土木工程材料.docx

2.建筑材料的基本性质 姚一凡内容：材料的物理性质、材料与水有关的性质、材料的力学性质、材料的热工性质、材料的耐久性与环境协调性 2.1 材料的物理性质一、 材料的状态参数1、实际密度（密度）材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： 实际密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） V材料在绝对密实状态下的体积（cm3）绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体积。实际密度的测量：1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测几何体积或排液法测定，称重。 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材磨成细粉，干燥后排液法(李氏瓶法)测试 2、表观密度（视密度）：是指材料在包含内部封闭孔的条件下的单位体积的质量。公式： V材料在包含内部封闭孔的状态下的体（cm3）对于比较致密的材料，其密度和视密度接近3、体积密度材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式： o体积密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g）Vo材料在自然状态下的体积（cm3）材料在自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况。 体积密度的测量：1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干，量测几何体积，称重，代入公式。 2）对形状不规则的材料： 烘干，蜡封，排液法。4、堆积密度散粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式: /o堆积密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） V/o材料的堆积体积（cm3）堆积体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。堆积密度的测量：容器法： 散粒材料装入容器，量测体积，称净重，代入公式。 二、 材料的结构参数密实度 指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。公式2、孔隙率指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。直接反映材料的致密程度。 公式 P+D=1 孔隙结构:(孔隙率、孔隙特征) P=P开+P闭 影响材料的：强度、 吸水性、耐久性、 导热性3、填充率指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。反映散粒材料堆积的致密程度。 公式4、空隙率散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率。公式 空隙率与填充率的关系 P/+D/=12.2 材料与水有关的性质1、亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角（润湿边角）表示。 亲水性材料90 憎水性材料902、吸水性材料在浸水状态下吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。 公式1 Wm材料的质量吸水率（） m2材料吸水饱和后的质量（） m1材料烘干到恒重的质量（） 公式2 WV材料的体积吸水率（） m2材料吸水饱和后的质量（） m1材料烘干到恒重的质量（） 影响吸水率大小的因素：1材料的本性（亲水性或憎水性材料）2材料的孔结构（孔隙率大小、孔隙特征等）吸水性对材料性质的影响：体积密度、导热性增大，热阻降低对围护结构材料不利；强度降低、体积膨胀3、吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质。吸湿性的大小用含水率表示。公式 Wh材料的质量含水率（） ms材料含水时的质量（） m1材料烘干到恒重的质量（）影响含水率大小的因素：1材料的本性（亲水性或憎水性材料）2环境温度、湿度（气温越低、相对湿度越大，材料的含水率越高）3孔结构（开口微孔多，吸湿性强）吸湿性对材料性质的影响：1导热性增大、热阻降低，对围护结构材料不利；2体积膨胀，对木结构和木制品不利平衡含水率：材料所含水分与环境温度所对应的湿度达到平衡时的含水率。骨料的含水状态可分四种：1）. 干燥状态骨料其含水率等于或接近于零；2）.气干状态骨料含水率与大气湿度相平衡，但未达到 饱和状态；3）.饱和面干状态骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥；4）.湿润状态骨料不仅内部孔隙含水达到饱和，而且表面还附着一部分自由水。