水泥基本知识.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、概述,水泥品种,一般用途水泥（硅酸盐系列水泥）,特种用途水泥（中热水泥、低热水泥、膨胀水泥、快硬早强水泥、耐火水泥等）,专用水泥（白色水泥、油井水泥、型砂水泥等）,硅酸盐系列水泥,硅酸盐水泥,(P.I,、,P.II),普通硅酸盐水泥,(P.O),火山灰硅酸盐水泥,(P.P),粉煤灰硅酸盐水泥,(P.F),矿渣硅酸盐水泥,(P.S),复合硅酸盐水泥,(P.C),石灰石硅酸盐水泥,(P.L),白水泥,一、概述,水泥产量,我国水泥产量,1892,年，唐山细棉厂,我国水泥技术,小立窑,湿法回转窑,日产二千吨熟料预分解窑新型干法,日产五千吨熟料预分解窑新型干法,我国水泥技术,2005,年底,新型干法生产线生产的水泥已占水泥总产量的,45%,我国水泥工业技术,全国水泥散装率达,45.82%,每年排出,CO,2,约,12,亿吨，同时还要排放,SO,3,、,NOx,等有害气体,是气候变暖、酸雨等灾害的直接责任者之一,每年向大气中排放粉尘约,1500,万吨,为减少,SO,3,的排放采取脱硫工艺又产生新的废渣,-,脱硫渣,耗煤、耗电大户,石灰石的大量开采已导致地球矿产资源的匮乏，并破坏着生态平衡,散装率亟待提高。,我国水泥工业危机,二、硅酸盐水泥的水化硬化机理,化学成分和矿物组成,水泥熟料矿物的水化,硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化,几种矿物组成的水化特性,影响水泥正常凝结硬化速率的因素,（,一）水泥的化学成分和矿物组成,1.,水泥熟料的烧成,石灰石,粘土（页岩）混合磨细 煅烧 冷却,铁矿粉,(1350-1450,o,C),（一）水泥的化学成分和矿物组成,2.,水泥熟料的化学成分和矿物组成,组成,CaO,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,MgO,含量,%,62-67 20-24 4-7 3-5,矿物,C,3,S C,2,S C,3,A C,4,AF,含量,%37-60 15-37 7-15 10-18,（一）水泥的化学成分和矿物组成,3.,硅酸盐系列水泥的组成与矿物组成,除了熟料，尚与混合材石膏等有关,(,二,),水泥熟料的水化,1.,硅酸盐,3,CaO.SiO,2,+H,2,O xCaO.ySiO,2,.n H,2,O,2CaO.SiO,2,+H,2,O xCaO.ySiO,2,.n H,2,O,x,、,y,、,n,值,与水化条件,(,温度、水灰比、石灰浓度等,),有关,(,二,),水泥熟料的水化,2.C,3,A,当,CaO,浓度,0.33g/l,时,C,3,A +H,2,O C,3,AH,6,当,CaO,浓度,1.08g/l,时,(,饱和,),C,3,A +H,2,O C,4,AH,13,C,3,A,的水化产物受,CaO,、,Al,2,O,3,浓度和温度的影响很大,(,二,),水泥熟料的水化,3.C,4,AF,C,4,AF +H,2,O C,3,AH,6,+CFH,4.,f-CaO,和,方镁石,f-CaO,由于,a),死烧；,b),被,其它矿物包裹；,c),与,SiO,2,共存等原因，水化很慢,方镁石水化更慢,(,三,),硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化,水化,-,水泥矿物遇水后由无水状态变成含有结合水的状态,凝结,-,水泥浆失去流动性,硬化,-,水泥浆彻底失去塑性，建立网状结构，并且有一定机械强度,强度发展,-,水泥浆硬化后，未水化水泥颗粒继续水化，水化产物交叉连接，充填毛细孔、密实浆体，强度不断提高,(,三,),硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化,石膏的作用,C,3,A+CaSO,4,.2H,2,O +H,2,O,3CaO.Al,2,O,3,.3CaSO,4,.32H,2,O (,AFt,),当石膏耗尽后,C3A +,AFt,AFm,(3CaO.Al,2,O,3,.CaSO,4,.12H,2,O,(,三,),硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化,水泥水化五阶段,I II III IV V,放,热,速,率,饱和,初凝 终凝 