03 第3章 水泥.pptx

第1页：第3章 水泥

第3章 水泥

本章讲解硅酸盐水泥的生产与熟料组成、水化硬化、技术性质、腐蚀与防止，以及掺混合材水泥与专用水泥。

第2页：硅酸盐水泥的生产

3.1.1 硅酸盐水泥的生产

1. 原料
2. 煅烧
3. 水泥熟料的粉磨

概括为两磨一烧。

第3页：水泥熟料的组成

3.1.2 水泥熟料的组成及特性

(1) 水泥熟料的组成：硅酸盐水泥的熟料主要由4种矿物组成，其名称、成分、化学式缩写、含量如下：

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第5页：水泥熟料矿物组成表

硅酸盐水泥熟料矿物组成

第6页：水泥熟料矿物的特性

(2) 水泥熟料矿物的特性

各矿物的水化速度、水化热与强度发展规律不同（详见课件图示与后文强度增长曲线）。

第7页：水泥中的其他氧化物

除了上述系列氧化物外，硅酸盐水泥还含有其他氧化物，如游离氧化镁和游离氧化钙（MgO和CaO），碱性氧化物（K₂O和Na₂O），它们的存在影响水泥质量。

• 碱性氧化物超过0.60%，将引起水泥混凝土的破坏。
• MgO、CaO是在1450℃下烧结的，与水混合后熟化速度非常慢，将引起硬化后的砂浆和混凝土开裂，其含量不能超过5.00%。

(3) 硅酸盐水泥的水化：常温下水泥熟料单矿物的水化反应式如下：

第8页：硅酸盐水泥的水化反应式

水泥熟料单矿物的水化反应式

• 2(3CaO·SiO₂) + 6H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + 3Ca(OH)₂
• 2(2CaO·SiO₂) + 4H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + Ca(OH)₂
• 3CaO·Al₂O₃ + 6H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O
• 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ + 7H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + CaO·Fe₂O₃·H₂O
• 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3CaSO₄·2H₂O + 19H₂O = 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·31H₂O
• 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + CaSO₄·2H₂O + 4H₂O = 3CaO·Al₂O₃·CaSO₄·12H₂O

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第12页：硅酸盐水泥的凝结和硬化

(4) 硅酸盐水泥的凝结和硬化

水泥加水后各矿物同时水化，生成新化合物并相互叠加影响，逐渐凝结并硬化形成水泥石。

第13页：水泥硬化的物理化学过程

硅酸盐水泥的硬化涉及到非常复杂的化学和物理现象。当水被加入后，每一种矿物质与水反应产生新的化合物。所有矿物熟料的反应是同时发生，并且是有层次的相互叠加和相互影响。

合成的化合物可能相互结合，并产生新的化合物。水泥石硬化的反应特性涉及到加入水的水化作用。

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第20页：硬化水泥浆体中水的存在形式

图3-2 硬化水泥浆体孔中水的存在形式

本页为示意图，展示硬化水泥浆体孔隙中不同类型的水（结晶水、凝胶水、毛细水等）的分布形态。

第21页：水泥石结构

水泥石结构

坚硬的水泥石从微观看，它是由晶体、凝胶体、未水化颗粒、凝胶水和毛细孔不同种类的体系组成。水泥石结构是由未完全水化的水泥颗粒的不同类的物质构成的。

晶体和胶体的不同的物理和机械性质是影响水泥基本结构性质的原因之一，例如变形性能、抗冻融循环和干湿循环。

第22页：加水量与水泥石孔隙

我们可以通过调整矿物成分控制硅酸盐水泥的性质，从而获得满足特殊工程条件要求的水泥。

混凝土的结构在很大程度上被水泥石的孔隙所影响，这涉及到在混凝土拌合物中的最开始的加水量。加水量是水泥量的2~3倍时可获得满意的混凝土拌合物，但大部分水以游离态存在并产生大量孔隙。因此，若想得到坚固的水泥石，用水量应最小化。