计算普通混凝土配合比时，一般以干燥状态的骨料为基准，而一些大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基准。4、耐水性材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。耐水性的大小用软化系数表示。公式 K软材料的软化系数（K软01） f饱在饱水状态下的抗压强度（MPa） f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85；受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.75；K软0.85的材料，一般称为耐水的材料。5、抗渗性材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数K表示。达西定律 K材料的渗透系数（ml/cm2.s） Q透过材料试件的水量（ml） t透水时间（s） A透水面积（ cm2 ） H净水压力（cm） d试件的厚度（cm）渗透系数越大，材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(P)表示:P=10PH1PH试件开始渗水时的水压力（MPa）(如P4表示试件能抵抗的最大静水压力为0.4 MPa )影响材料抗渗性的因素：材料本身,孔隙率、孔隙特征地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。6、抗冻性材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不严重降低的性质称为抗冻性。用抗冻等级F表示。冻融循环：将经过水饱和的试件在-15的温度下冻结后，再在20 的水中融化，这样的一个过程。抗冻等级：是指在标准试验条件下，材料所能抵抗的冻融循环次数。如F25冻融破坏的原因：1材料有孔且孔隙含水2水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa,结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂3裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度4饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏5反复多次，破坏进一步加剧，最终材料崩溃。严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏2.3 材料的力学性质内容：材料的强度,比强度、材料的弹性与塑性、 材料的脆性与韧性、材料的硬度与耐磨性一、 材料的强度1、 强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。a按受力形式分:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等b不同材料的承载特点是不同的： 混凝土、石材、砖(抗压强度高)；钢材、各类纤维(抗拉强度高)抗拉强度 抗弯强度抗压强度抗剪强度2、强度等级建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。如 ： 混凝土按抗压强度划分为 C7.5C60；水泥按抗压和抗折强度划分为32.572.5 ；砂浆按抗压强度划分为M2.5M20六个等级；钢筋按抗拉屈服强度划分牌号3、比强度材料的强度与其体积密度的比值（fc/o）。用于评价材料轻质高强4、影响材料强度的因素a组成（化学、矿物、相）b结构c含水状况d环境温度e测试条件（试件大小、形状，加荷速度，表面状态）二、材料的变形性质1、材料的弹性与塑性弹性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。（弹性模量 E=/）塑性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。2、材料的脆性与韧性脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。韧性在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、纤维等。 桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等 3、材料的硬度与耐磨性 硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。莫氏硬度（10级）刻划法（1滑石 2石膏 3方解石 4 萤石 5磷石灰 6正长石 7 石英 8黄玉 9刚玉 10金刚石） 布氏硬度（HB）钢球压入法耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率（B）表示。公式 m1、m2试件被磨损前后的质量g A试件受磨损的面积cm2 道路、地面、踏步、水库泄洪道、溢流面等2.4 材料的热工性质1、导热性 材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（）表示。