无机胶胶凝材料水泥教学课件PPT.ppt

第三章 无机胶凝材料,3.4水 泥,水泥的特点和适用范围,水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。,3.4.1水泥的分类,按性能和用途分,水 泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,石灰石硅酸盐水泥,如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等,3.4.2 硅酸盐水泥,通用水泥,通用水泥是用于一般土木建筑工程的水泥。通常应用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。,3.4.2硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号PI；掺加不超过水泥质量5的混合材料(石灰石或粒化高炉矿渣)的称为型硅酸盐水泥，代号P。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB1752007)规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级。,1、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料石灰质原料：天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。其主要化学成分为CaO，占2/3。粘土质原料：主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。占1/3。校正材料：有铁质和硅质校正材料。主要材料有铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种；硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。,一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,石灰石,粘 土,铁矿粉,生 料,石 膏,硅酸盐水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,磨细,13501450,煅烧,磨细,1、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,水泥生料煅烧回转窑,14501500C,二、盐酸盐的组成材料,1、熟料的矿物组成,水泥熟料矿物,硅酸二钙,铁铝酸四钙,游离氧化钙和氧化镁,铝酸三钙,硅酸三钙,碱类及杂质,2CaOSiO2，C2S,4CaOAl2O3Fe2O3，C4AF,fCaO和fMgO,3CaOAl2O3，C3A,3CaOSiO2，C3S,硅酸三钙,主要矿物组成,分子式,分子简式,3CaOSiO2,C3SC2SC3AC4AF,2CaOSiO2,3CaOAl2O3,4CaOAl2O3Fe2O3,硅酸二钙,铝酸三钙,铁铝酸四钙,名 称,含量,3760%1537%715%1018%,硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：）反应速度:C3A最快，C3S较快，C4AF也较快，C2S最慢；）释热量:C3A最大，C3S较大，C4AF居中，C2S最小；）强度:C3S最高，早期低，但后期增长率较大。故C3S和C2S为水泥强度主要来源。C3A强度不高，C4AF含量对抗折强度有利；）耐化学侵蚀性:C4AF最优，其次为C2S、C3S，C3A最差；）干缩性:C4AF和C2S最小，C3S居中，C3A最大。,1、盐酸盐水泥熟料,二、熟料的矿物组成及其特性,水泥熟料矿物的主要特性熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。,矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。,二、熟料的矿物组成及其特性,快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。,大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣,适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。,水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低,应用实例,注 意,水泥中的其它成分：,原因：,煅烧水泥中反应：,危害：影响水泥体积安定性,石灰石质原料富含,潜在危害非常严重,熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都经过煅烧，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其他成分所包裹，使其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，使体积膨胀97%以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。,二、熟料的矿物组成及其特性,2、石膏 一般水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。水泥磨制过程中加入适量的石膏主要起到缓凝作用，同时，还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏主要采用天然石膏和工业副产石膏。