第8章 无机化学工艺学 水泥ppt课件.ppt

第八章 水泥,主要内容,概述硅酸盐水泥系列产品几种特殊用途的水泥硅酸盐水泥的制造混凝土,第一章 概述,水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。,原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。它为现代水泥的发明奠定了基础。1824年，英国泥水工J阿斯普丁发明了一种把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法，并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地提高了水泥的产量和质量。1905年湿法回转窑出现。,1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连续生产。1928年德国的立列波博士和波利休斯公司在对立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑，为了纪念发明者与创造公司，取名为“立波尔窑”。1950年，悬浮预热器由德国发明成功并开始应用，大幅度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模。20世纪60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技术引进后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了现代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围内出现了各具特点的预分解窑，形成了新型干法生产技术。随着原料与均化、生料均化、高功能破碎和粉磨，环境保护技术和X射线荧光分析等在线检测方法的配套发展，加上电子计算机和自动化控制仪表等技术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质量明显提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。,第一章 概述,在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而有一定机械强度的物质统称为胶凝材料。胶凝材料分为：（1）水硬性：和水后即能在空气中又能在水中硬化的材料。基本上是无机材料（也有有机材料）如硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，汞醋酸乙烯水泥。（2）非水硬性：只能在空气或其他条件下硬化，而不能在水中硬化的材料，如无机石灰、石膏、耐酸胶结料；有机环氧树脂胶体料；无机材料、耐火材料、浇铸料（在高温下）等。水泥是一种主要的建筑材料，与钢材、木材合成为三大材料。,1.什么是水泥？水泥-凡经细磨材料，加入适量的水后成为塑性浆状，即能在空气中硬化又能在水中硬化，并能把砂石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。塑性-材料在外加作用下产生形变，外力取消后不能恢复完全，且不产生裂缝的性质称塑性。,2.水泥的分类：（1）按用途分类 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 一般用途的水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 块硬水泥 特殊用途的水泥 膨胀水泥和自应力水泥 油井水泥 大坝水泥 白水泥 抗硫酸盐水泥 耐高温水泥,（2）按矿物成分的分类 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫酸盐水泥 氟酸盐水泥 用水泥制成的砂浆成砼，坚固耐久，是重要的建筑材料和工程材料。,按矿物成分的分类,3.我国水泥的发展我国的水泥工业始于1876年，但发展较为缓慢，到解放时（1949）才66万吨，最高年产量（1942年），抗战时期才229万吨，品种仅23种。解放后发展很快，特别是改革开放以来，随着国民经济的高速发展，水泥工业发展加快，目前我国水泥产量居世界第一位，1995年4.5亿吨，98年5亿吨以上。随着西部的西气东送和三峡工程的需要，可望今年突破6亿吨。由于其附加值低，因此增产不增值即廉价。,作为主要的建筑材料，水泥产量变化客观反映了建筑业的发展。