称为普通硅酸盐水泥课件.ppt
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1、第七章 传统建材助剂-水泥助剂 一、水泥组分与性能一、水泥组分与性能 水泥是建筑行业的四大基本材料之一水泥是建筑行业的四大基本材料之一,素有,素有“建筑工业粮食之建筑工业粮食之称称”,是现代工程中最重要的材料之一。,是现代工程中最重要的材料之一。18241824年英国泥瓦工年英国泥瓦工约约瑟夫瑟夫阿斯普丁阿斯普丁取得硅酸盐水泥专利,已有取得硅酸盐水泥专利,已有1 18080多年的历史。因多年的历史。因它的主要成分是硅酸钙,它的主要成分是硅酸钙,国内统称为硅酸盐水泥,国外称为波国内统称为硅酸盐水泥,国外称为波特兰水泥。特兰水泥。其主要成分至今无多大变化。其主要成分至今无多大变化。 水泥是重要的无
2、机矿物质胶凝材料水泥是重要的无机矿物质胶凝材料,大体上可以分为三类,即,大体上可以分为三类,即硅酸盐水泥、掺混合材的硅酸盐水泥和特种水泥。其品种已达硅酸盐水泥、掺混合材的硅酸盐水泥和特种水泥。其品种已达近百种,国内近百种,国内90%90%以上的属硅酸盐水泥。以上的属硅酸盐水泥。 水泥中加入的功能性组分(亦称外加剂),水泥中加入的功能性组分(亦称外加剂),目前主要有在水泥目前主要有在水泥粉磨过程中加入的助磨剂、调节剂、矿物复合剂及在生料中加粉磨过程中加入的助磨剂、调节剂、矿物复合剂及在生料中加入的矿化助熔剂等入的矿化助熔剂等。(一)硅酸盐水泥 硅酸盐水泥是由水泥熟料加入适量石膏磨制而成。硅酸盐水
3、泥是由水泥熟料加入适量石膏磨制而成。根据国家根据国家标准标准GB175GB17519991999规定,有规定,有42.542.5、42.542.5R R、52.552.5、52.5R52.5R、62.562.5及及62.562.5R R六个强度等级六个强度等级。 1 1. .硅酸盐水泥的矿物及其水化产物硅酸盐水泥的矿物及其水化产物 主要矿物及在普通水泥中的含量:主要矿物及在普通水泥中的含量:硅酸三钙硅酸三钙 3 3CaOCaOSiOSiO2 2简写为简写为C C3 3S S,含量含量52%52%左右。左右。硅酸二钙硅酸二钙 2 2CaOCaOSiOSiO2 2简写为简写为C C2 2S S,含
4、量含量24%24%左右。左右。 铝酸三钙铝酸三钙 3 3CaOCaOAlAl2 2O O3 3简写为简写为C C3 3A A,含量含量9%9%左右。左右。铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4 4CaOCaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3简写为简写为C C4 4AFAF,含量含量9%9%左右。左右。硅酸盐水泥水化后主要有五种水化物,其性能见下表水化水化产物产物水化硅酸水化硅酸钙钙水化铁酸钙水化铁酸钙氢氧化氢氧化钙钙水化铝酸水化铝酸钙钙水化硫铝水化硫铝酸钙酸钙结构结构状态状态胶胶 体体胶胶 体体板状晶板状晶体体立方晶体立方晶体针状晶体针状晶体性性 能能胶凝状态,胶凝状态,强度高,强度高,
5、不溶于水不溶于水棉絮状,胶棉絮状,胶凝性差,强凝性差,强度低,难溶度低,难溶于水于水强度较强度较高,溶高,溶于水于水强度低,强度低,溶于水溶于水强度高,强度高,不溶于水不溶于水提高早期提高早期强度强度2.2.水泥的凝结硬化过程水泥的凝结硬化过程 水泥加适量水,在发生水化反应的同时,还伴随着一系列的物水泥加适量水,在发生水化反应的同时,还伴随着一系列的物理化学变化过程,使水泥浆体逐渐凝结硬化,其过程大体可以理化学变化过程,使水泥浆体逐渐凝结硬化,其过程大体可以分四个阶段:分四个阶段: 第一阶段:第一阶段:水泥加水后在水泥颗粒表面产生剧烈的水化反水泥加水后在水泥颗粒表面产生剧烈的水化反应,开始生成
