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硅酸盐水泥分析解析

2020-07-11 01:27 作者:pokerking club 点击:

  硅酸盐水泥 复习回顾 石灰 气硬性胶 凝材料 无机胶凝 材料 硅酸盐水泥 水硬性胶 凝材料 其他水泥 石膏 水玻璃 学习目标 了解硅酸盐水泥的概念 熟悉硅酸盐水泥的生产过程及熟料矿物组成 掌握硅酸盐水泥的凝结硬化,技术要求。 学习重、难点 硅酸盐水泥的凝结硬化 硅酸盐水泥技术要求 水泥的历史 古罗马人:在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物 1756年:英国工程师J.斯米顿发现:要获得水硬性石灰,必须采用含有粘土 的石灰石来烧制 ,这一发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。 1796年,英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥,外观呈棕色,很像古罗 马时代的石灰和火山灰混合物,命名为罗马水泥。 1824年:英国人建筑工人阿斯普丁发明了用石灰石和粘土为原料,按一定比 例配合后,在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料,再经磨细制成水泥。他因 此而取得专利。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头 相似,被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能,在水泥史上具有划时代 意义。 1889年,中国河北唐山开平煤矿附近,设立了用立窑生产的唐山“细绵土” 厂。 1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司,年产水泥4万吨。 20世纪:全世界的水泥品种已发展到100多种,2007年水泥年产量约20亿吨。 硅酸盐水泥 通用水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 水泥 专用水泥 复合硅酸盐水泥 如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥 、大坝水泥等 特性水泥 如白色硅酸盐水泥、快凝快硬 硅酸盐水泥等 一、硅酸盐水泥的概念 凡由硅酸盐水泥熟料、0 ? 5 %石灰或粒化高炉矿 渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸 盐水泥,国外称为波特兰水泥(portland cement) 硅酸盐水泥分有P??、 P??两种类型。 不掺加混合材料的称?型硅酸盐水泥,其代号为P??; 在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量 5% 石 灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称?型硅酸盐水泥, 其代号为P??。 二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成 1、生产工艺 主要原料: (1)石灰质原料:提供CaO,有石灰石、贝壳、 石灰质凝灰岩。 (2)粘土质原料:提供SiO2、Al2O3,少量Fe2O3 ,有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等、 (3)铁矿粉:提高Fe2O3的含量,有黄铁矿渣。 另外还有少量的矿化剂(如萤石)改善煅烧条件。 两磨一烧 a、生料的制备 b、生料的煅烧 c、熟料的磨细 石灰石 黏 土 按比例 混合磨细 生 料 煅烧 1450℃ 熟 料 磨细 水泥成品 铁矿粉 石 膏 混合材料 2、矿物组成 硅酸盐水泥的主要矿物组成包括: 名 称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 化学式 3CaO·SiO2 缩写式 C3 S 含量范围 37% ? 60% 15% ? 37% 7% ? 15% 10% ?18% 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 C2 S C3 A 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 水泥中的其它成分: 游离CaO和MgO 潜在危害严重影响水泥体积安定性 硅酸盐水泥熟料矿物组成的特性: 硅酸三钙 C3S 水化速度 水化热 强度 耐化学侵蚀 干缩性 快 多 高 好 较大 硅酸二钙 C2S 慢 少 早期低后期高 矿物组成 铝酸三钙 C3A 最快 最多 低 差 大 铁铝酸四钙 C4AF 中 较多 中(抗折强度) 最好 小 好 中 三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 硅酸盐水泥水化后生成的主要水化产物有: ?水化硅酸钙(C-S-H):70% ?氢氧化钙(Ca(OH)2):20% ?水化铝酸钙( 3CaO?Al2O3?6H2O ?水化铁酸钙( CaO?Fe2O3?H2O ) ) ?水化铝酸钙(钙矾石)( 3CaO?Al2O3?3CaSO4? 32H2O ) 凝结与硬化 ?凝结 水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体,随着水 化的不断进行,水分的不断蒸发,起润滑作用的自由水分逐渐减 少,水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分 ?硬化 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度,并逐渐发 展成为坚硬的水泥石的过程。 凝结硬化过程示意图 (a)分散在水中未水化的水泥 颗粒 (b)在水泥颗粒表面形成水化 物膜层 (c)膜层长大并互相连接(凝 结) (d)水化物进一步发展,填充 毛细孔(硬化) 1—水泥颗粒 2—水分 3—凝胶 4—晶体 5—水泥颗粒的未水化内核 6—毛细孔 四、硅酸盐水泥的技术性质 1、细度 (1)定义:水泥颗粒的粗细程度或分散度。 (2)细度与性质关系:细度决定了水泥与水接触的表面积, 从而影响水泥的凝结时间和性质。 水泥细度和性质关系 细度 <40μ 过细 >100 μ 与水接触面积 大 很大 小 凝结硬化速度 高 很高 低 性质 早强高 硬化收缩大,易受潮而降 低活性;成本高 强度低 (3)指标( GB175-2007) ?比表面积:是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和(m2/kg,cm2/g) ——勃氏法(适用于硅酸盐水泥比表面积>300 m2/kg ) ?筛 余 量: 通过0.08mm方孔筛的筛余量(%) ——负压筛法(适用于其它水泥) 注意 细度不合格者为不合格品 勃氏透气仪 筛分仪 2、凝结时间 (1)定义:水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间, 称为凝结时间 (2)两种状态 初凝状态:水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性 所需的时间——初凝时间 终凝状态:水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间——终凝时间 (3)工程意义 水泥的初凝时间不宜过早,以便施工时有充分时间搅拌、运输、浇注和砌筑 等操作;否则在施工前已失去流动性和塑性而无法施工。 水泥的终凝不宜过迟,以便施工完毕后尽快硬化,达到一定的强度,以利于 下一步施工工艺的进行;否则将延长施工进度和模板的周转率。 (4)标准要求 初凝时间不得早于45min,终凝不得迟于390min 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。 (5)凝结时间测定 仪器:采用凝结时间测定仪(维卡仪) 水泥浆体:采用水泥标准稠度净浆。 初凝时间:试针距底板距离为4mm±1mm。 终凝时间:当试针沉入试体0.5mm时,即 环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。 注意 初凝不合格者为废品; 终凝不合格者为不合格品 3、体积安定性 (1)定义: 安定性:水泥浆在硬化过程中,体积变化均匀的性能。 体积安定性不良:水泥硬化后产生不均匀的体积变化(裂缝后弯曲) (2)安定性不良的原因: 熟料中f-CaO过多 熟料中f-MgO 过多 石膏掺量过多:硬化后,仍有CaSO4存在,则CA、水化铝酸钙与之反 应,形成钙矾石(水泥杆菌),体积膨胀1.5倍,引起水泥石开裂。 (3)测定方法(沸煮法——加速实验法) 饼法:观察水泥净浆在煮沸后的外形变化 雷氏夹法:测量水泥石煮沸后的膨胀值 (4)限制 上述方法仅适用于测出f-CaO 是否过量。 f-MgO 和石膏不能通过加速实验的方法检测。 所以,它们必须在生产工艺中严格控制,避免过量 标准规定: ? f-MgO≯ 5% ? SO3≯3.5% 注意 安定性不合格的水泥是废品,不能用于任何工程中。 废品水泥和不合格水泥 GB175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定: 凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合 本标准规定时,均为废品。 凡细度、终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺 加量超过最大限量和低于商品强度等级指标时为不合格品。

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