土木工程材料课件第4章(水泥混合料).ppt

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1、1,土木工程材料,主讲教师：丁幼松,2,水硬性胶凝材料 水泥即能在水中凝结，又能在空气中 凝结的胶凝材料。,3,水泥分类,硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥,(2)按性能和用途分类,通用水泥专用水泥特性水泥,按化学成分,4,硅酸盐水泥,1.硅酸盐水泥的生产工艺概述 2.硅酸盐水泥的组成材料 3.硅酸盐水泥的水化和硬化 4.硅酸盐水泥的技术性质 5.硅酸盐水泥的技术标准 6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止,5,定义,硅酸盐水泥:熟料+石膏+(0%-5%)石灰石或高炉矿渣,I型,P.I,II型,P.II,6%-15%混合材,活性非活性(不超过10%)窑灰(不超过5%),普通水泥,6,1.硅酸盐

2、水泥的生产工艺概述（1）生产工艺 两磨一烧生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程（2）生产原料,石灰石质原料石灰石、白垩等粘土质原料粘土、页岩等,校正原料（少量）铁粉,CaO,SiO2、Al2O3、Fe2O3,Fe2O3,7,石灰石粘 土 生料 熟料 水泥铁矿石 石膏,磨细,煅烧,1450C,磨细,调节凝结时间,硅酸盐水泥的生产,8,2.硅酸盐水泥的组成材料,（1）硅酸盐水泥熟料（2）石膏（3）混合材料,9,（1）硅酸盐水泥熟料（简称为熟料）,1）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,硅酸三钙,主要矿物组成,分子式,分子简式,3CaOSiO2,C3SC2SC3AC4AF,2CaOSiO2,3CaOAl2O3

3、,4CaOAl2O3Fe2O3,硅酸二钙,铝酸三钙,铁铝酸四钙,名 称,10,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,11,2）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性,12,实 例快硬水泥：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，C

4、2S含量高，C3A含量低,13,（2）石 膏,作用：缓凝剂 水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥 早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。,14,3.硅酸盐水泥的水化硬化（1）水 化,水化速度快,长纤维状,短纤维状,六方板结晶,缓凝机理：,同上,针状结晶,立方板状结晶,15,第一阶段：大约在水泥拌水起至初凝时止，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和C3A反应生成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：大约从初凝起至24h止，水泥水化加速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。水化产物

5、大量生成，水泥凝结。第三阶段：指24h以后直到水化结束。所有水化产物生成，数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。,（2）水泥的硬化,16,水泥硬化研究理论 水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同。,17,影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 1)熟料矿物组成的影响 2)水泥细度的影响 3)拌合用水量的影响 4)养护湿度、温度的影响 5)养护龄期的影响 6)储存条件的影响,18,4.硅酸盐水泥的技术性质（1）化学性质 不溶物主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量 会影响水泥的粘结质量。烧失量水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增 加，故烧失量

6、是检验水泥质量的一项指标。氧化镁,水化慢、体积膨胀,影响安定性,三氧化硫,碱限制发生碱-集料反应，按（Na2O+0.658 K2O）值计,19,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术性质 根据国家标准GB 1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的规定，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的主要技术性质如下所述。1.不溶物 2.氧化镁 3.三氧化硫 4.烧失量 5.碱,20,（2）物理力学性质 细度,0.08mm方孔筛筛余量:%负压筛法（适用于其它水泥）,比表面积：m2/kg，cm2/g勃氏法（适用于硅酸盐水泥）,a.指标,细度是指水泥颗粒的粗细程度。硅酸盐水泥的细度用比表面积来衡量，要求比表面积大于300m

7、2/kg；普通水泥的细度可用筛余量来衡量，要求80m方孔筛筛余不得超过10.0%。,21,b.试验方法,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ms。4.结果计算(1)水泥试样筛余百分数：,筛余结果的修正:,C修正系数，0.801.20,22,凝结时间 a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间。,初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性 所需的时间初凝时间。终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性 所需的时间终凝时间。,c.凝结时间的测定：,b.两种状态,（1）采用凝结时间测定仪（维

8、卡仪）（2）采用水泥标准稠度净浆。,23,d.水泥标准稠度净浆,1.目的：试验结果具有可比性，用于测定凝结时间和安定性。2.测定：试验仪器：维卡仪 试验方法：标准法/调整水量法,3.标准稠度净浆标准:试杆距底板距离为 6mm1mm。4.标准稠度用水量（%）:达到标准稠度净浆时的用水量。,24,初凝时间：试针距底板距离为4mm1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即 环形附件开始不能在试体上 留下痕迹时。,e.凝结时间测定,25,凝结时间 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。普通水泥初凝不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。初凝为水泥加水拌合时起至