第23页：水泥的比密度与细度

(5) 水泥的主要技术性质

比密度和堆积密度

硅酸盐水泥的比密度是3.0~3.2g/cm³，堆密度为900~1300kg/m³。

细度

水泥越细，强度越高。按GB175-1999规定，商业水泥细度为在0.08mm方孔筛上筛余量不超过10%。

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第25页：水泥细度与凝结时间

细度（比表面积法）

水泥的细度也可以通过比表面积仪测定（cm²/g），合格水泥的比表面积应是300.00m²/kg。每公斤水泥的比表面积增加100.00m²，水泥活性增加20.00%到25.00%。

凝结时间

按照国标GB/T1346-2001，水泥从加水开始，初凝时间不能早于45min，终凝时间不能迟于390min。初凝时间不合格应视为废品，终凝时间不合格则视为不合格品。

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第27页：水泥的体积安定性

体积安定性

指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性。由于过烧的游离CaO和MgO的存在，水泥石将产生膨胀和裂缝；CaO和MgO的熟化伴随着大的体积增加，并使水泥石开裂。

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第29页：水泥强度等级的确定

强度

按照国标GB/T17671-1999，硅酸盐水泥的强度等级由抗压强度和抗折强度确定。

水泥的等级由测试水泥胶砂40×40×160mm棱柱体的抗折强度和半棱柱体的抗压强度确定，水泥胶砂由1份水泥和3份标准砂组成，并在3d和28d后测试。

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第31页：水泥强度检验用标准砂

在这期间，样品被放在温度为20℃±1℃、湿度不小于95%的环境里。

• 样品要用特定尺寸和化学成分的石英砂（GB17671-1999），以消除砂的强度对水泥强度的影响并获得可比性结果。
• 基准砂由德国标准砂公司制造，SiO₂不能少于98%，形状为圆形，粒级见表。
• 标准砂在105~110℃温度下烘干2h。
• 中国的标准砂完全服从ISO规范，水泥28d的抗压强度和抗折强度不能小于表列之值。

第32页：硅酸盐水泥强度等级表

硅酸盐水泥强度等级（MPa）

说明：源文件此处表格文字串行粘连，本表按硅酸盐水泥强度等级的国标数值还原，抗折、抗压强度的3d与28d对应关系以现行国标为准，建议对照原课件核对。

第33页：水泥强度的增长规律

硅酸盐水泥强度不是匀速增加。前3d强度达到强度等级的40.00%~50.00%，第7d达到60.00%~70.00%，随后增长速度减慢，到28d获得等级强度。在好的养护条件下，强度在数月甚至数年内继续增长，可达到强度等级的2到3倍，遵循对数规律。

水泥石的强度和硬化速度决定于熟料的矿物组成、细度、用水量、环境湿度、温度和龄期。C3S获得强度最快，7d后强度达到28d强度的70%，之后强度增加很慢。

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第35页：C2S的强度增长特点

C2S的强度增长完全遵循不同的模式：初期强度增长较慢，约为C3S的15.00%；但过了初期阶段，C2S的强度迅速增加，并很快超过C3S。

第36页：熟料矿物强度发展曲线

熟料矿物强度发展曲线图注

• 1—C3S
• 2—C4AF
• 3—C2S
• 4—C3A

第37页：矿物组成与水泥选用

当需要早强混凝土时，要选用C3S含量多的硅酸盐水泥；如需要缓凝硬化水泥（像水工结构工程），则选用贝利特（C2S）含量高的水泥。铝酸盐水泥强度较低，但凝结硬化初期速度非常快，这种性质决定了C3A被用来生产快硬早强水泥。

