土木工程材料8

《土木工程材料》教案

第三章黑龙江工程学院土木工程系孙凌第三章水泥3.1常用水泥3.2其它品种水泥主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺常用（硅酸盐）水泥的特性影响常用水泥性能的因素重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点硅酸盐水泥的凝结和硬化难点：硅酸盐水泥的凝结和硬化要求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点掌握硅酸盐水泥凝结和硬化参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》技术标准GB175-19993.水泥水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。

在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。3.1常用水泥

凡由硅酸盐水泥熟料，０～５％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（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量５％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅱ。普通硅酸盐水泥Ｐ·Ｏ矿渣硅酸盐水泥Ｐ·Ｓ火山灰质硅酸盐水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ·Ｆ复合硅酸盐水泥Ｐ·Ｃ3.1.1常用水泥的生产１.硅酸盐水泥生产原料原料：１）石灰质原料主要提供ＣａＯ，２）粘土质原料主要提供Ａｌ２Ｏ３

以及Ｆｅ２Ｏ３。3）校正原料补充两种原料中所缺少的铁。２.硅酸盐水泥生产工艺概述1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料；2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至１４５０℃左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”；3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量３％左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。3.1.2常用水泥的特性１．硅酸盐水泥的主要矿物组成硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙３ＣａＯ·ＳｉＯ２，简式为Ｃ３Ｓ，硅酸二钙２ＣａＯ·ＳｉＯ２，简式为Ｃ２Ｓ，铝酸三钙３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，简式为Ｃ３Ａ，铁铝酸四钙４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，简式为Ｃ４ＡＦ，2．硅酸盐水泥各矿物组成性能比较硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：１）反应速度Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ较快，Ｃ４ＡＦ也较快，Ｃ２Ｓ最慢；２）释热量Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ较大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最小；３）强度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增长率较大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ为水泥强度主要来源。Ｃ３Ａ强度不高，Ｃ４ＡＦ含量对抗折强度有利；