9、标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。,26,安定性 a.定义：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。b.安全性不良的因素：,（1）MgO过量；（2）石膏掺量过多；（3）水泥中游离过多CaO。,c.试验方法:,试饼法,雷氏法,发生争议以雷氏法为主,27,d.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

10、 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,28,强度 a.检验方法（ISO法）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。,b.强度等级fce,k(1)以水泥28d抗压强度确定(2)为强度范围的下限(3)水泥实际强度 fce=cfce,k c水泥富裕系数，1.01.5,c.分类：普通型、早强型,29,强度 水泥强度是水泥的主要技

11、术性质，是评定其质量的主要指标。水泥强度测定按国家标准GB/T 176711999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)进行(详见实验部分)。强度等级按3d和28d的抗压强度和抗折强度来划分，分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R六个等级，有代号R的为早强型水泥。各等级的强度值不得低于国家标准GB 175的规定(如表4-2所示)。表4-2 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥各龄期的强度值,30,5.硅酸盐水泥的技术标准,（1）技术标准,31,（2）废品水泥和不合格水泥 GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合 本标准

12、规定时，均为废品。凡细度、终凝时间中任一项不符合本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指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编 号不全的也属于不合格品。,32,软水（淡水）腐蚀(溶出性腐蚀)2)盐类腐蚀3)酸类腐蚀4)强碱的腐蚀5)其他腐蚀 除了上述四种主要的腐蚀类型外，一些其他物质也对水泥石有腐蚀作用，如糖、氨盐、酒精、动物脂肪、含环烷酸的石油产品及碱骨料反应等。,水泥石的主要腐蚀类型,水化硫铝酸钙晶体水泥杆菌,33,水泥石腐蚀的产生，主要有三个基本原因：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，主要是Ca(OH)2和水化铝酸钙；二是有能产生腐蚀的

13、介质和环境条件；三是水泥石本身不密实，有许多毛细孔，使侵蚀介质能进入其内部。防止水泥石的腐蚀，一般可采取以下措施。(1)合理选用水泥品种。(2)提高水泥石的密实度，改善孔隙结构。(3)通过表面处理，形成保护层。,腐 蚀 的 防 止,34,6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止（1）腐蚀 1）软水侵蚀 溶出Ca(OH)2降低碱度 2）硫酸盐腐蚀,3）镁盐腐蚀,4）一般的腐蚀 中和反应5）碳酸腐蚀,6）强碱腐蚀,35,（2）防止 1）根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种 2）提高水泥石的密实度 3）敷设耐蚀保护层 当腐蚀作用较强时，可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀不透水的保护层。通常采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑

14、料或沥青等。,36,1.特性 凝结硬化快，强度高，尤其是早期强度高，水泥强度等级高；抗冻性好、耐磨性好，且硅酸盐水泥优于普通水泥；水泥放热大，放热速率快；耐软水、酸、碱、盐等腐蚀的能力较差；抗碳化性较好；干缩值较小；不耐高温，普通硅酸盐水泥相对于硅酸盐水泥，由于掺入了少量混合材料，其早期强度、水化热、抗冻性、耐磨性和抗碳化性略有降低，耐腐蚀性和耐热性略有提高。2.应用 适用于配制重要结构用的高强度混凝土和预应力混凝土；适用于有高早期强度要求的工程及冬季施工的工程；适用于严寒地区遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位；适用于一般地上工程和不受侵蚀的地下工程、无腐蚀性水中的受冻工程；不宜用于海水和有腐

15、蚀介质存在的工程、大体积工程和高温环境工程。,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的特性、应用与存储,37,3.存储 为了便于识别，避免错用，国家标准对水泥的包装标识作了详细规定。包装水泥袋上应清楚标明产品名称、代号、净含量、强度等级、生产许可证编号、生产者名称、产地、出厂编号、执行标准和包装时间等。掺火山灰质混合材料的普通水泥还要标明“掺火山灰”字样。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级。包装不合格的水泥是不合格水泥。水泥在运输和储存过程中，应按不同品种、强度等级及出厂日期分别贮运，不得混杂，并注意防水防潮。袋装水泥的堆放高度不得超过10袋。工地存储水泥应有专用仓库，库房要干燥。存放袋装水泥时，地面垫板

