土木工程材料8

《土木工程材料》教案

第三章黑龍江工程學院土木工程系孫凌第三章水泥3.1常用水泥3.2其它品種水泥主要內(nèi)容：常用（硅酸鹽）水泥的生產(chǎn)工藝常用（硅酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素重點內(nèi)容：硅酸鹽水泥礦物成分特點硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化難點：硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化要求：掌握硅酸鹽水泥的礦物成分特點掌握硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化參考資料：《土木工程材料》陳志源《道路建筑材料》嚴家伋《道路建筑材料》孫凌《公路工程水泥和水泥混凝土試驗規(guī)程》《道路建筑材料》集中訓練試驗補充教材《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》技術(shù)標準GB175-19993.水泥水泥是一種水硬性膠凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。

在道路與橋梁工程中通常應用的水泥有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥等五大品種水泥。3.1常用水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料，０～５％石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（即國外通稱的波特蘭水泥）。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅰ；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過質(zhì)量５％石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅱ。普通硅酸鹽水泥Ｐ·Ｏ礦渣硅酸鹽水泥Ｐ·Ｓ火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰硅酸鹽水泥Ｐ·Ｆ復合硅酸鹽水泥Ｐ·Ｃ3.1.1常用水泥的生產(chǎn)１.硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料原料：１）石灰質(zhì)原料主要提供ＣａＯ，２）粘土質(zhì)原料主要提供Ａｌ２Ｏ３

以及Ｆｅ２Ｏ３。3）校正原料補充兩種原料中所缺少的鐵。２.硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述1)把幾種原材料按適當比例配合在磨機中磨成生料；2)將制備好的生料入窯進行煅燒，至１４５０℃左右生成以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥“熟料”；3)為調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)速度，在燒成的熟料中加入質(zhì)量３％左右的石膏共同磨細，即為硅酸鹽水泥。因此，硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概括起來為“兩磨一燒”。3.1.2常用水泥的特性１．硅酸鹽水泥的主要礦物組成硅酸鹽水泥的主要礦物組成是：硅酸三鈣３ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡式為Ｃ３Ｓ，硅酸二鈣２ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡式為Ｃ２Ｓ，鋁酸三鈣３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，簡式為Ｃ３Ａ，鐵鋁酸四鈣４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，簡式為Ｃ４ＡＦ，2．硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較硅酸鹽水泥熟料中這四種礦物組成的特性是：１）反應速度Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ較快，Ｃ４ＡＦ也較快，Ｃ２Ｓ最慢；２）釋熱量Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ較大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最??；３）強度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增長率較大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ為水泥強度主要來源。Ｃ３Ａ強度不高，Ｃ４ＡＦ含量對抗折強度有利；

４）耐化學學侵蝕性Ｃ４ＡＦ最優(yōu)，，其次為ＣＣ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差；５）干縮性性Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，ＣＣ３Ｓ居中，ＣＣ３Ａ最大。硅酸鹽水泥泥主要礦物物組成與特特性礦物組成硅酸三鈣C3S硅酸二鈣C2S鋁酸三鈣C3A鐵鋁酸四鈣C4AF與水反應速度中慢快中水化熱中低高中對強度的作用早期良差良良后期良優(yōu)中中耐化學侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小３．礦物組組成對水泥泥性能的影影響以上是單個個礦物組成成的性能，，水泥是幾幾種熟料礦礦物的混合合物，改變變熟料礦物物成分間的的比例，水水泥的性質(zhì)質(zhì)即發(fā)生相相應的變化化。例如提提高硅酸三三鈣的含量量，可以制制得高強水水泥；又如如降低鋁酸酸三鈣和硅硅酸三鈣含含量，提高高硅酸二鈣鈣含量，可可制得水化化熱低的水水泥，如大大壩用水泥泥；提高鐵鐵鋁酸四鈣鈣含量，可可獲得抗折折強度較高高的水泥，，如道路水水泥。4．硅酸鹽鹽水泥的凝凝結(jié)和硬化化（１）硅酸酸鹽水泥的的水化水泥顆粒與與水接觸，，水泥熟料料礦物即與與水發(fā)生水水化反應，，生成水化化產(chǎn)物并放放出一定熱熱量水泥的水化化主要是四四種礦物成成分的水化化：１）硅酸三三鈣２）硅酸二二鈣３）鋁酸三三鈣４）鐵鋁酸酸四鈣２）硅酸二二鈣1）硅酸三三鈣４）鐵鋁酸酸四鈣３）鋁酸三三鈣為了調(diào)節(jié)水水泥的凝結(jié)結(jié)硬化速度度，在磨細細水泥時，，摻人適量量石膏，水水化鋁酸鈣鈣與石膏反反應生成三三硫型水化化硫鋁酸鈣鈣，亦稱鈣鈣礬石。當當石育消耗耗完畢后，，水泥中尚尚未水化的的鋁酸三鈣鈣與鈣礬石石反應生成成單硫型的的水化硫鋁鋁酸鈣。反反應式如下下：三硫型水化化硫鋁酸鈣鈣（即鈣礬礬石）是難難溶于水的的穩(wěn)定的針針狀結(jié)晶體體，它在生生成結(jié)晶體體時體積大大大膨脹。。因此，水水泥中加入入石膏數(shù)量量不可過多多，防止水水泥凝結(jié)硬硬化過程中中硫鋁酸鈣鈣超過限制制，產(chǎn)生體體積變化不不均勻。尤尤其是形成成水泥構(gòu)件件后，還繼繼續(xù)水化，，其危害更更大。（２）硅酸酸鹽水泥的的凝結(jié)和硬硬化硅酸鹽水泥泥的凝結(jié)硬硬化大致可可劃分為以以下四個階階段：第Ⅰ階段為為初始反應應期（誘導導前期）第Ⅱ階段為為潛伏期（（誘導期期）第Ⅲ階段為為凝結(jié)期（（凝結(jié)期））第Ⅳ階段為為硬化期（（硬化期））水泥水化放放熱曲線3.1.3影響常用用水泥性能能的主要因因素１）水泥組組成成分的的影響２）水泥細細度的影響響３）溫度與與濕度的影影響４）水泥強強度與齡期期的關(guān)系5）拌和用用水量的影影響6）貯存條條件的影響響此外，水泥泥礦物成分分的含量、、水泥顆粒粒細度等，，對水泥的的凝結(jié)硬化化以及強度度，都有一一定的影啊啊。