公式 热导率（W/m.K） Q传导的热量J A热传导面积m2 热阻 R=1/ 材料的厚度m t热传导时间 * （s） ( T2-T1)材料两侧温差（K）材料的热导率越小，绝热性能越好。常见热导率参数：泡沫塑料0.035 水0.58 大理石3.5 冰2.2 钢材58 密闭空气0.023 混凝土1.51 松木1.170.35影响热导率的因素： a材料本身（不同材料，不同） b材料内部的孔隙特征（闭口孔， 小；粗大而贯通的孔， 大）c材料的含水情况（含水、结冰使增大）2、热容性材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。同种材料的热容性差别，常用热容量比较。热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热量的能力。公式 Q材料吸收或放出的热量J C材料的热容量J/K C=Q/(T2T1) (T2T1) 材料受热或冷却前后的温差K 不同材料的热容量的大小用比热容（比热）表示。公式： Q材料吸收或放出的热量J c材料的比热J/g.K Q=cm(T2T1) m材料的质量g (T2T1) 材料受热或冷却前后的温差K比热的建筑物理意义材料的比热是反映材料的吸热和放热能力大小的物理量。比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不匀时，缓和室内温度的波动。常见材料的比热c（单位 J/g.K ）钢材0.48 空气1.00 木材 2.72 水4.18 冰2.09 混凝土0.84 烧结普通砖0.88保温防止室内热量的散失；隔热防止外部热量的进入统称为绝热为构筑舒适的室内空间,对材料要求1.热阻（R1/）要大,即热导率要小 2.比热要大:窑洞（生土建筑）3.热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化，除个别的如水结冰之外，一般均符合热胀冷缩这一自然规律。材料的热变形性常用线膨胀系数表示。公式 线膨胀系数1/k; L材料原来的长度mm;=L/L(t2-t1) L材料的线变形量mm; t2-t1材料在升降温前后的温度差K2.5 材料的耐久性一、材料的耐久性:材料在长期使用的过程中，能保持其原有性能不变、并且不被破坏的性质，统称为耐久性。它是一种复杂的，综合的性质。材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中自然因素的破坏作用，这种破坏作用可分为机械作用、物理作用、化学作用和生物作用等。二、侵蚀介质（如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等）物理介质（温度、湿度、冻融等）化学介质（酸、碱、盐的溶液或气体；紫外线、大气等）机械介质（冲击、疲劳荷载、磨损、磨耗）生物介质（昆虫、菌类、白蚁） 耐久性的特点1长期性、后期加剧作用2多种介质同时作用3材料劣化，结构失效，服务寿命降低。三、材料的环境协调性是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高。GB6566-2001建筑材料放射性核素限量以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等10项国家标准。2002年起正式实施 第3章 气硬性胶凝材料内容提要：本章介绍建筑工程中常用的石膏、石灰、菱苦土和水玻璃四种无机胶凝材料的原料、生产、水化硬化原理、技术性质及其在工程中的应用。其中石膏、石灰的技术性质、影响因素、工程应用是学习的重点。胶凝材料cementing material胶凝材料 是指在一定的条件下，经过一系列的物理化学作用后，能将散粒状（如砂、石子）或块状（砖、砌块）材料粘结成为具有一定强度的整体的材料。分类：无机胶凝材料(气硬性：石膏、石灰、菱苦土、水玻璃和水硬性：各种水泥) 有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶3.1 石 灰一、石灰的制备原料：石灰岩、白垩、白云质石灰岩（主要含CaCO3 ；及少量的MgCO3、SiO2、Al2O3）反应式： 生石灰CaOa欠火石灰 煅烧温度过低或煅烧时间不足或料块过大(含未分解的碳酸钙，降低石灰利用率 ) b过火石灰 煅烧温度过高或煅烧时间过长(颜色较深，致密，熟化很慢)二、生石灰的熟化反应式：特点：1、放热量大; 2、体积膨胀1.53.5倍；石灰的陈伏:定义-石灰浆在储灰池中隔离空气条件下保存“两周”以上的工艺过程。