在过去的100年中，中国的建筑业以惊人的速度发展，特别是近二十年来更是盛况空前，从表中水泥产量的变化中可以得到充分证明。,我国水泥产量(106 t),新型干法产量所占比例超过50,第二章 硅酸盐水泥系列产品,1.硅酸盐水泥凡以适量成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥，熟料加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥。那么何为普通硅酸盐水泥及矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥呢？2.普通硅酸盐水泥凡有硅酸盐水泥熟料，加少量混合材料、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（普通水泥）。水泥中混合材料掺加量按质量百分比计： 掺活性混合材料时： 15% 掺非活性混合材料时 ： 10%,同时掺活性和非活性材料时，总量不得超过15%，其中非活性材料不超过10%。由此可见，两者区别： 硅酸盐水泥不掺加混合材料 普通硅酸盐水泥掺少量混合材料可见：如果适当调整熟料的矿物组成、石膏量、水泥的细度，再掺加某些外加剂，水泥具有特殊性质或用途时，在前冠以特殊性质和用途： 快硬硅酸盐水泥 硅酸盐大块水泥即调节其熟料矿物成分，配比不同石膏量和细度、外加剂，可得到不同品牌水泥。,第三章 硅酸盐水泥,（一）组成：硅酸盐水泥由熟料和石膏CuSO42H2O所组成1.熟料（2类） 在水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3不是以单独的氧化物存在，而是以一种或三种以上氧化物反应生成多种矿物的集合体组成，它结晶比较细小（一般小于100m），因此，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。,熟料的化学成分（因品种原料、工艺不同而异）,熟料的矿物成分,以上化学成分，煅烧反应生成熟料中主要形成四种矿物为：,75%硅酸盐矿物,25%称溶剂矿物,知道熟料的成分，就可推出生料的来源。,2.生料 石灰质原料（提供CaO ）煅烧前的物料 粘土质原料（提供SiO2，Al2O3， Fe2O3） 铁矿物原料（补充SiO2，Al2O3， Fe2O3的不足）溶剂矿因为在煅烧至12501280时两者会熔融成液相，促进C3S的形成，所以称为溶剂矿物。,（二）硅酸盐水泥的水化和硬化水泥用一定量的水调和后，使形成能粘住砂石集料的可塑性浆料，然后逐渐失去可塑性，变成具有强度的石状体，与此同时，伴随着水泥浆体系的放热，体积变化，机械强度增加等。这说明水泥拌水后产生了复杂的物理、化学和物理化学的变化，这些变化决定了水泥的建筑性能，因此，弄清水泥的水化硬化过程对生产水泥及开发新的产品有着重要意义。实践可知：水泥+水+集料 粘结砂石等料（可塑性、浆状） 失去可塑性 石状体 放热，V变化，温度升高，发生复杂的物理和化学变化过程。,在室温下对水泥中CaO-SiO2-H2O系统水化研究表明：不同浓度的CaO溶液中，水化硅酸钙的组成不同，如图。 当CaO浓度 220mol/L(0.111.12克CaO/L)时；这一段曲线平坦，生成CaO/SiO2 的比0.81.5水化硅酸钙固相，这一类用（0.81.5）CaOSiO2(0.52.5) H2O表示。 当CaO浓度 12mol/L时： CaO/SiO2 1:固相由水化硅酸钙和硅酸凝胶组成。 当CaO 1mol/L时，硅酸钙分解成Ca(OH)2和硅酸凝胶C3S。,C-S-H(I),C-S-H(II),结论：水化的结果与水/灰比有密切的关系，水足够多可使水化硅酸钙分解成Ca(OH)2和硅酸凝胶。CaO/SiO2水/灰比增大，CaO/SiO2降低水/灰比降低时，CaO/SiO2比提高可见，砼中水的配比对工程质量有着主要的关系。这类水化硅酸钙统称为C-S-H(),当溶液Ca(OH)2饱和时，（即CaO1.12克/L）时，则生成碱性更高的水化硅酸钙。（1.52.0) CaOSiO2 (14) H2O统称为C-S-H(),即当溶液中Ca(OH)2液达到饱和时，固相就由C-S-H()和Ca(OH)2组成。,1.熟料矿物的水化 C3S和C2S的水化（主要成分5%）C3S和C2S在水泥熟料中占的含量约占75%左右，水泥的性能很大程度上取决于它的水化作用及其生成物的性能。它们与水反应以后都析出Ca(OH)2和水化硅酸钙，如3CaO2SiO23H2O，即水化硅酸钙中的CaO/SiO2与浆体的水/灰比及温度有关。