４）耐化学学侵蚀性Ｃ４ＡＦ最优，，其次为ＣＣ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差；５）干缩性性Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，ＣＣ３Ｓ居中，ＣＣ３Ａ最大。硅酸盐水泥泥主要矿物物组成与特特性矿物组成硅酸三钙C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF与水反应速度中慢快中水化热中低高中对强度的作用早期良差良良后期良优中中耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小３．矿物组组成对水泥泥性能的影影响以上是单个个矿物组成成的性能，，水泥是几几种熟料矿矿物的混合合物，改变变熟料矿物物成分间的的比例，水水泥的性质质即发生相相应的变化化。例如提提高硅酸三三钙的含量量，可以制制得高强水水泥；又如如降低铝酸酸三钙和硅硅酸三钙含含量，提高高硅酸二钙钙含量，可可制得水化化热低的水水泥，如大大坝用水泥泥；提高铁铁铝酸四钙钙含量，可可获得抗折折强度较高高的水泥，，如道路水水泥。4．硅酸盐盐水泥的凝凝结和硬化化（１）硅酸酸盐水泥的的水化水泥颗粒与与水接触，，水泥熟料料矿物即与与水发生水水化反应，，生成水化化产物并放放出一定热热量水泥的水化化主要是四四种矿物成成分的水化化：１）硅酸三三钙２）硅酸二二钙３）铝酸三三钙４）铁铝酸酸四钙２）硅酸二二钙1）硅酸三三钙４）铁铝酸酸四钙３）铝酸三三钙为了调节水水泥的凝结结硬化速度度，在磨细细水泥时，，掺人适量量石膏，水水化铝酸钙钙与石膏反反应生成三三硫型水化化硫铝酸钙钙，亦称钙钙矾石。当当石育消耗耗完毕后，，水泥中尚尚未水化的的铝酸三钙钙与钙矾石石反应生成成单硫型的的水化硫铝铝酸钙。反反应式如下下：三硫型水化化硫铝酸钙钙（即钙矾矾石）是难难溶于水的的稳定的针针状结晶体体，它在生生成结晶体体时体积大大大膨胀。。因此，水水泥中加入入石膏数量量不可过多多，防止水水泥凝结硬硬化过程中中硫铝酸钙钙超过限制制，产生体体积变化不不均匀。尤尤其是形成成水泥构件件后，还继继续水化，，其危害更更大。（２）硅酸酸盐水泥的的凝结和硬硬化硅酸盐水泥泥的凝结硬硬化大致可可划分为以以下四个阶阶段：第Ⅰ阶段为为初始反应应期（诱导导前期）第Ⅱ阶段为为潜伏期（（诱导期期）第Ⅲ阶段为为凝结期（（凝结期））第Ⅳ阶段为为硬化期（（硬化期））水泥水化放放热曲线3.1.3影响常用用水泥性能能的主要因因素１）水泥组组成成分的的影响２）水泥细细度的影响响３）温度与与湿度的影影响４）水泥强强度与龄期期的关系5）拌和用用水量的影影响6）贮存条条件的影响响此外，水泥泥矿物成分分的含量、、水泥颗粒粒细度等，，对水泥的的凝结硬化化以及强度度，都有一一定的影啊啊。思考题：１.水泥磨细过过程中加入入石膏的目目的是什么么？２.水泥四种矿矿物成分的的特性是什什么？３.影响水水泥凝结硬硬化的因素素有哪些？？主要内容：：硅酸盐水水泥的技术术性质硅酸盐水泥泥的技术标标准常用水泥的的选用其它品种水水泥重点内容：：硅酸盐水水泥的技术术性质硅酸盐水泥泥的技术标标准难点点：硅酸酸盐水泥的的强度检验验方法及评评定要求求：掌握握硅酸盐水水泥的技术术性质掌握硅酸盐盐水泥的技技术标准参考资料：：《土木工工程材料》》陈志源《道路建筑筑材料》严严家伋《道路建筑材材料》孙凌凌《公路工程水水泥和水泥混混凝土试验规规程》《道路建筑材材料》集中训训练试验补充充教材《硅酸盐水泥泥、普通硅酸酸盐水泥》技技术标准GB175-19993.1.4常用水泥的选选用各类建筑工程程，针对其工工程性质、结结构部位、施施工要求和使使用环境条件件等，进行选选用。3.1.5常常用水泥的技技术性质和技技术标准１.