1、第二節(jié) 水硬性膠凝材料,第一部分 硅酸鹽水泥 第二部分 摻混合材料的硅酸鹽水泥 第三部分 特種水泥,一、硅酸鹽水泥的概念 二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成 三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化 四、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) 五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治,第一部分 硅酸鹽水泥,凡由硅酸鹽水泥熟料、0 5 %石灰或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥） 硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱型硅酸鹽水泥，其代號為P。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量 5% 石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱型硅酸鹽水泥，其代號為P。,一、硅酸鹽水泥的概念,二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦

2、物組成,1、生產(chǎn)工藝,主要原料： （1）石灰質(zhì)原料：提供CaO，有石灰石、貝殼、石灰質(zhì)凝灰?guī)r。 （2）粘土質(zhì)原料：提供SiO2Al2O3，少量Fe2O3，有粘土、黃土、頁巖、泥巖、粉砂巖、河泥等、 （3）鐵礦粉：提高Fe2O3的含量，有黃鐵礦渣。 另外還有少量的礦化劑（如螢石）改善煅燒條件。,二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成,石灰質(zhì)材料,粘土質(zhì)材料,鐵質(zhì)材料,水泥成品,熟 料,石 膏,生 料,煅燒,1450C,磨細(xì),磨細(xì),按比例混合,1、生產(chǎn)工藝,2、礦物組成 硅酸鹽水泥的主要熟料礦物的名稱和含量范圍如下： 硅酸三鈣 3CaOSiO2 ，簡寫為C3S，含量37% 60% 硅酸二鈣 2CaOS

3、iO2 ，簡寫為C2S，含量15% 37% 鋁酸三鈣 3CaOAl2O3，簡寫為C3A，含量7% 15% 鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3 ，簡寫為C4AF， 含量10% 18%,二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成,各種熟料礦物的強度增長圖,各種熟料礦物單獨與水作用時表現(xiàn)出的特征,二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成,凝結(jié)：水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強度的過程。 硬化：隨后產(chǎn)生明顯的強度，并逐漸發(fā)展而成為堅硬的人造石。,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,1、水泥的水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物 2C3S + 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2

4、2C2S + 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 C3A + 6H2O = 3CaOAl2O36H2O C3A + Ca(OH)2 + 12H2O = 4CaOAl2O313H2O 2C4AF + 7H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O 4CaOAl2O313H2O + 3(CaSO42H2O) + 14H2O = 3CaOAl2O33CaSO4 32H2O + Ca(OH)2 2C3A + 3CaOAl2O33CaSO432H2O + 4H2O = 3(3CaOAl2O3CaSO412H2O ),三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,1、水泥的水

5、化反應(yīng)及水化產(chǎn)物 水化產(chǎn)物：,膠體,晶體,水化硅酸鈣凝膠 70%,水化鐵酸鈣,Ca(OH)2 六方片狀晶體 水化鋁酸鈣 六方晶體 鈣釩石 針狀晶體,2、凝結(jié)硬化過程,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,水泥凝結(jié)硬化過程示意,（a）分散在水中未水化的水泥顆粒 （b）在水泥顆粒表面形成水化物膜層 （c）膜層長大并互相連接（凝結(jié)） （d）水化物進一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔(硬化) 1水泥顆粒 2水分 3凝膠 4晶體 5水泥顆粒的未水化內(nèi)核 6毛細(xì)孔,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,硬化后的水泥石包含有凝膠體、結(jié)晶體、未水化的水泥內(nèi)核、水和孔隙。 硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的特點： （1）是由表及里進行的

6、。 （2）水分和溫度是硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化的必要條件。,四、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì),1密度與堆積密度,硅酸鹽水泥的密度，一般為31003200kgm3。 松散堆積密度，一般為9001300kgm3， 緊密堆積密度可達14001700kgm3。,1、細(xì)度,細(xì)度:水泥的粗細(xì)程度，水泥顆粒粒徑一般在0.0070.2mm范圍內(nèi)。 測定方法：篩析法（0.08mm的方孔篩）和比表面積法（單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面積） 硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥（GB1571999）規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300/kg；硅酸鹽系其他五類水泥細(xì)度用篩分法檢驗，要求在80um標(biāo)準(zhǔn)篩上篩余量不得超過10%。篩分析法有水篩、干篩