16、要离地30cm，四周离墙30cm。水泥的储存应按照到货先后依次堆放，尽量作到先到先用，防止存放过久。一般水泥的储存期为三个月，使用存放三个月以上的水泥，必须重新检验其强度，否则不得使用。,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的特性、应用与存储,38,掺混合材料的硅酸盐水泥,混合材料1）活性混合材料2）非活性混合材料,39,1）活性混合材料,系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。,炼钢厂冶炼生铁时的副产品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有较高的化学潜能，但稳定性差。,粒化高炉矿渣山灰质混合材料粉煤灰,火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有较高

17、的活性。,天然的、人工的,主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。,40,2）非活性混合材料,定义：在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。目的：调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。常用种类：磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣、高硅质炉灰等。,41,五大品种硅酸盐水泥,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,不掺混合材+少量混合材（水泥量5%）,硅酸盐水泥熟料+适量石膏,+多量混合材（水泥量20%）,P,P,+少量混合材（水泥量6%15%）,PO,粒化高炉矿渣,PP,PF,PS,火山灰,粉煤灰,4

18、2,掺混合材料硅酸盐水泥的水化硬化 掺混合材料硅酸盐水泥加水拌合后，水泥熟料矿物首先与水作用，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙和Ca(OH)2等，其反应与硅酸盐水泥水化大致相同。然后，在溶液中Ca(OH)2 的激发下，混合材料中的活性成分开始水化(也称为二次水化)，生成以水化硅酸钙为主的水化产物。熟料与混合材料的水化相互影响，相互促进，二次水化消耗大量Ca(OH)2，水泥的碱度下降，促使熟料加速水化，又保证了混合材料的继续水化。掺混合材料硅酸盐水泥的早期强度主要由水泥熟料提供。随着二次水化的进行，混合材料的活性发挥，强度逐步提高，后期强度增长可达到甚至超过同等级的硅酸盐水泥。掺混合材料的

19、水泥的水化产物主要是水化硅酸钙凝胶、水化硫铝酸钙和水化铝酸钙及其固溶体、氢氧化钙等。,43,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰水泥1.定义与组成 1)矿渣硅酸盐水泥 凡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PS。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%70%。2)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酸盐水泥(简称火山灰水泥)，代号P P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20%50%。3)粉煤灰硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石

20、膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)，代号PF。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%40%。,掺混合材料的硅酸盐系水泥,44,矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰水泥,2.技术性质 1)细度、凝结时间和体积安定性 要求与普通硅酸盐水泥相同。2)氧化镁 熟料中氧化镁的含量不宜超过5.0%。如水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。熟料中氧化镁的含量为5.0%6.0%时，如矿渣水泥中混合材料总掺量大于40%或火山灰水泥和粉煤灰水泥中混合材料掺加量大于30%，制成的水泥可不做压蒸试验。,45,3)三氧化硫 矿渣水泥中三氧化硫的含量不得超过

21、4.0%；火山灰水泥和粉煤灰水泥中三氧化硫的含 量不得超过3.5%。4)强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表4-3的数值。表4-3 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各龄期的强度值,掺混合材料的硅酸盐系水泥,46,5)碱 水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料要限制水泥中的碱含量时，由供需双方商定。3.特性与应用 1)三种水泥的共性特点与应用(1)凝结硬化慢、早期强度低和后期强度增长快。因为水泥中熟料比例较低，而混合材料的

22、二次水化较慢，所以其早期强度低，后期二次水化的产物不断增多，水泥强度发展较快，达到甚至超过同等级的硅酸盐水泥。,不同品种水泥强度发展对比1.硅酸盐水泥；2.矿渣水泥18,掺混合材料的硅酸盐系水泥,47,(2)温度敏感性高，适宜高温湿热养护。这三种水泥在低温下水化速率和强度发展较慢，而在高温养护时水化速率大大提高，强度发展加快，可得到较高的早期强度和后期强度。因此，适合采用高温湿热养护，如蒸汽养护和蒸压养护。养护温度对掺混合材料水泥和硅酸盐水泥的强度增长比较如图所示。,掺混合材料的硅酸盐系水泥,(a)硅酸盐水泥(b)矿渣水泥 养护温度对掺混合材料水泥和硅酸盐水泥的强度增长比较,48,(3)水化热

