1 概述 凡能经过一系列物理 化学作用凡能经过一系列物理 化学作用 在由可塑浆体变成坚硬石状体在由可塑浆体变成坚硬石状体 的过程中 能把散粒状或块状材料胶结成一个整体 且具有一定的过程中 能把散粒状或块状材料胶结成一个整体 且具有一定 机械强度的材料 统称为胶凝材料 机械强度的材料 统称为胶凝材料 2 水泥 水泥水泥 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 不仅能在空气中硬化 还能更好地在水中硬化不仅能在空气中硬化 还能更好地在水中硬化 保持并继续增长其强度 保持并继续增长其强度 主要内容主要内容 qq 水泥的矿物组成及其技术特性水泥的矿物组成及其技术特性 qq 水泥的技术性质水泥的技术性质 2 1 水泥的矿物组成及其特性 2 1 1 硅酸盐水泥熟料 v硅酸盐水泥 硅酸盐水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 石膏 v 硅酸盐水泥类型 型硅酸盐水泥 代号P I 不掺混合材料 型硅酸盐水泥 代号P II 掺加不超过水泥质量5 的 混合材料 2 1 1 1 硅酸盐水泥的原料与熟料 1 原料 生料 主要化学成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 生产工艺 二磨一烧 石灰石 磨细 1450 粘 土 生料 熟料 铁矿粉 石膏 2 熟料 主要矿物 硅酸三钙 3CaO SiO2 简写C3S 硅酸二钙 2CaO SiO2 简写C2S 铝酸三钙 3CaO Al2O3 简写C3A 铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 简写C4AF 磨细 水泥成品 2 1 1 2 硅酸盐水泥熟料中主要矿物组成的技术特性 水化程度 C3A C3S C4AF C2S 图2 1 几种矿物的水化程度 释热量 C3A C3S C4AF C2S 图2 2 几种矿物的水化释热量 强度 早期强度 C3S C3A C4AF C2S 后期强度 C3S C2S C3A C4AF 图2 3 几种矿物强度发展特征 图2 1 几种矿物的水化速率 C3A C3S C4AF C2S 24h 大约有65 的C3A水化 C3S水化50 左右 90d 四种矿物的水化程度已经接近 图2 2 几种矿物的水化释热量 C3A C3S C4AF C2S 图2 3 几种矿物强度发展特征 2 1 2 2 1 2 水泥混合材料及其特性水泥混合材料及其特性 混合材料 改善水泥性质 降低水化热 提高防腐性能 调节水泥标号 提高水泥产量 节约水泥原料 如 天然砂砾 火山灰或工业废渣 矿渣 炉渣 粉煤灰 等 2 1 2 1 活性混合材料 活性 能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应 生成水硬性化合物 粒化高炉矿渣 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 含量 90 火山灰质混合材料 活性SiO2和活性Al2O3 粉煤灰 SiO2和Al2O3 含量 60 2 1 2 2非活性混合材料 品种 磨细石英砂 石灰石 粘土 慢冷矿渣等 掺加目的 调节水泥标号 提高产量 降低水化热 2 1 3 石膏 CaSO4 2H2O 掺量 3 5 作用 缓凝 调节凝结速度 2 1 4 水泥中的有害物质 游离氧化钙 f CaO 氧化镁 f MgO 三氧化硫 SO3 碱含量 碱 集料反应 2 1 5 常用硅酸盐水泥品种 1 硅酸盐水泥P I P II 硅酸盐水泥熟料 0 5 混合材 石膏 2 普通硅酸盐水泥P O 硅酸盐水泥熟料 6 15 混合材 石膏 3 矿渣硅酸盐水泥P S 水泥熟料 20 70 粒化高炉矿渣 石膏 4 火山灰质硅酸盐水泥P P 水泥熟料 20 50 火山灰质材料 石膏 5 粉煤灰硅酸盐水泥P F 水泥熟料 20 40 粉煤灰 石膏 道路硅酸盐水泥 道路硅酸盐水泥熟料 0 10 活性混合材 石膏 2 2 水泥的技术性质 2 2 1 2 2 1 新拌水泥浆体的凝结硬化过程新拌水泥浆体的凝结硬化过程 2 2 1 1 2 2 1 1 硅酸盐水泥的凝结硬化过程硅酸盐水泥的凝结硬化过程 1 初始反应期 