技术性质质按照我国现行行国家标准《《硅酸盐水泥泥、普通硅酸酸盐水泥》（（ＧＢ１７５５一１９９９９）规定，硅硅酸盐水泥的的技术性质包包括下列项目目：１）化学性质质为了保证水泥泥的使用质量量，水泥的化化学指标主要要是控制水泥泥中有害的化化学成分含量量，若其超过过最大允许限限量，即意味味着对水泥性性能和质量可可能产生有害害或潜在的影影响。（１）氧化镁镁含量（２）三氧化化硫含量（３）烧失量量（４）不溶物物２）物理力学学性质（１）细度细度是指水泥泥颗粒粗细的的程度。细度度愈细，水泥泥与水起反应应的面积愈大大，水化速度度愈快并较完完全。实践表表明，细度提提高，可使水水泥混凝土的的强度提高，，工作性得到到改善。但是是，水泥细度度提高，在空空气中的硬化化收缩也较大大，使水泥发发生裂缝的可可能性增加。。因此，对水水泥细度必须须予以合理控控制。（２）水泥净净浆标准稠度度为使水泥凝结结时间和安定定性的测定结结果具有可比比性，在此两两项测定时必必须采用标准准稠度的水泥泥净浆。我国国国标规定，，水泥净浆稠稠度是采用标标准维卡仪测测定的，以试试杆沉入净浆浆距底板６ｍｍｍ±１ｍｍｍ时的稠度为为“标准稠度度”，此时的的用水量为标标准稠度用水水量。水泥标准稠度度与凝结时间间测定（３）凝结时时间凝结时间是水水泥从加水开开始，到水泥泥浆失去可塑塑性所需的时时间。凝结时时间分为初凝凝时间和终凝凝时间。初凝时间是从从水泥加水到到水泥浆开始始失去塑性的的时间；终凝时间是水水泥加水到水水泥浆完全失失去塑性并开开始产生强度度的时间。水泥的凝结时时间对水泥混混凝土的施工工有重要意义义。如果凝结结过快，混凝凝土会很快失失去流动性，，以致无法浇浇筑，所以初初凝时间不宜宜过短，以便便有足够的时时间在初凝之之前完成混凝凝土各工序的的施工操作；；但终凝时间间又不宜太迟迟，以便混凝凝土在浇捣完完毕后，尽早早完成凝结硬硬化。我国现现行国标（ＧＧＢ１７５－－１９９９））规定，硅酸酸盐水泥初凝凝时间不得早早于４５ｍｉｉｎ；终凝时时间不得迟于于３９０ｍｉｉｎ。普通硅硅酸盐水泥初初凝时间不得得早于４５ｍｍｉｎ，终凝凝时间不得迟迟于１０ｈ。。（４）体积安安定性水泥硬化后体体积变化的均均匀性称为水水泥体积安定定性。水泥与水拌制制成的水泥浆浆体，在凝结结硬化过程中中，一般都会会发生体积变变化，如果这这种变化是发发生在凝结硬硬化过程中，，则对建筑物物的质量并没没有什么影响响。但是，在在水泥硬化后后若产生不均均匀的体积变变化，将使混混凝土产生膨膨胀裂缝，降降低使用质量量，甚至引起起严重事故。。这既是水泥泥体积安定性性不良。体积安定性不不良的原因，，一般是由于于熟料中所含含的游离氧化化钙过多；也也可能是熟料料中所含的游游离氧化镁过过多或掺入的的石膏过多，，致使水泥已已经凝结硬化化后，甚至已已经应用于结结构物中，这这些成分继续续水化，体积积膨胀，引起起不均匀的体体积膨胀，造造成水泥石开开裂。雷氏夹雷氏夹测定仪仪（５）强度强度是水泥技技术要求中最最基本的指标标，也是水泥泥的重要技术术性质之一。。水泥的强度除除了与水泥本本身的性质（（如熟料的矿矿物组成、细细度等）有关关外，并与水水灰比、试件件制作方法、、养护条件和和时间等有关关。多年来，，我国水泥强强度的检验一一直按国家标标准《水泥胶胶砂强度检验验方法》（ＧＧＢ１７７一一８５）简称称软练法进行行，该标准规规定，以ｌ∶∶２．５的水水泥和标准砂砂，按规定的的水灰比（００．４４或００．４６），，用标准制作作方法制成４４０ｍｍ×４４０ｍｍ×１１６０ｍｍ的的标准试件，，在标准养护护条件下，达达规定龄期（（３ｄ，７ｄｄ，２８ｄ））时，按国家家标准（ＧＢＢ１７５一９９２）规定的的最低强度值值来评定其所所属标号。水泥胶砂试模模集振动台我国现行国家家标准《水泥泥胶砂强度检检验方法》（（ＧＢ／Ｔ１１７６７１－－１９９９））简称ＩＳＯＯ法规定，以以１∶３的水水泥和标准砂砂（标准砂满满足级配要求求），采用００.５的水灰灰比，用标准准制作方法制制成４０ｍｍｍ×４０ｍｍｍ×１６０ｍｍｍ的标准试试件，在标准准养护条件下下，达到规定定龄期（３ｄｄ，７ｄ，２２８ｄ）时，，按国家标准准（ＧＢ１７７５－１９９９９）规定的的最低强度值值来确定其强强度等级。