硅酸盐水泥的凝结硬化过程五课件.ppt

1、建筑材料建筑材料第四章第四章 水水 泥泥 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥1 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥2 其他品种水泥其他品种水泥3 水泥技术性质试验水泥技术性质试验45 5常见的水泥灌装水泥袋装水泥耗材、破袋、污染不用袋，没破袋损耗和污染水泥，粉状水硬性水泥，粉状水硬性无机胶凝材料无机胶凝材料。水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度在水中硬化，保持并继续发展其强度.水泥加水搅拌后，经水化反应由稀变稠，最终形水泥加水搅拌后，经水化反应由稀变稠，最终形成坚硬的水泥石。成坚硬的水泥

2、石。水泥水化过程中，能把砂、石等散粒材料牢固地水泥水化过程中，能把砂、石等散粒材料牢固地胶结成整体而形成各种水泥品种。胶结成整体而形成各种水泥品种。水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。广泛的应用。特性水泥特性水泥 快硬水泥快硬水泥 膨胀水泥膨胀水泥 抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥 中热水泥中热水泥第一节硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥v一。硅酸盐水泥生产简介：一。硅酸盐水泥生产简介：v1.原料：原料：原料石灰质原料CaO粘土质原料SiO2、AI2O3、Fe2O3石灰岩粉煤灰白

3、垩石灰石贝壳粘土黄土河泥2.水泥生产工艺v“两磨一烧两磨一烧”原料原料生料生料熟料熟料水泥成品水泥成品石膏石膏磨细煅烧磨细按比例混合1350-1450C水泥颗粒宏观形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构二。组成组成化学分子式化学分子式缩写缩写硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2C3S硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2C2S铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3C3A铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF矿物种类矿物种类硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙缩写缩写C3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度

4、水化速度快快慢慢最快最快快快水化热水化热多多少少最多最多较多较多强度强度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蚀性抗腐蚀性好好好好差差极好极好收缩收缩中中较大较大大大小小三。水泥品种四。硅酸盐水泥的凝结硬化过程水泥水泥水水流动性、流动性、可塑性可塑性开始失去开始失去可塑性可塑性坚硬坚硬水泥石水泥石完全失完全失去塑性去塑性初凝初凝拌和拌和水化水化水化水化硬化硬化终凝终凝 1.水泥的水化、凝结和硬化 2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 3CaOAl2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3

5、H2O2.影响水泥凝结硬化的主要因素v（1)矿物组成矿物组成v不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强水化速率最快，放热量最大而强度不高；度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。因素。(2)水泥细度v在矿物组成

6、相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。就快，早期强度就高。(3)拌和水量水泥浆水灰比 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水泥浆水泥浆+水较多水较多 水灰比较大水灰比较大 水泥的初期水化反水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥浆应得以充分进行；但是水泥浆凝结较慢。凝结较慢。水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形水泥

7、浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多成的孔隙较多,造成水泥石的强度较低，造成水泥石的强度较低，因此水泥浆因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。（4）石膏的掺量v 石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延

8、缓了水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。凝结时间。l 石膏与水化铝酸钙反应生成石膏与水化铝酸钙反应生成l 为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。腐蚀的学习得到答案。3CaOAl2O36H2O+H2O+CaSO42H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O （5）环境温度与湿度v在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。化热较多。v温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。

9、温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。v高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。下降。v水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。的水化将得以充分进行，强度正常增长。v洒水养护洒水养护2-3周周（6）龄期-硬化时间v水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要

10、温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。年。定义细度指水泥颗粒的粗细程度。讨论与分析缺点:水泥越细优点：？水泥的细度对水泥的性能影响很大，水泥颗粒越细，与水接触面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。同时在硬化时收缩大，容易产生裂缝。五。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的主要技术性质2.标准稠度用水量2.标准稠度用水量P%=P%=水量水量ml/ml/水泥水泥1g1g。定义：水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。水泥全部加入水中

11、可塑性完全失去可塑性初凝终凝3.凝结时间水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。讨论与分析结论结论1：水泥的：水泥的初凝时间初凝时间不能过不能过短短，否则在施工，否则在施工前即已前即已失去失去流流动性和可塑性而动性和可塑性而无法施工。无法施工。结论结论2：水泥的：水泥的终凝时间终凝时间不能过不能过长长，否则将延长，否则将延长施工进度和模板施工进度和模板周转期。周转期。请观看凝结时间试验动画初凝时间不得初凝时间不得早于早于45min45min终凝时间不得终凝时间不得迟于迟于6.5h6.5h。同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。GB规定4.体积安

12、定性v 水泥凝结硬化过程中，体积变化的均匀性称为体积安定性v 若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好v 若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。v体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！v 水泥熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。v 因为水泥熟料中的游离因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥倍。产生不均匀体积变化，造

13、成水泥石开裂、翘曲。石开裂、翘曲。v 石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀生膨胀。100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验5.强度v水泥强度等级按规定龄期的抗压强水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分。度和抗折强度来划分。6.水化热v 水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。v放热特征放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。内释放。v水化热的益处与危害：水化热的益处与危害：水化热有

