chap4水泥1生产水化

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1、气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料第10章 建筑塑料与粘合剂 无机胶凝材料石膏石灰水玻璃水泥第8,9章 沥青胶凝材料有机胶凝材料凝结硬化条件第第4章章 水泥水泥4.1 硅酸盐水泥4.1 硅酸盐水泥(波特兰水泥）Portland cement水泥的生产和矿物组成硅酸盐水泥的水化及凝结硬化硅酸盐水泥的技术性能4.1.1硅酸盐水泥的定义水泥的生产和矿物组成“Portland”水泥来源 1824年，英国泥瓦匠Joseph Aspding 将石灰石与粘土混合制成料浆，高温煅烧磨细后得到水泥。这种水泥硬化体的颜色与英国的波特兰岛（PortlandPortland）生产的一种石材石材的颜色极为相似，所以将这一种水

2、泥叫波特兰水泥（Portland Cement）。波特兰水泥波特兰水泥的主要矿物成分是硅酸盐类，所以在我国又叫硅酸盐水泥硅酸盐水泥。水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑4.1.2硅酸盐水泥的生产原材料：石灰质原料(CaO)-石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料(SiO2,Al2O3,Fe2O3)，粘土、黄土等。铁质校正原料(Fe2O3)，铁矿粉、黄铁矿渣硅质校正原料(SiO2)，砂岩，粉砂岩Q1.1：生产硅酸盐水泥的主要原料有_ a白云石；b粘土；c铁矿粉；d矾土；e石灰石 硅酸盐水泥生产：两”磨”一”烧”的工艺 p69Q1.1：生产硅酸盐水泥的主要原料有_ a白云石；b粘土；c铁矿粉；

3、d矾土；e石灰石 Q1.1：生产硅酸盐水泥的主要原料有b、c、e a白云石；b粘土；c铁矿粉；d矾土；e石灰石 水泥熟料矿物组成水泥熟料矿物组成 4.1.3硅酸盐水泥的矿物组成23SiOCaO22SiOCaO323OAlCaO32324OFeOAlCaO矿物名称矿物名称化学式化学式简写简写范围范围(wt,%)硅酸三钙硅酸三钙C3S3760%硅酸二钙硅酸二钙C2S1537%铝酸三钙铝酸三钙C3A715%铁铝酸四钙铁铝酸四钙C4AF1018%游离氧化钙游离氧化钙f-CaO安定性安定性游离氧化镁游离氧化镁f-MgO安定性安定性碱碱Na2O+0.658K2O碱骨料反应碱骨料反应70%化学组成化学组成C

4、aO 60 to 65%SiO2 20 to 25%Al2O3 3 to 6%Fe2O3 0.5%to 4%MgO 1%to 3%SO3 1.5%to 3%Na2O and K2O less than 1%4.1.4硅酸盐水泥的水化 4.1.4硅酸盐水泥凝结硬化P72Definition and CompositionCement+Water(Admixture)Cement paste+Fine AggregateMortar+Coarse AggregateConcreteComposition of Concrete是一个放热过程若干天若干小时几十分钟AFm形成终凝水化快速形成AFt形成

5、初凝C-S-H和CH放热速率硅酸盐水泥的水化放热曲线水化前后固相及所站体积的变化和水化放热曲线3C AC AFCSH24C S2C S3盐水化物硫铁铝酸Ca(OH)2C-S-H硅酸盐水泥的水化硬化硅酸盐水泥的水化硬化 （1）水）水 化化hydration CHHSCHSC323233 6323AHCOHAC铝酸三钙+水=水化铝酸钙 CFHAH7634CHAFC 硅酸三钙+水 =水化硅酸钙+氢氧化钙 22222)(3234)SiO(2CaO2OHCaOHSiOCaOOH硅酸二钙+水=水化硅酸钙+氢氧化钙铁铝酸四钙+水=水化铝酸钙+水化铁酸钙OHCaSOOAlCaOOHOHCaSO24322243

6、232332623OAl3CaO)123(34)3(2323324322322432OHCaSOOAlCaOOHOAlCaOOHCaSOOAlCaO在有石膏存在时 水 三硫型水化硫铝 水 石膏 硅酸三 钙酸钙当石膏耗尽时单硫型水化硫铝酸钙水 铝酸三钙三硫型水化硫铝酸钙不掺石膏的水泥，由于C3A的迅速水化将导致水泥的不正常急速凝结，即瞬凝（flash set），使水泥不能正常使用。水泥中掺入适量石膏是为了调节水泥凝结时间则硅酸盐水泥与水作用后，生成的五种主要水化产物是:(1)水化硅酸钙、(2)水化铝酸钙、(3)水化铁酸钙(4)氢氧化钙(5)水化硫铝酸钙（三硫型水化硫铝酸钙AFt、单硫型水化硫铝酸