时间,I-,起始期；,II-,诱导期；,III-,加速期；,IV-,减速期；,V-,稳定期,Ca,2+,浓度,几点说明,水泥水化起始期大约需要,4-5,分钟，主要生成,AFt,，,大量放热，,C,3,S,也开始水化,在诱导期，,AFt,针状晶体包裹在,C,3,A,表面，,C,3,S,继续水化，凝胶物增多，此阶段大约持续40,min-2h,在加速期，,CH,浓度过饱和，开始结晶,在减速期，,C,3,S,与水的反应逐渐受扩散速率控制,在稳定期，水泥的水化完全受扩散速率控制,(,四,),几种水泥矿物成分的水化特性,C,2,S,与,C,3,S,的,比较,C,2,S,的,水化约需,80,小时才能达到加速期，而,C,3,S,诱导期只有,3-4,小时,C,2,S,反应层厚度随时间的增长很慢，在硬化四年的浆体中，还有15%的未水化,C,2,S,不同时期的水化百分数,(%),龄期,1d 3d 7d 1,个月,3,个月,C,3,S 15-55 35-60 40-70,C,2,S /C,4,AFC,3,SC,2,S,布特,对水化深度的计算结果,(,m),矿物,3d 7d 28d 6,个月,C,3,A 10.7 10.4 11.2 15.0,C,4,AF 7.7 8.0 8.4 13.2,C,3,S 3.5 4.7 7.9 15.0,C,2,S 0.5 0.9 1.0 2.7,1.,矿物组成,C,3,A,和,C,4,AF,含量,越多，水泥凝结越快，如古罗马水泥,在粉磨水泥时通如,1%,水蒸气或掺加少量石膏,(SO,3,=1%-3%),，,可延缓凝结速度,水泥,各矿物组成的水化相互影响，比较复杂,铝酸盐在决定水泥浆流变性和凝结速度中占主要位置，而硅酸盐主要决定硬化和强度发展,2.,石膏掺量、形态,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,2 3 4,掺量,(%),终凝,初凝,终凝,CaSO,4,.2H,2,O,初凝,CaSO,4,.,1/2H,2,O,1),石膏掺量与其对凝结时间的影响呈非正比关系,凝结时间,(h),2.,石膏掺量、形态,2),掺加石灰，或,f-CaO,的存在，会促进石膏的缓凝作用,3),石膏最佳掺量与,C,3,A,、,C,4,AF,含量有关,4,)CaSO,4.,1/2H,2,O,的缓凝作用比,CaSO,4.,2H,2,O,强烈,5),当,CaSO,4.,1/2H,2,O,掺量,过大时，则导致快凝,6),由于天然硬石膏活性低，掺量应稍高一些,7),当用大体相等比列的石膏和硬石膏混合物掺加，所得凝结时间和强度与单独使用石膏时类似,8),对每种水泥，存在最佳的石膏掺量,获得最高强度和最低干缩值时的石膏掺量,碱含量,C,3,A,含量 石膏掺量,（,%,）（,%,）（,SO,3,%,）,0.5 6 2,0.5-1.0 0.5 6 3.5-4,3.,粉磨工艺,粉磨时磨机内温度升高，导致石膏脱水,f-CaO,的存在，将促进石膏脱水,CaSO,4,.,2H,2,O,随温度产生的形态转变,温度,变化,65,o,C,开始脱水,107-170,o,C CaSO,4.,.1/2H,2,O,200,o,C,可溶性石膏,250,o,C残留很少水分,400,o,C,完全脱水，成为不溶性硬石膏,(,死烧石膏,),800,o,C,部分分解为,CaO,(,过烧石膏,),磨机降温的重要性,石膏在磨机内脱水，则水泥水化时产生脱水石膏重结晶导致,“,假凝,”,，或其它现象,磨机外部降温冷却有助于防止石膏的转型,4.,风化,水泥单独吸收水分 凝结延缓,原因：形成石灰，起缓凝作用,烧失量每增加,1%,，,R7,下降,5%-15%,，,R1,年下降,3%-6%,水泥单独吸收,CO,2,凝结加速,原因：水泥加水时，石灰的瞬间浓度降低，延缓了,AFt,的形成,另，碳化时间较长，会使水泥颗粒表面被,CaCO,3,包围，降低水化速率，延缓凝结,5.储存条件,密封储存的水泥，常温下较稳定,从气候温和的地区运至炎热地区，有时出现快凝,大量堆放的水泥有时会出现闪凝,粉磨时的高温保存在水泥库中，长时间不能散发出去，会导致快凝,原因尚不十分明了！,6.,细度,相同水灰比情况下，随着细度增加，水泥凝结时间缩短,细度还影响水泥水化放热速率,放热速率,时间,1,2,3,细度：,1#2#3#,7.,混合材,粉煤灰,水淬高炉矿渣,煤矸石,火山灰,石灰石,等,随掺量增加，凝结硬化速度减慢,8.,盐类,有些盐类起加速作用,有些盐类起延缓作用,盐类作用不仅与种类有关，还与其含量有关,9.,碱,碱的作用在于能影响石灰的溶解度。低碱水泥只用石灰就能缓凝，因为在饱和石灰溶液中，所形成的,CaAHx,的溶解度极低。