在室温下，加水后：若将平衡溶液滤去，再加水，则平衡破坏，使水化生成物分解。无限加水，水化物最终分解成Ca(OH)2与H2SiO3凝胶。图如下：,对C2S：从而可见，C3S与C2S的水化物的组成不是确定的，和水灰比、温度有无异名之前与水化条件都有关。常温下，水灰比（W/L)降低时，水化产物的钙硅比提高（CaO/SiO2）铝酸三钙C3A的水化C3A与水反应迅速，放热量最大（相对C3S与C2S），它的水化产物的组成与结构受溶液中CaOAl2O3的浓度和温度影响，但在一般情况下，,()液相CaO浓度高时，生成CaO+Al2O3+4CaOAl2O319H2O+Ca(OH)2()中等时，生成4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O()液化氧化钙浓度低时(0.250.75克/升)，完全分解生成3Ca(OH)2+Al2O33H2O结论：随着CaO减少， C3A分解成Ca(OH)2+Al2O3稳定固相。铁铝酸四钙C4AF的水化是C2F-C8A3F，水泥熟料中的铁铝酸钙实际上是介于C2FC8A3F之间的系列固体，常用近似组成C4AF表示，它的水化不仅受到外界条件（温度，钙，CaO浓度），而且和矿物中Al2O3/Fe2O3比例有关：Al2O3比例增大，水化速度增大；Fe2O3含量增加，水化减慢。,水化反应：同样当用大量水调和C4AF并不断稀释时，它也完全分解为Ca(OH)2，Al2O3和Fe2O3各组分与水化反应的速度顺序： C3A C4AF C3S C2S2.硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化是指由熟料和适量的（CaSO42H2O）石膏共同粉磨而成，当水泥调水后，发生一系列复杂的化学、物理化学变化过程，如下描述：,反应速度,C3A C4AFC3S C2S,+ CaSO42H2O+H2O,水化产物,反应极快,棱柱状结晶：三硫型水化硫铝酸钙,六方法状结晶,3CaOAl2O33CaSO431H2O单硫型水化硫铝酸钙3CaOAl2O3CaSO418H2O,快：水合铝(铁)酸钙及其固溶物,C4AFH19铝(铁)酸四钙C3AH6C3FH6,较快,纤维状晶体(水化硅酸钙),六方板状晶体：Ca(OH)2,C-S-H():(1.52.0)CaOSiO2 (14)H2O CaO/SiO2比较高C-S-H():(0.81.5) CaOSiO2 (0.52.5) H2O CaO/SiO2比较低,水化铝酸钙和水化硫铝酸钙及氢氧化钙为晶体。水化硅酸钙主凝胶。,电镜下的水泥水化产物,水泥浆凝结硬化前后,水泥水化示意图1,水泥水化示意图2,水化膜,水泥水化示意图3,水泥水化示意图4,水泥水化示意图5,水泥水化示意图6,水泥水化示意图7,水泥水化示意图8,幻灯片1,幻灯片2,幻灯片3,幻灯片4,幻灯片5,幻灯片6,结论：a.对水泥来说：C-S-H() (即水化硅酸钙占绝大多数)b.水化速度中： 3CaOAl2O33CaSO43031H2O.三硫型水化硫酸钙的多少决定水化的速度反应过程。水泥水化凝结时间的调节从以上所讲的水化速度看，水泥水化凝结时间C3A和C3S最大。因C3A的水化速度最快，调节方法有两种：CaSO42H2O调节和温度调节。A.石膏调节最快，因此人们为了调节水泥的凝结时间，一般用掺入适量石膏CaSO42H2O的方法加以控制。,石膏的缓凝机理：水化硫铝酸钙是溶解度极低的稳定的棱柱状的小晶体长在水泥的颗粒表面上，成为一层薄膜，封闭了水泥组分的表面，从而阻滞了水分子的颗粒内部扩散，延缓了C3A饿继续水化，使水泥不能快凝，以后随薄膜的破裂颗粒继续水化，延长了凝结时间。 只要保持适当温度和湿度，这种缓慢增长的凝结可以延缓很长的时间（B.温度调节）。 当温度5凝结缓慢，强度增大缓慢 当温度 0 ，水化停止因此，在冬季施工时要采取一定的保温措施，一般5不得浇灌砼。,3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O= 3CaOAl2O33CaSO431H2O,水化热水泥水化作用时放出的热量称为水化热。熟料矿物组成中，水化作用时放出水化热的顺序： C3A C3S C4AF C2S水化热还与水泥细度，掺入混合材料数量比及外加剂品种数量有关。一般情况：A. 组成：如C3A多，热多。B. 水泥标号越高，细度越大，水化热大，放热量越集中，水化热大部分在水化初期3天内放出，以后逐渐减小。C. 混合材料D. 外加剂,利弊：a.对大体积砼工程：由于水化热的积累，不易散发，引起内外温差，产生应力，使砼开裂，所以应用低热水泥或采取降温措施。b.