1、3、水泥在土木工程中的重要作用 1、水泥是用量最大的建筑工程材料之一！它和钢材、木材是基本建设的三大材料。 2、水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！ 3、水泥的性能和正确选用对建筑工程的功能与质量至关重要！一、硅酸盐水泥是怎样制造的？1、原、原 料：料：硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占占1/3 钙质：石灰石、白垩等，钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占占2/3调节原料：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO22、制造工艺：、制造工艺：原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料经
2、窑内生料经窑内煅烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合混合后得到后得到水泥水泥“两磨一烧”硅质(粘土)钙 质(石灰石)1450调节原料石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 原料采掘原料采掘原料磨细原料磨细原料混合原料混合产产 物物熟料冷却熟料冷却熟料储存熟料储存硅酸盐水泥熟料制造工艺流程 水泥生料煅烧回转窑14501500C二、常用水泥-硅酸盐水泥的组成1、硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥 1、硅酸盐水泥熟料 2、石膏(CaSO42H2O) 3
3、、混合材(矿渣或石灰石粉末) 2、各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；必要组分矿物名称 缩写分子式矿 物 式硅酸三钙C3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二钙C2SCa2SiO42CaOSiO2铝酸三钙C3ACa3Al2O63CaOAl2O3铁铝酸四钙 C4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3 1、化学组成：、化学组成：主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F)少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。 2、矿物组成：、矿物组成
4、： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：3、硅酸盐水泥熟料的组成三、水泥浆如何转变成坚硬固体？ 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。石膏的作用1、避免水泥浆的闪凝和假凝现象，调节水泥的凝结时间。2、主要原理：石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶与水的水化硫铝酸钙的形成，延缓了水泥的的凝结时间石膏缓凝机理：v 钙钒石的形
5、成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢；v 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题1、水泥生产中为什么掺加石膏？答：答：1、主要是为了调节水泥的凝结时间。、主要是为了调节水泥的凝结时间。C3A在水在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝； 2、水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝、水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，胶微粒的聚集，Al3对凝胶微粒聚集有促进作对凝胶微粒聚集有促进作用；用； 3、石膏与、石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应形成难溶的硫铝酸钙
6、水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。延缓了水泥浆的凝结速度。问题？水泥凝结硬化速度快，好吗？ 答：不好。因为水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重影响。水泥宜在什么条件下凝结硬化？ 答：水泥宜在常温(2010C)与相对湿度较高的条件下，凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水化 所需水分供应充足的条件。影响水泥性能的因素水泥成分水泥细度养护条件龄期拌合用水量储存条件硅酸盐水泥应满足哪些技术
7、性质细度细度凝结时间凝结时间体积安定性体积安定性强度强度碱含量耐腐蚀性耐腐蚀性软水侵蚀软水侵蚀盐类侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀防腐措施防腐措施1. 1. 细细 度度定义定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。颗粒越细，与水反应的细度是指水泥粉体的粗细程度。颗粒越细，与水反应的表面积越大，水化迅速完全，凝结硬化速度快，早期强度表面积越大，水化迅速完全，凝结硬化速度快，早期强度高。但是粉磨过细，能耗增加很多。高。但是粉磨过细，能耗增加很多。测量方法测量方法筛分析法筛分析法 以以80 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示；比表面积法比表面积法 以以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。
8、水泥颗粒所具有的总表面积来表示。 国标要求国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥普通水泥80 m方孔筛的筛余量不得超过方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为细度不符合要求的水泥为不合格品不合格品！ 问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，高
9、，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。块，反而降低强度。2. 凝结时间 概念：概念： 凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；需的时间；终凝时间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间
10、。并开始具有强度所需的时间。测定方法：测定方法： 用标准稠度的水泥净浆，在规定的温、湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥国标要求：硅酸盐水泥初凝时间初凝时间45min；终凝时间终凝时间390min。水水泥泥稠稠度度仪仪(维维卡卡仪仪) 国标国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品废品；终凝时间不符合规定的水泥为终凝时间不符合规定的水泥为不合格品不合格品。为什么？。为什么？答：答：1、水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施、水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；工操作和硬化的混凝土质量；2、初凝时间太短，来不
11、及施工，水泥石结构疏松、初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为性能差，水泥无使用价值，即为废品废品；3、终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，、终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为即为不合格品不合格品。3. 体积安定性 基本概念：基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！检测方法：检测方法：试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法合