,二、熟料的矿物组成及其特性,3、混合材料为了达到改善水泥某些性能和增产水泥的目的，生产水泥过程中有时还要加入石灰石、高炉矿渣等混合材料。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,1、硅酸盐水泥的水化特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；。反应速度序列：铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙C2S的水化,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应硅酸三钙（C3S）2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca(OH)2水化硅酸钙 氢氧化钙 上式表明其水化产物是水化硅酸钙（CSH）凝胶体,呈无定形絮凝状和氢氧化钙（CH），呈六边形薄片晶体。硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 水化硅酸钙 氢氧化钙,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要纯C3A铝酸钙与水反应迅速，产生细长针状晶体水化铝酸钙：3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O水化速度快 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O 水化铝酸钙与水泥熟料磨细时掺入的石膏反应，生成水化硫铝酸钙(俗称钙矾石)这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应铁铝酸四钙（C4AF）铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C3A的水化反应，也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,在硅酸盐水泥的各种水化生成物(水化产物)中，水化硅酸钙呈无定形絮凝状，因故得名为C-S-H凝胶体；由于在水中的溶解度较小，Ca(OH)2主要以六边形薄片状晶体形式存在；水化硫铝酸钙则主要以细长针状结晶体形态存在。硅酸盐水泥完全水化后按体积分数计，水化硅酸钙约占70，Ca(OH)2约占20，水化硫铝酸钙约占7。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,水泥水化是一个放热过程，通常将所释放的热量称为水化热。不同的熟料矿物成分具有不同的水化放热特性(如表3一l所述)水化热的影响1）积极作用冬期施工时，水泥水化所释放的热量可以供其在适宜的温度下凝结、硬化，而不至于使水泥和混凝土凝结过慢或受冻破坏。2）消极影响：一次性大量浇筑混凝土时，水泥水化热可能在短期内大量积累而不能及时耗散，导致混凝土发生过大的热胀冷缩而产生裂缝。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,水泥活性的指标 通常以单位质量的水泥完全水化的总水化热和水化放热速率作为描述水泥活性的重要指标。这两个指标对应的值越大，则水泥的活性越高。水泥的总水化热主要与其熟料的矿物组成有关。硅酸盐水泥7天时间内水化总放热量约为330370kJ/kg(8090cal/g)，约占其完全水化总放热量的70。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,水化放热速率除与熟料的矿物成分有关，还与水泥颗粒的粗细程度(水泥的细度)密切相关。水泥越细，与水接触时的表面积越大，则水化速率越大，水化越充分。为了满足使用要求(特别是水化、凝结方面的要求)，水泥必须磨得足够细。但过细又会导致水泥凝结过快，且生产成本提高。因此，通用硅酸盐水泥(GB 1752007)明文规定：硅酸盐水泥的细度以比表面积(即单位质量材料的总表面积之和)表示，其值应不小于300m2/kg。水泥的细度用筛析法（负压筛法）来测定。水泥的细度检验方法见P45,1.筛析试验前：调节负压至 40006000Pa范围内。2.称取试样25g，置于负压筛，筛析2min。3.筛毕，称量筛余物Rt 4.结果计算(1)水泥试样筛余百分数：,负压筛,试验方法,式中：F水泥试样中筛余百分数（%）Rt 负压筛上剩余水泥试样的质量（g）W 水泥试样的质量（g）,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,2、硅酸盐水泥的凝结 水泥加水拌合形成水泥浆，由于拌合水(自由水)的存在，使得水泥浆具有塑性或流动性。伴随着水泥的水化，拌合水的一小部分逐渐转化成水化产物中的化学结合水，加之水化产物表面吸附的水(吸附水)和蒸发散失的水，剩余的自由水将越来越少。因此，水泥浆将逐渐丧失塑性或流动性而发生凝结。影响凝结时间的因素：C3A的含量、石膏掺量、水泥细度、水灰比、混合料掺量等。凝结时间分为“初凝”和“终凝”,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,2、硅酸盐水泥的凝结初凝自水泥与水接触直至水泥浆开始失去塑性的时间称为水泥的初凝时间。对水泥浆的施工操作(即浇筑、振捣和抹平)一般需要在其初凝前完成，否则操作将变得困难。终凝以水泥与水接触作为起点，直至浆体完全失去塑性并开始初具强度的时间段作为水泥的终凝时间。为了提高施工效率和避免延误工期，水泥的终凝时间不宜过长。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,2、硅酸盐水泥的凝结通用硅酸盐水泥(GB 175-2007)规定：硅酸盐水泥的初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min。