超出同时掺活性和非活性材料时，总量不得超出15%，其中非，其中非活性材料不超出活性材料不超出10%。由此可见，二者。由此可见，二者区分区分：硅酸盐水泥硅酸盐水泥不掺加不掺加混合材料混合材料 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺少许混合材料掺少许混合材料可见：假如可见：假如适当调整熟料矿物组成、石膏量、水泥细度，适当调整熟料矿物组成、石膏量、水泥细度，再掺加一些外加剂再掺加一些外加剂，水泥含有特殊性质或用途时，在前冠，水泥含有特殊性质或用途时，在前冠以特殊性质和用途：以特殊性质和用途：快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥 硅酸盐大块水泥硅酸盐大块水泥即即调整其熟料矿物成份，配比不一样石膏量和细度、外加调整其熟料矿物成份，配比不一样石膏量和细度、外加剂，剂，可得到可得到不一样品牌水泥不一样品牌水泥。第13页第三章第三章 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（一）组成：（一）组成：硅酸盐水泥由熟料和石膏硅酸盐水泥由熟料和石膏CuSO42H2O所组成所组成1.熟料（熟料（2类）类）在水泥熟料中，在水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3不是不是以单独氧化物存在，而是以一个或三种以上氧化以单独氧化物存在，而是以一个或三种以上氧化物反应生成各种矿物集合体组成，它结晶比较细物反应生成各种矿物集合体组成，它结晶比较细小（普通小于小（普通小于100m），所以，），所以，水泥熟料是一个水泥熟料是一个多矿物组成结晶细小人造岩石多矿物组成结晶细小人造岩石。第14页化学组成化学组成含量（含量（%）平均平均按国家标按国家标准要求准要求CaO616762SiO2172522Al2O3387.5Fe2O30.562.5MgO0.15.52.55%Na2O+K2O0.10.3SO3133.5%硫酸盐硫酸盐少许少许熟料化学成份熟料化学成份（因品种原料、工艺不一样而异）（因品种原料、工艺不一样而异）第15页熟料矿物成份熟料矿物成份熟料矿物成份熟料矿物成份以上化学成份，煅烧反应生成熟料中主要形成四种矿物为：以上化学成份，煅烧反应生成熟料中主要形成四种矿物为：矿物名称矿物名称化学分子式化学分子式简写式简写式含量含量硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2C3S3760硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2C2S1537铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3C3A715铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF101875%硅酸盐矿物硅酸盐矿物25%称溶剂矿物称溶剂矿物知道熟料成份，就可推出生料起源知道熟料成份，就可推出生料起源。第16页2.生料生料 石灰质原料（提供石灰质原料（提供CaO）煅烧前物料煅烧前物料 粘土质原料（提供粘土质原料（提供SiO2，Al2O3，Fe2O3）铁矿物原料（补充铁矿物原料（补充SiO2，Al2O3，Fe2O3不足）不足）溶剂矿溶剂矿因为在煅烧至因为在煅烧至12501280时二者会熔融成时二者会熔融成液相，促进液相，促进C3S形成，所以称为溶剂矿物。形成，所以称为溶剂矿物。第17页（二）硅酸盐水泥水化和硬化（二）硅酸盐水泥水化和硬化水泥用一定量水泥用一定量水调和水调和后，使形成能粘住砂石集料可塑性浆料，后，使形成能粘住砂石集料可塑性浆料，然后然后逐步失去可塑性逐步失去可塑性，变成含有，变成含有强度石状体强度石状体，与此同时，伴，与此同时，伴伴随水泥浆体系伴随水泥浆体系放热，体积改变，机械强度增加放热，体积改变，机械强度增加等。