水泥和石灰.ppt

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第三章第三章水泥与石灰水泥与石灰学习要点：

学习要点：

本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、水化、凝结硬化机理、技术性质和技术标准。

组成、水化、凝结硬化机理、技术性质和技术标准。

同时简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种同时简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。

对比介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。

水泥。

对比介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。

通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、水化、凝结硬化的机理和技术性质的物成分特性、水化、凝结硬化的机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。

检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。

无机胶凝材料无机胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料只能在空气中硬化，如石灰、石膏。

既可以在空气中，也可在水中硬化，如水泥。

第一节第一节硅酸盐水泥硅酸盐水泥一、概述1.定义定义：

水泥是一种多级分的人造矿物粉料，与水拌和后成为塑性胶体，既能在空气中硬化，也能在水中硬化，并能将砂石等材料的结合成具有一定强度的整体，水泥是水硬性无机胶凝材料。

水泥水泥2.分类分类：

按化学成分分类按用途和性能分类硅酸盐类水泥铝酸盐类水泥硫铝酸盐类水泥铁铝酸盐类水泥氟铝酸盐类水泥通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥特种水泥特种水泥3.水泥的优缺点水泥的优缺点优优点：

点：

高的强度及稳定性高的强度及稳定性料源广泛料源广泛经济性好经济性好工艺简单工艺简单1、自重大2、刚度大，变形小3、收缩及裂缝现象4、污染环境（温室效应）缺缺缺缺点点点点：

4.硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐系水泥品种硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥（P）普通硅酸盐水泥（PO）掺混合材的硅酸盐水泥（PS,PP,PF）特性硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、05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，称为硅酸盐水泥（即国外通称的PortlandCement）。

又根据混合料的掺量分为P和P两类。

5.硅酸盐水泥的发展简史硅酸盐水泥的发展简史1824年，英国的砖瓦匠JhonAspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术；1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产大规模化；六大水泥：

硅酸盐水泥、普硅、矿渣、火山灰、粉煤灰、复合。

“两磨一烧”6.硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产粘土质粘土质（SiO2、Al2O3）石灰质石灰质（CaO）1450调节原料调节原料（Fe2O3）石膏石膏石膏石膏水水泥泥生生料料熟熟料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉磨磨煅煅烧烧粉粉磨磨1.硅酸盐水泥的原料与生料的化学组成硅酸盐水泥的原料与生料的化学组成生料主要化学成分：

，和。

2.硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成

（1）经高温煅烧后，以上四种化学成分化合为熟料中的主要矿物组成：

硅酸三钙简式为硅酸二钙简式为铝酸三钙简式为铁铝酸四钙简式为二、硅酸盐水泥的矿物组成和化学成分

（2）四种矿物的技术特性四种矿物的技术特性水泥中主要矿物组成，含量通常为水泥中主要矿物组成，含量通常为5050左右，对硅酸盐左右，对硅酸盐水泥影响大。

水泥影响大。

水化速度较快，水化热高，早期强度高。

水化速度较快，水化热高，早期强度高。

水化速度较慢，水化热很低。

水化速度较慢，水化热很低。

早期强度较低而后期强度较高。

早期强度较低而后期强度较高。

耐化学侵蚀较高，干缩性较小。

耐化学侵蚀较高，干缩性较小。

水化反应速度最快，水化热最高。

水化反应速度最快，水化热最高。

早期强度较高，但强度绝对值小。

早期强度较高，但强度绝对值小。

耐化学腐蚀性差，干缩性大。

耐化学腐蚀性差，干缩性大。

（注：

的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常（注：

的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成的水化产物）。

的水化产物）。

遇水反应较快，水化热较高。

遇水反应较快，水化热较高。

强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。

强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。

耐化学腐蚀性好，干缩性小。

耐化学腐蚀性好，干缩性小。

（33）水泥熟料主要矿物组成的性质比较）水泥熟料主要矿物组成的性质比较）水化反应速度）水化反应速度）水化热）水化热）抗压强度早期）抗压强度早期后期后期可见，和是水泥强度的主要来源。

可见，和是水泥强度的主要来源。

）对抗折强度和抗冲击强度有利。

）对抗折强度和抗冲击强度有利。

）耐化学腐蚀性）耐化学腐蚀性）干缩性）干缩性硅酸盐水泥主要矿物组成与特性硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成矿物组成C3SC2SC3AC4AF与水反应速度与水反应速度快快慢慢最快最快中中水化热水化热高高低低最高最高中中早期早期高高低低中中低低后期后期高高高高低低中中耐化学侵蚀耐化学侵蚀中中好好差差优优干缩性干缩性中中小小大大小小大致含量大致含量356510400155153.石膏石膏为调节水泥的凝结速度，需掺入适量的石膏，因此石膏为调节水泥的凝结速度，需掺入适量的石膏，因此石膏也称作水泥的缓凝剂，一般是二水石膏或无水石膏。