7、钙AFm).Question 2：The purpose of adding gypsum during the production of cement is 1.to increase the strength 2.to avoid flash set 3.to speed up hydration 4.to initiate false setPage 732C-S-HCa(OH)3AFmAFt孔隙率电阻率C A,FH4强度2890天27小时26130115分钟渗透性(c)(b)(a)硬化期初始反应期潜伏期凝结期2022-12-1447水化产物的形态 microstructure for

8、mation process2C-S-HCa(OH)3AFmAFt孔隙率电阻率C A,FH4强度2890天27小时26130115分钟渗透性(c)(b)(a)硬化期初始反应期潜伏期凝结期X和Y哪一个代表水泥水化产物AFtCa(OH)2134YXC(AF)HAmount of typical cement hydration with timeCSH gel课本p93,p732硅酸盐水泥的凝结硬化失去塑性即“凝结”(setting)，到有一定强度的“硬化”(hardening)过程。水化程度发展曲线强度增长水泥水化时间ff终凝初凝固态塑 性流态4.1.6 影响水泥凝结硬化的6因素 Page74T

9、hree interior factorsThree exterior factors(1)矿物成分mineral component 四种矿物的强度发展顺序是:C3SC2SC3AC4AFStrength DevelopmentC AF43C AC S23C S龄期(天)抗压强度(MPa)3601809028020406080The hydration rateC3A C3S C4AF C2S Question 3：The order of hydration rate for the following compounds in Portland cement is 1.C3A C3S C4

10、AF C2S 2.C3S C3A C2S C4AF 3.C3A C2S C4AF C3S 4.C2S C3S C3A C4AF 混合材料的组成：(2)细度细度 fineness 细度是指水泥颗粒的粗细程度，对水泥的性质有很 大影响。The finer a cement,the more rapidly it reacts,the higher the rate of heat evolution and the higher the early strength.（3）石膏的掺量the dosage of gypsum水泥中掺入适量石膏是为了调节水泥凝结硬化的时间。(4)水灰比water ce

11、ment ratiowater/cementw/c 水灰比越小，凝结硬化越快。Link to 2008电阻率录像.ppt高水灰比高孔隙率低强度高强度低孔隙率低水灰比水化产物形成网状结构水泥颗粒分散在水中时 间2022-12-1464Experimental procedure Weighing and mixing water and cement at w/c=0.3,0.35,0.4 for 4 minutes Consequently,casting into electrical resistivity mould Recording the data at sampling inte

12、rval 1 minute and stop at or after 24 hours Measuring the weight and height of the sample Analyzing in EXCEL and smooth/differential in Origin to get d/dt curve and get the maximum d/dt point Electrical resistivity(ohm.m)426024221812 141620108642Time(hour)2022-12-1466lower w/c=0.3higher w/c=0.4高水灰比高

13、孔隙率低强度高强度低孔隙率低水灰比水化产物形成网状结构水泥颗粒分散在水中时 间 Question 4：Which statement of following is not right 1.The higher the w/c ratio the higher the creep 2.The higher the w/c ratio the higher the shrinkage 3.The higher the w/c ratio the higher the porosity 4.The higher the w/c ratio the higher the strength(5)温度和

14、湿度Curing temperature and humidity 温度对水泥的凝结硬化有明显的影响，当温度升高时,强度提高。在测定混凝土的强度时，必须在规定的标准温度（203），与相对湿度95%下养护至规定的龄期。(6)养护时间(龄期)curing time 如图所示，水泥的水化由表面向内部进行，随着养护时间（或龄期）的延长，水泥的水化程度（）在不断增加，下图中由0.3增加到0.7，水化产物不断增加并填充毛细孔，很显然毛细孔减少。一般来说，水化28天前（4个星期）水化较快，28天后发展减慢，所以通常用28天强度来评定水泥的强度。Liquid pH value?水泥水化特点的描叙(Q,Product,pore,strength,pH,Pozzolan)1.是一个放热过程；2是一水化产物生成的过程；（水化产物是什么）水化产物有：水化硅酸钙，氢氧化钙，水化铝酸钙，水化铁酸钙，水化硫铝酸钙（AFt，AFm）t-tri-,m-,mono。3.是一孔隙变小的过程；4.是一个强度增长的过程；5.是一个pH值很高的反应；6.如有混合材，就会发生二次反应，在水化后期进一步与Ca(OH)2反应。今日课间Quiz:1.生产水泥的3种原料?2.C3S等4种水泥的矿物组成是什么？3.水泥与水反应后生成5种什么?4.影响水泥凝结硬化的6因素?finish