6、水化物应,开始生成水化物 。第二阶段:第二阶段:随着水化反应的不断进行,以随着水化反应的不断进行,以C-S-HC-S-H为主形成为主形成半透膜层,堆积在水泥颗粒周围,膜层的存在减缓了外部半透膜层,堆积在水泥颗粒周围,膜层的存在减缓了外部水的渗入,使水化反映变慢,故称休止期。水的渗入,使水化反映变慢,故称休止期。 第三阶段:第三阶段:水化物不断增多,膜层渐厚并互相连接,形成水化物不断增多,膜层渐厚并互相连接,形成了网状结构,使浆体的可塑性降低,逐渐失去流动性并开了网状结构,使浆体的可塑性降低,逐渐失去流动性并开始凝结,但不具有强度,称为凝结期。始凝结,但不具有强度,称为凝结期。 第四阶段第四阶段
7、:凝胶体和晶体进一步发展,不断填充网结构的:凝胶体和晶体进一步发展,不断填充网结构的细孔,使结构逐渐紧缩,具有一定强度,即凝结终了,硬细孔,使结构逐渐紧缩,具有一定强度,即凝结终了,硬化开始称为硬化期。化开始称为硬化期。 由上看出,整个水化过程中,由上看出,整个水化过程中,凝结和硬化是连续的互相交错凝结和硬化是连续的互相交错进行的。进行的。硬化后的水泥石其强度一开始增长快,以后逐渐减硬化后的水泥石其强度一开始增长快,以后逐渐减慢,有的甚至在几十年中,还在水化继续提高强度。慢,有的甚至在几十年中,还在水化继续提高强度。 3.3.水泥水化凝结硬化的影响因素水泥水化凝结硬化的影响因素 影响水泥水化凝
8、结硬化的因素很多。除了与水泥本身矿物组成影响水泥水化凝结硬化的因素很多。除了与水泥本身矿物组成及细度有关外,还与下列因素有关。及细度有关外,还与下列因素有关。 (1)(1)石膏掺量石膏掺量 在水泥生产中,石膏作为一种原料,一个组分,在水泥生产中,石膏作为一种原料,一个组分,其主要功能是调节水泥的凝结硬化速度,其主要功能是调节水泥的凝结硬化速度,它起缓凝作用它起缓凝作用。 (2)(2)加水量加水量 水泥水化的理论需水量一般占水泥重量的水泥水化的理论需水量一般占水泥重量的15%15% 25%25%,但为了施工和应用的方便,拌制浆体和成型时,实际加,但为了施工和应用的方便,拌制浆体和成型时,实际加入
9、量为水泥重量的入量为水泥重量的40%40% 70%70%,过多的水量在其硬化后,因其蒸,过多的水量在其硬化后,因其蒸发而留下较多的孔隙,将影响其速度,这是应用各种减水剂的发而留下较多的孔隙,将影响其速度,这是应用各种减水剂的重要原因之一。同时,加水量也影响其凝结硬化过程。重要原因之一。同时,加水量也影响其凝结硬化过程。 (3)(3)环境条件环境条件 温度和湿度对水泥石强度的发展影响很大,潮温度和湿度对水泥石强度的发展影响很大,潮湿环境有利于强度的不断发展,低于湿环境有利于强度的不断发展,低于55水化硬化速度很慢,水化硬化速度很慢,低于低于00水化凝结硬化基本停止,也不会产生强度。水化凝结硬化基
10、本停止,也不会产生强度。 (二)掺混合材的硅酸盐水泥(二)掺混合材的硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料与一定量的石膏和混合材一起磨制水硬性胶由硅酸盐水泥熟料与一定量的石膏和混合材一起磨制水硬性胶凝材料,均属该类硅酸盐水泥,这是硅酸盐水泥改善性能、节凝材料,均属该类硅酸盐水泥,这是硅酸盐水泥改善性能、节约熟料、提高产量利用资源增加品种的重要方法。约熟料、提高产量利用资源增加品种的重要方法。目前国内主目前国内主要有普通硅酸盐水泥要有普通硅酸盐水泥 、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、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四大种类。和粉煤灰硅酸盐水泥四大种类。 1 1. .混合材料混合材料