思考題：１.水泥磨細過過程中加入入石膏的目目的是什么么？２.水泥四種礦礦物成分的的特性是什什么？３.影響水水泥凝結(jié)硬硬化的因素素有哪些？？主要內(nèi)容：：硅酸鹽水水泥的技術(shù)術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥泥的技術(shù)標標準常用水泥的的選用其它品種水水泥重點內(nèi)容：：硅酸鹽水水泥的技術(shù)術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥泥的技術(shù)標標準難點點：硅酸酸鹽水泥的的強度檢驗驗方法及評評定要求求：掌握握硅酸鹽水水泥的技術(shù)術(shù)性質(zhì)掌握硅酸鹽鹽水泥的技技術(shù)標準參考資料：：《土木工工程材料》》陳志源《道路建筑筑材料》嚴嚴家伋《道路建筑材材料》孫凌凌《公路工程水水泥和水泥混混凝土試驗規(guī)規(guī)程》《道路建筑材材料》集中訓訓練試驗補充充教材《硅酸鹽水泥泥、普通硅酸酸鹽水泥》技技術(shù)標準GB175-19993.1.4常用水泥的選選用各類建筑工程程，針對其工工程性質(zhì)、結(jié)結(jié)構(gòu)部位、施施工要求和使使用環(huán)境條件件等，進行選選用。3.1.5常常用水泥的技技術(shù)性質(zhì)和技技術(shù)標準１.技術(shù)性質(zhì)質(zhì)按照我國現(xiàn)行行國家標準《《硅酸鹽水泥泥、普通硅酸酸鹽水泥》（（ＧＢ１７５５一１９９９９）規(guī)定，硅硅酸鹽水泥的的技術(shù)性質(zhì)包包括下列項目目：１）化學性質(zhì)質(zhì)為了保證水泥泥的使用質(zhì)量量，水泥的化化學指標主要要是控制水泥泥中有害的化化學成分含量量，若其超過過最大允許限限量，即意味味著對水泥性性能和質(zhì)量可可能產(chǎn)生有害害或潛在的影影響。（１）氧化鎂鎂含量（２）三氧化化硫含量（３）燒失量量（４）不溶物物２）物理力學學性質(zhì)（１）細度細度是指水泥泥顆粒粗細的的程度。細度度愈細，水泥泥與水起反應應的面積愈大大，水化速度度愈快并較完完全。實踐表表明，細度提提高，可使水水泥混凝土的的強度提高，，工作性得到到改善。但是是，水泥細度度提高，在空空氣中的硬化化收縮也較大大，使水泥發(fā)發(fā)生裂縫的可可能性增加。。因此，對水水泥細度必須須予以合理控控制。（２）水泥凈凈漿標準稠度度為使水泥凝結(jié)結(jié)時間和安定定性的測定結(jié)結(jié)果具有可比比性，在此兩兩項測定時必必須采用標準準稠度的水泥泥凈漿。我國國國標規(guī)定，，水泥凈漿稠稠度是采用標標準維卡儀測測定的，以試試桿沉入凈漿漿距底板６ｍｍｍ±１ｍｍｍ時的稠度為為“標準稠度度”，此時的的用水量為標標準稠度用水水量。水泥標準稠度度與凝結(jié)時間間測定（３）凝結(jié)時時間凝結(jié)時間是水水泥從加水開開始，到水泥泥漿失去可塑塑性所需的時時間。凝結(jié)時時間分為初凝凝時間和終凝凝時間。初凝時間是從從水泥加水到到水泥漿開始始失去塑性的的時間；終凝時間是水水泥加水到水水泥漿完全失失去塑性并開開始產(chǎn)生強度度的時間。水泥的凝結(jié)時時間對水泥混混凝土的施工工有重要意義義。如果凝結(jié)結(jié)過快，混凝凝土會很快失失去流動性，，以致無法澆澆筑，所以初初凝時間不宜宜過短，以便便有足夠的時時間在初凝之之前完成混凝凝土各工序的的施工操作；；但終凝時間間又不宜太遲遲，以便混凝凝土在澆搗完完畢后，盡早早完成凝結(jié)硬硬化。我國現(xiàn)現(xiàn)行國標（ＧＧＢ１７５－－１９９９））規(guī)定，硅酸酸鹽水泥初凝凝時間不得早早于４５ｍｉｉｎ；終凝時時間不得遲于于３９０ｍｉｉｎ。普通硅硅酸鹽水泥初初凝時間不得得早于４５ｍｍｉｎ，終凝凝時間不得遲遲于１０ｈ。。（４）體積安安定性水泥硬化后體體積變化的均均勻性稱為水水泥體積安定定性。