《水泥与石灰》PPT课件.ppt

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、05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)：CaOSiO2Al2O3Fe2O3 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（3CaOSiO2）简写C3S 硅酸二钙（2CaOSiO2）简写C2S 铝酸三钙（3CaOAl2O3）简写C3A 铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）简写C4AF,磨细水泥,（2）四种矿物的技术特性,C3S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。,C2S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。,C3A水化速度最快，水化热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。,C4AF水化速度介于C3A和 C3S 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，干缩性小。,（3）四种矿物的技术特性比较水化程度：C3AC3SC4AFC2S P147 图4-1 几种矿物的水化程度释热量：C3AC3SC4AFC2S 图4-2 几种矿物的水化释热量 强度 早期强度：C3SC3AC4AFC2S 后期强度：C3SC2SC3AC4AF 图4-3 几种矿物强度发展特征干缩性 C3AC3SC4AFC2S耐化学腐蚀 C4AF C3S C2S C3A,图4-1 不同龄期时四种矿物的水化速率C3AC3SC4AFC2S 24h：大约有65%的C3A水化，C3S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C3AC3SC4AFC2S,图4-3 四种矿物的强度随龄期的发展,3.石膏（CaSO42H2O）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 SO3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：C3SH2O 3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 水化硅酸钙 硅酸二钙：C2SH2O 水化硅酸钙Ca(OH)2 铝酸三钙:在纯水中：C3AH2O(C4AH13、C4AH19、C3AH6)（水泥瞬凝的原因)水化铝酸钙在石膏溶液中：C3ACa(OH)2H2O C4AH13 C4AH13CaSO42H2O H2O 3CaOAl2O33CaSO432H2O 三硫型水化铝酸钙(钙矾石)当石膏耗尽后：C4AH13钙矾石 3CaOAl2O3CaSO412H2O 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：C4AFH2O C4AH13C4FH13 水化铝酸四钙 水化铁酸四钙缩写C4(A、F)H13在石膏溶液中：C4AFCa(OH)2H2O C4(A、F)H13 C4(A、F)H13CaSO42H2OH2O3CaO(Al2O3Fe2O3)3CaSO432H2O 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，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,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 MgCl2Ca(OH)2 CaCl2（易溶）Mg(OH)2 3）酸类腐蚀 碳酸腐蚀：CO2H2O Ca(OH)2 CaCO3H2O CO2H2O CaCO3 Ca(HCO3)2 盐酸腐蚀：HClCa(OH)2 CaCl2（易溶）H2O,(2)硫酸盐腐蚀（在Ca(OH)2存在的情况下）,水化铝酸钙C4AH13 钙矾石（体积比水化铝酸钙增加2.5倍）Ca(OH)2 Na2SO4 CaSO42H2ONaOHH2O 水中Ca(OH)2 Mg SO4 CaSO42H2OMg(OH)2 水中Ca(OH)2 H2SO4 CaSO42H2OH2O 水中CaSO42H2OC4AH13 Ca(OH)23C3A3CaSO432H2O 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（m2/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；80m的方孔筛筛余不大 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%SO33.5%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，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、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 C3S、C2S，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（GB175-1999）,3、技术标准,见教材P154页 表4-5及相应规定,废品水泥：MgO、SO3、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：C3S、C4AF、C3A、f-CaO。干缩性小（抗渗、抗冻）：C3A，C4AF 耐磨性好：C4AF，C3S，C3A，强度高,3）化学品质要求（高铁低铝）C3S：5160%，以提高早期强度，尽早放开交 通；C2S：不宜过多，其早期强度过低 C3A5%，考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF16%，提高水泥的抗折强度 控制碱含量,一、名词解释1.水泥的凝结和硬化2.水泥的体积安定性3.混合材料4.水泥标准稠度用水量5.水泥的初凝时间和终凝时间6.胶凝材料,单项选择题1.有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选择（）水泥。A 硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝2.有耐热要求的混凝土工程，应优先选择（）水泥。A 硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰3.有抗渗要求的混凝土工程，应优先选择（）水泥。A 硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰4.下列材料中，属于非活性混合材料的是（）。A 石灰石粉 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰5.为了延缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量（）。A 石灰 B 石膏 C 助磨剂 D 水玻璃6.对于通用水泥，下列性能中（）不符合标准规定为废品。A 终凝时间 B 混合材料掺量 C 体积安定性 D 包装标志7.通用水泥的储存期不宜过长，一般不超过（）。A 一年 B 六个月 C 一个月 D 三个月8.对于大体积混凝土工程，应选择（）水泥。A 硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝9.硅酸盐水泥熟料矿物中，水化热最高的是（）。A C3S B C2S C C3A D C4AF10.有抗冻要求的混凝土工程，在下列水泥中应优先选择（）硅酸盐水泥。A 矿渣 B 火山灰 C 粉煤灰 D 普通,简述题1.通用水泥的哪些技术性质不符合标准规定为废品？哪些技术性质不符合标准规定为不合格品？2.矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥与硅酸盐水泥和普通水泥相比，三种水泥的共同特性是什么？3.水泥在储存和保管时应注意哪些方面？答：（1）防水防潮；要做到“上盖下垫”。（2）不同品种和强度等级的水泥不能混存混放。（3）堆垛不能过高；一般不超过10袋，若场地狭窄最多不超过15袋。（4）“先进先用”；水泥的储存期不能过长；水泥的储存期一般不超过3个月，储存期超过3个月的水泥强度要降低。4.防止水泥石腐蚀的措施有哪些？5.简述气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的区别。6.石灰的用途如何？在储存和保管时需要注意哪些方面？7.生石灰在熟化时为什么需要陈伏两周以上？为什么在陈伏时需在熟石灰表面保留一层水？,