这说明等。这说明水泥拌水后产生了水泥拌水后产生了复杂物理、化学和物理化学改变，这些复杂物理、化学和物理化学改变，这些改改变决定了水泥建筑性能，所以，搞清水泥水化硬化过程对生变决定了水泥建筑性能，所以，搞清水泥水化硬化过程对生产水泥及开发新产品有着主要意义。产水泥及开发新产品有着主要意义。实践可知：实践可知：水泥水泥+水水+集料集料 粘结砂石等料（可塑性、浆状）粘结砂石等料（可塑性、浆状）失去可塑性失去可塑性 石状体石状体 放热，放热，V改变，温度升高，发生复杂物理和化学改变过程。改变，温度升高，发生复杂物理和化学改变过程。第18页在室温下对水泥中在室温下对水泥中CaO-SiO2-H2O系统水化研究表明：系统水化研究表明：不一样浓度不一样浓度CaO溶液中，水化硅酸钙组成不一溶液中，水化硅酸钙组成不一样，如图。样，如图。当当CaO浓度浓度 220mol/L(0.111.12克克CaO/L)时；这一段曲线平坦，生时；这一段曲线平坦，生成成CaO/SiO2 比比0.81.5水化硅酸钙固水化硅酸钙固相，这一类用相，这一类用（0.81.5）CaOSiO2(0.52.5)H2O表示。表示。当当CaO浓度浓度 12mol/L时：时：CaO/SiO2 1:固相由固相由水化硅酸钙水化硅酸钙和硅酸凝胶和硅酸凝胶组成。组成。当当CaO 1mol/L时，硅酸钙分解时，硅酸钙分解成成Ca(OH)2和硅酸凝胶和硅酸凝胶C3S。C-S-H(I I)C-S-H(IIII)第19页结论：结论：水化结果与水水化结果与水/灰比有亲密关系，水足够多可灰比有亲密关系，水足够多可使水化硅酸钙分解成使水化硅酸钙分解成Ca(OH)2和硅酸凝胶。和硅酸凝胶。CaO/SiO2水水/灰比增大，灰比增大，CaO/SiO2降低降低水水/灰比降低时，灰比降低时，CaO/SiO2比提升比提升可见，砼中水配比对工程质量有着主要关系。可见，砼中水配比对工程质量有着主要关系。这类水化硅酸钙统称为这类水化硅酸钙统称为C-S-H(),当溶液当溶液Ca(OH)2饱和饱和时，（即时，（即CaO1.12克克/L）时，则生成碱性更高水化硅）时，则生成碱性更高水化硅酸钙。酸钙。（1.52.0)CaOSiO2(14)H2O统称为统称为C-S-H(),即当溶液中即当溶液中Ca(OH)2液到达饱和时，固相就由液到达饱和时，固相就由C-S-H()和和Ca(OH)2组成组成。第20页1.熟料矿物水化熟料矿物水化 C3S和和C2S水化水化（主要成份（主要成份 5%）C3S和和C2S在水泥熟料中占含量约占在水泥熟料中占含量约占75%左右，水泥性能很左右，水泥性能很大程度上取决于它大程度上取决于它水化作用及其生成物性能水化作用及其生成物性能。它们与水反应以后都析出它们与水反应以后都析出Ca(OH)2和水化硅酸钙和水化硅酸钙，如，如3CaO2SiO23H2O，即水化硅酸钙中，即水化硅酸钙中CaO/SiO2与浆体水与浆体水/灰灰比及温度相关。在室温下，加水后：比及温度相关。在室温下，加水后：若将平衡溶液滤去，再若将平衡溶液滤去，再加水，则平衡破坏加水，则平衡破坏，使水化生成物分，使水化生成物分解。无限加水，水化物最终分解成解。无限加水，水化物最终分解成Ca(OH)2与与H2SiO3凝胶。凝胶。图以下：图以下：第21页对对C2S：从而可见，从而可见，C3S与与C2S水化物组成不是水化物组成不是确定，和水灰比、温度有没有异名确定，和水灰比、温度有没有异名之之前与水化条件都相关。常温下，水灰前与水化条件都相关。常温下，水灰比（比（W/L)降低时，水化产物钙硅比提降低时，水化产物钙硅比提升（升（CaO/SiO2）铝酸三钙铝酸三钙C3A水化水化C3A与水反应快速，与水反应快速，放热量最大放热量最大（相（相对对C3S与与C2S），它水化产物组成与结），它水化产物组成与结构受溶液中构受溶液中CaOAl2O3浓度和温度影浓度和温度影响，但在普通情况下，响，但在普通情况下，第22页()液相液相CaO浓度高时浓度高时，生成，生成CaO+Al2O3+4CaOAl2O319H2O+Ca(OH)2()中等时中等时，生成，生成4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O()液化氧化钙浓度低液化氧化钙浓度低时时(0.250.75克克/升升)，完全分解生成，完全分解生成3Ca(OH)2+Al2O33H2O结论：伴随结论：伴随CaO降低，降低，C3A分解成分解成Ca(OH)2+Al2O3稳定固相。