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1、第二章第二章 石灰和水泥石灰和水泥2.1.1 2.1.1 石灰的矿物组成石灰的矿物组成29003COCaOCaCOC 2.1 2.1 石灰的矿物组成及其特性石灰的矿物组成及其特性2.1.2 2.1.2 石灰的消化石灰的消化molKJOHCaOHCaO/85.64)(222.1.3 2.1.3 石灰的硬化石灰的硬化OnHOHCaOnHOHCa2222)()(OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(2.1.3 2.1.3 石灰的硬化石灰的硬化OnHOHCaOnHOHCa2222)()(2.1.3 石灰的硬化OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(2.1.4石灰的技术要求和技
2、术标准2.1.4.1 2.1.4.1 石灰的技术要求石灰的技术要求2.1.4.1 2.1.4.1 石灰的技术要求石灰的技术要求2.1.4.1 2.1.4.1 石灰的技术要求石灰的技术要求2.1.4 2.1.4 石灰的应用和储存石灰的应用和储存2.1.4.1.2.1.4.1.石灰的应用石灰的应用2.1.4.1.2.1.4.1.石灰的应用石灰的应用2.1.4.1.2.1.4.1.石灰的应用石灰的应用2.1.4.2 石灰的技术性质石灰的技术性质水泥 水泥水泥水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度保持并继续
3、增长其强度 主要内容主要内容q 硅酸盐水泥的概念硅酸盐水泥的概念q 硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成q 硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化q 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质q 硅酸盐水泥石的腐蚀与防治硅酸盐水泥石的腐蚀与防治 2.2 2.2 水泥的矿物组成及其特性水泥的矿物组成及其特性2.2.1 2.2.1 硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料v 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、0 05 5石灰石或粒化高炉矿渣，石石灰石或粒化高炉矿渣，石膏膏v 硅酸盐水泥类型：硅酸盐水泥类型：型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.IP.I，不掺混合
4、材料，不掺混合材料 型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.IIP.II，掺加不超过水泥质量，掺加不超过水泥质量5 5的混合材料的混合材料生产工艺生产工艺石灰质材料粘土质材料铁质材料水泥成品熟 料石 膏生 料煅烧煅烧14501450C C磨细磨细磨细磨细按比按比例混例混合合2.2.1.1 2.2.1.1 硅酸盐水泥的原料与熟料硅酸盐水泥的原料与熟料1)1)原料原料生料生料(主要化学成分主要化学成分)：CaOSiOCaOSiO2 2AlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 生产工艺生产工艺二磨一烧二磨一烧 石灰石石灰石 磨细磨细 1450 1450 粘粘 土土 生料生料 熟料熟料 铁
5、矿粉铁矿粉 石膏石膏2 2）熟料熟料（主要矿物）：（主要矿物）：硅酸三钙（硅酸三钙（3CaOSiO3CaOSiO2 2）简写简写C C3 3S S 硅酸二钙（硅酸二钙（2CaOSiO2CaOSiO2 2）简写简写C C2 2S S 铝酸三钙（铝酸三钙（3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3）简写简写C C3 3A A 铁铝酸四钙（铁铝酸四钙（4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3）简写简写C C4 4AFAF 磨细磨细水泥成品水泥成品n各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特征各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特征名名称称硅硅酸酸三三钙钙硅硅酸酸二二钙钙铝铝酸酸三
6、三钙钙铁铁铝铝酸酸四四钙钙凝结硬化速度快慢最快快28d水化放热量多少最多中强度高早期低、后期高低低硅酸盐水泥石的凝结和硬化硅酸盐水泥石的凝结和硬化胶体胶体晶体晶体水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶 70%水化铁酸钙水化铁酸钙Ca(OH)Ca(OH)2 2 六方片状晶体六方片状晶体水化铝酸钙水化铝酸钙 六方晶体六方晶体钙钒石钙钒石 针状晶体针状晶体 硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化2.2.1.2 2.2.1.2 硅酸盐水泥熟料中主要矿物组成的技术特性硅酸盐水泥熟料中主要矿物组成的技术特性 水化程度：水化程度：C C3 3A AC C3 3S SC C4 4AFAFC C2 2S S 图2-
7、1 几种矿物的水化程度 释热量：释热量：C C3 3A AC C3 3S SC C4 4AFAFC C2 2S S 图2-2 几种矿物的水化释热量 强度强度 早期强度：早期强度：C C3 3S SC C3 3A AC C4 4AFAFC C2 2S S 后期强度：后期强度：C C3 3SCSC2 2S SC C3 3A AC C4 4AFAF 图2-3 几种矿物强度发展特征 图图2-1 2-1 几种矿物的水化速率几种矿物的水化速率C3AC3SC4AFC2S 24h：大约有：大约有65%的的C3A水化，水化，C3S水化水化50%左右；左右；90d：四种矿物的水化程度已经接近：四种矿物的水化程度已
8、经接近图图2-2 几种矿物的水化释热量几种矿物的水化释热量C3AC3SC4AFC2S图图2-3 几种矿物强度发展特征几种矿物强度发展特征2.2.1 2.2.1 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质亦称溶出性侵蚀，雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O盐类腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀1、硫酸盐的腐蚀4CaOAl2O3 12H2O+3CaSO4+20H2O=3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+Ca(OH)2 水泥杆菌水泥杆菌2、镁盐的腐蚀MgSO4+Ca(OH)2+2H2O =
9、CaSO4 2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)21、碳酸腐蚀、碳酸腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=CaH(CO3)22、一般酸的腐蚀、一般酸的腐蚀2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O3CaOAl2O3+6NaOH =3NaO Al2O3+3Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2CO3+H2O（二）硅酸盐水泥腐蚀的原因（二）硅酸盐水泥腐蚀的原因（三）硅酸盐水泥石腐蚀的防治（三）硅酸盐水泥石腐蚀的防治混合材料混合材料：改善水泥性质（降低水化热，提高
