《土木工程材料》(第三章).ppt

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1、 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 GB175-1999 3. 水 泥

2、 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，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 型 硅酸盐水泥 ， 代号 ；在硅酸盐水泥熟料粉磨 时掺加不超过质量 石灰石或粒化高炉矿渣混合 材料的称 型硅酸盐水泥 ， 代号 。 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水

3、泥 复合硅酸盐水泥 3.1.1常用水泥的生产 .硅酸盐水泥生产原料 原料： ） 石灰质原料 主要提供 ， ） 粘土质原料 主要提供 以及 。 3） 校正原料 补充两种原料中所缺少的铁 。 .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 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 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 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：

4、硅酸三钙 ， 简式为 ， 硅酸二钙 ， 简式为 ， 铝酸三钙 ， 简式为 ， 铁铝酸四钙 ， ， 简式为 ， 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： ） 反应速度 最快 ， 较快 ， 也较快 ， 最慢； ） 释热量 最大 ， 较大 ， 居中 ， 最小； ） 强度 最高 ， 早期低 ， 但后期增长率较大 。 故 和 为水泥强度主要来源 。 强度不高 ， 含量对抗折强度有利； ） 耐化学侵蚀性 最优 ， 其次为 、 ， 最差； ）干缩性 和 最小， 居中， 最 大。 硅酸盐水泥主要矿物组成与特性 矿物组成 硅酸三 钙 C3S 硅酸二 钙 C2S 铝酸三 钙 C3

5、A 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 矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能 ， 水泥是几种熟 料矿物的混合物 ， 改变熟料矿物成分间的比例 ， 水泥的性质即发生相应的变化 。 例如提高硅酸三 钙的含量 ， 可以制得高强水泥；又如降低铝酸三 钙和硅酸三钙含量 ， 提高硅酸二钙含量 ， 可制得 水化热低的水泥 ， 如大坝用水泥；提高铁铝酸四 钙含量 ， 可获得抗折强度较高的水泥 ， 如道路水 泥 。 4 硅酸盐水泥的凝结和硬化 （

6、 ） 硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触 ， 水泥熟料矿物即与水发生水化 反应 ， 生成水化产物并放出一定热量 水泥的水化主要是四种矿物成分的水化： ） 硅酸三钙 ） 硅酸二钙 ） 铝酸三钙 ） 铁铝酸四钙 氢氧 化 钙 ）( 22（ 水化硅酸 钙 水22（ 硅酸三 钙 硅 2 x )C a( O H )(3OHyS i Ox C a OOnHS i OC a O3 氢氧 化 钙 ）( 22（ 水化硅酸 钙 水22（ 硅酸三 钙 硅 2 x )C a( O H )(2OHyS i Ox C a OOmHS i OC a O2 ）硅酸二钙 1）硅酸三钙 O31H3 CaS OOAl3 CaO O

7、19H)O2HCaSO(3O6HOAl3 CaO 2 ）（ 432 2 （ 二水石膏） 242 （ 水化 铝 水化 铝 32 三硫型水化硫铝酸钙 OHOFeCaOO6HOAl3 Ca OO7HOFeOAl4 Ca O 2（ 水化 铁 水化 铁322（ 水化 铝 水化 铝32232（ 铁铁铝 酸四 钙32 ）铁铝酸四钙 ）铝酸三钙 为了调节水泥的凝结硬化速度 ， 在磨细水泥时 ， 掺人适量 石膏 ， 水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙 ， 亦称钙矾石 。 当石育消耗完毕后 ， 水泥中尚未水化的铝酸 三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙 。 反应式如 下： 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石

8、）是难溶于水的稳定的针 状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥 中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝 酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构 件后，还继续水化，其危害更大。 O1 2 HC a S OOAl3 C a O OAl3 C a O3 C a OO3 1 H3 C a S OOAl3 C a O 2 （ 432 （水 化 铝 水化 铝 酸 32 ）（ 2432 单硫型水化硫铝酸钙） 三硫型水化硫铝酸钙 （ ） 硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段： 第 阶段为初始反应期 （ 诱导前期 ） 第 阶段为潜伏期 （ 诱导

9、期 ） 第 阶段为凝结期 （ 凝结期 ） 第 阶段为硬化期 （ 硬化期 ） 水 泥 水 化 放 热 曲 线 3.1.3影响常用水泥性能的主要因素 ） 水泥组成成分的影响 ） 水泥细度的影响 ） 温度与湿度的影响 ） 水泥强度与龄期的关系 5） 拌和用水量的影响 6） 贮存条件的影响 此外 ， 水泥矿物成分的含量 、 水泥颗粒细度等 ， 对水泥的凝结硬化以及强度 ， 都有一定的影啊 。 思考题： .水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么 ？ .水泥四种矿物成分的特性是什么 ？ .影响水泥凝结硬化的因素有哪些？ 主要内容：硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥的技术标准 常用水泥的选用 其它品种水泥 重点内