稳定固相。铁铝酸四钙铁铝酸四钙C4AF水化水化是是C2F-C8A3F，水泥熟料中铁铝酸钙实际上是介于，水泥熟料中铁铝酸钙实际上是介于C2FC8A3F之之间系列固体，惯用近似组成间系列固体，惯用近似组成C4AF表示，它水化不但受到外界条件表示，它水化不但受到外界条件（温度，钙，（温度，钙，CaO浓度），而且和矿物中浓度），而且和矿物中Al2O3/Fe2O3百分比相关：百分比相关：Al2O3百分比增大，水化速度增大；百分比增大，水化速度增大；Fe2O3含量增加，水化减慢。含量增加，水化减慢。第23页水化反应：水化反应：一样当用大量水调和一样当用大量水调和C4AF并不停稀释时，它也完全分解为并不停稀释时，它也完全分解为Ca(OH)2，Al2O3和和Fe2O3各组分与水化反应速度次序：各组分与水化反应速度次序：C3A C4AF C3S C2S2.硅酸盐水泥水化硅酸盐水泥水化硅酸盐水泥水化硅酸盐水泥水化是指由熟料和适量（是指由熟料和适量（CaSO42H2O）石膏共同粉磨而成，当）石膏共同粉磨而成，当水泥调水后，发生一系列复杂化学、物理化学改变过程，以水泥调水后，发生一系列复杂化学、物理化学改变过程，以下描述：下描述：第24页反应速度反应速度C3A C4AFC3S C2S+CaSO42H2O+H2O水化产物水化产物反应极快反应极快棱棱柱柱状结晶：三硫型水化硫铝酸钙状结晶：三硫型水化硫铝酸钙六方法状结晶六方法状结晶3CaOAl2O33CaSO431H2O单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙3CaOAl2O3CaSO418H2O快：水合铝快：水合铝(铁铁)酸钙及其固溶物酸钙及其固溶物C4AFH19铝铝(铁铁)酸四钙酸四钙C3AH6C3FH6较快较快纤维状晶体纤维状晶体(水化硅酸钙水化硅酸钙)六方板状晶体：六方板状晶体：Ca(OH)2C-S-H():(1.52.0)CaOSiO2(14)H2O CaO/SiO2比较高比较高C-S-H():(0.81.5)CaOSiO2(0.52.5)H2O CaO/SiO2比较低比较低第25页水化铝酸钙和水化硫铝酸钙及氢氧化钙为晶体。水化铝酸钙和水化硫铝酸钙及氢氧化钙为晶体。水化硅酸钙主凝胶。水化硅酸钙主凝胶。电镜下水泥水化产物电镜下水泥水化产物第26页水泥浆凝结硬化前后水泥浆凝结硬化前后水泥浆凝结硬化前后水泥浆凝结硬化前后第27页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图1 1第28页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图2 2水化膜水化膜第29页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图3 3第30页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图4 4第31页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图5 5第32页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图6 6第33页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图7 7第34页水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图水泥水化示意图8 