14、利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。大体积混凝土，更是如此。v水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 7.密度与堆积密度3.0-3.15g/cm3.0-3.15g/cm3 3,通常通常3.1g/cm3.1g/cm3 31000-1600kg/m1000-1600kg/m3 3六。硅酸盐水泥的腐蚀与防治v 在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质在使用环境中，硅酸盐水

15、泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性耐腐蚀性。简简 介介水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度。期强度。水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完遭到破坏，强度和耐久性

16、降低，甚至完全破坏的现象。全破坏的现象。腐蚀类型腐蚀类型软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀特点特点介质介质软水（含软水（含HCO3少的水，如雨水、雪水和蒸少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。过程过程当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和化钙不断溶解流失，水泥石

17、的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解还引起了水泥石中的其它水化产物的分解l 在硬水中会发生如下反应在硬水中会发生如下反应l 生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层空隙中，形成密实的保护层l 预防措施预防措施l将与软水接触的混凝土，事先在空气中将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化碳化将与软水接触的混凝土，事将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化先在空气中碳化生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石生成的氢氧化钙几乎不溶

18、于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层的空隙中，形成密实的保护层 22432242323133203124OHCaOHCaSOOAlCaOOHCaSOOHOAlCaO 结晶膨胀结晶膨胀 MgCl2+Ca(OH)2 =Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2+H2O=Mg(OH)2+CaSO42H2O 结晶膨胀结晶膨胀易溶于水易溶于水 l 特点特点l以镁盐为介质的海水、地下水等以镁盐为介质的海水、地下水等l镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石l 腐蚀过程举例：腐蚀过程举例

19、：Ca(OH)2+CO2+H2O CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2 易溶于水易溶于水u特点特点u以碳酸盐为介质的海水、地下水等以碳酸盐为介质的海水、地下水等u碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石水的产物，破坏水泥石u腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：易溶于水易溶于水 结晶膨胀结晶膨胀OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2 u特点特点u以酸性介质为主的工业环境等以酸性介质为主的工业环境等u酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、

20、结晶膨胀的产物，破坏水泥石结晶膨胀的产物，破坏水泥石u腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：碱的腐蚀碱的腐蚀CHAlONaNaOHA3223COHCONaCONaOH2322 易溶于水易溶于水干燥空气干燥空气 结晶膨胀结晶膨胀腐蚀原因腐蚀原因内因内因水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易于进入其内部；于进入其内部；腐蚀与介质相互作用；腐蚀与介质相互作用；外因外因腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度 防治措施防治措施小结：v一。硅酸盐水泥生产简介：一。硅酸盐水泥生产

21、简介：v二。二。v三。水泥品种三。水泥品种v四。硅酸盐水泥的凝结硬化过程四。硅酸盐水泥的凝结硬化过程v五。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的主要技术性五。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的主要技术性质质v六。硅酸盐水泥的腐蚀与防治六。硅酸盐水泥的腐蚀与防治仔细观察：仔细观察：以下是以下是A、B两种硅酸盐水两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分泥熟料矿物组成百分比含量，请分析析A、B两种硅酸盐水泥的早期强两种硅酸盐水泥的早期强度及水度及水 化热的差别。化热的差别。矿物组成矿物组成C C3 3S/S/C C2 2S/S/C C3 3A/A/C C4 4AF/AF/A水泥水泥6060151516169 9B

22、水泥水泥4747282810101515 矿物组成矿物组成C C3 3S/S/C C2 2S/S/C C3 3A A/C C4 4AF/AF/A水泥水泥6060151516169 9B水泥水泥4747282810101515性质性质C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速度凝结硬化速度快快慢慢最快最快较快较快水化时放出热量水化时放出热量大大小小最大最大中中强度强度高低高低高高早期低、早期低、后期高后期高低低中中发展发展快快慢慢快快较快较快请分析请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。度及水化热的差别。仔细观察。请分析仔细观察。请分析A、B两种硅酸盐水泥的早两种硅酸

23、盐水泥的早期强度及水化热的差别。期强度及水化热的差别。结论：结论：A水泥的水泥的C3S及及C3A含量高，而含量高，而C3S及及C3A的的 早期强度及水化热都较高，故早期强度及水化热都较高，故A水泥的早期水泥的早期 强度与水化热高于强度与水化热高于B水泥。水泥。矿物组成矿物组成C C3 3S/S/C C2 2S/S/C/C/C C4 4AF/AF/A水泥水泥6060151516169 9B水泥水泥4747282810101515课后作业v复习指导与练习复习指导与练习vp34分析讨论v由于某种原因，实验室里遗失了四种白色由于某种原因，实验室里遗失了四种白色粉末的标签，已知其分别为建筑石膏、生粉末的标签，已知其分别为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥。请利用本课程学过的知识加以鉴别。请利用本课程学过的知识加以鉴别。