10、容：硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥的技术标准 难 点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定 要 求：掌握硅酸盐水泥的技术性质 掌握硅酸盐水泥的技术标准 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 GB175-1999 3.1.4常用水泥的选用 各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施 工要求和使用环境条件等，进行选用。 3.1.5常用水泥的技术性质和技术标准 .技术性质 按照我国现行国家标准 硅酸盐水泥 、 普通硅酸盐水泥 （ 一 ） 规定 ， 硅酸盐

11、水泥的技术性质 包括下列项目： ） 化学性质 为了保证水泥的使用质量 ， 水泥的化学指标主要是控制水 泥中有害的化学成分含量 ， 若其超过最大允许限量 ， 即意 味着对水泥性能和质量可能产生有害或潜在的影响 。 （ ） 氧化镁含量 （ ） 三氧化硫含量 （ ） 烧失量 （ ） 不溶物 ） 物理力学性质 （ ） 细度 细度是指水泥颗粒粗细的程度 。 细度愈细 ， 水泥与水起反 应的面积愈大 ， 水化速度愈快并较完全 。 实践表明 ， 细度提 高 ， 可使水泥混凝土的强度提高 ， 工作性得到改善 。 但是 ， 水泥细度提高 ， 在空气中的硬化收缩也较大 ， 使水泥发生裂 缝的可能性增加 。 因此

12、， 对水泥细度必须予以合理控制 。 （ ） 水泥净浆标准稠度 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此 两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定， 水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距 底板 时的稠度为 “ 标准稠度 ” ，此时的用水 量为标准稠度用水量。 水泥标准稠度与凝结时间测定 （ ） 凝结时间 凝结时间是水泥从加水开始 ， 到水泥浆失去可塑性所需 的时间 。 凝结时间分为初凝时间和终凝时间 。 初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间； 终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的 时间 。 水泥的凝结时间对水泥混凝土的施工有重要意义

13、。如果 凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初 凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各 工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣 完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标（ ）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于；终 凝时间不得迟于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得 早于，终凝时间不得迟于。 （ ） 体积安定性 水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性 。 水泥与水拌制成的水泥浆体 ， 在凝结硬化过程中 ， 一般都会发 生体积变化 ， 如果这种变化是发生在凝结硬化过程中 ， 则对建 筑物的质量并没有什么影响 。 但是 ， 在水泥硬化后若产生不均 匀的体积变

14、化 ， 将使混凝土产生膨胀裂缝 ， 降低使用质量 ， 甚 至引起严重事故 。 这既是水泥体积安定性不良 。 体积安定性不良的原因 ， 一般是由于熟料中所含的游离氧 化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石 膏过多 ， 致使水泥已经凝结硬化后 ， 甚至已经应用于结构物中 ， 这些成分继续水化 ， 体积膨胀 ， 引起不均匀的体积膨胀 ， 造成 水泥石开裂 。 雷氏夹 雷氏夹测定仪 （ ） 强度 强度是水泥技术要求中最基本的指标 ， 也是水泥的 重要技术性质之一 。 水泥的强度除了与水泥本身的性质 （ 如熟料的矿 物组成 、 细度等 ） 有关外 ， 并与水灰比 、 试件制作方 法 、

15、养护条件和时间等有关 。 多年来 ， 我国水泥强度 的检验一直按国家标准 水泥胶砂强度检验方法 （ 一 ） 简称软练法进行 ， 该标准规定 ， 以 的水泥和标准砂 ， 按规定的水灰比 （ 或 ） ， 用标准制作方法制成 的标准试件 ， 在标准养 护条件下 ， 达规定龄期 （ ， ， ） 时 ， 按国家标准 （ 一 ） 规定的最低强度值 来评定其所属标号 。 水泥胶砂试模集振动台 我国现行国家标准 水泥胶砂强度检验方法 （ ） 简称法规定 ， 以 的水 泥和标准砂 （ 标准砂满足级配要求 ） ， 采用 .的水灰比 ， 用标准制作方法制成 的标准 试件 ， 在标准养护条件下 ， 达到规定龄期 （