水泥的凝结时间须通过试验测定，具体方法详见水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB/T 1346-2011)。由于水泥浆的塑性或流动性与拌合水量直接相关，在上述标准介绍的凝结时间测定方法中规定了所采用的水泥浆的稠度(即水泥浆的稀稠程度，体现为水泥与拌合水质量比的大小)。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,3、硅酸盐水泥的硬化 自终凝后，随着水化产物的增多和自由水的消耗，水泥浆体开始具有强度。一旦硅酸盐水泥的主要矿物成分C3S水化开始将持续数周时间，此期间自由水大量消耗、水化产物(特别是C-S-H凝胶体)大量增加，使得浆体内部的孔隙不断减少和细化，进而使得其强度持续增长并硬化成水泥石。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,4、硅酸盐水泥的强度水泥石属于三相(固相、液相和气相)多孔复合体系，主要由水化产物(凝胶体和结晶体)、未水化的水泥颗粒和未被这两者填充的毛细孔隙(孔隙中可能包含水溶液或空气)构成。硬化水泥石的强度决定于水泥的水化程度和孔隙率，而孔隙率又与配制水泥浆的拌合用水量直接相关。为了满足施工操作的需要，拌合水用量一般多于水泥完全水化的理论需水量，从而导致多余自由水所占据的空间形成水泥石中的孔隙。换言之，水泥浆越稀，其硬化后孔隙率越高，强度越低。若在水泥浆中掺人适量的砂、石子等配制成砂浆、混凝土，则砂、石子即依靠水泥水化产物发挥的胶结作用而形成具有比水泥石强度更高的硬化体系。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,4、硅酸盐水泥的强度绝大多数情况下水泥都被用于胶结其他材料，其胶结作用和质量的优劣往往可以借助所形成的胶结体系(如砂浆、混凝土)的强度特性得以反映和描述。为了评价水泥的强度和胶结作用，通常以水泥胶砂(水泥砂浆)作为检验对象。通过对标准配方水泥胶砂的强度(抗压强度和抗折强度)的测定，评定水泥的强度、胶结性能及质量。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,4、硅酸盐水泥的强度水泥强度是表征水泥力学性质的重要指标。我国采用水泥胶砂来评定水泥的强度。水泥的强度除了与水泥本身的性质（矿物组成、细度等）有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和养护时问等有关。a.检验方法（ISO法）GB/T 17671-2005 水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm40mm160mm棱柱体试件,标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,4、硅酸盐水泥的强度Rf水泥胶砂的抗折强度(MPa)Ff 水泥胶砂标准试件的弯折破坏荷载（N）L 水泥胶砂抗折强度实验机支撑圆柱支架之间的距离（mm），其值为100mmb 水泥胶砂标准试件的横截面边长（mm），其值为40mmRc 水泥胶砂的抗压强度(MPa)Fc 水泥胶砂标准试件的受压破坏荷载（N）A 水泥胶砂标准试件的受压面积（mm2），其值为1600mm2分类：普通型、早强型,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,4、硅酸盐水泥的强度（1）水泥强度等级按规定龄期抗压强度和抗折强度来划分，各龄期强度不得低于表32规定的数值。硅酸盐水泥可划分为42.5、52.5、62.5等强度等级。（2）水泥型号为提高水泥的早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（R型）两个型号。早强型水泥的3d抗压强度可以达到28d抗压强度的50；同强度等级的早强型水泥，3d抗压强度较普通型的可以提高10一24。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。表的 规定。,注：R型为早强型，主要是3d强度较高。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,5、安定性水泥体积安定性是表征水泥硬化后体积变化均匀性的物理性能指标。水泥硬化后，如果其中某些有害成分的含量超出某一限度，就会产生不均匀的体积变化，使结构物产生开裂，甚至崩塌等严重的事故。影响体积安定性的主要因素水泥中游离氧化镁、游离氧化钙的含量过多或三氧化硫的含量过多体积安定性不合格的水泥不能用于工程中。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,5、安定性试验方法:(1)试饼法(2)雷氏法发生争议以雷氏法为主水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性的检验方法，执行我国现行试验方法水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB13462011）。,雷氏法,（1）雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。（2）测量 A取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。（3）沸煮（4）测量 C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。（5）结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值 5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。