8第35页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片1 1第36页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片2 2第37页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片3 3第38页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片4 4第39页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片5 5第40页幻灯片幻灯片幻灯片幻灯片6 6第41页结论：结论：a.对水泥来说：对水泥来说：C-S-H()(即水化硅酸钙占绝大多数即水化硅酸钙占绝大多数)b.水化速度中：水化速度中：3CaOAl2O33CaSO43031H2O.三硫型水三硫型水化硫酸钙多少决定水化速度反应过程。化硫酸钙多少决定水化速度反应过程。水泥水化凝结时间调整水泥水化凝结时间调整从以上所讲水化速度看，水泥水化凝结时间从以上所讲水化速度看，水泥水化凝结时间C3A和和C3S最大。最大。因因C3A水化速度最快，调整方法有两种：水化速度最快，调整方法有两种：CaSO42H2O调整调整和温度调整和温度调整。A.石膏调整石膏调整最快，所以人们为了调整水泥凝结时间，普通用掺入适量石最快，所以人们为了调整水泥凝结时间，普通用掺入适量石膏膏CaSO42H2O方法加以控制。方法加以控制。第42页石膏缓凝机理：石膏缓凝机理：水化硫铝酸钙是溶解度极低稳定棱柱状小晶体长在水泥颗粒表水化硫铝酸钙是溶解度极低稳定棱柱状小晶体长在水泥颗粒表面上，成为一层薄膜，封闭了水泥组分表面，从而阻滞了水面上，成为一层薄膜，封闭了水泥组分表面，从而阻滞了水分子颗粒内部扩散，延缓了分子颗粒内部扩散，延缓了C3A饿继续水化，使水泥不能快凝，饿继续水化，使水泥不能快凝，以后随薄膜破裂颗粒继续水化，延长了凝结时间。以后随薄膜破裂颗粒继续水化，延长了凝结时间。只要保持适当只要保持适当温度和湿度温度和湿度，这种迟缓增加凝结能够延缓，这种迟缓增加凝结能够延缓很长很长时间（时间（B.温度调整温度调整）。）。当温度当温度5凝结迟缓，强度增大迟缓凝结迟缓，强度增大迟缓 当温度当温度 0，水化停顿，水化停顿所以，在冬季施工时要采取一定所以，在冬季施工时要采取一定保温办法保温办法，普通，普通5不得浇不得浇灌砼。灌砼。3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O第43页水化热水化热水泥水化作用时放出热量称为水泥水化作用时放出热量称为水化热水化热。熟料矿物组成中，水。熟料矿物组成中，水化作用时放出水化热化作用时放出水化热次序次序：C3A C3S C4AF C2S水化热还与水泥细度，掺入混合材料数量比及外加剂品种数水化热还与水泥细度，掺入混合材料数量比及外加剂品种数量相关。量相关。普通情况：普通情况：A.组成：如组成：如C3A多，热多。多，热多。B.水泥标号越高，细度越大，水化热大，放热量越集中，水化水泥标号越高，细度越大，水化热大，放热量越集中，水化热大部分在水化早期热大部分在水化早期3天内放出，以后逐步减小。天内放出，以后逐步减小。C.混合材料混合材料D.外加剂外加剂第44页第45页利弊：利弊：a.a.对大致积砼工程：因为水化热积累，不易散发，引对大致积砼工程：因为水化热积累，不易散发，引发内外温差，产生应力，使砼开裂，所以应用低热发内外温差，产生应力，使砼开裂，所以应用低热水泥或采取降温办法。水泥或采取降温办法。b.b.对冬季施工：水化热有好处。比如三峡工程，采取对冬季施工：水化热有好处。比如三峡工程，采取大坝水泥大坝水泥(低热低热)。施工质量与水施工质量与水/灰比相关，还有水灰比相关，还有水化热产生应力影响化热产生应力影响。第46页3.