目的-消除过火石灰的危害(过烧、表面形成一层釉质，熟化极慢，当这种未充分熟化的石灰抹灰后，会吸收空气中的水分继续熟化，体积膨胀，最终造成墙面的隆起、开裂)三、石灰的硬化硬化：塑性浆体 - 固体，产生胶结力机理：干燥、结晶-砌体吸水、水分蒸发，Ca(OH)2晶体的析出 碳化-碳化生成CaCO3 四、石灰的品种依据成品加工方法：块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳四、石灰的品种依据石灰中氧化镁的含量：钙质石灰（MgO%5%）、镁质石灰（MgO%5%）、钙质消石灰粉（MgO%4%）、镁质消石灰粉（4%MgO%24%）、白云石质消石灰粉（24%MgO%30%）五、 石灰的技术性质a可塑性和保水好-混合砂浆b硬化慢、强度低-主要为失水硬化（1：3是石灰砂浆28d抗压强度0.20.5MPa)c体积收缩大-加砂、丝麻、纸筋d吸湿性强-干燥剂e耐水性差-Ca(OH)2易溶于水，不宜用于潮湿、水侵蚀环境六、 石灰的用途a石灰乳罩白（生石灰、消石灰粉或石灰膏）b配制水泥石灰砂浆、石灰砂浆c拌制灰土或三合土（生石灰）d制作碳化石灰板（磨细生石灰+纤维或轻质骨料）e制作硅酸盐制品（磨细生石灰或消石灰粉+活性材料）f配制无熟料水泥：活性材料石灰石灰的储存：块状生石灰、磨细生石灰3.2 石 膏a古老的胶凝材 b具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观优良的装饰材料 c易于加工、成品多样（如各类石膏板、线） d资源丰富、分布广、储量大 e理想的高效节能材料。 一、 石膏的制备原材料：天然二水石膏CaSO4.2H2O、 天然无水石膏CaSO4 、化工石膏磷石膏、氟石膏工艺：原材料-不同温度、压力煅烧-磨细-成品各类石膏的特点a建筑石膏：又称熟石膏，晶体较细，需水量较大（80100） ，因而强度较低。b高强石膏：晶粒粗大，需水量小（3545），强度高。高级室内抹灰、石膏线、石膏板等c可溶性石膏（小于250）：需水量大，凝结很快，强度低，不宜直接使用。d不溶性硬石膏：难溶于水，生产无水石膏水泥。e高温煅烧石膏：耐磨，抗水。地板材料二、 建筑石膏的凝结硬化凝结硬化过程：流体-塑性体-固体 反应式：硬化机理a半水石膏的溶解-水化-溶液过饱和-二水石膏晶体的析出；b浆体水分的蒸发和晶体的生成-浆体变稠失去塑性-石膏凝结；c晶体长大、连生、搭接，形成结晶结构网，逐渐产生强度。1.溶解-水化-析晶-晶体结构网-强度 2.水-结晶水、蒸发建筑石膏的技术性质1凝结硬化快(330min) -加缓凝剂(经石灰处理的动物胶0.10.15%;亚硫酸纸浆废液1%;硼砂;酒石酸钾钠;柠檬酸;聚乙烯醇等)2孔隙率大-质轻;保温隔热性好;吸声性好; 调温调湿(热容量大,吸湿性强);强度低(加筋、覆面)3.硬化时体积微膨胀-制品尺寸准确、表面光滑细腻、可浇注出纹理细致的浮雕花饰。4.防火性好,但不耐高温 (65C) -结晶水脱水。 5耐水性差,抗冻性差-可掺水泥、矿渣;水溶性树脂(氨基,密胺,聚乙烯醇);沥青石蜡等有机乳液;铝箔覆面改性。6良好的装饰性和加工性三、 建筑石膏的用途a石膏砂浆及粉刷石膏-高级室内抹灰；b制备各种石膏板；c各类装饰石膏线，石膏浮雕装饰制品；d无水石膏水泥；e水泥缓凝剂；f陶瓷模具材料、外科医疗固定材料g制作雕塑艺术品等。石膏板石膏板 纸面石膏板、无纸石膏板（即纤维石膏板）、石膏空心条板纸面石膏板 普通石膏板、高级防火石膏板、防水石膏板等建筑石膏板的特点：质轻、尺寸稳定、保温、隔热、吸声、调温、调湿、防火、防蛀、加工性能好（可刨）， 施工效率高等。3.3 水玻璃Water Glass一定义：俗称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶于水的一种硅酸盐。品种:硅酸钠水玻璃（Na2O.nSiO2）、硅酸钾水玻璃（ K2O.nSiO2 ）、硅酸锂水玻璃（ Li2O.nSiO2 ） 通式：R2O.nSiO2 n-水玻璃模数（一般在1.53.5）模数越大粘度越大，越难溶于水,但粘结力、强度、耐酸性和耐热性越高 生产：石英砂纯碱（Na2CO3）二水玻璃的硬化碳化硬化-水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定形的硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。特点：水化硬化慢-可加热；掺氟硅酸钠（适量，有毒）三水玻璃的特点 a粘结能力强（1540MPa) b耐酸性好，但不耐氢氟酸和热磷酸 c耐高温 d不耐水- Na2O.nSiO2， Na2CO3 e不耐碱- Na2O.nSiO2、nSiO2 . mH2O溶于碱 四水玻璃的应用a涂刷或浸渍材料-外墙的抗风化剂（石膏不宜，硅酸钠与硫酸钙反应生成硫酸钠晶体，体积膨胀）b加固地基-化学加固法（水玻璃氯化钙），亦称硅化加固法（consolidation by silication）c配防水砂浆-堵漏、补裂缝,局部抢修 d配耐酸砂浆-耐酸工程e配耐热砂浆、耐热混凝土-窑炉，热工设备基础 注意：不能长期浸水、不耐碱3.4 镁质胶凝材料定义：是以MgO为主要成分的气硬性胶 凝材料，如菱苦土（苛性苦土）、苛性白云石（ MgO和CaCO3 ）状态:白色或浅黄色粉末，密度3.13.4g/cm3 镁质胶凝材料的生产 原料：菱镁矿或天然白云石 反应式：实际生产800850 二菱苦土的水化硬化a不用水调制，因： MgO+H2O=Mg(OH)2 产物结构疏松、强度低，可用MgCl2、 MgSO4、 FeCl3、 FeSO4溶液b采用MgCl2水溶液调制：产物 