,雷氏夹,试饼法,雷氏夹法,合格标准：5mm。,肉眼观察表面有无裂纹,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。,水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；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，Al3对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。,应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题,水泥浆体强度的增长规律是什么？水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。,水泥凝结硬化速度快，好吗？,答：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。,四、硅酸盐水泥的特性与应用,由于硅酸盐水泥中外掺材料很少，其特性基本上由硅酸盐水泥熟料所决定。特性(1)凝结硬化快，水化热大。由于硅酸盐水泥中C3S、C3A的含量高，因此水化放热速率快、放热量大，凝结硬化迅速。这些特性使得硅酸盐水泥特别适用于冬期施工的水泥混凝土工程，但不适于用大体积混凝土工程(如水库大坝、深基础底板等)。,四、硅酸盐水泥的特性与应用,(2)早期强度和长期强度高。正因为硅酸盐水泥凝结硬化快，其早期强度增长较快，故可有效加快施工进度和浇筑混凝土用的模板及其支架的周转使用率。长期强度高则可确保建筑物的使用安全并有效延长其寿命。(3)抗冻性好，干燥收缩小。硅酸盐水泥的这两项特性均与其硬化后的内部结构致密有关。由于C3S的含量较高，硅酸盐水泥水化生成的CSH凝胶体较多，因此水泥石中的大多数孔隙都可由该凝胶体填充。另外硅酸盐水泥的保水性也较好，这使得拌合水不易因向浆体外部泌出而形成内外连通的毛细孔道。这两项特性使得硅酸盐水泥适用于寒冷地区和干燥环境中的工程结构。,四、硅酸盐水泥的特性与应用,(4)碱性强，抗碳化能力好。由于水化生成的Ca(OH)2较多，硅酸盐水泥硬化后呈强碱性。这一强碱性环境可有效保护配置于混凝土结构和构件中的钢筋免遭腐蚀(5)耐热性差。硅酸盐水泥使用期间若遭遇较高温度(超过250)作用，则水泥石中的水化产物因脱水分解而变得疏松脆弱。当温度超过700，硅酸盐水泥石将完全丧失强度甚至崩落。因此硅酸盐水泥不宜单独用于耐热混凝土工程(如高炉内衬、工业厂房内的高温设施)。,四、硅酸盐水泥的特性与应用,(6)耐腐蚀能力差。水泥石遭受腐蚀而发生强度降低甚至破坏的根本原因在于：其一，外部使用环境中侵蚀性介质的大量存在(如各种酸、碱、盐类)；其二，水泥石内部存在易被腐蚀的具有活性的水化产物(主要指 Ca(OH)2和水化铝酸钙)；其三，水泥石自身不密实，存在较多的与外界连通的毛细孔道。这三个基本因素综合作用即导致水泥石被腐蚀，而且其实际腐蚀过程往往表现为多种侵蚀性介质同时作用、相互影响。硅酸盐水泥由于熟料含量高，使得水化产物中Ca(OH)2和水化铝酸钙的含量高，因此易受腐蚀而不宜用于侵蚀性介质多的使用环境中(如海水、盐碱地区、使用除冰盐的道路)。,3.4.3 掺混合材料的硅酸盐水泥,3.4.3 掺混合材料的硅酸盐水泥,为了改善硅酸盐水泥的某些性能，增加产量和降低成本，在硅酸盐水泥熟料中掺加适量的混合材料，并与石膏共同磨细得到的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料的硅酸盐水泥。掺混合材料活性混合材料：具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料。粒化高炉矿渣；粉煤灰；火山灰质混合材料非活性混合材料不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。作用在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。,一、普通硅酸盐水泥（代号PO）,定义硅酸盐水泥熟料61的混合材料适量石膏掺混合材料要求最大掺量不得超过15，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量10的非活性混合材料来代替；掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量的10。由于普通水泥中混合材料的掺加数量少，因此其性质与硅酸盐水泥相近。,一、普通硅酸盐水泥,强度等级：普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。各龄期的强度不低于下表的规定。,一、普通硅酸盐水泥,主要特性（1）早期强度略低，后期强度高。（2）水化热略低。（3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。（4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5）耐磨性较好；耐热性能较好。应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。,二、矿渣硅酸盐水泥,由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。简称矿渣水泥，代号为PS。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为2070，允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20。