水泥凝结和硬化理论水泥凝结和硬化理论水泥调水后，发生一系列物理，化学和物理化学过水泥调水后，发生一系列物理，化学和物理化学过程，对这一过程反应进行方式和理论长久有着学术程，对这一过程反应进行方式和理论长久有着学术上上争论争论。a.溶解溶解-沉淀反应沉淀反应即：认为水泥水化反应和普通化学反应一样，是经即：认为水泥水化反应和普通化学反应一样，是经过液相进行，还认为反应物溶解度生成物过液相进行，还认为反应物溶解度生成物溶解度溶解度。当水泥矿物与水接触时，首先是无水矿物溶解于水当水泥矿物与水接触时，首先是无水矿物溶解于水中，与水化合为水化物，因为水化物溶解度小，饱中，与水化合为水化物，因为水化物溶解度小，饱和结晶出再溶解，反应成水化物，再饱和，直到全和结晶出再溶解，反应成水化物，再饱和，直到全部完成整个过程。部完成整个过程。第47页b.b.原地化学反应过程原地化学反应过程把水泥水化反应看作是固相反应一个类型，与上主把水泥水化反应看作是固相反应一个类型，与上主要区分是，认为水泥水化反应不需要经过矿物溶解要区分是，认为水泥水化反应不需要经过矿物溶解于水过程，而能够于水过程，而能够直接以固相与水反应生成水化物。直接以固相与水反应生成水化物。c.c.近代假说近代假说水泥水化产物普通可分为：水泥水化产物普通可分为：不超出原水泥颗粒体积不超出原水泥颗粒体积内部水化产物和在水泥颗粒之间外部水化产物。内部水化产物和在水泥颗粒之间外部水化产物。前前者是原地反应，即固相水化为主。后者是溶解沉淀者是原地反应，即固相水化为主。后者是溶解沉淀方式，即液相水化为主，方式，即液相水化为主，尽管在微观上有各种过程，尽管在微观上有各种过程，但宏观上过程是水化但宏观上过程是水化-凝结凝结-硬化硬化。第48页水泥+水凝结与硬化过程：凝结与硬化过程：水化产物水化产物变稠变稠水化水化反应快反应快凝结凝结形成疏松晶体网状结构形成疏松晶体网状结构反应慢反应慢初凝初凝建立紧密网状结构建立紧密网状结构含有一定强度含有一定强度终凝终凝强度增加强度增加坚硬人造石坚硬人造石由此可见：由此可见：水泥水化与凝结和硬化是一个连续过程，水化是前提，水泥水化与凝结和硬化是一个连续过程，水化是前提，硬化是水化结果硬化是水化结果，硬化则表示，水泥固化后所建立，硬化则表示，水泥固化后所建立网状结构是含有一定机械强度人造石。网状结构是含有一定机械强度人造石。（比如，（比如，人造大理石，是水泥杰作人造大理石，是水泥杰作）。）。第49页（三）硅酸盐水泥主要性能指标（三）硅酸盐水泥主要性能指标包含：密度与容重；细度；体积安定性；凝结速度；强度；包含：密度与容重；细度；体积安定性；凝结速度；强度；泌水性与保水性。泌水性与保水性。密度与容重密度与容重不一样工程要求密度不一样，如堵油井，防护原子能辐射，不一样工程要求密度不一样，如堵油井，防护原子能辐射，要求大，保湿要求小，密度要求大，保湿要求小，密度3.13.2g/cm3，通常采取，通常采取3.1，取决于熟料组成及储存时间。取决于熟料组成及储存时间。C3S 3.15 C2S 3.28 长，密度长，密度 C3A 3.04 水化，矿物变小并含水水化，矿物变小并含水 C4F 3.77容重：容重：10001600kg/m3，通常取，通常取1300kg/m3第50页细度细度表示水泥颗粒粗细程度，表示水泥颗粒粗细程度，用筛余百分数表示用筛余百分数表示，要求用，要求用0.08mm方孔筛，筛重方孔筛，筛重12%。许多学者许多学者研究结果研究结果：越细，水化速度越快，早期强度越高越细，水化速度越快，早期强度越高。为提升早期强度下主要作用，但并不意味着越细越好，因耗为提升早期强度下主要作用，但并不意味着越细越好，因耗能多，成本高，硬化后体积收缩大，热传导率低。能多，成本高，硬化后体积收缩大，热传导率低。体积安定性（水泥是否开裂性能）体积安定性（水泥是否开裂性能）指水泥调水硬化后，因为熟料中含有过多游离指水泥调水硬化后，因为熟料中含有过多游离CaO或或MgO，或因为掺入过量石膏而产生猛烈不均匀体积改变，引发开裂，或因为掺入过量石膏而产生猛烈不均匀体积改变，引发开裂，所以水泥熟料中所以水泥熟料中MgO5%，SO3 3.5%。