23、低，适合大体积混凝土工程。由于熟料用量少，水化放热量大的矿物C3S和C3A较少，水泥的水化热大大降低，适合用于大体积混凝土工程。适当调整组成比例就可生产出大坝专用的低热水泥品种。(4)耐腐蚀性能强。由于熟料用量少，水化生成的Ca(OH)2少，且二次水化还要消耗大量Ca(OH)2，使水泥石中易腐蚀的成分减少，水泥石的耐软水腐蚀、耐硫酸盐腐蚀、耐酸性腐蚀等能力大大提高，可用于有耐腐蚀要求的工程中。(5)抗冻性差，耐磨性差。由于加入较多的混合材料，水泥的需水性增加，用水量较多，易形成较多的毛细孔或粗大孔隙，且水泥早期强度较低，使抗冻性和耐磨性下降。因此，不宜用于严寒地区水位升降范围内的混凝土工程和有

24、耐磨性要求的工程。(6)抗碳化能力差。由于水化产物中Ca(OH)2少，水泥石的碱度较低，遇有碳化的环境时，表面碳化较快，碳化深度较深，对钢筋的保护不利。若碳化深度达到钢筋表面，会导致钢筋锈蚀，使钢筋混凝土产生顺筋裂缝，降低耐久性。不过，在一般环境中，这三种水泥对钢筋都具有良好的保护作用。,49,2)三种水泥的个别特性(1)矿渣硅酸盐水泥。由于矿渣是在高温下形成的材料，所以矿渣水泥具有较强的耐热性。可用于温度不高于200的混凝土工程；也可用于温度达300400的热气体通道等耐热工程。粒化高炉矿渣玻璃体对水的吸附力差，导致矿渣水泥的保水性差，易泌水产生较多的连通孔隙，水分的蒸发增加，使矿渣水泥的抗

25、渗性差，干燥收缩较大，易在表面产生较多的细微裂缝，影响其强度和耐久性。,掺混合材料的硅酸盐系水泥,50,(2)火山灰质硅酸盐水泥。火山灰水泥具有较好的抗渗性和耐水性。因为，火山灰质混合材料的颗粒有大量的细微孔隙，保水性良好，泌水性低，并且水化中形成的水化硅酸钙凝胶较多，水泥石结构比较致密，具有较好的抗渗性和抗淡水溶淅的能力，可优先用于有抗渗性要求的工程。火山灰水泥的干燥收缩比矿渣水泥更加显著，在长期干燥的环境中，其水化反应会停止，已经形成的凝胶还会脱水收缩，形成细微裂缝，影响水泥石的强度和耐久性。因此，火山灰水泥施工时要加强养护，较长时间保持潮湿状态，且不宜用于干热环境中。,51,(3)粉煤灰

26、水泥。粉煤灰水泥的干缩性较小，甚至优于硅酸盐水泥和普通水泥，具有较好的抗裂性。因为，粉煤灰颗粒呈球形，较为致密，吸水性差，加水拌合时的内摩擦阻力小，需水性小，所以其干缩小，抗裂性好，同时配制的混凝土、砂浆和易性好。由于粉煤灰吸水性差，水泥易泌水，形成较多连通孔隙，干燥时易产生细微裂缝，抗渗性较差，不宜用于干燥环境和抗渗要求高的工程。,52,矿渣(硅酸盐)水泥(PS),矿渣20%-70%1.早期强度低,后期强度增进率大2.水化热低3.硬化时对湿热敏感性强4.具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力5.抗碳化能力差6.耐热性较强7.保水性较差,泌水性较大8.干缩性较大9.抗冻性及耐磨性较差火山灰

27、(硅酸盐)水泥(P P)粉煤灰(硅酸盐)水泥(P F)火山灰20%-50%粉煤20%-40%1.同上8,9-见上8,抗裂性好,和易性好2.见上7,抗渗性好,P I,P S,53,复合硅酸盐水泥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)，代号PC。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计为15%50%。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。复合硅酸盐水泥各龄期的强度值,掺混合材料的硅酸盐系水泥,54,复合水泥的早期强度接近于普通水泥，性能略优于其他掺混合材料的水泥，适用范围较广。它掺加

28、了两种或两种以的混合材料，有利于发挥各种材料的优点，为充分利用混合材料生产水泥，扩大水泥应用范围，提供了广阔的途径。硅酸盐系水泥的技术要求比较,掺混合材料的硅酸盐系水泥,55,硅酸盐系水泥的性能比较表,掺混合材料的硅酸盐系水泥,56,硅酸盐系水泥的选用,掺混合材料的硅酸盐系水泥,57,技术标准,（1）普通水泥的技术标准,58,（2）矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥的技术标准,59,3.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用,60,61,62,63,64,65,66,67,68,钙矾石,69,晶体,70,71,72,铝相水化产物,73,74,75,76,77,特性水泥,一.白水泥与彩色水泥白水泥:Fe2