12、格标准：5mm。肉眼观察表面肉眼观察表面有无裂纹有无裂纹用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。水泥体积安定性不良的原因：1、水泥熟料中含有过多的游离、水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。2、因为水泥熟料中的、因为水泥熟料中的游离游离CaO、MgO都是都是过烧的。水化速度很慢过烧的。水化速度很慢。
13、在已硬化的水化。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲成水泥石开裂、翘曲(国标规定：氧化镁含国标规定：氧化镁含量小于量小于5，三氧化硫含量小于，三氧化硫含量小于3.5）。）。3、石膏量过多，在水泥凝结硬化后，、石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有会有钙钒石形成，产生膨胀钙钒石形成，产生膨胀 。体积安定性不合格的水泥为废品。体积安定性不合格的水泥为废品。4. 强度 取决于熟料的矿物组成和细度检验方法检验方法软练法，分别测量抗压强度和抗折强度。软练法，分别测量抗压强度和抗
14、折强度。试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体；配比：配比： 水泥水泥 : ISO标准砂标准砂 : 水水= 1 : 3 : 0.5；（中国中国ISO标准砂是等同采用国际标准标准砂是等同采用国际标准ISO679检验水泥强度标检验水泥强度标准的法定基准材料）。准的法定基准材料）。振动成型：振动成型： 在频率为在频率为28003000次次/min，振幅，振幅0.75mm的振实台上成型。的振实台上成型。振动时间振动时间120s。试件养护：试件养护： 在在20 C 1C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中的雾室或养护箱中24h，然后脱模在然后脱模在20C 1 C的水中养护
15、至测试龄期；的水中养护至测试龄期；100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验强度测量：强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。 结果计算：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。强度等级：根据强度等级：根据3 3天和天和2828天强度测试结果，将水泥强度划分若天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级干个强度等级 问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？尺寸、试件配比、养护条件、养护时
16、间等？ 答答：1、水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件、水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；条件和养护时间有关；2、水泥强度检验目的是检验具有确定组成的、水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。将这些因素统一规定，以便相互比较。7.水化热 概念：概念： 水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应
17、，放出的热量就是水化热。放热特征放热特征： 水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。内释放。水化热的益处与危害：水化热的益处与危害： 水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。体积混凝土，更是如此。水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 问题？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？ 答答
18、: : 水泥矿物的水化反应是放热反应，水水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，水化反应速度越快。水化反应速度越快。硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种水化热最小？化热最大？哪一种水化热最小？ 答：答： 铝酸三钙铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二钙次之；硅酸二钙C2S水化热最小。水化热最小。5、碱含量水泥中Na2O和K2O的含量。碱含量过高，容易产生碱骨料反应。混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分（无定形硅酸盐）发生化学反应,引起混凝土内
19、部自膨胀应力而开裂的现象.碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的.因碱骨料反应时间较为缓慢,短则几年,长则几十年才能被发现.指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应,使层状硅酸盐层间间距增大,骨料发生膨胀,致使混凝土膨胀开裂. 第二节 其他品种水泥掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料石膏硅酸盐水泥熟料石膏 615%混合材普通硅酸盐水泥2070%矿 渣矿渣硅酸盐水泥2050%火山灰火山灰硅酸盐水泥2040%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥1650%两种混合材复合硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！所掺混合材的
20、种类与掺量密切相关！掺混合材水泥的代号 水泥品种水泥品种 组成特点组成特点 代号代号普通水泥普通水泥 615的混合材的混合材 P O矿渣水泥矿渣水泥 2070矿渣矿渣 P S火山灰水泥火山灰水泥 2050火山灰火山灰 P P粉煤灰水泥粉煤灰水泥 2040粉煤灰粉煤灰 P F复合水泥复合水泥 1550两种混合材两种混合材 P C石灰石水泥石灰石水泥 1125的石灰石的石灰石 P L常用水泥的选用 P24页混凝土工程特点或所处环境优先选用可以使用不得使用环境条件普通气候普通水泥矿渣、火山灰、粉煤灰干燥环境普通水泥矿渣水泥火山灰、粉煤灰水泥高湿环境、水下矿渣水泥普通水泥、火山灰、粉煤灰严寒地区、水升
21、降普通水泥矿渣水泥火山灰、粉煤灰水泥1、高铝水泥组成特点：组成特点：水泥熟料主要矿物水泥熟料主要矿物铝酸一钙和二铝酸一钙含铝酸一钙和二铝酸一钙含量较高。性能特点：量较高。性能特点：快硬、早期强度快硬、早期强度1天强度可达最高强度的天强度可达最高强度的80%。水化热大水化热大抗硫酸盐性能好抗硫酸盐性能好耐热性能好耐热性能好能耐高温（能耐高温（1300度，能保持度，能保持50%左左右的强度）右的强度）使用特点：使用特点： 主要用于混凝土路面抢修、冬季施工、高温车间主要用于混凝土路面抢修、冬季施工、高温车间等工程。等工程。注意高铝水泥制品不能蒸汽养护注意高铝水泥制品不能蒸汽养护二、膨胀水泥和自应力水
22、泥 组成特点：组成特点： 含有在水泥的凝结硬化过程中能产生含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成适量体积膨胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。种类：种类： 硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。性能特点：性能特点： 凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性。和抗渗性。应用特点：应用特点： 可用于配制可用于配制防水砂浆防水砂浆和和防水混凝土防水混凝土、管道接头、堵缝管道接头、堵缝和和自应力钢筋混凝土结构工程自应力钢筋混凝土结构工
23、程和构件等。和构件等。 三、白色、彩色硅酸盐水泥 组成特点：组成特点： 水泥中的氧化铁、氧化锰、氧化钛等的含量水泥中的氧化铁、氧化锰、氧化钛等的含量极少，低于水泥质量的极少，低于水泥质量的0.5%。性能特点：性能特点： 外观为白色，按白度分为特级、一级、二级外观为白色，按白度分为特级、一级、二级和三级；技术要求与普通水泥同。初凝时间和三级；技术要求与普通水泥同。初凝时间不早于不早于45min,终凝时间不迟与终凝时间不迟与12h.应用特点：应用特点： 白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。彩色水泥瓦
