建筑材料讲义之四水泥 孙永强第四章 水 泥第一节 硅酸盐水泥一、定义：以适当生料磨细并复合均匀，经煅烧得到以硅酸钙为主要成分的熟料，加入适量石膏、混合材（00.5%）共同磨细而得到的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（国外通称的波特兰水泥）。P没有混合材； P有5%以下混合材；二、硅酸盐水泥的生产：1、生料的制备： 1）原料：（1）石灰质原料（石灰石等CaO）； （2）粘土质原料（粘土、页岩、SiO2、Al2O3、Fe2O3）； （3）校正原料。 2）干法生产：将上述原料磨细并混合均匀； 3）混合生产：干燥成球。2、熟料的煅烧: 水分蒸发生料的预热生料的分解（CaCO3分解）固相反应（固、液并存，生成熟料矿物）冷却过程.3、熟料的磨细:熟料 +石膏+混合材水泥水泥生产：生料磨细 生料煅烧成熟料熟料磨细。三、水泥的熟料矿物：1、硅酸三钙（3CaOSiO2）; C3S 3660% ;强度尤其是早期强度的主要贡献者。2、硅酸二钙（2CaOSiO2）; C2S 1536%；后期强度高，一年以后超过C3S。3、铝酸三钙(3CaOAl2O3); C3A 715% ；水化反应快决定水泥的凝结、硬化。4、铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3 ); C4AF 1018%；C4AF：耐腐蚀性能好。矿物名称C3SC2SC3AC4AF早期强度高低低低后期强度较高高低低早期水化热高低最大中凝结硬化快慢最快中抗腐蚀能力差好最差最好干缩性较大小大小四、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化：1、水化： C3S + H2O3CaO2SiO23 H2O （水化硅酸钙凝胶：CSH）C2S + H2O3CaO2SiO23 H2O （水化硅酸钙凝胶：CSH）C3A+ H2O3CaOAl2O36 H2O石膏（CaSO42 H2O）最终生成（3CaOAl2O33CaSO43H2O）水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石，AFt），它为致密的纤维状，有膨胀性。3CaOAl2O3CaSO43H2O，单硫形的水化硫铝酸钙，AFm水化产物：C-S-H凝胶（70%），Ca(OH)2晶体（20%）AFt，AFm（ 7%）。2、水泥的凝结和硬化：1）、诱导前期（15min）反应速度极快；2）、诱导期（24h）诱导期结束时水泥初凝；3）、加速期（48h）反应速度重新加快，大量水化产物生成，加速期结束时水泥终凝。4）、减速期：（1224h）随大量水化产物的生成，反应速率降低，网络结构形成强度逐渐提高。5）、稳定期：它是一个很长的过程，反应速率很底，受扩散控制。3、影响水泥硬化的主要因素：1）、水泥矿物组成：C3S， C3A多，石膏少凝结硬化快，C2S多凝结硬化就慢2）、细 度： 越细凝结硬化越快。3）、龄 期： 4）、温度 、湿度： 温度越高湿度越大凝结硬化就越快。5）、水灰比（W/C）： W/C越小，凝结硬化就越快。6）、石膏掺量。五、水泥石的腐蚀及预防：500 A。1、水泥石的结构：5001000 A少害孔。 1）、 CSH凝胶 ： 无害孔1000 A有害孔。103104 A。 2）、 Ca(OH)2 钙矾石晶体：1030 A。 3）、 毛细孔 ： 4）、 凝胶孔 ： 5）、 未水化胶体颗粒。2、水泥石的腐蚀类型：1）、软水腐蚀：流水造成Ca(OH)2晶体的溶蚀，带来、 孔隙率的增大、 CSH凝胶需要足够的碱环境，随Ca(OH)2溶蚀，CSH分解自身CaO去补充，从而造成CSH中的CaO/ SiO2降低和水硬性的降低。2）、离子置换腐蚀： 、一般酸的腐蚀： Ca(OH)2+ 2HClCaCl2+2H2O，其中生成的CaCl2易溶。 、碳酸的腐蚀： Ca(OH)2 + CO2+H2OCaCO3Ca(HCO3)2, 生成的Ca(HCO3)2易溶。 、镁盐的腐蚀：MgCl2+ Ca(OH)2CaCl2+ Mg (OH)2没有水硬性的粉末。（4）膨胀性腐蚀：Ca(OH)2C3AH6硫酸盐+ 钙矾石（水泥杆菌），膨胀1.01.5倍，造成水泥石破坏。（5）碱的腐蚀： 3CaOAl2O3+ Na(OH) 3Na2OAl2O3+ 3Ca(OH)2 （易溶于水） 2Na(OH)+2CO2+ H2ONa2 CO3+2 H2O，其中Na2 CO3沉积于水泥石中孔隙中达到一定程度时发生膨胀破坏。3、腐蚀的原因及预防： 1）、原因 、水泥石中存在易受侵蚀性介质“攻击”的对象Ca(OH)2，C3AH6。 、水泥石本身不够致密。 、存在侵蚀环境2）、防治 、正确选择水泥品种 、降低水灰比，使水泥石更密实。 、表面加覆盖层，使水泥石与外界侵蚀介质隔绝。六、硅酸盐水泥标准：1、密度： 3.053.20g/cm3。堆积密度（松）：9001300Kg/m3（紧）：14001700Kg/m32、细度：当水泥颗粒 90m时几乎没有活性；当水泥颗粒 40 m时活性好。 磨的过细 、电耗大，产量低，成本高。、干缩大，易潮解。3、标准稠度用水量（%）： 为凝结时间安定性测定提供标准的用水量，沉入深度282mm 时用水量所占比例。 