29、O3 3%-4%0.35%-0.4%暗灰色 白色 Mn Cr等氧化物也影响颜色白水泥主要用于建筑物的装饰，如地面、楼梯、外墙饰面，彩色水刷石和水磨石制造，大理石及瓷砖镶贴，混凝土雕塑工艺制品等。还用于与彩色颜料配成彩色水泥，配制彩色砂浆或混凝土，用于装饰工程。,通用硅酸盐系水泥品种不多，但用量却是最大的。除此之外水泥品种的大部分是特性水泥和专用水泥，又称为特种水泥，其用量虽然不大，但用途却很重要且很广泛。特种水泥中又以硅酸系水泥为主。,78,彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥，主要有两种生产方法，即染色法和烧成法。染色法是将碱性颜料、白色水泥熟料和石膏共同磨细制成，其产品标准为JC/T 8702000

30、彩色硅酸盐水泥；也可将颜料直接与白水泥混合配制而成，这种方法灵活简单，但颜料消耗大，色泽不易均匀。烧成法是将着色剂加入水泥生料中，经过煅烧使熟料具有所需的颜色，再与石膏混合磨细而成。烧成法制得的彩色水泥，色泽均匀，颜色保持持久，但生产成本较高；染色法制得的彩色水泥，色泽不易均匀，长期使用易出现褪色，但生产成本较低。目前彩色水泥以染色法较常用。染色法使用的颜料多为无机矿物颜料，要求不溶于水、分散性好、大气稳定性好、抗碱性强、着色力强，并不得显著影响水泥的强度和其他性质。有机颜料易老化，只能作为辅助用途使用，通常只加入少量，以提高水泥色彩的鲜艳度。彩色水泥主要是配制彩色砂浆或混凝土，用于制造人工石

31、材和装饰工程。,彩色水泥,79,二.快硬(硅酸盐)水泥,凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以三天抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥)。C3S S3A含量增大(60%-65%),石膏8%,提高细度4503d 强度用途:早强砼 紧急抢修工程,低温施工工程,80,二.快硬(硅酸盐)水泥,快硬硅酸盐水泥的生产与普通水泥相似，主要是提高熟料中的快硬高强成分C3S和C3A的含量并适当多掺石膏，但要求更严格的生产工艺条件，原料有害杂质要少，生料均匀性要好，熟料冷却速率要高等。我国现行的快硬硅酸盐水泥标准主要是GB 1991990快硬硅酸盐水泥、JC/T 7411988(

32、1996)无收缩快硬硅酸盐水泥和JC/T 3141982(1996)快凝快硬硅酸盐水泥。标准代号中(1996)表示该标准在1996年进行了确认，但未重新出版。,81,提高水泥细度可提高水化硬化速率，一般快硬硅酸盐水泥的比表面积达320m2/kg450m2/kg，无收缩快硬硅酸盐水泥的比表面积达400m2/kg500m2/kg。快硬水泥主要用于抢修工程、军事工程、预应力钢筋混凝土构件制造等，适用于配制干硬混凝土，水灰比可控制在0.40以下；无收缩快硬水泥主要用于装配式框架节点的后浇混凝土和各种现浇混凝土工程的接缝工程、机器设备安装的灌浆等要求快硬、高强和无收缩的混凝土工程。快凝快硬硅酸盐水泥的三

33、氧化硫的含量不得超过9.5%，主要适用于机场道面、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程，以及冬季施工和堵漏等工程。,二.快硬(硅酸盐)水泥,82,快硬硅酸盐水泥和无收缩快硬硅酸盐水泥的主要技术要求见,83,三.高铝水泥(矾土水泥),铝酸钙 Al2O3超过50%矿物:CA C2A C2AS C12A7 C2S水化产物:CAH10 C2AH8 Al2O3 3HO3d强度特性:1.快硬早强(紧急军事工程,抢修工程),临时工程.2.水化热大,且放热量集中(15,25施工,不能进行蒸汽养护).3.强的抗硫酸盐性能4.耐热性好(1300-1400),配制耐热砼,炉衬.5.长期强度要降低(40%-50%),不能用