也称作水泥的缓凝剂，一般是二水石膏或无水石膏。

水泥中石膏掺量主要决定于水泥中石膏掺量主要决定于的含量，也与混合材料的的含量，也与混合材料的种类和数量有关。

种类和数量有关。

4.水泥中的有害成分及其危害水泥中的有害成分及其危害

（1）游离态氧化钙（）游离态氧化钙（f-CaO）、氧化镁）、氧化镁MgO：

体积安定：

体积安定性，结构破坏；性，结构破坏；

（2）三氧化硫）三氧化硫SO3：

体积不均匀变化；体积不均匀变化；（3）碱含量）碱含量Na2O+K2O：

与碱活性材料反应，局部膨胀。

：

与碱活性材料反应，局部膨胀。

三、硅酸盐水泥的技术性质1.新拌水泥浆体的凝结与硬化新拌水泥浆体的凝结与硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体。

过程变成坚硬固体。

水泥加入适量水调成水泥浆后，经过一段时间因本身物水泥加入适量水调成水泥浆后，经过一段时间因本身物理变化会逐渐变稠，失去塑性，这一过程称为理变化会逐渐变稠，失去塑性，这一过程称为初凝初凝，开始具，开始具有强度称为有强度称为终凝终凝。

由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结，终凝以后强度逐由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结，终凝以后强度逐渐提高，并形成人造石，这称渐提高，并形成人造石，这称“硬化硬化”。

（1）水泥熟料矿物的水化反应及其水化生成物硅酸三钙硅酸三钙2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2硅酸二钙硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa（OH）2铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！

3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）20H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O37H2O=3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O水泥颗粒水泥颗粒水水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体水泥水化物膜层水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。

水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。

凝结期：

水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。

随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。

进入硬化期。

（2）水泥的凝结硬化过程先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入潜伏期潜伏期；因渗透压或Ca（OH）Ca（OH）22的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化硬化。

（3）石膏的缓凝作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。

调节水泥的凝结时间。

导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。

2.硬化水泥石的组成与结构水泥石的组成固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒u胶体相：

水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；u晶体相：

硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；气相各种尺寸的孔隙与空隙u凝胶孔u毛细孔u工艺空隙液相水或孔溶液u自由水u吸附水u凝胶水水泥石的组成随水泥水化度而变背背散散射射扫扫描描电电镜镜照照片片未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒C-S-H氢氢氧氧化化钙钙单硫型硫单硫型硫铝酸盐铝酸盐

（1）水泥矿物组成）水泥矿物组成

（2）水泥细度）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量）拌合用水量（5）水泥中的混合材）水泥中的混合材（6）水泥外加剂）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素：

1）水泥成分；2）细度；3）养护条件（温度和湿度）；4）龄期；5）拌和用水量；6）贮存条件（时间、湿度、水化碳化）水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数：

R（t）=f（C3S）f（细度细度）f（T）f（W/C）C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。

含量多，凝结硬化快，反之亦然。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化分有利于水泥的凝结硬化。

水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。

速度越慢。

掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。

掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。

有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。

有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。

小结3.硬化水泥石的腐蚀与防止

（1）水泥石的腐蚀类型）水泥石的腐蚀类型淡水侵蚀（溶析性侵蚀）淡水侵蚀（溶析性侵蚀）盐类侵蚀盐类侵蚀酸类侵蚀酸类侵蚀碱类侵蚀碱类侵蚀

（2）水泥石腐蚀的原因）水泥石腐蚀的原因外因外因内因内因（3）防止水泥石腐蚀的措施）防止水泥石腐蚀的措施根据工程的环境特点，合理选择水泥品种根据工程的环境特点，合理选择水泥品种提高混凝土的密实度，降低孔隙率提高混凝土的密实度，降低孔隙率在水泥石的表面设置保护层在水泥石的表面设置保护层

（1）水泥石的腐蚀类型）水泥石的腐蚀类型淡水侵蚀（溶析性侵蚀）淡水侵蚀（溶析性侵蚀）机理：

机理：

当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca（OH）2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。

尤其是处于压力水或溶失和转变，产生大量孔隙。

尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。

流水条件下，腐蚀越快。

破坏形式：

破坏形式：

水化物水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。

增多、强度降低，直至整体破坏。

盐类侵蚀盐类侵蚀硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀腐蚀机理：

腐蚀机理：

硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。

硫酸硫酸盐与水泥石