商品砂浆的组成材料 阎培渝 清华大学土木工程系 010-62785836 13501215836 yanpytsinghua.edu.cn商品砂浆组成材料1）骨料：砂2）胶凝材料：水泥、矿物掺合料（辅助胶 凝材料）3）化学外加剂：胶粉、减水剂、增粘剂、 引气剂、消泡剂、4) 纤维商品砂浆的特点品种多样，性能各异。原材料品质和配合比可精确控制。通过微量组分（外加剂）调整性能。水泥浆大颗粒骨料 （粗砂）小颗粒骨料（ 细砂）粉状材料胶凝材料什么叫胶凝材料？胶凝材料有几类？ 胶凝材料的定义：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚 固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机 械强度的物质，统称胶凝材料。 胶凝材料分为无机胶凝材料（水泥、石 灰、石膏等）和有机胶凝材料（沥青、 树脂等） 无机胶凝材料分为只能在空气中硬化的 气硬性胶凝材料，以及既能在空气中、 也能在水中硬化的水硬性胶凝材料。凡是细磨成粉状，加入适量水后成为塑 性浆体，既能在空气中、也能在水中硬化， 并能将砂、石等散粒或纤维状材料胶结在一 起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 Cement是含义很广的名词，包括 1）水泥 2）胶泥，胶结剂 3）牙骨质只能在空气中硬化即能在空气中又能在水中硬化需要激发剂激发GB 175-2007通用硅酸盐水泥 从2008年6月1日起实施。 取代GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅 酸盐水泥、GB1344-1999矿渣硅酸盐 水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸 盐水泥、GB12958-1999复合硅酸盐 水泥三个标准。GB 175-2007通用硅酸盐水泥 非等效采用欧洲标准EN197-1.2000通用波 特兰水泥。 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混 合材制成的水硬性胶凝材料。 按照混合材的品种和掺量，将通用硅酸盐水 泥分为：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、复合硅酸盐水泥。中国的水泥分类强度等级：32.542.552.562.5复合硅酸盐水泥 PC水泥的历史 古埃及时代使用石膏和石灰 希腊和罗马时代石灰火山灰混合物 中国古代三合土：石灰、炉渣和黄土 混合物 波特兰水泥的发明：1824年英格兰建筑工人J. Aspdin申请 了第一个专利。采用高温煅烧，生产现 代意义的硅酸盐水泥。罗马万神殿直径43米的穹顶是古代罗马人使用水硬性胶 凝材料的典范。 19世纪末出现回转窑，开始大规模工业化生产水泥，并制订标准统一水泥质量。 同时Michaelis和Le Chatelier建立水泥化学，提出水泥水化模型。 1930s 确定硅酸盐水泥的相组成，Bogue提出硅酸盐水泥熟料的相组成计算公式。 1970s 发明窑外分解窑煅烧工艺，硅酸盐水泥熟料的煅烧热耗已接近理论值。水泥的生产 硅质原料 （粘土）钙质原料 （石灰石）铁质原料+煅烧 1450粉磨石膏熟料水泥生料配料、粉磨硅酸盐水泥矿物组成硅酸三钙 C3S （4560%）硅酸二钙 C2S （1530%）铝酸三钙 C3A （213%）铁铝酸四钙C4AF（915%）C = CaO S = SiO2 A = Al2 O3 F = Fe2O3 H =H2O = SO3硅酸盐水泥组成矿物的含量范围SEM背散射电子像光学显微镜照片板状晶体为阿利特晶体；园形晶体为贝利特晶体；深色中间相为C3A，浅色 为C4AF。硅酸盐水泥熟料显微结构水泥的矿物组成与性能变化 在20世纪30年代，硅酸盐水泥熟料中的C3S含 量仅30%左右，比表面积约220m2/kg。这样的 水泥早期强度低，强度发展速率也低。 1995年Gebhardt的调查报告显示，过去的70年 中，美国ASTM I型硅酸盐水泥的7天强度翻了 一翻，从17MPa提高到31MPa。 现在我国大型水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料中 的C3S含量超过50%， PO-42.5水泥的比表面积 340 370 m2/kg，3天抗压强度30MPa左右。 我国通用水泥标准的演变过程2002年我国通用水泥产量统计时 间国家32.542.552.562.52002年中国54.541.43.90.21997年德国61.632.45.7-1997年法国48.211.332.6-国内外市场销售水泥的强度分布（）我国大中型水泥厂熟料矿物组成及性能国外水泥熟料矿物组成及性能通用硅酸盐水泥分类矿渣硅酸盐水泥 P.S.A：矿渣掺量为2150 P.S.B：矿渣掺量为5170取消了老标准中的附录A 混合材的品种有了严格的限制 不再允许自行开发新的混合材品种通用硅酸盐水泥组成材料 硅酸盐水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3 、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉，烧至部分 熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝 物质。其中硅酸钙矿物不小于66%，氧化钙和氧 化硅质量比不小于2.0。 石膏 天然石膏：应符合GB/T 5483中规定的G类或 M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。 工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副 产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。新增加M类石膏 ，取消硬石膏通用硅酸盐水泥组成材料 活性混合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉 、粉煤灰、火山灰质混合材料。 非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒 化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混 合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的Al2O3含量 应不大于2.5%。 窑灰： 助磨剂： 水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量 应不大于水泥质量的0.5%。为了控制乱 加激发剂 在普通硅酸盐水泥中掺加的活性混合材料 中，允许用不超过水泥质量8%的非活性混 合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。 