34、于长期承重结构及高温高湿环境.,84,四.膨胀水泥与自应力水泥,1.概念自应力 自应力值自应力值 2.0MPa 自应力水泥 2.0MPa 膨胀水泥 2.自应力来源硅酸盐膨胀水泥 铝酸盐膨胀水泥硫铝酸盐膨胀水泥 铁铝酸盐(钙)膨胀水泥,85,膨胀水泥和自应力水泥都是硬化时具有一定体积膨胀的水泥品种。通用硅酸盐水泥在空气中硬化，一般都表现为体积收缩，平均收缩率为0.02%0.035%。混凝土成型后，7d60d的收缩率较大，以后趋向缓慢。收缩使水泥石内部产生细微裂缝，导致其强度、抗渗性、抗冻性下降；用于装配式构件接头、建筑连接部位和堵漏补缝时，水泥收缩会使结合不牢，达不到预期效果。而使用膨胀水泥就能

35、改善或克服上述的不足。另外，在钢筋混凝土中，利用混凝土与钢筋的握裹力，使钢筋在水泥硬化发生膨胀时被拉伸，而混凝土内测产生压应力，钢筋混凝土内由组成材料(水泥)膨胀而产生的压应力称为自应力。自应力的存在使混凝土抗裂性提高。膨胀水泥膨胀值较小，主要用于补偿收缩；自动水泥膨胀值较大，用于产生预应力混凝土。使水泥产生膨胀主要有三种途径，即氧化钙水化生成Ca(OH)2，氧化镁水化生成Mg(OH)2，铝酸盐矿物生成钙矾石。因前二种反应不易控制，一般多采用以钙矾石为膨胀组分生产各种膨胀水泥。常用硅酸盐系膨胀水泥主要是明矾石膨胀水泥(标准代号为JC/T 3111997)、低热微膨胀水泥(标准代号为GB 293

36、81997)和自应力硅酸盐水泥(标准代号为JC/T 2181995)。,86,明矾石膨胀水泥是以一定比例的硅酸盐水泥熟料、天然明矾石、无水石膏和矿渣(或粉煤灰)共同粉磨制成。矿渣作为膨胀稳定剂，明矾石作为铝质原料，其含量要求Al2O316%，SiO215%，在Ca(OH)2和硫酸盐激发下水化形成钙矾石，产生适度膨胀。其膨胀值要求是：水中养护净浆自由膨胀时线膨胀率1d0.15%，28d0.35%，但不得大于1.20%。胶砂试体水中养护3d后，在1.0MPa水压下恒压8h，应不透水。明矾石膨胀水泥适用于收缩补偿混凝土结构、防渗混凝土、补强和防渗抹面工程，接缝和接头，设备底座和地脚螺栓固结等。凡以粒

37、化高炉矿渣为主要组分，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成的具有低水化热和微膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为低热微膨胀水泥，代号LHEC。低热微膨胀水泥的水化热要求见表3-12，强度要求见表3-12。水泥净浆试体水中养护至各龄期的线膨胀率要求：ld0.05%；7d0.10%，28d不得大于0.60%。,87,低热微膨胀水泥主要用于要求低水化热和要求补偿收缩的混凝土、大体积混凝土工程，也可用于要求抗渗和抗硫酸盐腐蚀的工程。自应力硅酸盐水泥是以适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、高铝水泥和天然二水石膏磨制而成的膨胀性的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥强度等级不低于42.5，高铝水泥强度

38、不低于425。自应力水泥的自应力值指水泥水化硬化后体积膨胀能使砂浆或混凝土在限制条件下产生可资应用的化学预应力，自应力值是通过测定水泥砂浆的限制膨胀率计算得到的。要求其28d自由膨胀率不得大于3%，膨胀稳定期不得迟于28d。自应力硅酸盐水泥按其自应力值分为S1、S2、S3、S4四个能级，对应的自应力值见表4-15。自应力硅酸盐水泥适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件，制造一般口径和压力的自应力水管和城市煤气管。,88,低水化热硅酸盐水泥原称大坝水泥，是专门用于要求水化热较低的大坝和大体积工程的水泥品种。主要品种有三种。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水硬

39、性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)，代号PMH。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热硅酸盐水泥(简称低热水泥)，代号PLH。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉矿渣、适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥(简称低热矿渣水泥)，代号PSLH。生产低水化热水泥，主要是降低水泥熟料中的高水化热组分C3S、C3A等的含量。中热水泥主要适用于大坝溢流面的面层和水位变动区等要求较高耐磨性和抗冻性的工程，低热水泥和低热矿渣水泥主要适用于大坝或大体积建筑物内部及水下工程。,五、低水化热硅酸盐水泥,89,国家