xMgO.yMgCl2.zH2O复盐、Mg(OH)2 4060MPa，氯氧镁水泥 三菱苦土的特点a水化硬化慢-可加热b不用水调制c弱碱性d不会腐蚀有机纤维,但对铝、铁有腐蚀四菱苦土的应用a菱苦土木屑板、木丝板、刨花板 配比：木屑颜料填料菱苦土b菱苦土地面：防爆、防静电、不起尘军工、纺织、电子车间c菱苦土制品：门窗、楼梯扶手、包装箱 第4章 水泥 Cement内容提要：重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、水化硬化机理、影响水化因素；硅酸盐水泥主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其它掺混合材的水泥、特种水泥；达到正确的选择和使用水泥。1水泥的定义：水泥凡磨细成粉末状，加入适量水后，可拌合成塑性浆体，能胶结砂、石等材料 ，并能在空气和水中硬化的水硬性胶凝材料，通称为水泥。2水泥的分类a依矿物组成分：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥b依用途：通用水泥（六大品种）、专用水泥（油井水泥、大坝水泥、中低热水泥、道路、砌筑水泥）、特性水泥（膨胀水泥、快硬水泥、抗硫酸盐水泥）4.1 通用硅酸盐水泥1定义以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及规定的混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料，称为通用硅酸盐水泥。2按混合材料的品种和掺量的不同,分为：硅酸盐水泥；普通硅酸盐水泥；矿渣硅酸盐水泥；火山灰硅酸盐水泥；粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。其中，硅酸盐水泥，包括：型硅酸盐水泥(P.)：不掺混合材；型硅酸盐水泥(P. )：掺小于5的 混合材一、硅酸盐水泥的熟料成分：硅酸三钙（3CaO.SiO2）C3S 3760 硅酸二钙（2CaO.SiO2）C2S 1537 铝酸三钙（3CaO.AlO3）C3A 715 铁铝酸四钙（4CaO.AlO2.Fe2O3）C4AF 1018除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离CaO、MgO、SO3、及碱（K2O、Na2O）这些均为有害成分，国家标准中有严格限制二、水泥的水化、凝结、硬化1水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。硬化浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。 2水泥水化反应3水泥水化产物：晶体-氢氧化钙 2025、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙（石膏作用下生成）胶体-水化硅酸钙（C-S-H） 70、水化铁酸钙三、水泥石的结构（略）1水泥石的结构组成：未水化水泥颗粒、水化产物-晶体、胶体、毛细孔、毛细孔水（毛细孔-未被水化产物所填充的原充水空间） 2水泥石是多相（固相、液相、气相）多孔体系。 3水泥石的工程性质取决于水泥石的结构组成,即决定于水化物的类型和相对含量、内部孔的大小、形状和分布状态。影响水泥石结构的因素：水泥品种、水灰比（Water/Cement）、水化程度（龄期、温度、湿度）四、硅酸盐水泥的技术性质(一)化学性质a氧化镁（MgO）：5%，影响体积安定性；三氧化硫(SO3):3.5%，影响体积安定性b不溶物：P.0.75%；P.1.5%c烧失量水泥在一定灼烧温度和时间内，烧失的量占原质量的百分数。水泥煅烧不理想或受潮后，会导致烧失量增大大，影响水泥的凝结硬化和收缩。规范规定：P.3.0%；P.3.5%c含碱量水泥中碱含量以Na2O0.65K2O计算值表示，如使用活性骨料，为避免造成碱骨料反应破坏，水泥碱含量(Na2O、K2O):0.6%(二)物理性质1细度-指水泥颗粒的粗细程度，用筛余或比表面积表示（GB175-2007中: 300 m2/kg）。（影响水泥的水化速度、收缩等性质）2、 标准稠度及其用水量a国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。 b标准稠度用水量拌制水泥净浆时为达到标准稠度所需的加水量。用W/C的百分数表示。测定用维卡仪 。标准法（试杆法）；代用法（试锥法），有矛盾时以标准法为准。c影响因素矿物成分、细度、混合材及掺量。3、 凝结时间初凝时间（t初）水泥开始加水拌和至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。终凝时间（t终） 水泥开始加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 GB1752007规定： t初45min t终390min凝结时间的工程意义:a水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和砌筑等工作b水泥的终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期和模板周转期。