对冬季施工：水化热有好处。例如三峡工程，采用大坝水泥(低热)。施工质量与水/灰比有关，还有水化热产生的应力影响。,3.水泥的凝结和硬化理论水泥调水后，发生一系列物理，化学和物理化学过程，对这一过程反应进行的方式和理论长期有着学术上的争论。a.溶解-沉淀反应即：认为水泥的水化反应和普通化学反应一样，是通过液相进行的，还认为反应物的溶解度生成物的溶解度。当水泥矿物与水接触时，首先是无水矿物溶解于水中，与水化合为水化物，由于水化物的溶解度小，饱和结晶出再溶解，反应成水化物，再饱和，直到全部完成整个过程。,b.原地化学反应过程把水泥水化反应看作是固相反应的一种类型，与上主要区别是，认为水泥的水化反应不需要经过矿物的溶解于水的过程，而可以直接以固相与水反应生成水化物。c.近代假说水泥水化产物一般可分为：不超出原水泥颗粒体积的内部水化产物和在水泥颗粒之间的外部水化产物。前者是原地反应，即固相水化为主。后者是溶解沉淀的方式，即液相水化为主，尽管在微观上有各种过程，但宏观上的过程是水化-凝结-硬化。,水泥+水,凝结与硬化过程：,水化产物,变稠,水化,反应快,凝结,形成疏松晶体网状结构,反应慢,初凝,建立紧密网状结构,具有一定的强度,终凝,强度增加,坚硬人造石,由此可见： 水泥水化与凝结和硬化是一个连续的过程，水化是前提，硬化是水化的结果，硬化则表示，水泥固化后所建立的网状结构是具有一定的机械强度的人造石。（例如，人造大理石，是水泥的杰作）。,（三）硅酸盐水泥的主要性能指标包括：密度与容重；细度；体积安定性；凝结速度；强度；泌水性与保水性。密度与容重不同的工程要求密度不同，如堵油井，防护原子能辐射，要求大，保湿要求小，密度3.13.2g/cm3，通常采用3.1，取决于熟料的组成及储存时间。 C3S 3.15 C2S 3.28 长，密度 C3A 3.04 水化，矿物变小并含水 C4F 3.77容重：10001600kg/m3，通常取1300kg/m3,细度表示水泥颗粒的粗细程度，用筛余百分数表示，规定用0.08mm方孔筛，筛重12%。许多学者研究结果：越细，水化速度越快，早期强度越高。为提高早期强度下的重要作用，但并不意味着越细越好，因耗能多，成本高，硬化后体积收缩大，热传导率低。体积安定性（水泥是否开裂的性能）指水泥调水硬化后，由于熟料中含有过多的游离CaO或MgO，或由于掺入过量石膏而产生剧烈的不均匀的体积变化，引起开裂，所以水泥熟料中MgO5%，SO3 3.5%。,凝结速度水泥浆开始结硬的时间，即：水泥凝结时间，长了，养护时间太长；短了，来不及施工。分：初凝：45min 终凝：12h，一般58h标准稠度用水量在检验水泥的凝结时间和安定性时易浆水泥加水调成浆，而加水的多少对检验结果影响很大，即水化产物不同，为了具有准确的可化性，国家标准规定用标准稠度。“水泥净浆”在水泥净浆达到标准稠度时所需要的拌和用水量，称为标准稠度用水量。（用占水泥质量的百分率表示）。,强度是指对比水泥质量的优势的主要指标，是确定水泥称号的主要依据。影响因素：熟料的矿物组成；石膏掺入量；细度； 试体的养护条件，时间：28天以前为早期强度 28天后为后期强度抗压强度的测定：,1份质量水泥2.5份质量标准砂规定的用水量,规定的方法,试样4416cm,在微粒条件下,养护（3，7，28天）测其强度,试验温度1725，相对温度50%养护箱温度203 ，相对温度 90%养护水温度202 ,抗折强度：,抗压强度：,P-破坏荷载A-受压石积1kgf/cm2=0.0981MPa,根据所测强度值：,28天抗压强度28天抗折强度（不小于某数）,均合格的情况下，按原单位kgf/cm2抗压强度数字为四个标号：425，525，625，725水泥。,泌水性与保湿性泌水性-是指混凝土组分离析现象，不会离析出水/灰比大的泥浆，硬化后强度低。保湿性与泌水性不完全相同的特性。指在砂浆建筑时，水分能接触的砖块，被吸取水分的性能。 若吸收快：降低了砂浆的塑性和粘结性，粘结强度, 施工困难。 若吸收慢：就会产生挤浆现象。,四.其他类硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥前以叙述，这些普通硅酸盐水泥是加入了总量15%的混合材料。若15%时，冠以矿渣、火山灰硅酸盐水泥。问题：适量加入混合材料的目的是什么？（3个）增加品种、改善性能；调节标号；提高质量、降低成本。混合材料粉煤灰是何种物质？活性混合材料和非活性混合材料。,活性混合材料能与水泥水化产物Ca(OH)2起化学反应生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度，并且改善普通硅酸盐水泥某些性质的混合材料。