水硬性胶凝材料--水泥.ppt

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1,警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？

试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？

石灰的特性有：

可塑性、硬化、硬化时体积和耐水性等。

建筑石膏特性：

凝结硬化、孔隙率、表观密度，强度凝结硬化时体积、防火性能等。

2,A,B,A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。

石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，从而形成膨胀性裂纹。

石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。

尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。

3,第5讲水硬性胶凝材料水泥

（1）,1.硅酸盐水泥的生产和矿物组成2.凝结硬化原理3.技术性质、特性及应用4.水泥石的腐蚀与防止,4,水泥中的主要矿物,硅酸盐系水泥,铝酸盐系水泥,硫铝酸盐系水泥,磷酸盐系水泥,硫铝酸钙,硅酸钙,铝酸钙,磷酸钙,镁,水泥的分类,5,水泥的特性,膨胀水泥,快硬水泥,低热水泥,抗腐蚀水泥,硬化时膨胀,硬化速度快,水化热低,耐腐蚀性好,水泥的分类,6,凡由硅酸盐水泥熟料、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。

硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：

不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为P.I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，其代号为.II。

一、硅酸盐水泥的生产和矿物组成,7,硅酸盐水泥熟料-主要胶凝物质，能水化硬化；石膏-调节水泥的凝结时间；混合材料-调节水泥的强度等级；,通用硅酸盐水泥的组成材料,分类：

按混合材料的品种和掺量分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥,硅质（粘土）,钙质（石灰石）,1450,调节原料（铁矿粉）,石膏,石膏,水泥,生料,熟料,混合材,水泥制造的“两磨一烧”工艺流程,粉磨,煅烧,粉磨,生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产种,化学组成：

主要成分：

CaO（=C），SiO2（=S），Al2O3（=A），Fe2O3（=F）少量杂质：

MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。

矿物组成：

硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：

2、硅酸盐水泥熟料的组成,11,某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40min，本属于废品。

但后放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。

该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。

加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其它熟料矿物的水化速度。

从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。

水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。

故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。

但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。

12,水泥颗粒宏观形貌,水泥颗粒的结构,水泥熟料颗粒细观形貌,水泥熟料矿物微观结构,13,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,1、硅酸盐水泥的水化2、硅酸盐水泥的凝结硬化3、影响水泥凝结硬化的因素,14,水泥矿物水化的反应式如下：

2（3CaOSiO2）+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca（OH）2水化硅酸钙氢氧化钙2（2CaOSiO2）+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca（OH）23CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O水化铝酸三钙4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O水化铁酸钙,1.硅酸盐水泥的水化,空间网状结构,六方结晶,立方体结晶,15,特征：

水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固液异相反应。

反应速度序列：

半水石膏CaSO40.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙-C2S的水化,来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：

CaSO42H2OCaSO40.5H2O+1.5H2O,16,CSH凝胶体结构,水化硅酸钙的形成,重新排列和凝聚后的凝胶体结构,17,硅酸钙矿物颗粒的电镜照片,硅酸钙矿物水化后的电镜照片,硅酸钙矿物水化物的特征,硅酸钙的水化产物C-S-H与Ca（OH）,18,铝酸三钙C3A的水化,铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙：

C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3AH6（不稳定的中间产物）（稳定产物）这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！

避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O,这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！

这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。

19,铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应,C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙钙矾石晶体，并放出大量热：

C3A+3CH2+26HC3A3C3H32+300cal/g

（1）（钙钒石）反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物：

C3A+C3A3C3H32+4HC3AC3H12

（2）石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：

C3A+18H2OC3AH6（3）,石膏缓凝机理：

钙钒石的形成反应

（1）速度比纯C3A的反应（3）慢；在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。

20,Summary,硅酸钙的水化2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羟钙石铝酸钙的水化C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3A+3CH2+26HC3A3C3H32+300cal/g（钙钒石）C3A+C3A3C3H32+4HC3AC3H12铁铝酸钙的水化C4AF+13HC4（A,F）H13C4AF+3CH2+26HC3（A,F）3C3H32C4AF+CH2+26HC3（A,F）C3H12,水泥的水化过程：

当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；几分钟内，Ca2、SO4、Al3、OH离子间反应，形成钙钒石；几小时后，Ca（OH）2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。

此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。

21,硅酸盐水泥熟料矿物组成的基本特性,见P71,22,某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。

该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：

C3S：

61C2S：

14C3A：

14C4AF：

11,分析：

由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。

解决方案：

首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低的水泥。

其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。

23,2、硅酸盐水泥的凝结硬化,凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。

24,水泥浆体凝结硬化过程,25,硅酸盐水泥的凝结和硬化,E,A凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C孔隙（毛细孔、凝胶孔等）D未水化的水泥颗粒E水（自由水和吸附水）,26,水泥石的组成固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒胶体相：

水化硅酸钙C-S-H凝胶和水化铁酸钙凝胶等；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凝胶孔毛细孔工艺空隙液相水或孔溶液自由水吸附水凝胶水水泥石的组成随水泥水化度而变,27,3、影响水泥凝结硬化的因素,1）水泥矿物成分（见表3-5）2）水泥细度相同品种的水泥，颗粒越细，总表面积越大，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就快，早期强度就高。

（思考：

水泥细度是否越细越好？

）3）用水量加水太多，水化充分，但水化物间加大了距离，延缓凝结硬化。

同时水份蒸发，孔隙增大，强度减小。

工程中用水灰比控制。

28,4）养护时间水泥加水拌和后的前4周水化速度较快，强度发展也快4周之后显著减慢只要维持适当的温度和湿度，水泥的水化将不断进行5）温度和湿度温度高，湿度适宜，凝硬快。

但T800C时，凝硬慢，强度低T00C时，水化停止相对湿度90，水泥凝硬快标准养护条件：

温度20C3C，相对湿度95%,29,6）石膏掺量作用：

水泥中掺入适量石膏，调节水泥的凝结硬化速度。

原因：

如掺入适量石膏，石膏与水化铝酸钙作用生产难溶的水化硫铝酸钙（钙矾石），它沉淀在水泥颗粒表面形成了保护膜，阻止了铝酸三钙的水化反应，控制了其水化反应速度。

如果不掺入或掺入量不足，水泥会发生瞬凝现象；如果掺入量过多，则形成过多的钙矾石，体积膨胀，引起水泥石开裂。

30,本讲小结1、通用硅酸盐水泥的生产原料、组成材料、熟料的矿物组成。

2、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化、水化产物、影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素。