我国现行国家家标准（ＧＢＢ１７５一９９２）规定：：凡氧化镁、、三氧化硫、、初凝时间、、安定性中的的任一项不符符合标准规定定，均为废品品。凡细度、、终凝时间、、不溶物和烧烧失量中的任任一项不符合合标准规定或或混合材料掺掺加量超过最最大限量，或或强度低于商商品标号规定定的指标时，，称为不合格格品，废品水水泥在工程中中严禁使用。。２．技术标准准硅酸盐水泥石石的腐蚀和防防止１.水泥石的的腐蚀１）淡水侵浊浊２）硫酸盐的的侵蚀３）镁盐侵蚀蚀４）碳酸侵蚀蚀水泥石腐蚀的的防止针对以上分析析产生腐蚀的的原因，在选选用水泥及施施工中，可考考虑以下措施施来防止腐蚀蚀。１）根据建筑筑物环境特点点，合理选用用水泥品种２）提高水泥泥石的密实度度３）加做保护护层R3.2其其它品种水泥泥3.2.1高高铝水泥凡以铝酸钙为为主，氧化铝铝含量约５００％的熟料，，经磨细而得得的水硬性胶胶凝材料称为为高铝水泥。。又名矾土水水泥。工程应用高铝水泥的特特点是早期强强度增长快，，强度高，主主要用于紧急急抢修和早期期强度要求高高的工程。高高铝水泥的缺缺点是后期强强度倒缩，在在使用３～５５年后高铝水水泥混凝土的的强度只有早早期强度的一一半左右。高铝水泥不宜宜作结构工程程。它的使用用温度不宜超超过３０℃，，如有蒸汽养养护不宜超过过５０℃，不不得与其它品品种水泥混合合使用。3.2.2膨膨胀水泥膨胀水泥是硬硬化过程中不不产生收缩，，而具有一定定膨胀性能的的水泥。工程应用在道桥工程中中，膨胀水泥泥常用于水泥泥混凝土路面面、机场道面面或桥梁修补补混凝土。此此外用于防止止渗漏、修补补裂缝及管道道接头等工程程。3.2.3白白色和彩色硅硅酸盐水泥白色水泥的主主要矿物组成成仍是硅酸盐盐，只是水泥泥中着色物质质（氧化铁、、氧化锰、氧氧化钛、氧化化铬等）的含含量极少。生产彩色硅酸酸盐水泥有三三种方法：（（1）在水泥泥生料中混入入着色物质，，烧成彩色熟熟料再粉磨成成彩色水泥；；（2）将白白水泥熟料或或硅酸盐水泥泥熟料、适量量石膏和碱性性着色物质共共同磨细制成成彩色水泥；；（3）将干干燥状态的着着色物质掺入入白色水泥或或硅酸盐水泥泥中。白色和彩色水水泥在装饰工工程中，常用用于配制各类类彩色水泥浆浆、砂浆和混混凝土，用以以制造各种水水磨石、水刷刷石、等饰面面及雕塑和装装饰部件等制制品。补充：道路硅硅酸盐水泥１.定义以适当成分的的生料烧至部部分熔融，所所得以硅酸钙钙为主要成分分和较多量的的铁铝酸钙的的硅酸盐水泥泥熟料称为道道路硅酸盐水水泥熟料。由由道路硅酸盐盐水泥熟料，，０～１０％％活性混合材材料和适量石石膏磨细制成成的水硬性胶胶凝材料，称称为道路硅酸酸盐水泥（简简称道路水泥泥）。２.技术要求求１）化学组成成在道路水泥或或熟料中含有有下列有害成成分必须加以以限制：（１）氧化镁镁含量道路路水泥中氧化化镁含量不得得超过５.００％。（２）三氧化化硫含量道道路水泥中三三氧化硫不得得超过３.５５％。（３）烧烧失量道道路水水泥中的的烧失量量不得大大于３.０％。。（４）游游离氧化化钙含量量道路路水泥熟熟料中游游离氧化化钙含量量，旋窑窑生产不不得大于于１.００％；立立窑生产产不得大大于１.８％。。（５）碱碱含量如如用户户提出要要求时，，由供需需双方商商定。２）矿物物组成（１）铝铝酸三钙钙含量道道路水水泥熟料料中铝酸酸三钙的的含量不不得大于于５.００％。（２）铁铁铝酸四四钙含量量道路路水泥熟熟料中铁铁铝酸四四钙的含含量不得得小于１１６.００％。铝酸三钙钙（Ｃ３Ａ）和铁铁铝酸四四钙（ＣＣ４ＡＦ）的的含量，，先按ＧＧＢ１７７６方法法求出三三氧化二二铝（ＡＡｌ２Ｏ３）和三氧氧化二铁铁（Ｆｅｅ２Ｏ３）的含量量，然后后按下式式求得：：Ｃ３Ａ＝２.６５（（Ａｌ２Ｏ３－０.６６４Ｆｅｅ２Ｏ３）％Ｃ４ＡＦ＝３３.０４４Ｆｅ２Ｏ３％３）物理理力学性性质（１）细细度按按国标ＧＧＢ１３３４５水水泥细度度检验方方法，８８０μｍｍ筛的筛筛余量不不得大于于１０％％。（２）凝凝结时间间按国国标ＧＢＢ１３４４６试验验方法，，初凝不不得早于于１ｈ，，终凝不不得