在矿渣硅酸盐水泥中允许用不超过水泥质 量8%的活性混合材料、非活性混合材料或 窑灰中的任一种材料代替矿渣。 复合硅酸盐水泥的混合材为由两种（含） 以上活性混合材料或/和非活性混合材料组 成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰 代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣 硅酸盐水泥重复。 水淬高炉矿渣 具有微弱的胶凝性 矿物组成主要包括： 2CaOSiO2， 黄长石 2CaOAl2O3SiO2 镁蔷薇辉石 3CaOMgO2SiO2 主要部分是玻璃态矿渣质量评价 质量系数： 活性指数砂砂浆浆种种类类水泥，水泥，g g矿矿渣粉，渣粉，g g标标准砂，准砂，g g水，水，mlml对对比砂比砂浆浆45045013501350225225试验试验 砂砂浆浆225225225225某龄期试验砂浆的强度Rd与对比砂浆的强度R0d之比。EN197-1规定 玻璃体含量2/3 CaO+MgO+SiO2总量2/3 (CaO+MgO)/SiO2 1提高了对矿渣活性和碱度的要求。提高了对矿渣活性和碱度的要求。低钙粉煤灰（F类） 电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末。 CaO10%），本身具有水 硬性。 由于存在安定性不良的危险，应用存在问 题。高钙粉煤灰的XRD图谱粉煤灰的质量等级 根据粉煤灰的细度、需水量比和烧失量 的大小，分为3级。I级粉煤灰品质最好 。ENV197-1ENV197-1规定：规定：只准许使用煤粉炉经静电或机械方法收下的粉尘只准许使用煤粉炉经静电或机械方法收下的粉尘 ，其它工艺方法收取的粉煤灰不能使用。，其它工艺方法收取的粉煤灰不能使用。烧失量烧失量 5 5，活性，活性 SiOSiO2 2含量含量 25%25%。硅质粉煤灰中活性硅质粉煤灰中活性 CaO CaO 含量不能超过含量不能超过5 5，钙质，钙质 粉煤灰中活性粉煤灰中活性 CaO CaO 含量为含量为5 51515。硅酸盐水泥的强度等级 根据标准胶砂试件在规定龄期的抗压强 度和抗折强度分级。 在同一强度等级中，根据早期强度高低 ，又分为普通和快硬（R）两种。品 种强度等级抗 压 强 度(MPa)抗 折 强 度(MPa) 3d28d3d28d 硅酸盐水泥42.517.042.53.56.5 42.5R22.04.0 52.523.052.54.07.0 52.5R27.05.0 62.528.062.55.08.0 62.5R32.05.5普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.5 42.5R22.04.0 52.523.052.54.07.0 52.5R27.05.0 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥32.510.032.52.55.5 32.5R15.03.5 42.515.042.53.56.5 42.5R19.04.0 52.521.052.54.07.0 52.5R23.04.5通用硅酸盐类水泥各龄期的强度值 我国水泥的强度等级 硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R 、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。 普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、 42.5R、52.5、52.5R四个等级。 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥 、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥 的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、 42.5R、52.5、52.5R六个等级。 强度检验时的用水量 按GB/T 17671的规定 对于火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水 泥、复合硅酸盐水泥和掺火山灰质混合材的 普通硅酸盐水泥，如果胶砂流动度小于 180mm，应以0.01的整倍数递增的方法将水 灰比调整到胶砂流动度不小于180mm。组分的检验 要求水泥厂对水泥组分进行检验，其检 验方法可灵活采用（GB/T 12960或其它 准确性更高的方法）。 新标准规定了组分的偏差范围。 主要是为了使混合材的掺量合乎标准。 要求在出厂检验报告中指明混合材的品 种和掺量。化学组成的限制 不溶物和烧失量：仅对硅酸盐水泥和普通硅酸盐 水泥有要求。 SO3：一般3.5；但对矿渣硅酸盐水泥4.0。 MgO： 硅酸盐水泥 5；其它 6。超过上述数 值，需作压蒸安定性试验并合格。 氯离子： 0.06（新增加的指标！） 碱含量：按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活 性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含 量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。 原标准规定检测熟料中的MgO， 无法检测。现改为检测水泥；对 于P.S.B不规定物理指标 细度： 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积 大于300m2/kg矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余 表示， 80微米方孔筛筛余不大于10% 45微米方孔筛筛余不大于30% 细度指标 现在达到国标规定的指标不是问题；用户 现在要求水泥不能过细。 无论从保证产品质量，还是控制生产流程 ，80微米筛筛余都已失去意义。推荐使用 45微米筛筛余控制生产。 不作为限制性指标，但需给出测定结果， 供用户参考。凝结时间：硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，终凝不得迟于6.5h。普通硅酸盐水 泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h 。 安定性：用沸煮法检验必须合格。欧洲、日本、中国等国家标准规定的物理性能 指标非常接近，相比较我国规定的安定性指标还严 格些，而美国标准体系因检验方法不同，因此物理 性能指标没有可比性。物理指标出厂检验报告 出厂检验项目（化学指标、凝结时间、 安定性、强度）新增条款！ 细度 混合材品种和掺量 石膏品种和掺量 助磨剂品种和掺量 旋窑或立窑生产 合同约定的其它技术要求不再要求熟料全分析 和矿物计算结果增加了用户 的话语权出厂品质 不小于标志质量的99（原为98）。 随机抽取20袋，总量不小于1000kg（含