第四章水泥与石灰-课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 石灰与水泥,本章学习要点：,以硅酸盐水泥的矿物组成及其特点（水化速度、放热量、对强度的贡献程度等）、技术性质及要求为主要介绍内容；对道路硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥做简单介绍；最后介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。,第一节 硅酸盐水泥,水泥水硬性胶凝材料，不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度。,主要内容,水泥的矿物组成及其技术特性,水泥的技术性质,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,硅酸盐水泥类型：,型硅酸盐水泥，代号,P.I,，,不

2、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,普通硅酸盐水泥,：凡由硅酸盐水泥熟料、,615%,的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，称为普通硅酸盐水泥。代号为,PO,。,一、硅酸盐水泥的矿物组成与化学成分,1、硅酸盐水泥原料与生料的化学组成,原料生料,(主要化学成分)：CaOSiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,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、,硅酸盐水泥熟料的矿物组成,（1）熟料的四种主要矿物,硅酸三钙（3CaOSiO,2,）简写C,3,S,硅酸二钙（2CaOSiO,2,）简写

3、C,2,S,铝酸三钙（3CaOAl,2,O,3,）简写C,3,A,铁铝酸四钙（4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,）简写C,4,AF,磨细,水泥,（2）四种矿物的技术特性,C,3,S,是无色晶体，含量50%左右，水化速度快，水化热高，且早期强度高，水化物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。,C,2,S,含量在20%左右，水化速度慢，水化热低，早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和干缩性较好。,C,3,A,水化速度最快，水化热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。,C,4,AF,水化速度介于,C,3,A和,C,3,S,之间,，水化热较高，强度低，但对于抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性好，干缩性

4、小。,（3）四种矿物的技术特性比较,水化程度：,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,P147,图,4-1,几种矿物的水化程度,释热量：,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,图,4-2,几种矿物的水化释热量,强度,早期强度：,C,3,S,C,3,A,C,4,AF,C,2,S,后期强度：,C,3,SC,2,S,C,3,A,C,4,AF,图,4-3,几种矿物强度发展特征,干缩性,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,耐化学腐蚀,C,4,AF,C,3,S,C,2,S,C,3,A,图4-1 不同龄期时四种矿物的水化速率C3AC3SC4AFC2S 24h：大约有65

5、%的C,3,A水化，C,3,S水化50%左右；90d：四种矿物的水化程度已经接近,图,4-2,四种矿物的水化热与龄期的关系,C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,图,4-3,四种矿物的强度随龄期的发展,3.石膏（CaSO,4,2H,2,O）,掺量：35,作用：缓凝、调节凝结速度,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,SO,3,碱含量,“,碱集料反应”,（1）水泥熟料矿物的水化反应及其水化生成物,硅酸三钙：C,3,S,H,2,O 3CaO2SiO,2,3H,2,OCa(OH),2,水化硅酸钙,硅酸二钙：C,2,S,H,2,O 水化硅酸钙Ca(O

6、H),2,铝酸三钙:,在纯水中：,C,3,A,H,2,O(C,4,AH,13,、C,4,AH,19,、C,3,AH,6,)（水泥瞬凝的原因),水化铝酸钙,在石膏溶液中：,C,3,A,Ca(OH),2,H,2,O C,4,AH,13,C,4,AH,13,CaSO,4,2H,2,O,H,2,O 3CaOAl,2,O,3,3CaSO,4,32H,2,O,三硫型水化铝酸钙,(,钙矾石,),当石膏耗尽后：,C,4,AH,13,钙矾石,3CaOAl,2,O,3,CaSO,4,12H,2,O,单硫型水化硫铝酸钙,二,、硅酸盐水泥的技术性质,1.新拌水泥浆体的凝结硬化过程,铁铝酸四钙,:,在纯水中：,C,4,

7、AF,H,2,O C,4,AH,13,C,4,FH,13,水化铝酸四钙 水化铁酸四钙缩写,C,4,(A、F)H,13,在石膏溶液中：,C,4,AF,Ca(OH),2,H,2,O C,4,(A、F)H,13,C,4,(A,、,F)H,13,CaSO,4,2H,2,OH,2,O3CaO(Al,2,O,3,Fe,2,O,3,)3CaSO,4,32H,2,O,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,（2）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510min，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12h，

8、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,图,4-4,水泥的凝结硬化过程示意图,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,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,CaSO,4,2H,2,O,水化硅酸钙（,

9、70）,Ca(OH),2,（,20),三硫型水化铝酸钙（钙矾石7%),单硫型水化铝酸钙,三硫型水化铁铝酸钙,单硫型水化铁铝酸钙,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,(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,MgCl,2,Ca(OH),2,CaCl,2,（,易溶,）,Mg(OH),2,3）酸类腐蚀,碳酸腐蚀：,CO,2,H,2,O,Ca(OH),2,CaCO,3,H,2,O