主要包括：a. 粒化高炉矿渣（Al2O3,SiO2）；b. 火山灰混合材料硅藻土（含水SiO2），凝灰石，浮石，烧粘土，煅烧煤矸石，煤渣等；c. 粉煤灰发电厂燃烧煤粉的锅炉所排除的细粉煤粉渣（当然放射性元素不能超标），如青山电厂。非活性材料-不与水泥起化学反应或很少反应的混合材料，属填充材料。主要包括：磨细的石英砂、石灰石、粘土等。(石英砂改变密度)窑灰-介于活性和非活性之间的材料，四转窑窑尾废气中收集的粉尘。,1.普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐熟料、少量混合材料，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥掺加量：掺活性材料15% 掺非活性材料10%目的调节标号。标号分为：275，325，425，525，625，725，6个标号。一般用工业和民用建筑。2.矿渣硅酸盐水泥凡是由硅酸盐水泥熟料和粘化高炉矿渣，加入少量石膏，磨细制成水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。粒化高炉矿渣, 炼铁时，除了铁矿石和焦岩之外，为了降低冶炼温度，还要加入相当数量的石灰石和白云石作为熔剂，他们在高温下分解所得的CaO和MgO与铁矿石中的废石和焦炭的灰分熔化，生成主要是硅酸钙和铝硅酸钙（镁）的液渣，比铁水轻，而浮在上面，定期从排渣口排出后，经急冷处理使成粒状颗粒，就是粒化高炉矿渣。化学成分：,对水泥质量的影响：矿渣中Al2O3和CaO含量愈高，而SiO2含量愈低，则活性愈大，亦制造水泥强度效果愈好。掺加量：2070%（按质量）（大于15%）标号：225，275，325，425，525，5个标号。不可能高标号。矿渣水泥的性能和应用.性能： a. 颜色比硅酸盐水泥淡，密度小2.83.0g/cm3。由于水泥中熟料少，矿渣轻，水泥硬化过程较慢，水化热比一般水泥小的多。b. 与钢筋粘结力好，能保护钢筋不致锈蚀和氧化。,c. 耐热性能良好（用于冶金作业）；d. 具有较好的化学稳定性，抗淡水浸淋，对硫酸盐溶液，氯盐溶液等的抵抗能力比普通水泥好；e. 抗大气稳定性和抗冻性差，干燥和干湿交替对强度不利；f. 早期强度（35天）差，因此要求较好的养护。. 应用a. 地下及地下建筑物，要注意养护，低于5施工时不宜采用，因温度发展缓慢，如不加热或保温，强度就会受影响。 b. 由于抗蚀性好，用于地下或水中，港口工程（抗海水的侵蚀能力好）；由于水势低，用于大体积工程(大坝，隧道，货场等）；c. 由于耐热性好，适用于高温车间的建筑，如：焦炉基础，炼铁，轧钢等。,3.火山硅酸盐水泥凡是硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料，加入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。火山灰质混合材料根据混合材料的成因：天然火山灰质混合材料；人工火山灰质混合材料。a.天然火山灰质混合材料,火山生成,火山灰：喷出直径小于2mm的岩浆细粒，沉积在地下或水中。凝灰岩：由火山灰经压实作用，称为岩浆状态；浮 石： 喷出的岩浆，在冷却过程中，排出大量气体成为多孔的 海绵状态，轻质能浮于水的岩石。,以上化学组成相似，都含有大量酸性氧化物（SiO2+Al2O3)，占7585%,并含有少量的Fe2O3,CaO,MgO,化学潜能大，活性较好。,硅藻土：由极细微硅藻介壳聚积沉积而成；硅藻石：本由硅藻介壳沉积而成，而是大部 分由极细微的 图形颗粒组成，外观与硅藻土相近，几乎全部是几 千分之一mm的蛋白石微粒，其中介壳数量极少；蛋白石：是天然的含水无定性SiO2致密块状凝胶体。,沉积生成,（大部分是由介壳）沉积生成的含有硅酸岩所组成。它的主要活性物质是无定性氧化硅。,a.天然火山灰质混合材料,b. 人工火山灰质材料 烧粘土：粘土或粘土质岩经人工煅烧后的产物； 煤灰及煤渣：电厂沸腾炉排出或粉尘和炉渣； 油质 岩 灰：油田质岩经自然或人工煅烧后的产物； 煅烧煤矸石；c. 掺入量：2050%（按质量）；d. 标号：225，275，325，425，525等5个标号。 火山灰质水泥的性能和应用性能a. 密度：小于2.72.9g/cm3；水泥硬化过程比较慢，水化热较小；,b. 对养护温度：低温时凝结硬化显著变慢。干燥时，水化反应慢或停止，体积收缩大，产生内应力，出 现裂缝；潮湿时，强度发展明显。（一般硬化后加水养护）。因混合材料是和 Ca(OH)2形成硅酸钙凝胶结构渐趋改变所致。 