7、和負(fù)壓篩法，有爭議時以負(fù)壓篩法為準(zhǔn)。,3、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量,標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量：為了使水泥凝結(jié)時間、體積安定性等的測定具有準(zhǔn)確的可比性,所以必須在規(guī)定的稠度下進行測定，這個規(guī)定的稠度稱為標(biāo)準(zhǔn)稠度。水泥凈漿達到標(biāo)準(zhǔn)稠度時，所需的用水量占水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，即標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。 硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在2430之間。,3、凝結(jié)時間,分為初凝時間和終凝時間 初凝：加水拌和到標(biāo)稠，凈漿開始失去可塑性所需的時間。 終凝：加水拌和到標(biāo)稠，凈漿完全失去可塑性，并產(chǎn)生強度所需的時間。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：初凝不小于45min，終凝不遲于390min。 初凝不合格者為廢品，終凝不合格者為不合格品。,4、體積安定性,體積

8、安定性：水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性能。 原因： （1）熟料中游離氧化鈣，游離氧化鎂過多，游離氧化鈣，游離氧化鎂過燒，結(jié)構(gòu)致密，熟化慢，硬化后，才熟化，體積膨脹開裂。 （2）水泥熟料中石膏過量，水泥硬化后，仍有硫酸鈣存在，則固態(tài)水化鋁酸鈣與之反應(yīng)，形成水化硫鋁酸鈣，體積膨脹開裂。 測定方法：試餅法、雷氏法。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: MgO 5% SO33.5% 體積安定性不良的水泥為廢品,6、強度,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用水泥膠砂強度測定。 試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸：4040160mm 水泥 : 中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂 : 水=1:3:0.5 養(yǎng)護條件：201 水中 原因： （1）水泥凈漿體積收縮，易產(chǎn)生裂縫，不利于強

9、度的測定 （2）實際中均用砂漿，而很少用凈漿。 （3）可測多方面的強度。 硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 6個強度等級,硅酸鹽水泥各齡期的強度要求(GB1751999),水泥強度計算： 抗折強度：取三個測值的平均計算抗折強度；若三 個測值中有一個與平均值的相對誤差大 于10%時，則取剩余二個測值的平均計 算抗折強度,公式： 或 f 2.34F 其中FKN 抗壓強度：取六個測值的平均計算抗壓強度；若六 個測值中有一個與平均值的相對誤差大 于10%時，則取剩余五個測值的平均計 算抗折強度；若五個測值中仍有一個與 平均值的相對誤差大于10%時，

10、則結(jié)果 無效。 公式：f F/1600 其中FN,例:某硅酸鹽水泥經(jīng)28天測強,得: 受折破壞荷載分別為:3700N、2900N、3600N；受壓破壞荷載分別為:82KN、92KN、80KN、 79KN、80KN、78KN 試根據(jù)28天強度評定該水泥強度等級。,水化熱： 13d齡期內(nèi)水化放熱量為總放熱量的50%， 7d為75%， 6個月為8391%。 堿含量：按Na2O+0.658K2O計算值表示，對活性骨料，堿含量不得大于0.6%,7、水化熱及堿含量,8堿含量、氧化鎂、三氧化硫、不溶物、燒失量 堿含量 Na2O+K2O 不大于 0.6 % 氧化鎂 不大于 5.0 % 三氧化硫 不大于 3.5

11、 % 不溶物 不大于 0.75 %、1.5 % 燒失量 不大于 3 %、 3.5 %,42,Construction Materials,橋梁的熱裂縫,洞庭湖大橋,大體積的橋梁,洞庭湖大橋,橋梁的熱裂縫,大壩,四、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因,（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止,1、軟水腐蝕,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,2、酸類腐蝕,3、鹽類腐蝕,4、強堿腐蝕,1、軟水腐蝕,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,亦稱溶出性侵蝕，雨水、雪水、 蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳 酸鹽甚少的河水與湖水等都屬 于軟水。 Ca(OH)2 溶解于軟水。 硬水：Ca(O

12、H)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O 溶析 自動填實,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,2、酸類腐蝕,1）碳酸腐蝕： CO2含量高時 Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = CaH(CO3)2 2）一般酸的腐蝕 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,3、鹽類腐蝕,（1）硫酸鹽的腐蝕 3CaOAl2O3 6H2O+3(CaSO4 2H2O )+19H2O =3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 水泥桿菌 （2）鎂鹽的