4、 体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥应作不合格品处理。a水泥体积安定性不良的原因：水泥中游离氧化钙（f-CaO）含量过多；水泥中游离氧化镁（f-MgO）含量过多；石膏掺量过多 (熟料中f-CaO、f-MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢；水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： CaO+H2O=Ca(OH)2；MgO+H2O=Mg(OH)2 体积膨胀，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂)b体积安定性不良的检验：国家标准（GB/T1346-2001）规定采用：雷氏夹（标准法）、试饼沸煮法（代用法）压蒸法 f-MgO引起的 长期浸水法石膏引起的5、 强度1水泥强度是表征水泥力学性能的重要指标。2影响强度的主要因素：水泥的矿物组成、水泥细度；水灰比；试件制作方法（GB/T17671-1999）、养护条件、龄期3强度等级划分a依水泥胶砂强度试验方法（ISO法）（GB/T17671-1999），制作试件、养护、测强度b硅酸盐水泥根据（GB175-2007），按规定龄期的抗压、抗折强度的大小，分为42.5、 42.5R、 52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级五、 水泥石的腐蚀水泥石在外界侵蚀性介质（软水、含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。表现形式：膨胀型腐蚀、溶出型腐蚀 1、 软水的腐蚀软水-重碳酸盐含量比较低的水（如雨水、雪水、工业冷凝水、蒸馏水、内陆河水、湖水）2、 腐蚀机理：长期饱水-水泥石中Ca(OH)2晶体逐渐溶出；在静水、无水压下-溶液饱和-溶解作用停止；在有压、流动的软水下- Ca(OH)2不断溶出并带走-引起在一定碱度下稳定的C-S-H的分解溶出-水泥石崩溃。在硬水下-重碳酸盐与 Ca(OH)2反应生成不溶的碳酸钙-堵塞毛细孔-阻止腐蚀的进行。Ca(OH)2Ca(HCO3)2 2CaCO3+2H2O3、 盐类的腐蚀硫酸盐腐蚀-膨胀腐蚀镁盐腐蚀 MgCl2+ Ca(OH)2CaCl2+Mg(OH)2 硫酸镁腐蚀-双重腐蚀 MgSO4+Ca(OH)2CaSO4.2H2O+Mg(OH)24、 酸类腐蚀a碳酸腐蚀-工业污水、地下水 Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2b一般酸的腐蚀-工业建筑 2HCl+ Ca(OH)2CaCl2+2H2O H2SO4+ Ca(OH)2CaSO4.2H2O5、 强碱腐蚀1）化学侵蚀：3CaO. Al2O3.6H2O+2NaOHNa2OAl2O3+ 3Ca(OH)2+4H2O易溶于碱液2）结晶侵蚀 2NaOH+ CO2+10H2ONa2CO3.10H2O结晶5水泥石腐蚀的原因：内因-水泥石存在的Ca(OH)2和水化铝酸钙；水泥石中的孔缝。外因-环境中有害介质（软水、酸、盐等）的存在；长期性、后期加剧性6水泥石腐蚀的防止措施：a根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种；b提高水泥石的密实度；c加作保护层石材、陶瓷、沥青、塑料六、 硅酸盐水泥的特点及应用（1）凝结硬化快,强度高,早期强度高特别适合早期强度要求高的的工程、高强混凝土结构和预应力混凝土工程。（2）水化热高可用于冬季施工，不宜用于大体积混凝土工程。（3）抗冻性好适用于严寒地区受反复冻融作用的混凝土工程。（4）抗碳化能力强硅酸盐水泥碱性强且密实度高，抗碳化能力强所以特别适用于重要的钢筋混凝土结构及预应力混凝土工程。（5）干缩小不易产生干缩裂纹，可用于干燥环境的混凝土工程。（6）耐磨性好（7）耐腐蚀性差不宜用于受流动水、压力水、酸类和硫酸盐侵蚀的工程。（8）耐热性差不宜用于承受高温作用的混凝土工程。（9）湿热养护效果差硅酸盐水泥的储存：存放地点：防潮、防水 堆放高度：袋装一般不超过10袋存放时间：一般不超过三个月；超过六个月必须进行检验；先到先用，后到后用4.2 掺混合材的硅酸盐水泥1定义：凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥2掺混合材的目的：改善水泥的性能、 增加品种、提高产量、节约熟料，降低成本3掺混合材硅酸盐水泥的品种：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥一、混合材料1定义：在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，扩大使用范围而掺入的天然或人工的矿质原料称为混合材。