11、 (1)(1)活性混合材料活性混合材料 常见的有火山灰、电厂粉煤灰及粒化高炉常见的有火山灰、电厂粉煤灰及粒化高炉渣等渣等,这类材料具有活性或潜在的水硬性,其本身不会硬化或,这类材料具有活性或潜在的水硬性,其本身不会硬化或硬化极慢,而在激发剂的作用下可行成具有一定强度的水硬性硬化极慢,而在激发剂的作用下可行成具有一定强度的水硬性胶凝材料。胶凝材料。 (2)(2)非活性混合材料非活性混合材料 没有活性的火山灰、砂岩及石灰岩等这没有活性的火山灰、砂岩及石灰岩等这类材料仅起填冲作用,固称填充性混合材,它可在允许降低水类材料仅起填冲作用,固称填充性混合材,它可在允许降低水泥标号的前提下,增加产量和减少水
12、化热。泥标号的前提下,增加产量和减少水化热。 2.掺混合材的硅酸盐水泥 掺混合材的四种水泥的基本特点见下表 水泥品种普通硅酸岩普通硅酸岩水泥水泥矿 渣 硅 酸 盐矿 渣 硅 酸 盐水泥水泥火 山 质 硅 酸火 山 质 硅 酸盐水泥盐水泥粉煤灰质硅酸粉煤灰质硅酸盐水泥盐水泥混合材掺量活性材活性材15%15%非活性材非活性材10%0.1%能加速凝结。能加速凝结。 (4)硝酸盐类早强剂:)硝酸盐类早强剂:主要有主要有Ca(NO3)2、Ca(NO2)2和和NaNO2(5)有机早强剂)有机早强剂 :有机早强剂有二、三乙醇胺、三异丙醇胺、有机早强剂有二、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲醇、乙醇、乙酸钠、甲酸钙和尿
13、素等。最常用的是三乙醇胺甲醇、乙醇、乙酸钠、甲酸钙和尿素等。最常用的是三乙醇胺(TEA),),它具有掺量少、作用大、早强效果好等特点。它具有掺量少、作用大、早强效果好等特点。 3 早强剂作用的基本原理早强剂作用的基本原理 :不同的早强剂或相同的早强剂掺不同的早强剂或相同的早强剂掺入不同品种的水泥混凝土中,其作用并非相同:入不同品种的水泥混凝土中,其作用并非相同:(1)氯化钙早强剂:)氯化钙早强剂:CaCl2由于能与由于能与C3S水化产物水化产物Ca(OH)2作用,作用,生成不溶性复盐,同时由于盐效应和同离子效应,促进浆体水生成不溶性复盐,同时由于盐效应和同离子效应,促进浆体水化、硬化,使早期强
14、度显著提高。但掺量过多化、硬化,使早期强度显著提高。但掺量过多(1%)会产生促会产生促凝,还因凝,还因Cl对钢筋有锈蚀作用,应用上受到一定限制。对钢筋有锈蚀作用,应用上受到一定限制。 (2)三乙醇胺)三乙醇胺(TEA)早强剂:早强剂:TEA是含有一个氮和三个氧键合是含有一个氮和三个氧键合原子的原子的(NO)型螯合剂,它与很多金属离子有螯合能力,形成了型螯合剂,它与很多金属离子有螯合能力,形成了稳定程度不同的络合离子,从而增大了矿物的溶解度,致使稳定程度不同的络合离子,从而增大了矿物的溶解度,致使C3A与石膏反应与石膏反应(生成钙钒石生成钙钒石)加速,有利凝结和提高早期强度。加速,有利凝结和提高
15、早期强度。TEA中中“N”未共用的电子对的可提供性还与介质的酸度有关,当碱未共用的电子对的可提供性还与介质的酸度有关,当碱性过高时,像性过高时,像Fe3、Al3、Ti4等易发生水解,与其形成多配等易发生水解,与其形成多配位体的络合物,其稳定性较差。位体的络合物,其稳定性较差。 四四 混凝土引气剂和引气减水剂混凝土引气剂和引气减水剂 (一)引气和引气减水剂的种类(一)引气和引气减水剂的种类 引气剂一般为阴离子表面活性剂,常用的有如下几类。引气剂一般为阴离子表面活性剂,常用的有如下几类。 引气剂引气剂是在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的稳定是在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀的稳定而封闭