第51页凝结速度凝结速度水泥浆开始结硬时间，即：水泥凝结时间，长了，养护水泥浆开始结硬时间，即：水泥凝结时间，长了，养护时间太长；短了，来不及施工。时间太长；短了，来不及施工。分：初凝：分：初凝：45min 终凝：终凝：12h，普通，普通58h标准稠度用水量标准稠度用水量在检验水泥凝结时间和安定性时易浆水泥加水调成浆，在检验水泥凝结时间和安定性时易浆水泥加水调成浆，而加水多少对检验结果影响很大，即水化产物不一样，而加水多少对检验结果影响很大，即水化产物不一样，为了含有准确可化性，国家标准要求用标准稠度。为了含有准确可化性，国家标准要求用标准稠度。“水泥净浆水泥净浆”在水泥净浆到达标准稠度时所需要拌和用在水泥净浆到达标准稠度时所需要拌和用水量，称为水量，称为标准稠度用水量标准稠度用水量。（。（用占水泥质量百分率表用占水泥质量百分率表示）示）。第52页强度强度是指对比水泥质量优势主要指标，是确定水泥称号主要依据。是指对比水泥质量优势主要指标，是确定水泥称号主要依据。影响原因：影响原因：熟料矿物组成；石膏掺入量；细度；熟料矿物组成；石膏掺入量；细度；试体养护条件，时间试体养护条件，时间：28天以前为早期强度天以前为早期强度 28天后为后期强度天后为后期强度抗压强度测定：抗压强度测定：1 1份质量水泥份质量水泥2.52.5份质量标准砂份质量标准砂要求用水量要求用水量要求方法要求方法试样试样4416cm在微粒条件下在微粒条件下养护（养护（3 3，7 7，2828天）天）测其强度测其强度试验温度试验温度1725，相对温度，相对温度50%养护箱温度养护箱温度203，相对温度，相对温度 90%养护水温度养护水温度202 第53页抗折强度：抗折强度：抗压强度：抗压强度：P-破坏荷载破坏荷载A-受压石积受压石积1kgf/cm2=0.0981MPa依据所测强度值：依据所测强度值：28天抗压强度天抗压强度28天抗折强度（大于某数）天抗折强度（大于某数）均合格情况下，均合格情况下，按原单位按原单位kgf/cm2抗压强度抗压强度数字为四个标号：数字为四个标号：425，525，625，725水泥。水泥。第54页泌水性与保湿性泌水性与保湿性泌水性泌水性-是指混凝土组分离析现象，不会离析出水是指混凝土组分离析现象，不会离析出水/灰比大泥浆，硬化后强度低。灰比大泥浆，硬化后强度低。保湿性保湿性与泌水性不完全相同特征。指在砂浆建筑与泌水性不完全相同特征。指在砂浆建筑时，水分能接触砖块，被吸收水分性能。时，水分能接触砖块，被吸收水分性能。若吸收快：降低了砂浆塑性和粘结性，粘结强度若吸收快：降低了砂浆塑性和粘结性，粘结强度,施工困难。施工困难。若吸收慢：就会产生挤浆现象。若吸收慢：就会产生挤浆现象。第55页四四.其它类硅酸盐水泥其它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、粉煤灰硅酸盐水泥前以叙述，这些煤灰硅酸盐水泥前以叙述，这些普通硅酸盐水泥是加入了总普通硅酸盐水泥是加入了总量量 15%混合材料。若混合材料。若15%时，冠以矿渣、火山灰硅酸盐时，冠以矿渣、火山灰硅酸盐水泥。水泥。问题：问题：适量加入混合材料目标是什么适量加入混合材料目标是什么？（？（3个）个）增加品种、改进性能；调整标号；提升质量、降低成本增加品种、改进性能；调整标号；提升质量、降低成本。混合材料粉煤灰是何种物质？混合材料粉煤灰是何种物质？活性混合材料和非活性混合材料活性混合材料和非活性混合材料。第56页活性混合材料活性混合材料能与水泥水化产物能与水泥水化产物Ca(OH)2起化学反应生成水硬起化学反应生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后含有强度，而且改进普通硅酸盐水泥一性胶凝材料，凝结硬化后含有强度，而且改进普通硅酸盐水泥一些性质混合材料。些性质混合材料。主要包含：主要包含：a.粒化高炉矿渣（粒化高炉矿渣（Al2O3,SiO2）；）；b.