13、腐蝕 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4 2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2,（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型,4、強堿腐蝕,3CaOAl2O3 + 6NaOH = 3NaO Al2O3 + 3Ca(OH)2 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因,1、水泥石內(nèi)含有易引起腐蝕的成分 2、水泥石本身不密實 3、外界有腐蝕的介質(zhì)存在,（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止,1、根據(jù)環(huán)境，合理選擇水泥品種 2、提高水泥石的密實度 3、加做保護層，可在水泥石表面涂抹耐腐蝕的涂料 4、對

14、具有特殊要求的抗侵蝕混凝土，采用浸漬混凝土,(五) 硅酸鹽水泥的應(yīng)用及質(zhì)量評定,1硅酸鹽水泥的特點及應(yīng)用 硅酸鹽水泥強度高，主要用于高強混凝土和預(yù) 應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度較快，抗凍性好，可 用于要求凝結(jié)快、早強、冬季及嚴(yán)寒地區(qū)的工程。 硅酸鹽水泥抗軟水及化學(xué)腐蝕性差，故硅酸鹽 水泥不適用于與流動的淡水接觸及有壓力水作用的 工程，也不適用于受海水、礦化水作用的工程。 耐熱性較差，不能用于溫度較高的環(huán)境。 水化熱大，不宜用于大體積混凝土工程。,2硅酸鹽水泥的質(zhì)量評定,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時 間、安定性中任一項不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，均為廢 品。 凡細(xì)度、終凝時間、不溶

15、物和燒失量中的任一 項不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量 和強度低于商品強度等級的指標(biāo)時，均為不合格 品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、強度等級、生產(chǎn)者 名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。,一、水泥混合材料 二、混合材料的類別 三、普通硅酸鹽水泥 四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,第二部分 摻混合材料的硅酸鹽水泥,在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥的標(biāo)號，而加到水泥中去的天然的和人工的礦物材料。,一、水泥混合材料,二、混合材料的類別,活性混合材料,非活性混合材料,二、混合材料的類別,活性混合材料,非活性混合材料,混合材料磨成細(xì)粉，與石灰或與石灰和石

16、膏拌合在一起，并加水后，在常溫下，能生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，既能在水中，又能在空氣中硬化的，稱為活性混合材料。,二、混合材料的類別,活性混合材料,非活性混合材料,非活性混合材料是指不與水泥成分起化學(xué)作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填充作用，摻入的目的主要是為了提高水泥的產(chǎn)量，調(diào)整水泥的標(biāo)號，減少水化熱，故又被稱為填充性混合材料。,凡是由硅酸鹽水泥熟料、6%15%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料（簡稱普通水泥），代號P.O。 摻非活性混合材料時，不得超過15%，其中允許用不超過5%的窯灰或不超過10%的非活性混合材料來代替。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)普通硅酸鹽水泥各齡強度數(shù)值（GB17519

17、99）,三、普通硅酸鹽水泥,三、普通硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥，性質(zhì)與硅酸鹽水泥接近，但，早期(3 d)強度稍低；抗凍、耐磨性稍 差；抗?jié)B性較好。 普通硅酸鹽水泥的細(xì)度，用篩析法測定，80m方孔篩篩余不得超過10.0。初凝時間不得早于45 min，終凝時間不得遲于10 h。安定性要求沸煮法合格。,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,礦渣硅酸鹽水泥 火山灰硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 復(fù)合硅酸鹽水泥,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,凡是由硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水

18、泥，代號P.S。水泥中?；郀t礦渣摻加量按質(zhì)量百分比計為20% 70%。 允許用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種代替礦渣，代替數(shù)量不得超過水泥質(zhì)量的8%，代替后水泥中?；郀t礦渣不得少于20%。,1礦渣水泥的凝結(jié)硬化 2礦渣水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及特性 礦渣水泥的細(xì)度、凝結(jié)時間及體積安定性要求 與普通硅酸鹽水泥相同。 礦渣水泥的強度等級分為：32.5、32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R。各強度等級水泥各齡 期的強度指標(biāo)見表37。,礦渣水泥與硅酸鹽水泥相比，有以下特點： 抗溶出性侵蝕及抗硫酸鹽侵蝕能力較強適用 于水下、地下工程及海港工程。 (2)水化熱低適用于大體積混