而含有一定碱的水泥，加水时，碱迅速析出于溶液中，降低了石灰的溶解度而增加了,Al,2,O,3,的溶解度，加速水泥的凝结,-,福尔生,为了有效控制水泥的凝结速度，在水泥浆溶液中，石灰和硫酸钙要有一个最低浓度。,#,有时即使含有石膏，但石灰浓度过低，也不足以形成,AFt,!,碱,的碳酸盐能与,C,3,S,水解生成的,Ca(OH),2,反应，沉淀出,CaCO,3,，,产生假凝现象,10.,温度,温度升高，水泥凝结速度将加快,温度过高，容易产生假凝现象,举例：搅拌水泥浆的水温超过,80,o,C,，,则水泥颗粒表面形成一层薄硬壳，浆体流动性变差，后期强度降低,11.,水灰比,其它情况相同时，随着水灰比增加，浆体凝结时间延长,W/C=0.35,的浆体比,0.28,者的凝结时间慢,30-60min,原因：,1),析出晶体的速度降低,2),水泥颗粒之间的间距增大,三、硬化水泥浆体的组成与结构,（一）硬化水泥浆体的组成,水化产物,未水化水泥,气孔,凝胶孔,水,(,一,),硬化水泥浆体组成,1.,C,3,S+H,2,O,CSH,+,CH,CSH,四种形态,(S.Diamond),表征,CSH(I)CSH(II)CSH(III)CSH(IV),形貌 箔状、薄片状 网络状 不规则等大粒子 向内部生长产物,针状、刺状,草状,长,0.5-2,微米，,宽,0.2,微米,C/S 0.8-1.5 1.5-2.0,CSH,凝胶具有巨大的比表面积,(100,万,-700,万,cm,2,/g),，,范德华力大，对强度的贡献也大,(,一,),硬化水泥浆体组成,2.,C,2,S+H,2,O,CSH,+,CH,CSH,形貌与,C,3,S,水化后的相似,CH,-,立方晶系，板状或短六方柱状晶体，密度,2.30,，由于尺寸大，表面积小，所以由范德华力所提高的强度有限,(,一,),硬化水泥浆体组成,3.AFt(1890,年发现,),尺寸比,CSH,大得多，长,3-4,微米，直径,0.5-1,微米,细棒状、六棱柱状、辐射状等,密度,1.73,4.AFt+C,3,A AFm(1929,年发现,),AFm,六角板状或片状，尺寸比,Ca(OH),2,小，直径,10-,数十微米,密度,1.99,(,一,),硬化水泥浆体组成,5.,水化铝酸钙,C,4,AH,13,、,C,3,AH,6,六方板状晶体,(,一,),硬化水泥浆体组成,实际参加反应的,水化产物,二水石膏与,C,3,A,的,摩尔比,3.0,AFt,3.0-1.0,AFt+AFm,1.0,AFm,50nm,的大孔中的水-自由水,5-50,nm,孔中的细孔水-失去导致收缩,吸附水,：干燥至,RH=30%,，,失去，引起收缩,层间水,：,CSH,间，氢键固定，,RH11%,，,失去,引起收缩,化学结合水,(,一,),硬化水泥浆体组成,8.,孔,凝胶孔：,CSH,层间空间，占凝胶体积的,28%,，,5-25,埃,毛细孔：水分蒸发后所留，,100-500,埃,(,低水灰比,),30000-50000,埃,(,高水灰比,),气孔：搅拌时裹入，最大,3mm,，,一般,50-,200,微米,(,二,),硬化水泥浆体结构,不均匀的多孔结构体,通过调粒、优化水泥矿物组成，能强化其结构,组成,结构,性能,(,三,),影响水泥浆体组成和结构的因素,细度及颗粒分布,(,调粒水泥、球形水泥,),矿物组成,(,降低,C3A,含量,),外加剂,混合材,气孔,养护温度,石膏掺量,(,掺量太大，后期大量形成,AFt,，,将造成开裂,),(,四,),水泥体积安定性不良的原因及预防措施,定义,水泥硬化后体积变化均匀性的物理性质指标,危害,强度降低、开裂、疏松、崩坍,原因及控制措施,(,四,),水泥体积安定性不良的原因及预防措施,原因及控制措施,1),f-CaO,含量过高,死烧、表面被其它矿物覆盖、与,SiO2,成分共存等,水化慢,放热、体积膨胀 膨胀应力,(,局部,),检验控制,沸煮法,(,饼法、雷氏夹法,),(,四,),水泥体积安定性不良的原因及预防措施,原因及控制措施,2),方镁石含量过高,水化后体积增加,2,倍以上,控制,MgO,5.0%,若经压蒸安定性检验合格，允许,6.0%,(,四,),水泥体积安定性不良的原因及预防措施,原因及控制措施,3),石膏掺量过多,后期大量形成,AFt,导致膨胀,检验：净浆冷水浸泡法,控制,SO,3,3.5%(P.I,、,P.II,、,P.O,、,P.P,、,P.F,、,P.C),SO,3,4.0%(P.S),否则应做长期水浸试验,四、硅酸盐系列水泥的特性和适用范围,硅酸盐系列水泥的特性和适用范围,硅酸盐系列水泥的特性和适用范围,硅酸盐系列水泥的特性和适用范围,