,二、矿渣硅酸盐水泥,主要特点及适应范围（1）与普通硅酸盐水泥一样，能应用于任何地上工程，配制各种混凝土及钢筋混凝土。而且在施工时要严格控制混凝土用水量，并尽量排除混凝土表面泌水，加强养护工作，否则，不但强度会过早停止发展，而且能产生较大干缩，导致开裂。拆模时间应适当延长。（2）适用于地下或水中工程，以及经常受较高水压的工程。对于要求耐淡水侵蚀和耐硫酸盐侵蚀的水工或海工建筑尤其适宜。,二、矿渣硅酸盐水泥,不适应范围（1）早期强度要求较高的混凝工程；（2）受冻融或干湿交替环境中的混凝土；（3）对低温（10以下）环境中需要强度发展迅速的工程，如不能采取加热保温或加速硬化等措施时，亦不宜使用。,三、火山灰质硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥。简称火山灰水泥，代号为PP。水泥中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20一50。,三、火山灰质硅酸盐水泥,主要适应范围（1）最适宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗渗性、抗淡水及抗硫酸盐侵蚀的工程中。（2）可以与普通水泥一样用在地面工程，但用软质混合材料的火山灰水泥，由于干缩变形较大，不宜用于干燥地区或高温车间。（3）适宜用蒸汽养护生产混凝土预制构件。（4）由于水化热较低，所以宜用于大体积混凝土工程。,三、火山灰质硅酸盐水泥,不适用范围（1）火山灰水泥不适用于早期强度要求较高、耐磨性要求较高的混凝土工程；（2）其抗冻性较差，不宜用于受冻部位。,四、粉煤灰硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号为PF。水泥中粉煤灰掺量按质量百分比计为20一40。,四、粉煤灰硅酸盐水泥,适用范围（1）除使用于地面工程外，还非常适用于大体积混凝土以及水中结构工程等。（2）粉煤灰水泥的缺点是泌水较快，易引起失水裂缝，因此在混凝土凝结期间宜适当增加抹面次数，在硬化期应加强养护。,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥的技术标准,按照现行国标矿渣硅酸盐、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥（GB13441999）规定，其强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥,定义,熟料,适量石膏,20%70%粒化高炉矿渣,20%40%粉煤灰,20%50%火山灰质混合材料,矿渣水泥（PS）,粉煤灰水泥（PF）,火山灰水泥（PP）,磨细,磨细,磨细,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥,强度等级：强度等级划分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R共六个等级。各龄期的强度要求见下表。,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥,主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比）三种水泥的共同特性凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快；水化热较低，放热速度慢；抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好；蒸汽养护适应性好；抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。三种水泥各自特性矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用于温度不高于200的混凝土工程中。火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。,五、复合硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥（PC）凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥。混合材料总掺加水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于15，但不超过50。水泥中允许用不超过8的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣水泥重复。强度等级32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R,5.1.3 通用水泥的特性,通用水泥在目前土建工程中应用最广，用量最大。其主要技术性质、特性及选用原则列出供参考，见P56页表35。,硅酸盐系水泥的选用,补充 通用水泥验收和贮运,一、通用水泥的验收,包装标志和数量的验收 包装标志的验收 包装有袋装和散装两种袋装水泥在包装袋上应清楚地标明产品名称、代号、净含量、强度等级、生产许可证编号、生产者名称和地址、出厂编号、执行标准号、包装年月日等主要包装标志。掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥，必须在包装上标上“掺火山灰”字样。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级。印刷字体颜色：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥红色；矿渣硅酸盐水泥绿色；火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥黑色。