40、标准GB 7482005抗硫酸盐硅酸盐水泥按抵抗硫酸盐腐蚀的程度分成中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两大类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称中抗硫水泥，代号PMSR。具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称高抗硫水泥，代号PHSR。水泥石中的Ca(OH)2和水化铝酸钙是硫酸盐腐蚀的内在原因，水泥的抗硫酸盐性能就决定于水泥熟矿物中这些成分的相对含量。降低熟料中C3S和C3A的含量，相应增加耐蚀性较好的C2S替代C3S，增加C4AF替代C3A，是提高耐硫酸盐腐蚀的主要

41、措施之一。,六、抗硫酸盐硅酸盐水泥,90,目前，我国建筑，尤其住宅建筑中，砖混结构仍占很大比例，砌筑砂浆成为需要量很大的建筑材料。通常，在施工配制砌筑砂浆时，会采用最低强度即32.5级或42.5级的通用水泥，而常用砂浆的强度仅为2.5MPa、5.0MPa，水泥强度与砂浆强度的比值大大超过了45倍的经济比例，为了满足砂浆和易性的要求，又需要用较多的水泥，造成砌筑砂浆强度等级超高，形成较大浪费。因此，生产专为砌筑用的低强度水泥非常必要。GB/T 31832003砌筑水泥规定：凡由一种或一种以上的水泥混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的工作性能较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥，代号

42、M。砌筑水泥用混合材料可采用矿渣、粉煤灰、煤矸石、沸腾炉渣和沸石等，掺加量应大于50%，允许掺入适量石灰石或窑灰。凝结时间要求初凝不早于60min，终凝不迟于12h；按砂浆吸水后保留的水分计，保水率应不低于80%。砌筑水泥适用于砌筑砂浆、内墙抹面砂浆及基础垫层；允许用于生产砌块及瓦等制品。砌筑水泥一般不得用于配制混凝土，通过试验，允许用于低强度等级混凝土，但不得用于钢筋混凝土等承重结构。,七、砌筑水泥,91,八.道路水泥,矿物成分:以硅酸钙为主,较多量的铁铝酸四钙(不得小于16.0%)强度:425,525,625三个标号特性:强度高,特别是抗折强度高,耐磨性好,干缩小,抗冲击性好,抗冻性好,抗

43、硫酸盐性好应用:道路路面,机场跑道,城市广场,92,铝酸盐系水泥是应用较多的非硅酸盐系水泥，是具有快硬早强性能和较好耐高温性能的胶凝材料，还是膨胀水泥的主要组分，在军事工程、抢修工程、严寒工程、耐高温工程和自应力混凝土等方面应用广泛，是重要的水泥系列之一。一、铝酸盐水泥的原料与组成 依据国家标准GB 2012000铝酸盐水泥的规定，凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥(又称高铝水泥、矾土水泥)，代号CA。我国铝酸盐水泥按Al2O3含量分为四类，分类及化学成分范围见表 铝酸盐水泥类型及化学成分范围,铝酸盐水泥,当用户需要时，生产厂应提供结果和测定方法,93,铝酸

44、盐水泥的主要原料是矾土(铝土矿)和石灰石，矾土提供Al2O3，石灰石提供CaO。主要化学成分是CaO、Al2O3、SiO2；主要矿物成分是铝酸一钙、二铝酸一钙、七铝酸十二钙，此外还有少量的其他铝酸盐和硅酸二钙。铝酸一钙是铝酸盐水泥的最主要矿物，约占40%50%，具有很高的活性，其特点是凝结正常、硬化迅速，是铝酸盐水泥强度的主要来源。二铝酸一钙约占20%35%，凝结硬化慢，早期强度低，但后期强度较高。铝酸盐水泥熟料的煅烧有熔融法和烧结法两种。熔融法采用电弧炉、高炉、化铁炉和射炉等煅烧设备；烧结法采用通用水泥的煅烧设备。我国多采用回转窑烧结法生产，熟料具有正常的凝结时间，磨制水泥时不用掺加石膏等缓

45、凝剂。,铝酸盐水泥,94,二铝酸一钙的水化反应产物与铝酸一钙相同。常温下，CAH10和C2AH8同时形成，一起共存，其相对比例随温度上升而减小。铝酸盐水泥的硬化机理与硅酸盐水泥基本相同。水化铝酸钙是多组分的共溶体，呈晶体结构，其组成与熟料成分、水化条件和环境温度等因素相关。CAH10和C2AH8都属六方晶系，结晶形态为片状、针状，硬化时互相交错搭接，重叠结合，形成坚固的网状骨架，产生较高的机械强度。水化生成的氢氧化铝(AH3)凝胶又填充于晶体骨架，形成比较致密的结构。铝酸盐水泥的水化主要集中在早期，5天7天后水化产物数量就很少增加，所以其早期强度增长很快，后期增长不显著。,二、铝酸盐水泥水化与