水泥熟料颗粒初始水解和水化 约5 10min 放热 7J g h 水泥水化过程 2 潜伏期 水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚 约1 2h 放热 4J g h 3 凝结期 膜层破裂 水泥颗粒进一步水化 约6h 放热20J g h 4 硬化期 水化物进一步发展 填充毛细孔 约6 h 若干年 图2 4 水泥的凝结硬化过程示意图 凝结硬化机理小结 水泥熟料水化生成紧密 相互交结的水化物体系而凝聚产生强度 硬化水泥石由水化物 未水化水泥熟料颗粒 水及孔隙所组成 水泥熟料颗粒初始水解和水化 硅酸三钙 C3S H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2 水化硅酸钙 硅酸二钙 C2S H2O 水化硅酸钙 Ca OH 2 铝酸三钙 在纯水中 C3A H2O C4AH13 C4AH19 C3AH6 水泥瞬凝的原因 水化铝酸钙 在石膏溶液中 C3A Ca OH 2 H2O C4AH13 C4AH13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 三硫型水化铝酸钙 钙矾石 当石膏耗尽后 C4AH13 钙矾石 3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O 单硫型水化硫铝酸钙 水泥熟料颗粒初始水解和水化 铁铝酸四钙 在纯水中 C4AF H2O C4AH13 C4FH13 水化铝酸四钙 水化铁酸四钙 缩写C4 A F H13 在石膏溶液中 C4AF Ca OH 2 H2O C4 A F H13 C4 A F H13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 Fe2O3 3CaSO4 32H2O 三硫型水化铁铝酸钙 当石膏耗尽后 同铝酸三钙 生成单硫型水化硫铁铝酸钙 水泥水化小结 生 料 熟 料 水泥石 主要化学成分主要矿物成分主要水化产物 比例 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 C3S C2S C3A C4AF CaSO4 2H2O 水化硅酸钙 70 Ca OH 2 20 三硫型水化铝酸钙 钙矾石 7 硫型水化铝酸钙 三硫型水化铁铝酸钙 单硫型水化铁铝酸钙 图2 4 水泥的凝结硬化过程示意图 2 2 1 2 掺混合材料水泥的凝结硬化过程 1 反应条件 具有质 活性SiO2和活性Al2O 具有活性物活性激发剂 激发活性材料潜在活性的物质 Ca OH 2溶液 碱性激发剂 CaSO4 2H2O溶液 硫酸盐激发剂 2 反应机理 二次反应 又称火山灰反应 SiO2 Ca OH 2 H2O CaO SiO2 mH2O 不定型水化硅酸钙 凝胶 Al2O3 Ca OH 2 H2O CaO Al2O3 nH2O 不定型水化铝酸钙 凝胶 Al2O3 CaSO4 2H2O 水化硫铝酸钙 钙矾石 2 2 1 2 掺混合材料水泥的凝结硬化过程 3 对水泥性质的影响 水化速度慢 早期强度低 后期强度发展 化学稳定性较高 抗腐蚀 淡水 硫酸盐 水化热低 适应大体积工程 2 2 2 硬化水泥石的腐蚀 腐蚀原因 水泥石中存在着引起腐蚀的成分 Ca OH 2 约20 水化铝酸钙 有侵蚀性介质存在 各种盐类 硫酸盐类及酸类物质 水泥石本身不密实 2 2 2 1 水化物Ca OH 2的溶失与置换 1 溶析性侵蚀 淡水腐蚀 Ca OH 2在动水或有压力水中直接溶失 2 盐类腐蚀 MgCl2 Ca OH 2 CaCl2 易溶 Mg OH 2 3 酸类腐蚀 碳酸腐蚀 CO2 H2O Ca OH 2 CaCO3 H2O CO2 H2O CaCO3 Ca HCO3 2 盐酸腐蚀 HCl Ca OH 2 CaCl2 易溶 H2O 2 2 2 2 硫酸盐腐蚀 在Ca OH 2存在的情况下 水化铝酸钙C4A H13 钙矾石 体积比水化铝酸钙增加1 5倍 Ca OH 2 Na2SO4 CaSO4 2H2O NaOH H2O 水中 Ca OH 2 Mg SO4 CaSO4 2H2O Mg OH 2 水中 Ca OH 2 H2SO4 CaSO4 2H2O H2O 水中 CaSO4 2H2O