散装水泥供应时须提交与袋装水泥标志内容相同的卡片。,一、通用水泥的验收,数量的验收 袋装水泥每袋净含量为50kg，且不得少于标志质量的98；随机抽取20袋总质量不得少于1000kg。质量的验收 检查出厂合格证和试验报告；复验；仲裁检验。,二、通用水泥的贮运,水泥在运输和贮存时不得受潮和混入杂物，不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，不得混杂；通用水泥不宜超过3个月，否则应重新测定强度等级，按实测强度使用，使用时先存先用，不可储存过久。防水防潮，储存水泥的库房必须干燥，库房地面应高出室外地面30cm。若地面有良好的防潮层并以水泥砂浆抹面，可直接存放，否则应用木料垫高地面20cm。堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋。袋装水泥垛一般应离开墙壁和窗户30cm以上。水泥垛应设立标示牌，注明生产厂家、水泥品种、强度等级、出厂日期等。,3.3.4 其它品种的水泥,1、快硬水泥特点凝结硬化迅速早期强度高，它们的强度等级往往需要根据3d、1d龄期、甚至6h龄期的强度进行划分。品种（依照熟料的主要成分）快硬硅酸盐水泥快硬铝酸盐水泥高铝水泥快硬铁铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥等。,3.3.4 其它品种的水泥,1、快硬水泥用途抢修混凝土工程、早拆模混凝土工程、冬期施工的混凝土工程等早期强度要求高的工程 缺点易受腐蚀贮存不慎易变质,3.3.4 其它品种的水泥,2、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥 1、定义白色硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料。以白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。主要特点硅酸盐水泥呈暗灰色，主要原因是由于含Fe2O3较多（Fe2O3为34）。当Fe2O3含量在0.5以下，则水泥接近白色。此外，生产原料应采用纯净的石灰石、纯石英砂、高岭土。生产过程应严格控制Fe2O3，并尽可能减少MnO、TiO2等着色氧化物。因此，白水泥生产成本较高,3.3.4 其它品种的水泥,2、技术要求国标白色硅酸盐水泥(GBT20152005)规定（1）白水泥分为32.5、42.5、52.5三个标号。（2）根据洁白度和强度等级将白色水泥划分为优等品、一等品和合格品。3、应用（1）白水泥粉磨时加入碱性矿物颜料可制成彩色水泥。（2）白水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程及装饰制品。,3.3.4 其它品种的水泥,3、膨胀水泥（1）定义膨胀水泥是一种在水化过程中体积产生膨胀的水泥，它通常由胶凝材料和膨胀剂混合而成。膨胀剂在水化过程中形成膨胀物质（水化硫铝酸钙）导致体积稍有膨胀。由于这一过程发生在浆体完全硬化之前，所以能使水泥石的结构密实而不致引起破坏。（2）分类按水泥主要成分可分为硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐型膨胀水泥。,3.3.4 其它品种的水泥,3、膨胀水泥（3）作用硅酸盐类水泥在空气中水化、硬化时体积会发生收缩。这类收缩往往因各种约束作用而不能自由发生，从而易导致水泥石中产生微裂纹，加之外部荷载的作用，这些微裂纹可能扩展成肉眼可见的宏观裂缝，胀水泥在硬化过程中体积不会收缩，反而略有膨胀，从而可以有效减缓或消除因收缩带来的不良后果。（4）用途抗裂混凝土工程和需要防水堵漏、接缝修补、加固补强的部位和场合。,3.3.4 其它品种的水泥,4、砌筑水泥（1）定义凡由活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料(超过50%)，加入少量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的工作性较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号M。（工作性较好是指这类水泥制备成的砂浆易摊成薄层、易涂抹。）（2）强度等级为12.5、22.5（3）应用制备砌筑砂浆、装饰性抹面砂浆和垫层混凝土等，而一般不作为配制结构用混凝土的原料。,3.3.4 其它品种的水泥,5、道路水泥（1）定义硅酸盐水泥熟料，质量分数不超过10%的活性混合材料和适量石膏经磨细制成。（2）特点较一般的硅酸盐水泥熟料含有更多的铁铝酸钙，使得道路水泥的早期强度高(特别是早期抗折强度高)，干缩小、耐磨性和耐冲击性较好。（3）应用适用于抗冲击性、耐磨性和抗干缩性要求高的道路路面、飞机跑道、广场地面、停车场地面等部位。,本章小结,（1）水泥按性能和用途分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；（2）通用水泥主要包括六大品种；（3）通用水泥的细度、凝结时间、体积安定性和强度，是评定水泥质量的技术指标。（4）通用水泥的定义、主要技术性质、特性及应用、验收和保管等内容，是本章的重点内容。（5）专用水泥和特性水泥，了解其特性及应用。,习题,1何谓通用水泥?它主要指哪六大品种水泥?它们之间有何主要区别?答（1）通用水泥是用于一般土木建筑工程的水泥。（2）有硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥六种，称为六大品种水泥。