测定方法：a 、调整水量法； b 、固定水量法。（500g水泥，142.5ml水，P=33.40.185S）4、 凝结时间：初凝时间不小于45分钟；终凝时间不大于390分钟 其他通用水泥初凝时间不小于45分钟终凝时间不大于10小时。5 、安定性： 水泥浆体硬化后体积变化的稳定性导致安定性不良的原因。、f CaO（游离氧化钙）过多； 、f MgO过多； 、石膏过多生成钙矾石。测试方法： 1、试饼法 2、雷氏夹法6、 水化热：（KJ/Kg） C3S， C3A多时，水化热高。 在大体积混凝土中，热量散发不出来温度升高而外部温度底温差大应力大混凝土开裂。7、 胶砂强度： 3d，7d，28d 抗折、抗压强度。8、 水泥的含碱量： Na2O+0.685K2O 0.6% (碱骨料反应)。七、硅酸盐水泥的应用及特点：1、凝结硬化快，适用于早强要求高或对进度要求高的工程。2、等级高适用于高强混凝土、钢筋混凝土。3、抗冻性好。适用于寒冷地区。4、水化热高，不使用于大体积工程。5、水化产物中Ca(OH)2多，抗冻性能差。6、抗碳化能力好。7、耐热性差。第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥一、定义：1、混合材料定义：就是在熟料磨细过程中加入的可以改变水泥某些性能的人工或天然矿物材料。2、活性混合材料定义：本身加水拌和凝结硬化基本不产生强度，但在硫酸盐或碱（Ca(OH)2）做激活剂的情况下具有水硬性。活性混合材料：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰。非活性混合材料：石灰石粉、不参与水泥水化。3、掺混合材料的硅酸盐水泥的定义：磨细1）、普通硅酸盐水泥（P.O）硅酸盐水泥熟料+石膏+615%活性混合材料 水硬性胶凝材料。磨细2）、矿渣硅酸盐水泥（P.S）硅酸盐水泥熟料+石膏+2070%矿渣 水硬性胶凝材料。磨细3）、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）硅酸盐水泥熟料+石膏+2040%粉煤灰 水硬性胶凝材料。磨细4）、火山灰硅酸盐水泥(P.P)硅酸盐水泥熟料+石膏+2050%火山灰 水硬性 胶凝材料。5）、复合水泥(P.C)磨细硅酸盐水泥熟料+石膏+1550%两种以上活性混合材料 水硬性胶凝材料。二、掺混合材料的硅酸盐水泥的水化：“二次水化”：首先硅酸盐水泥熟料的水化,接下来一次水化生成的Ca(OH)2与粉磨时加入的石膏作为凝结剂并参加反应。使活性混合材料水化,水化生成的C-S-H致密,第二次水化是一个长期的过程。三、掺混合料硅酸盐水泥的共性与个性：(一)、共性1、凝结硬化慢,早期强度低,但后期强度较高。2、水化热低,适用于大体积混凝土工程。3、耐腐蚀性能强, Ca(OH)2数量少。4、对湿度温度的敏感性高,适用于湿热养护。5、抗碳化能力差。(孔隙率低时,次条不重要)(二) 、个性1、矿渣水泥：1）、凝结硬化慢,早期强度低,但后期强度高,甚至可以高过同等级的硅酸盐水泥。因此不能用于早期强度要求高的工程,例如混凝土楼板、梁、柱。2）、对温度湿热敏感性强。6070以上凝结硬化速度加快,28天强度可提高1020% 。3）、耐腐蚀性能好。由于二次水化消耗了大量的Ca(OH)2 。.水化热低。4）、耐热性好,可用于轧钢、铸造、窑炉等高温车间基础。5）、抗碳化能力差。6）、饱水性差,抗渗性差干缩大。7）、抗冻性差。2、火山灰水泥1）、凝结硬化慢,早期强度低,后期强度高。2）、湿热敏感性高,适合蒸汽养护。3）、耐腐蚀性好。4）、水化热低。5）、抗碳化能力差。6）、饱水性好,抗渗性好。7）、干缩特别大,在干燥空气环境中水化硅酸钙分解成碳酸钙和氧化硅,易产生“起粉”现象。8）、耐磨性差。3、粉煤灰水泥1）、干缩小。原因:粉煤灰颗粒多呈球形,且致密,吸水性小,能减少拌和物内摩擦力,粉煤灰混凝土初始析水速度较快,表面易产生收缩裂纹。2）、和易性好。3）、不易于干燥环境。4、复合水泥 1）、综合性能好(三种混合材料水泥的共性)且由于使用了复合混合材料,改变了水泥石的微观结构, “叠加效 应”导致早期强度高于同等级的三种水泥。2）、“叠加效应” fly-ash:SiO2.Al2O3 ， sloy: SiO2.CaO5、其它水泥1）、快硬性硅酸盐水泥。达到快硬性有三个途径：（1）、调整水泥熟料矿物的组成，增加C3S，C3A的含量。 C3S： 5060%； C3A： 814%； C3S+ C3A 不小于6065%（2）、适当增加石膏含量（8%）SO3不大于4%。（3）、提高水泥细度。 330450m2/Kg水化热高，不使用于大体积混凝土工程，易风化受潮，贮存期1个月。2）、快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥）（1）、熟料以C3S和氟铝酸钙为主，加硬石膏、矿渣、无水硫酸钠磨细制成，小时强度增长快的水硬性硅酸盐水泥。（2）、矿物成分：C3S50% ，氟铝酸钙（C11A7CaF2）2070%， C2S 220%， C4AF 45% 。（3）、国标中规定： 细度不小于450m2/Kg； 初凝时间不小于10分钟。 终凝时间不大于