16、的微小气泡,以减少混凝土沁水离析、改善和易性,而封闭的微小气泡,以减少混凝土沁水离析、改善和易性,同时显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。引气减水同时显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。引气减水剂剂(AE)是具有引气和减水功能的外加剂,实际上有时难以严是具有引气和减水功能的外加剂,实际上有时难以严格区分。格区分。(1)松香酸盐类)松香酸盐类 这类引气剂的主要原料是松香类树脂,它是多种树脂酸的这类引气剂的主要原料是松香类树脂,它是多种树脂酸的混合物,有九种异构体,其中主要成分是松香酸混合物,有九种异构体,其中主要成分是松香酸 。COOHCH3CH3H3CH3C它可与它可与NaOH作用而生
17、成皂,由于含有共轭双键,易在酸催作用而生成皂,由于含有共轭双键,易在酸催化下进行热聚合,或与其它活性物质共聚,然后中和而制得,化下进行热聚合,或与其它活性物质共聚,然后中和而制得,皂类属于阴离子表面活性物质。皂类属于阴离子表面活性物质。 (2)烷基磺酸盐类)烷基磺酸盐类 如十二烷基苯磺酸钠,它是有烷基和芳基的复杂的石油分离物,如十二烷基苯磺酸钠,它是有烷基和芳基的复杂的石油分离物,经磺化中和后制得可溶性性盐,基本结构示意为:经磺化中和后制得可溶性性盐,基本结构示意为: RArSO3Na烷基烷基 芳基芳基 磺酸基磺酸基 属于阴离子表面活性物质,许多洗涤剂均属此类。其烷基中碳属于阴离子表面活性物质
18、,许多洗涤剂均属此类。其烷基中碳为为1214引气能力好。引气能力好。(3)脂肪醇及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐类)脂肪醇及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐类 ROSO3Na RO(C2H4O)nSO3Na它们都有很好的起泡能力,用于香波、化妆品、家庭及工业它们都有很好的起泡能力,用于香波、化妆品、家庭及工业的洗涤剂。其中的洗涤剂。其中C1216为佳。为佳。 引气减水剂引气减水剂有木质素磺酸盐类,它是造纸工业的副产品;还有有木质素磺酸盐类,它是造纸工业的副产品;还有石油磺化物类,它是用硫酸处理石油加工的残渣,经过石油磺化物类,它是用硫酸处理石油加工的残渣,经过NaOH或三乙醇胺中和而得的水溶性盐;及与多种减水剂
19、的复合物等。或三乙醇胺中和而得的水溶性盐;及与多种减水剂的复合物等。(二)引气剂作用原理(二)引气剂作用原理 混凝土的气泡是在混凝土的气泡是在搅拌作用搅拌作用下出下出现的,现的,而各种引气剂的作用是这而各种引气剂的作用是这些气泡能稳定存在。些气泡能稳定存在。引气剂被吸引气剂被吸附在附在 气泡表面,使气泡成为双分气泡表面,使气泡成为双分子膜结构,如阴离子型双分子膜子膜结构,如阴离子型双分子膜结构可用下图表示;这是气泡稳结构可用下图表示;这是气泡稳定分布因素之一。定分布因素之一。此外此外,因为引气剂在气泡水膜上的定向分布,降低了水膜的表,因为引气剂在气泡水膜上的定向分布,降低了水膜的表面张力而增加
20、其稳定性;气泡膜外表面呈疏水层;因而对气泡面张力而增加其稳定性;气泡膜外表面呈疏水层;因而对气泡起稳定和分散作用。还有些引气剂能与起稳定和分散作用。还有些引气剂能与Ca2+形成难溶物也沉淀形成难溶物也沉淀于气泡的外表面,因而增加了泡的厚度和强度,同样有利于气于气泡的外表面,因而增加了泡的厚度和强度,同样有利于气泡的稳定。泡的稳定。 与气泡作用相反,在形成气泡的条件下,若加入表面活性更高与气泡作用相反,在形成气泡的条件下,若加入表面活性更高的物质,它们进入气泡的双分子层后,破坏了气泡膜原有的力的物质,它们进入气泡的双分子层后,破坏了气泡膜原有的力学平衡状态致使气泡破裂,学平衡状态致使气泡破裂,此
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