（3）区别1、硅酸盐水泥，是直接使用水泥熟料和石膏粉磨而成的水泥，不加或少加混合材，混合材掺量不超过5%，强度等级较高，一般在52.5以上；,习题,2、普通硅酸盐水泥，是熟料+石膏+混合材共同粉磨而成的水泥，混合材掺量为520%，混合材种类限定为矿渣、粉煤灰、硅粉、火山灰质材料和石灰石，P.O42.5是目前国内使用率最高的水泥；3、矿渣硅酸盐水泥，是熟料+石膏+矿渣粉磨的水泥，矿渣掺量20%70%，相对于偏低的早期强度，后期强度较高，常用品种是P.S 32.5；4、复合硅酸盐水泥，类似于普通硅酸盐水泥，但混合材掺量2050%，常用的是P.C 32.5，强度偏低；5、粉煤灰硅酸盐水泥，熟料+石膏+粉煤灰，粉煤灰掺量2040%，强度偏低，不常用；6、火山灰硅酸盐水泥，熟料+石膏+火山灰质材料，火山灰质材料掺量2040%，强度偏低，很少用。,习题,2硅酸盐水泥熟料有哪些主要的矿物组成?它们在水泥水化中各表现出什么特性?答：（1）由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等四种矿物组分所组成。水化时：反应速度:C3A最快，C3S较快，C4AF也较快，C2S最慢；）释热量:C3A最大，C3S较大，C4AF居中，C2S最小；,习题,3硅酸盐水泥熟料矿物组成的水化产物是什么?加入石膏的目的和作用机理是什么?答：（1）水化产物主要有：水化硅酸钙(CSH)、氢氧化钙(CH)、钙矾石(Aft)、单硫盐(Afm)和水化铁铝酸钙C4(A，F)Hx等。(2)原因：C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；作用机理：1）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，Al3对凝胶微粒聚集有促进作用；2）石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。,习题,4何谓混合材料?常用的活性混合材料有哪几种?它们掺加在水泥中的主要作用是什么?答：（1）在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥标号，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料，称为水泥混合材料。（2）常用的有：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰（3）主要作用：1）提高产量，降低成本 2）改善水泥的性能，调整强度等级，降低水化热减少碱骨料反应的发生扩大应用范围 3）充分利用工业废渣保护环境,习题,5水泥的技术性质有哪些?采用什么方法进行检验?答：(1)水泥的技术性质主要为：细度、凝结时间、安定性和强度。（2）常用的检验方法有：细度：筛析法（负压筛法）和比表面积法（勃氏法）来测定。凝结时间：凝结时间测定仪安定性：煮沸法。雷氏法和试饼法强度：水泥和标准砂为1：3，水灰比为0.5的配合比，用标准制作方法制成40mm40mm160mm的棱柱体。在标准养护条件下养护，测定其达到规定龄期（3d、28d）的抗折和抗压强度,习题,6、何谓水泥的初凝和终凝?凝结时间对建筑工程施工有何影响?答：（1）初凝时间为水泥从开始加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥开始加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性，并开始产生强度所需的时间。（2）水泥的初凝不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥的终凝不宜过迟，以免拖延施工工期。国家标准规定：硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时问不得迟于6.5h。,习题,7什么是水泥体积安定性?主要影响因素是什么?为何要作为水泥的一项检验指标?答：（1）水泥体积安定性是表征水泥硬化后体积变化均匀性的物理性能指标。（2）影响体积安定性的主要因素有水泥中游离氧化镁、游离氧化钙的含量过多或三氧化硫的含量过多。（3）水泥硬化后，如果其中某些有害成分的含量超出某一限度，就会产生不均匀的体积变化，使结构物产生开裂，甚至崩塌等严重的事故。体积安定性不合格的水泥不能用于工程中。,习题,8水泥的强度等级如何确定?它的含义是什么?答：（1）水泥和标准砂为1：3，水灰比为0.5的配合比，用标准制作方法制成40mm40mm160mm的棱柱体。在标准养护条件下养护，测定其达到规定龄期（3d、28d）的抗折和抗压强度，按国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB1751999）规定的最低强度值来划分水泥的强度等级。(2)是指水泥胶砂硬化试体所能承受外力破坏的能力，用MPa（兆帕）表示。它是水泥重要的物理力学性能之一。,习题,9、如何按照水泥的技术性质判定水泥为合格品、不合格品和废品?答：水泥中凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准有关规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时，为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。,习题,l0为什么相同强度等级的水泥要分为普通型和早强型两种类型?这对工程选用水泥有何意义?答：早强型水泥的早期强度提高得快，3d抗压强度可以达到28d抗压强度的50；所以对早期强度要求较大的工程及提高工程进度起很大作用。,习题,12、现有生石灰粉、建筑石膏和白水泥三种白色胶凝材料，如何采用简易方法进行辨认?答：将这三种材料与水拌成浆体,如果反应迅速并放出大量的热,就是生石灰粉;如果在较短的时间内(30min内)凝