应用在解决养护的条件下，用作普通建筑和构筑物。4.粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰混合材料是大的发电厂煤粉锅炉排出的灰渣，面广量大，（是几年前难解决的废渣污染），即可以解决电厂垃圾，又保护了环境。,主要化学成分亦是SiO2和Al2O3： SiO2占总量的3555%， Al2O3占1540%。 Al2O3相对少具有一定的化学潜能，作为水泥的活性混合材料，掺入量（不能太大）：2040%。标号：同火山灰水泥。 性能和应用性能： 同火山灰水泥a.早期温度不高，后期温度增长率较大，水化热低，密实性好。b.抗硫酸盐性很好；c.和易性和抗裂性较好。（干缩率较小） 应用主要应用与工业民用建筑上，尤其是大体积的水工砼上。,五.几种特殊用途的水泥,1. 白色水泥（白色硅酸盐水泥）以精选的纯质石灰石和白色粘土为原料，磨细时采用硬质石板和石球代替球磨机和钢球，避免了铁及有色氧化物的沾浮，染料也采用无灰分的气体或液体染料，这样得到的熟料铁质含量少，再加入石膏磨细制成的色泽皓白的水泥 性能：同硅酸盐水泥 标号：325，425 两个标号 按白度分为：一，二，三，四级，一级最白； 白水泥+耐碱的矿物颜料 彩色水泥 用途建筑装饰；制造各种彩色或白色砼（即水磨石，人造大理石）。,2.快硬水泥（5种） 快凝快硬水泥和快硬早强性能的水泥。 快硬硅酸盐水泥（快硬水泥）熟料中硬化最快的矿物成分是C3A，C3S,硬化较快，并且C3S强度的绝对值最大，同时当C3S中掺入适量的C3A时，强度更高，因此快硬水泥中要提高C3A和C3S含量与一般水泥相比较。,标号以3天的强度分为325，375，425三个标号。（一般是28天）应用：适用于配制早期强度要求高的砼。, 快凝快硬硅酸盐水泥 这种水泥凝结硬化很快，常温下只需要几分钟即可凝结，分 为双快-15，双快-20两个标号。应用：用于军事工程、几场跑道、桥梁、隧道和涵洞等及紧急抢救工程，如堵漏、冬季赶工期、抗洪抢险。 高铝水泥属铝酸盐水泥，熟料的矿物组成以铝酸钙为主，因为铝酸钙的水化速度较快，所以为快硬水泥。标号：以3天强度值分为：425，525，625，725四个标号。性能：a.强度增长较快，24h即可达到极限强度的80%左右，但后期强度下降较大；b.水化热大，早期释放，适用于冬季施工，但从硬化开始要立即浇水养护；c.耐酸、耐高温、性能好应用：军事工程、紧急抢救、冬季作业、机场；不适用于大体积砼和结构工程,例如：砼，因为后期强度下降。,膨胀水泥和自应力水泥在硬化过程中能产生一定数值的膨胀，其膨胀值大的就可用作自应力水泥。膨胀的原因-主要是由于水化反应，使砼膨胀；使水泥砼产生膨胀的水化产物有三种： 生成钙矾石 CaO Ca(OH)2 MgO Mg(OH)2,水化,水化,一般太多采用钙矾石。,根据反应： 6CaO+Al2O3+3SO3+31H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O因此，一般水泥基本能满足生成钙矾石的要求，因普通砼有一定的膨胀，要产生大的内应力，无非是制作配比的问题，例硅酸盐自应力水泥。硅酸盐水泥 + 高铝水泥 + 石膏混合而成 7075% 1213% 1417% 提供Ca 提供Al2O3 提供石膏（一般加23%）应用： 加固结构，桩机基础，浇灌机座，地脚螺栓，砼接缝、水泥管道接头和修补工程及柱基础。, 油井水泥（也是快硬水泥的一种）油井水泥用于油井、气井等固井工程，又称堵塞水泥。在勘察一开采石油或天然气时，要把钢质套卡下入井内，再注入水泥浆及套管与周围地层胶结封固，进行固井作业，封隔地层内的油、汽、水层防止互相串扰，以使在在井内形成一条从油层流向地面，隔绝良好的油流通道。 对油井水泥的技术要求 a.在井底的温度和压力条件下，所要求的水泥浆在注井过程中，能具有一定的流动性和合适的速度。 b.水泥浆在注入井内后，应尽快凝结，并在短时间内达到强度； c.硬化后的水泥应有良好的稳定性和抗渗性（不渗漏）； d.对地层水中的侵蚀性介质，有足够的耐蚀性等。,随着井深的增加，井底的温度和压力相应地不断提高，实践证明：每深100m，温度上升3，压力增加1020大气压（12MPa）。有的井深达7000m，温度到200，P=1250大气压（125MPa），可见高温高压时对水泥的各种性质有很大的影响，也是油井水泥使用时的最主要问题，所以用于油井水泥的熟料，其矿物组成应该根据井深作合理选择，在井温度高时，掺加一定量的混合材料，例如石英砂等。 