C4A H13 Ca OH 2 3C3A 3CaSO432H2O 水泥石中 钙矾石 腐蚀的危害 水泥石密度下降 强度降低 混凝土开裂与崩解 2 2 2 3 水泥石腐蚀的防止 1 合理选择水泥品种 根据侵蚀环境特点选择 2 提高水泥石的密实程度 合理降低水灰比 使用减水剂 3 加作保护层 2 2 3 水泥的技术指标 主要指标 细 凝 安 强 以强为主 2 2 3 1 细度 意义 细度愈大 早期强度愈高 凝结速度愈块 析水量减少 过细 生产成本高 在空气中硬化收缩大 不宜保存 图2 5 水泥细度与干缩率 指标 比表面积法 m2 kg 筛析法 80 m方孔筛上的筛余量百分率 2 2 3 2 凝结时间 定义 初凝 水泥加水拌和起至水泥浆开始失去塑性所需时间 终凝 水泥加水拌和时起至水泥浆完全失去塑性所需时间 测定方法 图2 6 水泥凝结时间测试示意图 2 2 3 3 体积安定性 意义 水泥浆在硬化后因体积膨胀不均匀而变形的情况 测定方法 沸煮法 压蒸法图2 7 压蒸法测试示意图 图2 5 水泥细度与干缩率的关系 图2 6 水泥凝结时间测试示意图 图2 7 压蒸法模具示意图 2 2 3 4 强度等级和标号 意义 强度是水泥的重要技术性质之一 也是划分水泥强度等级的主要依据 强度等级 强度试验条件 水泥 标准砂 1 3 水灰比 0 5 试件 4 4 16 标准养护 测定3d与28d抗压强度与抗折强度 型号 早强型R和普通型 根据3d强度 强度等级 硅酸盐水泥 42 5 42 5R 52 5 52 6R 62 5 62 5R 普通水泥 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 6R 表1硅酸盐水泥各龄期强度值 影响强度等级因素 熟料矿物 C3S C2S 强度 细度大 水化反应快并充分 强度高 硅酸盐水泥各龄期强度值 GB175 1999 强度等级强度等级 抗压强度抗压强度 MPa MPa抗折强度抗折强度 MPa MPa 3d3d28d28d3d3d28d28d 42 542 517 017 042 542 53 53 56 56 5 42 5R42 5R22 022 042 542 54 04 06 56 5 52 552 523 023 052 552 54 04 07 07 0 52 5R52 5R27 027 052 552 55 05 07 07 0 62 562 528 028 062 562 55 05 08 08 0 62 5R62 5R32 032 062 562 55 55 58 08 0 2 2 3 5 干缩率和磨损量 1 干缩性 抗裂 抗渗 抗冻 抗腐蚀 矿物组成 C3A 干缩性 C4AF 收缩量 抗裂性最好 细度 干缩性 2 耐磨性 熟料矿物 C4AF C3S C3A 耐磨性 抗冲击性及各类强度 抗压强度 耐磨性 2 3 常用硅酸盐水泥 2 3 1和2 3 2五大品种水泥 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 粉煤灰硅酸盐水泥 2 3 3 道路硅酸盐水泥 1 作用和使用要求 用途 供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求 抗折强度高 干缩性小 耐磨性好 2 3 3 道路硅酸盐水泥 2 矿物组成对技术性能的影响 抗折强度高 C3S C4AF C3A f CaO 干缩性小 抗渗 抗冻 C3A C4AF 耐磨性好 C4AF C3S C3A 强度高 2 3 3 道路硅酸盐水泥 3 化学品质要求 高铁低铝 C3S 51 60 以提高早期强度 尽早放开交通 C2S 不宜过多 其早期强度过低 C3A 5 考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF 16 提高水泥的抗折强度 控制碱含量 2 4 其它水泥 2 4 1 高铝水泥 以石灰石和矾土为主要原料 配制成适当 成分的生料 经煅烧所得的以铝酸一钙 为主要矿物的熟料 再经磨细而成的水 硬性胶凝材料 2 4 1 1 高铝水的主要成分及特性 铝酸一钙 CaO Al2O3 简写CA 特点 凝结不快 硬化迅速 为高铝水泥强度 的主要来源 二铝酸一钙 CaO 2Al2O3 简写CA2 特点 水化硬化