10、防：改善水泥性质（降低水化热，提高防 腐性能）腐性能）调节水泥标号调节水泥标号 提高水泥产量（节约水泥原料）提高水泥产量（节约水泥原料）如：天然砂砾如：天然砂砾 火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉煤煤 灰）等灰）等2.2.2.1 2.2.2.1 活性混合材料活性混合材料活性活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物性化合物 粒化高炉矿渣：粒化高炉矿渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3 （含量（含量90）火山灰质混合材料：活性火山灰质混合材料：活性SiO2和活性和活性Al2O3 粉煤灰：粉煤灰：SiO2和和A
11、l2O3（含量（含量60）2.2.2.2.2.2.混合材料的类别混合材料的类别 混合材料磨成细粉，与石灰混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌合在一起，并或与石灰和石膏拌合在一起，并加水后，在常温下，能生成具有加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的，称为活性又能在空气中硬化的，称为活性混合材料。混合材料。2.2.2.2 2.2.2.2 非活性混合材料非活性混合材料 品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等 掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化掺加目的：调节水泥标号、提高产量、
12、降低水化热热2.2.2.2.2.2.混合材料的类别混合材料的类别 非活性混合材料是指不与非活性混合材料是指不与水泥成分起化学作用或作用很水泥成分起化学作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填小的混合材料。主要起惰性填充作用，掺入的目的主要是为充作用，掺入的目的主要是为了提高水泥的产量，调整水泥了提高水泥的产量，调整水泥的标号，减少水化热，故又被的标号，减少水化热，故又被称为填充性混合材料。称为填充性混合材料。2.2.2.2 2.2.2.2 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥2.2.2.2 2.2.2.2 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥2.2.2.3 掺混合材料的水泥2.2.3 石膏（石膏（CaSO42H
13、2O）掺量：掺量：3 35 5作用：缓凝、调节凝结速度作用：缓凝、调节凝结速度2.2.4 2.2.4 水泥中的有害物质水泥中的有害物质游离氧化钙游离氧化钙 f f-CaO-CaO、氧化镁、氧化镁 f f-MgO-MgO三氧化硫三氧化硫 SO SO3 3碱含量碱含量“碱集料反应碱集料反应”2.2.5 2.2.5 常用硅酸盐水泥品种常用硅酸盐水泥品种1)1)硅酸盐水泥硅酸盐水泥P P I I、P P IIII：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料05%05%混合材混合材石膏石膏2)2)普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P P O O：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料615%615%混合材混合材石膏石膏3)3)矿渣硅
14、酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥P P S S：水泥熟料水泥熟料2070%2070%粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣石膏石膏4)4)火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥P P P P：水泥熟料水泥熟料2050%2050%火山灰质材料火山灰质材料石膏石膏5)5)粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥P P F F：水泥熟料水泥熟料20%40%20%40%粉煤灰粉煤灰石膏石膏道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料010%010%活性混合材活性混合材石膏石膏 2.3 2.3 水泥的技术性质水泥的技术性质1）初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约）初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约5
15、10min510min，放热，放热7J/g.h)7J/g.h)水泥水化过程水泥水化过程2 2）潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约）潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约12h12h，放热，放热 4J/g.h)4J/g.h)3 3）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h6h，放热，放热20J/g.h20J/g.h）4 4）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6 h6 h若干年）若干年）图图2-4 2-4 水泥的凝结硬化过程示意图水泥的凝结硬化过程示意图 凝结硬化机理小结凝结硬化机理小结 水泥
16、熟料水化生成紧密、相互交结的水化物体系而凝聚产生强度水泥熟料水化生成紧密、相互交结的水化物体系而凝聚产生强度 硬化水泥石由水化物、未水化水泥熟料颗粒、水及孔隙所组成硬化水泥石由水化物、未水化水泥熟料颗粒、水及孔隙所组成 水泥凝结硬化的几个划分阶段 凝结硬化阶段 一般的放热反应速度 一般的持续时间 主要的物理化学变化 初始反应期 潜伏期 凝结期 硬化期 168J8h 42J8h 在 6h 内逐渐增加到 21Jgh 在 24h 内逐渐降低到 4.2Jgh 5-10min 1h 6h 6h 至若干年 初始溶解和水化 凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长 膜层增厚，水泥颗粒进一步水化 凝胶体填充毛细孔 注：初始反应期和潜伏期也可合称为诱导期。水泥熟料颗粒初始水解和水化水泥熟料颗粒初始水解和水化 硅酸三钙硅酸三钙：C3SH2O 3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 水化硅酸钙水化硅酸钙 硅酸二钙：硅酸二钙：C2SH2O 水化硅酸钙水化硅酸钙Ca(OH)2 铝酸三钙铝酸三钙:在纯水中：在纯水中：C3AH2O(C4AH13、C4AH19、C3AH6)（水泥瞬凝的原因（水泥瞬凝的原因)水化铝酸钙水化铝酸钙在