2分类：活性混合材-具有火山灰性或潜在水硬性的材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等；非活性混合材-不具有火山灰性或潜在水硬性的材料，如、磨细的石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣3潜在水硬性、火山灰性：熟料水C-S-H等水化产物（水硬性） 混合材水 不反应 潜在水硬性混合材水石灰（碱性激发剂）/石膏（硫酸盐激发剂）/C-S-H等水化产物火山灰性混合材水石灰C-S-H等水化产物 4、粒化高炉矿渣a定义-是高炉炼铁时所排出的以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后的产品。b主要化学成分：CaO、SiO2、Al2O3c活性来源：玻璃体-矿渣融体在淬冷成粒时，阻止了融体向结晶结构的转变而形成亚稳的玻璃体，因此具有潜在水硬性。 5、粉煤灰a定义火力发电厂煤粉燃烧后从烟道中收集的粉状物，又称飞灰.b粒径150 m ，呈玻璃质的实心或空心球状颗粒。c化学成分：SiO2、Al2O3 6、 火山灰混合材a定义 是具有火山灰性的天然的或人工的矿质物料。b包括：天然的火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土；人工的烧粘土、烧矸石。c主要化学成分： SiO2、Al2O37、 非活性混合材a这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用。b掺入目的：调节水泥等级、增加水泥产量、降低水化热c常用的有：磨细的石英砂、石灰石粉；磨细的慢冷矿渣、尾矿粉二、掺混合材硅酸盐水泥的品种普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥1、 普通硅酸盐水泥a代号POOrdinary Portland Cement 硅酸盐水泥熟料(620)%混合材石膏 b等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级 c性质：同硅酸盐水泥相近d细度：同硅酸盐水泥 e凝结时间： t初45min，t终10hf烧失量:不得大于5.0% g氧化镁、三氧化硫、碱含量、安定性：同硅酸盐水泥，性能与之相近 2、矿渣硅酸盐水泥a代号PSPortland blast-furnace slagb组成：水泥熟料 (2070)%矿渣石膏 PSA2050 PSB 50-70c等级：32.5、 32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级3、火山灰质硅酸盐水泥a代号PP Portland pozzolan cementb由硅酸盐水泥熟料，火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。熟料 (2040)%火山灰石膏c等级：32.5、 32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级4、粉煤灰硅酸盐水泥a代号P.F Portland fly-ash cement 熟料 (2040)%粉煤灰石膏等级：32.5、 32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级三、掺混合材水泥的水化特点：二次水化机理：第一次：水泥熟料的水化C3S(C2S)+H2O=C-S-H+Ca(OH)2；第二次：混合材与第一次产物反应f-SiO2+ Ca(OH)2 +H2O=C-S-H；最终产物为两次产物之和。四、掺混合材水泥的技术特点共性：a凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高；b水化放热速度慢，放热量低；c对温度敏感性高，温度低时影响强度发展，适宜蒸气养护；d抗软水、SO42+的腐蚀性好,但抗冻性差。蒸汽养护是将混凝土放在温度低于100的常压蒸汽中进行养护。一般混凝土经过1620h蒸汽养护，其强度可达正常条件下养护28天强度的7080。不同点：a矿渣水泥耐热性好、耐磨性较好，易泌水、干缩性较大b火山灰水泥抗渗性较好，干缩性大c粉煤灰水泥干缩性较小五、掺混合材水泥的适用范围适用于：大体积混凝土结构、蒸养的混凝土构件、一般的抗硫酸盐工程不适于：早期强度要求高，有抗冻要求的工程4.3 特性水泥及专用水泥特性水泥：为了满足紧急抢修工程、冬季施工、加固结构、建筑装饰、海工和地下工程的特殊要求，所生产的具有某种比较突出性能的水泥，称特性水泥。如快硬水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、高铝水泥等。专用水泥：适应专门用途的水泥，如道路水泥、低热大坝水泥、油井水泥、砌筑水泥等。一、 高铝水泥a定义：凡以铝酸钙为主（氧化铝含量约50）的熟料，磨制的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。又称钒土水泥。