19、凝土工程。 (3)早期強度低，后期增長率高 28 d以后的強度增長率要高于同強度等級的 硅酸鹽水泥。 (4)環(huán)境溫度對凝結(jié)硬化影響較大適用于蒸汽養(yǎng)護 的混凝土構(gòu)件。 (5)保水性差，易泌水不宜用于抗?jié)B砼、道路路面,(6) 干縮較大 使用時要特別注意早期養(yǎng)護。 (7) 抗凍、耐磨性較差 礦渣水泥的抗凍性及耐磨性均較硅酸鹽水泥 差，故不宜用于承受凍融交替作用的部位及經(jīng)常受 磨的工程或部位。如道路路面、樓地面等。 (8) 碳化速度快，深度深影響結(jié)構(gòu)的耐久性。 (9) 耐熱性較高用于承受較高溫度的工程。,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,凡是由硅酸鹽水泥熟料、

20、火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，代號P.P。水泥中火山灰質(zhì)混合材料摻加量按質(zhì)量百分比計為20% 50%。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥（GB13441999）規(guī)定：對于火山灰水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%?；鹕交宜嘀腥趸虻暮坎坏贸^3.5%。,火山灰水泥對細(xì)度、凝結(jié)時間和體積安定性的 要求與礦渣硅酸鹽水泥相同。 火山灰水泥的強度等級劃分及對各強度等級水泥的強度要求與礦渣硅酸鹽水泥相同。 火山灰水泥的抗淡水侵蝕及抗硫酸鹽侵蝕能 力、水

21、化熱、強度及其增長速度、環(huán)境溫度對凝結(jié)硬化的影響、碳化等性能與礦渣水泥基本相同。,火山灰水泥的抗凍、耐磨性比礦渣水泥更差， 干縮比礦渣水泥更大，故更應(yīng)加強養(yǎng)護。 火山灰水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較大，一般不泌 水。另外，在潮濕的環(huán)境中或水中養(yǎng)護時，混合材料吸收石灰而產(chǎn)生膨脹，并生成較多的水化硅酸鈣凝膠，水泥石結(jié)構(gòu)致密，抗?jié)B性、耐水性均較好。,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,凡是由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，代號P.F。水泥中粉煤灰摻加量按質(zhì)量百分比計為20% 40%。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸

22、鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥（GB134492）規(guī)定：對于火山灰水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%?；鹕交宜嘀腥趸虻暮坎坏贸^3.5%。,粉煤灰水泥干縮小，甚至比硅酸鹽水泥還小， 抗裂性較好。同時由于粉煤灰的顆粒多為圓球形的玻璃體，較致密，吸附水的能力小，在混凝土中能起潤滑作用，故拌制的混凝土和易性較好。 由于粉煤灰水泥具有水化熱低、抗侵蝕性好、 干縮小、抗裂性好等特點，所以特別適用于大體積混凝土。,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,凡是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混

23、合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥（簡稱復(fù)合水泥）。水泥中混合材料總摻加量按質(zhì)量百分比應(yīng)大于15%，不超過 50%。允許用不超過8%的窯灰代替部分混合材料；摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復(fù)。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合硅酸鹽水泥（GB1295891）規(guī)定：對于復(fù)合硅酸鹽水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%?；鹕交宜嘀腥趸虻暮坎坏贸^3.5%。,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥

24、,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥,共同性質(zhì)： 1、強度發(fā)展：凝結(jié)硬化速度較慢，早期強度發(fā)展慢， 后期發(fā)展較快。,2、耐腐蝕性較強 3、水化熱低 4、抗凍性 5、抗碳化能力差,個性 礦：1、干縮性大2、耐熱性好3、泌水性大（保水性差）4、對溫度敏感性大（適于蒸汽養(yǎng)護） 火： 1、干縮性大2、耐熱性差3、抗?jié)B性好 粉： 1、干縮性小2、耐熱性差,(二) 水泥品種的選擇 使用水泥時，應(yīng)根據(jù)建筑物的特點及所處部 位、建筑物周圍的環(huán)境條件選擇合適的品種， 以滿足不同的需要。 (三) 水泥的儲運 水泥在運輸與貯存時不得受潮和混入雜物，不得混雜。 水泥在存儲運中還要防止受潮。一般情況下，儲存三個月，強度降低1525；儲存六個月，強度降低2540