46、硬化 铝酸一钙是铝酸盐水泥的主要矿物成分，其水化硬化情况对水泥的性质起着主导作用。铝酸一钙水化极快，其水化反应及产物随温度变化很大。,95,要注意的是，CAH10和C2AH8等水化铝酸钙晶体都是亚稳相，会自发地转化为最终稳定产物C3AH6，析出大量游离水，转化随温度提高而加速。C3AH6晶体属立方晶系，为等尺寸的晶体，结构强度远低于CAH10和C2AH8。同时水分的析出使内部孔隙增加，结构强度下降。所以，铝酸盐水泥的长期强度会有所下降，一般降低40%50%，湿热环境下影响更严重，甚至引起结构破坏。一般情况下，限制铝酸盐水泥用于结构工程。三、铝酸盐水泥的性能与用途 铝酸盐水泥的密度为3.0g/c

47、m33.2g/cm3，疏松状态的体积密度为1.0g/cm31.3 g/cm3，紧密状态的体积密度为1.6g/cm31.8 g/cm3。国家标准GB 2012000铝酸盐水泥规定的细度、凝结时间和强度等级要求见表,96,表 铝酸盐水泥的细度、凝结时间、强度要求,铝酸盐水泥,当用户需要时，生产厂应提供结果。,97,铝酸盐水泥的性能与应用归纳如下：(1)具有早强快硬的特性，1d强度可达本等级强度的80%以上。适用于工期紧急的工程，如军事、桥梁、道路、机场跑道、码头和堤坝的紧急施工与抢修等。(2)放热速率快，早期放热量大，1d放热可达水化热总量的70%80%，在低温下也能很好地硬化。适用于冬季及低温环

48、境下施工，不宜用于大体积混凝土工程。(3)抗硫酸盐腐蚀性强。由于铝酸盐水泥的矿物主要是低钙铝酸盐，不含C3A，水化时不产生Ca(OH)2，所以具有强的抗硫酸盐性，甚至超过抗硫酸盐水泥。另外，铝酸盐水泥水化时产生铝胶(AH3)使水泥石结构极为密实，并能形成保护性薄膜，对其他类腐蚀也有很好的抵抗性。耐磨性良好。适用于耐磨性要求较高的工程，受软水、海水、酸性水和受硫酸盐腐蚀的工程。,铝酸盐水泥,98,(4)耐热性好。在高温下，铝酸盐水泥会发生固相反应，烧结结合逐步代替水化结合，不会使强度过分降低。如采用耐火骨料时，可制成使用温度达1 3001 400的耐热混凝土。适用于制作各种锅炉、窑炉用的耐热和隔

49、热混凝土和砂浆。(5)抗碱性差。铝酸盐水泥是不耐碱的，在碱性溶液中水化铝酸钙会与碱金属的碳酸盐反应而分解，使水泥石会很快被破坏。所以，铝酸盐水泥不得用于与碱溶液相接触的工程，也不得与硅酸盐水泥、石灰等能析出Ca(OH)2的胶凝材料混合使用。铝酸盐水泥与石膏等材料配合，可以制成膨胀水泥和自应力水泥，还可用于制作防中子辐射的特殊混凝土。由于铝酸盐水泥的后期强度倒缩，因而，不宜用于长期承重的结构及处于高温高湿环境的工程。,铝酸盐水泥,99,四、其他铝酸盐水泥1.特快硬调凝铝酸盐水泥 以铝酸一钙为主要成分的水泥熟料，加入适量硬石膏和促硬剂，经磨细制成的，凝结时间可调节、小时强度增长迅速、以硫铝酸钙盐为

50、主要水化物的水硬性胶凝材料，称为特快硬调凝铝酸盐水泥。主要用于抢建、抢修、堵漏以及喷射、负温施工等工程。特快硬调凝铝酸盐水泥的标准代号为JC/T 7361985(1996)。标准规定特快硬调凝铝酸盐水泥的初凝不得早于2min，终凝不得迟于10min；加入水泥重量0.2%酒石酸钠作缓凝剂时，初凝不得早于15min，终凝不得迟于40min；强度标号按2h抗压强度表示，各龄期不得低于表的强度值。特快硬调凝铝酸盐水泥的强度,铝酸盐水泥,注：28d强度在用户要求时才检测。,100,2.快硬高强铝酸盐水泥 凡以铝酸钙为主要成分的熟料，加入适量的硬石膏，磨细制成具有快硬高强性能的水硬性胶凝材料，称为快硬高强