(5) 水化热

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第46页：硅酸盐水泥的腐蚀类型

3.1.3 硅酸盐水泥的腐蚀与防止

在水中水泥石的腐蚀根据主要特性被分为4种：

1. 软水腐蚀
2. 离子交换腐蚀：碳酸的腐蚀
3. 膨胀性腐蚀
4. 碱的腐蚀

第47页：一般酸与镁盐腐蚀

• 一般酸的腐蚀
• 镁盐的腐蚀

(3) 膨胀性腐蚀：硫酸的腐蚀

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第50页：硫酸盐腐蚀与防腐措施

• 硫酸盐腐蚀
• 碱的腐蚀

(5) 水泥石腐蚀的防止

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第52页：硅酸盐水泥的特性与应用

3.1.5 硅酸盐水泥的特性、应用及储存

(1) 硅酸盐水泥的特性、应用

• 早期强度和后期强度高
• 水化热大、抗冻性好
• 干缩小、耐磨性较好
• 抗碳化性较好
• 耐腐蚀性差
• 不耐高温

(2) 水泥的储存和运输

第53页：掺混合材的硅酸盐水泥

3.2 掺混合材的硅酸盐水泥

3.2.1 混合材料：混合材料又分非活性混合材料和活性混合材料两种。

• 非活性混合材
• 活性混合材

第54页：非活性混合材料

非活性混合材料

可降低水泥强度等级，增加产量，改善水泥性能（如降低水化热等）。硅酸盐水泥添加非活性混合材料的量最多不能超过水泥熟料重量的15.00%。

第55页：常用活性混合材料

常用的活性混合材料有如下几种：

• 粒化高炉矿渣
• 火山灰
• 粉煤灰

它们与Ca(OH)₂作用，生成无定形的水化硅酸钙（水硬性胶凝材料）：

Ca(OH)₂ + SiO₂ + (n-1)H₂O = CaO·SiO₂·nH₂O

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第58页：掺混合材水泥的品种与代号

普通硅酸盐水泥

水泥熟料加6%~15%的混合材料，再加适量的石膏，代号为P·O。

火山灰硅酸盐水泥

水泥熟料加20%~50%的火山灰，再加适量的石膏，代号为P·P。

矿渣硅酸盐水泥

水泥熟料加20%~70%的粒化高炉矿渣，再加适量的石膏，代号为P·S。

粉煤灰硅酸盐水泥

水泥熟料加20%~40%的粉煤灰，再加适量的石膏，代号为P·F。

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第60页：复合硅酸盐水泥

复合硅酸盐水泥

水泥熟料加两种或两种以上15%~50%的混合材料，再加适量的石膏，代号为P·C。

掺混合材料的水泥其性质和应用详见课件附表。

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第64页：铝酸盐水泥的分类

3.3 专用水泥

3.3.1 铝酸盐水泥

(1) 铝酸盐水泥的分类：铝酸盐水泥按Al₂O₃含量百分数分为四类。

第65页：铝酸盐水泥的技术指标

(2) 铝酸盐水泥的技术指标

• 细度、密度
• 凝结时间（胶砂）应符合表列要求
• 化学成分
• 强度

第66页：

第67页：铝酸盐水泥的应用

(3) 铝酸盐水泥的应用

3.3.2 快硬水泥

• 快硬硅酸盐水泥

第68页：快硬硫铝酸盐水泥

(2) 快硬硫铝酸盐水泥

• 技术要求
• 特性及技术指标

第69页：白色硅酸盐水泥

3.3.3 白色硅酸盐水泥

本页源文件仅提取到标题，白色硅酸盐水泥的技术要求与应用要点建议对照原课件图片补充。

第70页：

第71页：道路硅酸盐水泥

3.3.4 道路硅酸盐水泥

• 技术指标
• 技术性质及应用

第72页：水工硅酸盐水泥

3.3.5 水工硅酸盐水泥

(1) 低（中）热矿渣硅酸盐水泥

• 技术指标

第73页：水工水泥的应用

(1) 低（中）热矿渣硅酸盐水泥

• 应用