10、,CO,2,H,2,O,CaCO,3,Ca(HCO,3,),2,盐酸腐蚀：,HCl,Ca(OH),2,CaCl,2,（,易溶,）H,2,O,(2)硫酸盐腐蚀（在Ca(OH),2,存在的情况下）,水化铝酸钙C,4,AH,13,钙矾石（体积比水化铝酸钙增加2.5倍）,Ca(OH),2,Na,2,SO,4,CaSO,4,2H,2,ONaOHH,2,O,水中,Ca(OH),2,Mg SO,4,CaSO,4,2H,2,OMg(OH),2,水中,Ca(OH),2,H,2,SO,4,CaSO,4,2H,2,OH,2,O,水中,CaSO,4,2H,2,OC,4,AH,13,Ca(OH),2,3C,3,A3Ca

11、SO,4,32H,2,O,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,（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,三、水泥的技术要求,主要指标：细、凝、安、强，以强为主,1.物理力学性质指标,（1）细度,意义,：细度愈大，凝结速度愈快，早期强度愈高。,过细：生产成本高、在空气中硬化收缩大、不宜保存,图4-5 水泥细度与干缩率,指标,：比表面积法（m,2,/kg）,筛析法（80m方孔筛上的筛余量百分率）,规范规定：硅酸盐水泥比表面积应不小于300/kg；80,m的方孔筛筛

12、余不大 于10%。,图4-5 水泥细度与干缩率的关系,负压筛,（2）标准稠度,目的：,为使水泥凝结时间以及体积安定性等多种性质具有可 比性，必须采用标准稠度的水泥净浆。,测定方法：,试杆法：标准试杆沉至距底板6mm1mm时的水泥净浆为标准稠度净浆，其拌和用水量为该水泥标准稠度用水量。,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,水泥标准稠度试验 1,水泥标准稠度试验 3,水泥标准稠度试验 4,水泥标准稠度试验 5,（3）凝结时间,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,4-6,水泥凝结时间测试示意图,国家标准规定：初凝不小于

13、,45min,，,终凝不迟于,390min,。,初凝不合格者为废品，终凝不合格者也为不合格品。,图,4-6,水泥凝结时间测试示意图,（4)体积安定性-,水泥浆在硬化过程中，体积变化 的均匀性能。,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,4-7,压蒸法测试示意图,国家标准规定:MgO 5%,SO,3,3.5%,体积安定性不良的水泥为废品,安定性不良的主要原因,（1）熟料中游离氧化钙，游离氧化镁过多，游离氧化钙，游离氧化镁过烧，结构致密，熟化慢，硬化后，才熟化，体积膨胀开裂。,（2）水泥熟料中石膏过量，水泥硬化后，仍有硫酸钙存在，则固态水化铝酸钙与之反应

14、，形成水化硫铝酸钙，体积膨胀开裂。,水泥安定性试验 1,水泥安定性试验 2,水泥安定性试验 3,水泥安定性试验 4,水泥安定性试验 5,30分钟内加热至水沸腾，然后恒沸3h,水泥安定性试验 6,b-a小于5mm即为安定性合格,试件冷却后测指针尖端的距离,（5）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,4416,，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,

15、、,52.6R,、,62.5,、,62.5R,普通水泥,32.5,、,32.5R,、,42.5,、,42.5R,、,52.5,、,52.5R,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,C,3,S,、,C,2,S,，,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（GB175-2019）,强度等级,抗压强度/MPa,抗折强度/MPa,3d,28d,3d,28d,42.5,17.0,42.5,3.5,6.5,42.5R,22.0,42.5,4.0,6.5,52.5,23.0,52.5,4.0,7.0,52.5R,27.0,52.5,5.0,7.0,62.5,

16、28.0,62.5,5.0,8.0,62.5R,32.0,62.5,5.5,8.0,3、技术标准,见教材P154页 表4-5及相应规定,废品水泥,：,MgO、SO,3,、初凝，安定性，任意一项不合格。,不合格品水泥：,细度，终凝，不溶物，烧失量及混合料过多，强度过低。,小结：,硅,酸盐水泥的各项技术性质主要包括：水泥的化学性质、物理性质及力学性质。其中：水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性及强度等级是本次课的重点内容，,道路硅酸盐水泥熟料,：,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和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐熟料，称为道路硅酸盐熟料。,道,路水泥：,由道路硅酸盐熟料及,010,活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥简称道路水泥。,四、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）矿物组成对技术性能的影响,抗折强度高：C,3,S、C,4,AF、C,3,A、,f,-CaO。,干缩性小（抗渗、抗冻）：C,3,A，C,4,AF,耐磨性好：C,4,AF，C,3,S，C,3,A，强度