火山灰混合材料火山灰混合材料硅藻土（含水硅藻土（含水SiO2），凝灰石，浮石，烧粘土，），凝灰石，浮石，烧粘土，煅烧煤矸石，煤渣等；煅烧煤矸石，煤渣等；c.粉煤灰粉煤灰发电厂燃烧煤粉锅炉所排除细粉煤粉渣（当然放射性元发电厂燃烧煤粉锅炉所排除细粉煤粉渣（当然放射性元素不能超标），如青山电厂素不能超标），如青山电厂。非活性材料非活性材料-不与水泥起化学反应或极少反应混合材料，属填充不与水泥起化学反应或极少反应混合材料，属填充材料。材料。主要包含：主要包含：磨细石英砂、石灰石、粘土磨细石英砂、石灰石、粘土等。等。(石英砂改变密度石英砂改变密度)窑灰窑灰-介于活性和非活性之间材料，四转窑窑尾废气中搜集粉尘。介于活性和非活性之间材料，四转窑窑尾废气中搜集粉尘。第57页1.1.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐熟料、少许混合材料，加入适量石膏，磨细制成凡由硅酸盐熟料、少许混合材料，加入适量石膏，磨细制成水硬性胶凝材料称为水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺加量：掺活性材料掺加量：掺活性材料15%掺非活性材料掺非活性材料10%目标调整标号目标调整标号。标号分为：。标号分为：275，325，425，525，625，725，6个标号。普通用工业和民用建筑。个标号。普通用工业和民用建筑。2.2.矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料和粘化高炉矿渣，加入少许石膏，磨凡是由硅酸盐水泥熟料和粘化高炉矿渣，加入少许石膏，磨细制成水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。细制成水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣第58页 炼铁时，除了铁矿石和焦岩之外，为了降低冶炼温度，还炼铁时，除了铁矿石和焦岩之外，为了降低冶炼温度，还要加入相当数量石灰石和白云石作为熔剂，他们在高温下要加入相当数量石灰石和白云石作为熔剂，他们在高温下分解所得分解所得CaO和和MgO与铁矿石中废石和焦炭灰分熔化，生与铁矿石中废石和焦炭灰分熔化，生成主要是硅酸钙和铝硅酸钙（镁）液渣，比铁水轻，而浮成主要是硅酸钙和铝硅酸钙（镁）液渣，比铁水轻，而浮在上面，定时从排渣口排出后，经在上面，定时从排渣口排出后，经急冷处理使成粒状颗粒急冷处理使成粒状颗粒，就是就是粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣。化学成份：化学成份：SiO2Al2O3FeOCaOMgOMnOS26427200.2138484130.1112第59页对水泥质量影响：对水泥质量影响：矿渣中矿渣中Al2O3和和CaO含量愈高，而含量愈高，而SiO2含含量愈低，则活性愈大，亦制造水泥强度效果愈好。量愈低，则活性愈大，亦制造水泥强度效果愈好。掺加量：掺加量：2070%（按质量）（大于（按质量）（大于15%）标号：标号：225，275，325，425，525，5个标号。不可能高标号。个标号。不可能高标号。矿渣水泥性能和应用矿渣水泥性能和应用.性能：性能：a.颜色比硅酸盐水泥淡，颜色比硅酸盐水泥淡，密度小密度小2.83.0g/cm3。因为水泥中熟。因为水泥中熟料少，矿渣轻，水泥硬化过程较慢，水化热比普通水泥小多。料少，矿渣轻，水泥硬化过程较慢，水化热比普通水泥小多。b.与钢筋粘结力好与钢筋粘结力好，能保护钢筋不致锈蚀和氧化。，能保护钢筋不致锈蚀和氧化。第60页c.耐热性能良好耐热性能良好（用于冶金作业）；（用于冶金作业）；d.含有很好含有很好化学稳定性化学稳定性，抗淡水浸淋，对硫酸盐溶液，氯盐溶液等，抗淡水浸淋，对硫酸盐溶液，氯盐溶液等抵抗能力比普通水泥好；抵抗能力比普通水泥好；e.抗大气稳定性和抗冻性差抗大气稳定性和抗冻性差，干燥和干湿交替对强度不利；，干燥和