16、， ， ） 时 ， 按国家标准 （ ） 规定的最低强 度值来确定其强度等级 。 我国现行国家标准（一）规定：凡氧化镁、 三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均 为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符 合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于商品 标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使 用。 技术标准 硅酸盐水泥石的腐蚀和防止 .水泥石的腐蚀 ） 淡水侵浊 ） 硫酸盐的侵蚀 ） 镁盐侵蚀 ） 碳酸侵蚀 水泥石腐蚀的防止 针对以上分析产生腐蚀的原因 ， 在选用水泥及施工中 ， 可考虑 以下措施来防止腐蚀 。 ） 根据建筑物环境特点 ， 合理

17、选用水泥品种 ） 提高水泥石的密实度 ） 加做保护层 R 3.2 其它品种水泥 3.2.1高铝水泥 凡以铝酸钙为主 ， 氧化铝含量约 的熟料 ， 经磨细 而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥 。 又名矾土水泥 。 工程应用 高铝水泥的特点是早期强度增长快 ， 强度高 ， 主要用于 紧急抢修和早期强度要求高的工程 。 高铝水泥的缺点是后期 强度倒缩 ， 在使用年后高铝水泥混凝土的强度只有早 期强度的一半左右 。 高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过 ，如有蒸汽养护不宜超过 ，不得与其它品种水泥混 合使用。 3.2.2膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩 ， 而具有一 定膨胀性能的水泥 。

18、 工程应用 在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、 机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、 修补裂缝及管道接头等工程。 3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥 白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐 ， 只是水泥中着色物 质 （ 氧化铁 、 氧化锰 、 氧化钛 、 氧化铬等 ） 的含量极少 。 生产彩色硅酸盐水泥有三种方法： （ 1） 在水泥生料中混入 着色物质 ， 烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥； （ 2） 将白水 泥熟料或硅酸盐水泥熟料 、 适量石膏和碱性着色物质共同 磨细制成彩色水泥； （ 3） 将干燥状态的着色物质掺入白色 水泥或硅酸盐水泥中 。 白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类

19、彩色水泥 浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰 面及雕塑和装饰部件等制品。 补充：道路硅酸盐水泥 .定义 以适当成分的生料烧至部分熔融 ， 所得以硅酸 钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟 料称为道路硅酸盐水泥熟料 。 由道路硅酸盐水泥熟 料 ， 活性混合材料和适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料 ， 称为道路硅酸盐水泥 （ 简称道 路水泥 ） 。 .技术要求 ） 化学组成 在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制： （ ） 氧化镁含量 道路水泥中氧化镁含量不得超过 . 。 （ ） 三氧化硫含量 道路水泥中三氧化硫不得超过 . 。 （ ） 烧失量 道路水泥中的烧失量不

20、得大于 . 。 （ ） 游离氧化钙含量 道路水泥熟料中游离氧化钙含量 ， 旋窑生产不得大于 . ；立窑生产不得大于 . 。 （ ） 碱含量 如用户提出要求时 ， 由供需双方商定 。 ） 矿物组成 （ ） 铝酸三钙含量 道路水泥熟料中铝酸三钙的含量 不得大于 . 。 （ ） 铁铝酸四钙含量 道路水泥熟料中铁铝酸四钙的 含量不得小于 . 。 铝酸三钙 （ ） 和铁铝酸四钙 （ ） 的含量 ， 先按方法求出三氧化二铝 （ ） 和三氧 化二铁 （ ） 的含量 ， 然后按下式求得： . （ . ） . ） 物理力学性质 （ ） 细度 按国标水泥细度检验方 法 ， 筛的筛余量不得大于 。 （ ） 凝结时间

21、 按国标试验方法 ， 初凝不得早于 ， 终凝不得迟于 。 （ ） 安定性 按国标试验方法 ， 安 定性用沸煮法必须合格 。 （ ） 干缩性 按国标水泥胶砂干缩性 试验 ， 干缩率不得大于 . 。 （ ） 耐磨性 按行业标准水泥胶 砂耐磨性试验 ， 磨损率不得大于 。 （ ） 强度 道路水泥分为 、 和 三个标号 。 .工程应用 道路水泥是一种强度高 ， 特别是抗折强度高 ， 耐磨性好 ， 干缩性小 ， 抗冲击性好 ， 抗冻性 、 抗硫 酸性比较好的专用水泥 。 它适用于道路路面 、 机场 跑道道面 、 城市广场等工程 ， 由于道路水泥具有干 缩性小 、 耐磨 、 抗冲击等特性 ， 可减少水泥混疑土 路面的裂缝和磨耗等病害 ， 减少维修 、 延长路面使 用年限 ， 因而可获得显著的社会 效益和经济效益 。 思考题： .什么是水泥的初凝和终凝 ？ 凝结时间对工程有何 影响 ？ .什么是水泥的合格品 、 不合格品及废品 ？ 工程中 有何要求 ？ .法与软练法的主要区别是什么 ？ R END THANK YOU！