油井水泥的分类,45油井水泥：运用于井深1500m以内；75 油井水泥：运用于15002500m95 油井水泥：运用于25003000m,普通油井水泥,高温油井水泥,对称中深井水泥,120 油井水泥等（又称深井水泥），用于40007000m固井工程,3.大坝水泥又称低热水泥，是水化热较低的水泥。不幸的是：灌浇的砼的热传导率低，水化热较易积聚产生内应力，造成坝身裂缝，因此减少水化热与温度的值，在大坝建设中，显的相当重要（例三峡）。降低水化热的方法：a. 降低熟料中C3A和C3S（水化热大），提高C4AF和C2S的含量。为了保证早期温度（因C2S早期温度低，C3S 早期温度高）， C2S不能太高，C3S不能太低。所以一般要求C3S在4055%范围内， C3A6%。b. 调整细度:太细水化热产热速率太慢（小）；太粗影响强度；c. 加入适量的混合材料（活性），降低水化热（粉煤灰、矿渣等）。,六.硅酸盐水泥的制造,1.原料（起始原料）分为两大类：钙类物质：石灰石（CaCO3)、泥灰岩、白垩、贝壳等，主 要供给CaO；粘土物质：黄土、粘土、质岩、泥岩等，主要供给SiO2、Al2O3、Fe2O3等；但要求原料杂质少，（就像铁矿石一样，在我国很多，但品质不够，没有开采的价值）。2.生产工艺分三个阶段： 原料煅烧 水泥粉磨,两种,干法（北方）,湿法（南方）,生产制备, 干法 湿法,石 灰,粘 土,铁矿粉,按比例,混合,破碎 烘干 磨细 生料,1450 ,熟料 研细 水泥,煅烧,石膏23%,石灰石-破碎粘土水铁矿粉,按比例,加水研细 生料 熟料 研细 水泥,煅烧,1450 ,石膏,混合,泥浆,硅酸盐水泥的生产工艺,硅酸盐水泥的生产工艺,硅酸盐水泥的生产工艺,硅酸盐水泥的生产工艺,两种方法的比较：湿法优点：a.粘土含有许多杂质，经过沉淀，洗除杂物；b.原料易于调制与混合，制成水泥质量好；c.原料研磨，耗电少，熟料也易研磨，生料车间扬尘少；d.泥灰岩，白垩等原料不易烘干，宜用湿法。缺点：a. 需要燃料多（湿泥入窑），能耗大。b. 窑的体积需要大。湿法较干法先进，干法较湿法经济。（湿法优是干法缺，干法缺是湿法优）。在重视环保的当今，湿法显出更有生命力。,3.煅烧过程及主要反应（生产熟料）煅烧过程（熟料生产）（湿法）,烧成带主要反应如下：即：CaO、SiO2、Al2O3经煅烧后反应成多种矿物的集合体，是细小的结晶的人造岩石。温度越高C/S比、C/A比越高。熟料贮存和研磨贮运：,熟料：贮存24周目的，使游离的石灰（CaO）水化，熟料变松，易研磨。水泥贮运： 水泥有很强的吸水性和吸湿性，受潮后发生水化作用凝结成块，从而失去粘结能力。 在贮运中要防潮。时效期三个月， 个人装修，直接到厂家去买水泥。有些工程直接用散装水泥。另外，贮存时间，不宜过长，三个月后重新试验，按实验标号使用。 三个月后强度会下降1020%。对细度高的（快硬水泥）贮存期应更短。水泥生产出来，主要用于：砼。,七.混凝土（砼）,定义：是指以水泥、水和粗细集料按适当的比例拌合均匀，经浇捣成型后硬化，而成的人造（石）材料，是现代建筑工程最主要的建筑材料之一。因此配制混凝土是各种水泥最主要的用途。1. 砼的特点和分类 砼的特点 砼材料中80%以上是集料（骨料）（砂、石），资源丰富，成本低； 可以变化材料的品种、数量、粘度制得具有不同物理力学性能，满足不同工程要求的砼； 可塑性好（制成不同形状），硬化后强度高，耐久性和维护费用低不锈、不磨）； 砼与钢筋有牢固的粘结力，并膨胀系数基本相同，由此制得砼和预制砼结构或构件。（如预制板、建筑工业化、预制标准化、组装）。,不足之处（作为建筑材料）： 自重大； 抗拉强度低，抗裂性能差（抗震差） 硬化后，不会传热快 成型维护期长；因此，许多建筑构件不能用砼如墙、天花板等砼的分类及标号 按容重大小的分类普通砼：干容量19002500kg/m3,天然砂、石子为集料；轻砼：干容量1900kg/m3，轻滑料砼，用于保温绝热；特重砼：干容量2700kg/m3，采用特重料（金刚石、铁矿石或铁屑）屏蔽和射线及耐磨性能。,按功能及用途分： 结构砼： 防火砼： 耐酸砼： 耐热砼：为改变某些性质，可以加入适量的外加剂。 矾土、废耐火硅、高炉矿渣为料，一水泥、磷酸、水玻璃作胶凝材料。标号：标准条件下，测得28天抗压强度极限来确定的共划分为（8个标号）,2. 砼的性能指标 从施工角度：和易性； 从使用角度：耐久性； 从压强角度：强度； 混凝土拌合物的和易性和易性-指在一定的施工条件下，便于操作，并能获得质量均匀、密实砼的性能，称为砼的和易性，包括：流动性、可塑性、稳定性和易密性。 流动性指分散系统在克服内阻力而产生变形的性能，而拌合物在本身自重或外力的作用下，是否易于流动 的能力（流动性）。