代号CAb原料：铝矾土和石灰石c高铝水泥熟料矿物组成：铝酸一钙(CaO.Al2O3简写为CA)70、二铝酸一钙（CaO.2Al2O3简写为CA2 ）、少量的硅酸二钙C2S，C2AS，C12A7 d高铝水泥的水化硬化(其水化生成物随环境温度而发生变化)：当温度低于20时CA+10H2OCAH10 ；当温度为2030时2CA+11H2OC2AH8+Al2O3.3H2O ；当温度高于30时3CA+12H2OC3AH6 +Al2O3.3H2Oe高铝水泥强度的产生1水化产物CAH10 、C2AH8为针状或板状晶体，能相互交织成坚固的结晶合生体，使水泥石获得很高的强度；2析出的氢氧化铝凝胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成致密的结构。3经57d后，水化产物基本反应完毕，因此，高铝水泥的早期强度增长很快，强度很高，但后期强度增加不明显。f晶体的转化CAH10 、C2AH8 - C3AH6 1转化过程随着温度的升高而加速。转化结果使水泥石内析出游离水，增大了孔隙体积，同时由于C3AH6晶体本身缺陷多、强度较低、晶体间的结合较差，因而明显降低水泥石的强度。2晶水含量的比较：CAH10 1CaO10H2O、C2AH8 2CaO 8H2O 、C3AH6 3CaO 6H2Og高铝水泥的技术性质：依据国家标准高铝水泥（GB201-2000）规定：分类:按Al2O3的含量百分数分四类：CA-50 Al2O3 (5060%)、CA-60 Al2O3 (6068%)、CA-70 Al2O3 (6877%)、CA-80 Al2O3 ( 77% )h细度：比表面积不小于300m/kg或45m筛筛余不大于20%i高铝水泥的应用适于：紧急抢修的工程，临时军事工事；冬季施工的工程水化放热量大且集中；有抗硫酸盐腐蚀要求的工程Ca(OH)2极少；耐高温（13001400）的工程不适于：长期承重的结构工程-晶体转变引起的强度倒缩；大体积工程-温度过高引起强度倒缩；高温潮湿环境；耐碱的环境；与硅酸盐水泥或石灰混用瞬凝二、 快硬硅酸盐水泥Rapid-hardening Portland Cementa定义凡以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料。简称为快硬水泥b技术性质：细度：比表面积330450 m2/kg 凝结时间：t初45min，t终10hc特点：凝结硬化快，早期强度增进较快通过增加熟料中C3S、C3A的含量。d适于：要求早期强度高的工程、紧急抢修工程、冬季施工的工程等。f注意：快硬水泥易受潮变质，运输和储存中特别注意防潮。从出厂起应在一个月内使用。三、 快凝快硬硅酸盐水泥a定义：是以硅酸三钙、氟铝酸钙为主的熟料，加入适量的硬石膏、粒化高炉矿渣、无水硫酸钠，经过磨细制成的一种凝结快、小时强度增长快的水硬性胶凝材料，简称双快水泥。b应用：军事工程、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程，冬季施工、堵漏工程等四、 抗硫酸盐硅酸盐水泥a定义：是以硅酸钙为主的特定矿物组成的熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，简称抗硫酸盐水泥。 b应用：适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下隧涵、引水等。五、 膨胀型水泥a定义：在水泥硬化过程中产生体积膨胀的水泥。b分类：收缩补偿性膨胀水泥（简称膨胀水泥）、自应力膨胀水泥（简称自应力水泥）、硅酸盐型膨胀水泥、铝酸盐型膨胀水泥、硫铝酸盐型膨胀水泥c特点：收缩补偿性膨胀水泥水泥硬化过程中产生的体积膨胀在实用上具有补偿收缩的性能，其自应力值小于2.0MPa，一般为0.5MPa，可减少和防止混凝土的收缩裂缝，并增加其密实度。自应力膨胀水泥其自应力值不小于2.0MPa，可利用d应用收缩补偿性膨胀水泥：适用于补偿收缩混凝土，用作防渗混凝土；填灌混凝土结构或构件的接缝及管道接头，结构的加固与修补，浇注机器底座及固结地脚螺丝等。自应力水泥：适用于制造自应力钢筋混凝土压力管及配件六、 白色及彩色硅酸盐水泥White and Colored Portland Cementa白色硅酸盐水泥-由白色硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。b水泥颜色的来源：Fe2O3、MnO、CrO2、TiO2；如当水泥中Fe2O3的含量从34降低为0.35-0.4%时，水泥的颜色将从灰色变为白色或淡绿色c提高水泥白度的工艺措施1原料-更纯净的原料，限用铁粉；2煅烧-采用重油或天然气；3粉磨-不采用钢质衬板或研磨体；4漂白-将煅烧好的熟料进行洒水漂白或加入CaCl2还原剂，将熟料中Fe2O3还原为颜色较浅的Fe3O4或FeO。5磨细-适当提高粉磨细度可以提高白度d白水泥的技术标准：依据GB2015-91：t初45min 、t终12h ；筛余10；32.5、 42.5 、52.5 、62.5四个等级七、 彩色硅酸盐水泥a彩色硅酸盐水泥:简称彩色水泥b生产方式：、彩色硅酸盐熟料适量石膏磨细制成、白水泥熟料颜料石膏磨细制成c对颜料的要求：耐碱颜料,不溶于水,分散性好抗大气稳定性好,掺入水泥中不显著降低其强度八、白水泥和彩色水泥的应用：主要用作装饰材料；配制彩色灰浆或白色和彩色混凝土