,一般用塌落度表示：可塑性说明塑性流动，而产生非可逆变形，均匀密度实地填滴粒板的性能，表示捣实成型的难易程度。稳定性指砼有足够的粘聚和拌水能力，而水分不会泌出，集料不致下沉，水泥中各种材料能稳定地均匀分布，不分层离析的性能。易密性指在捣制和振动时克服内化的和表面的阻力，以达到拌合物完全致密的能力。,塌落度,主要有用水量、水泥浆量及砂率等。用水量：当水泥量不变，流动性随水量增加而增加，但强度； 水泥浆数量：（水灰比不变时）增加水泥浆是提高水泥拌合物流动性方法之一，成本高；当水泥浆数量不变时：a. 水灰比小，水少，稠，流动性小，粘聚和保水性能好，即稳定性好，和易性好；b. 水灰比大，水多，稀，流动性大，粘聚和保水性能差，即稳定性差，和易性差；砂率-是集料总量中砂质量所占的百分数，表示砂与石子的组合关系。砂率的大小对和易性影响很大。,影响和易性的因素,在水泥浆一定的条件下：a. 砂率过大，骨料的总表面积增大，干稠，流动性，和易性差b. 砂率过小，砂系的体积不足填满石子的孔隙，需用水泥浆来填空，这样不但流动性小，粘聚和保水性差，和易性亦差。适宜的砂率是多次试验总结出来的，即满足和易性，又小水泥的砂率是最佳的。一般砼的最佳砂率：, 其他因素：使用不同品种水泥，加入外加剂等。, 砼的强度主要指抗压强度，其他强度均较低，如抗拉强度有抗拉的1/101/20，砼以抗压确定其标号，并作为结构设计的依据。 当变压时，砼发生横向膨胀时，砼由颗粒可能分离脱落，这种分离一般最早出现在集料和水泥石的分界面上，即粘结石破坏，当然当水泥石强度低，水泥石本身先破坏亦常见，但集料破坏的可能性很少，因此，强度与水泥标号、水灰比及集料等直接关系；与施工质量和养护条件和养护周期有相应的关系。,此外：影响强度的因素（2条） 水泥标号及水灰比 水泥是砼的活性组份，水泥标号高，强度高； 当水泥标号相同时，取决于水灰比。其关系用下式表示：,R28砼28天抗压强度（mPa）；Rc 水泥标号C 水泥 kg/m3砼；W 水泥kg/m3砼；C/ W 灰水比（水泥水质量比）；A，B 经验系数，由试验求得，,集料为碎石,集料为卵石,养护条件（温度、湿度）与养护龄期（为改变性能加外加剂）砼的耐久性（从使用角度看）砼的耐久性指在周围的自然环境及使用条件下，其经久耐用的性能。包括：抗冻、抗渗、抗侵蚀、抗寒暑、抗干湿等。抗冻性分别以28天龄期的砼试样，在水饱和状态下，反复冷冻15、25200次后，强度和重量损失都在标准的规定规定范围内，用Dn表示。D15、D25 、 D50 、 D100 、 D150 、 D2006个标号抗渗性是以28天龄期的标准试样，按规定的方法，不渗水时所能承受的最大水压确定。用Sn表示。, 抗腐蚀性-对砼腐蚀的原因是由于砼密实性差，在钢筋局部形成微电池，电化学腐蚀所致。 阳极上：Fe Fe2+2e 阴极上：O2+2H2O+4e 4 OH- 这样溶液中： 2Fe2+4 OH- 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe3(OH)4 Fe3(OH)4体积为原铁的2.2倍，这样体积膨胀，使砼开裂。影响因素：可见，砼的耐久性除与水泥的性质有关外，主要取决于砼的 密实性和保护层的不渗透与厚度.,3.砼外加剂,为了改善砼的和易性，强度和耐久性，或者缩短工期，节约水泥，在配料砼时，掺用各种外加剂，由于掺的不多，则得到明显的改进，因此近几年发展极快，已几乎成为砼的第5种组成，C、C3S、C2S、C4AF（铁铝酸四钙）、C3A。减水剂（目的：减少拌和水量，来达到要求和易性。W/C比）木质素磺酸钙：由亚硫酸纸纸浆废液为原料发酵处理脱糖烘干而成（粉末）MF减水剂：(次甲基-甲基萘磺酸钠)焦化厂产品- 甲基萘磺化褐色粉末或棕蓝色液体掺入量为0.3%0.7%，减水率达15%以上。1天的强度提高25%100%，28天，830%。NNO减水剂： 亚甲基二萘磺酸钠磺化焦油等 ：（性质砼MF减水剂）,加气剂：加气剂是一种憎水性表面活性剂，在拌合过程中能产生大量微小气泡，气泡尺寸25125um之间，分散均匀，减小阻力，流动性好。并且由于表面活性剂定向吸附在气泡的表面，使液膜为坚固而不易破灭。气泡的存在能减少颗粒间的接触，不但提高流动性，改善了稳定性，减少酸水。同时由于砼中毛细管道被气泡所隔绝，阻碍的水的迁移，明显提高稳定性，抗冻抗裂性，提高耐抗性，当然，大量微气泡会使强度下降。要合适。,酒石酸、淀粉,硼酸盐、碳酸盐等,氯化物,硫酸盐,三乙醇胺等,缓凝剂,促凝剂,调凝剂：调节水泥凝结时间的外加剂有, 产生泡沫：气泡上吸附憎水性表面活性剂，坚固 而不破； 减少颗粒间的接触（泡间的接触）：流动性 好，