水泥與水拌制制成的水泥漿漿體，在凝結(jié)結(jié)硬化過程中中，一般都會會發(fā)生體積變變化，如果這這種變化是發(fā)發(fā)生在凝結(jié)硬硬化過程中，，則對建筑物物的質(zhì)量并沒沒有什么影響響。但是，在在水泥硬化后后若產(chǎn)生不均均勻的體積變變化，將使混混凝土產(chǎn)生膨膨脹裂縫，降降低使用質(zhì)量量，甚至引起起嚴重事故。。這既是水泥泥體積安定性性不良。體積安定性不不良的原因，，一般是由于于熟料中所含含的游離氧化化鈣過多；也也可能是熟料料中所含的游游離氧化鎂過過多或摻入的的石膏過多，，致使水泥已已經(jīng)凝結(jié)硬化化后，甚至已已經(jīng)應用于結(jié)結(jié)構(gòu)物中，這這些成分繼續(xù)續(xù)水化，體積積膨脹，引起起不均勻的體體積膨脹，造造成水泥石開開裂。雷氏夾雷氏夾測定儀儀（５）強度強度是水泥技技術(shù)要求中最最基本的指標標，也是水泥泥的重要技術(shù)術(shù)性質(zhì)之一。。水泥的強度除除了與水泥本本身的性質(zhì)（（如熟料的礦礦物組成、細細度等）有關(guān)關(guān)外，并與水水灰比、試件件制作方法、、養(yǎng)護條件和和時間等有關(guān)關(guān)。多年來，，我國水泥強強度的檢驗一一直按國家標標準《水泥膠膠砂強度檢驗驗方法》（ＧＧＢ１７７一一８５）簡稱稱軟練法進行行，該標準規(guī)規(guī)定，以ｌ∶∶２．５的水水泥和標準砂砂，按規(guī)定的的水灰比（００．４４或００．４６），，用標準制作作方法制成４４０ｍｍ×４４０ｍｍ×１１６０ｍｍ的的標準試件，，在標準養(yǎng)護護條件下，達達規(guī)定齡期（（３ｄ，７ｄｄ，２８ｄ））時，按國家家標準（ＧＢＢ１７５一９９２）規(guī)定的的最低強度值值來評定其所所屬標號。水泥膠砂試模模集振動臺我國現(xiàn)行國家家標準《水泥泥膠砂強度檢檢驗方法》（（ＧＢ／Ｔ１１７６７１－－１９９９））簡稱ＩＳＯＯ法規(guī)定，以以１∶３的水水泥和標準砂砂（標準砂滿滿足級配要求求），采用００.５的水灰灰比，用標準準制作方法制制成４０ｍｍｍ×４０ｍｍｍ×１６０ｍｍｍ的標準試試件，在標準準養(yǎng)護條件下下，達到規(guī)定定齡期（３ｄｄ，７ｄ，２２８ｄ）時，，按國家標準準（ＧＢ１７７５－１９９９９）規(guī)定的的最低強度值值來確定其強強度等級。我國現(xiàn)行國家家標準（ＧＢＢ１７５一９９２）規(guī)定：：凡氧化鎂、、三氧化硫、、初凝時間、、安定性中的的任一項不符符合標準規(guī)定定，均為廢品品。凡細度、、終凝時間、、不溶物和燒燒失量中的任任一項不符合合標準規(guī)定或或混合材料摻摻加量超過最最大限量，或或強度低于商商品標號規(guī)定定的指標時，，稱為不合格格品，廢品水水泥在工程中中嚴禁使用。。２．技術(shù)標準準硅酸鹽水泥石石的腐蝕和防防止１.水泥石的的腐蝕１）淡水侵濁濁２）硫酸鹽的的侵蝕３）鎂鹽侵蝕蝕４）碳酸侵蝕蝕水泥石腐蝕的的防止針對以上分析析產(chǎn)生腐蝕的的原因，在選選用水泥及施施工中，可考考慮以下措施施來防止腐蝕蝕。１）根據(jù)建筑筑物環(huán)境特點點，合理選用用水泥品種２）提高水泥泥石的密實度度３）加做保護護層R3.2其其它品種水泥泥3.2.1高高鋁水泥凡以鋁酸鈣為為主，氧化鋁鋁含量約５００％的熟料，，經(jīng)磨細而得得的水硬性膠膠凝材料稱為為高鋁水泥。。又名礬土水水泥。工程應用高鋁水泥的特特點是早期強強度增長快，，強度高，主主要用于緊急急搶修和早期期強度要求高高的工程。高高鋁水泥的缺缺點是后期強強度倒縮，在在使用３～５５年后高鋁水水泥混凝土的的強度只有早早期強度的一一半左右。高鋁水泥不宜宜作結(jié)構(gòu)工程程。它的使用用溫度不宜超超過３０℃，，如有蒸汽養(yǎng)養(yǎng)護不宜超過過５０℃，不不得與其它品品種水泥混合合使用。3.2.2膨膨脹水泥膨脹水泥是硬硬化過程中不不產(chǎn)生收縮，，而具有一定定膨脹性能的的水泥。工程應用在道橋工程中中，膨脹水泥泥常用于水泥泥混凝土路面面、機場道面面或橋梁修補補混凝土。此此外用于防止止?jié)B漏、修補補裂縫及管道道接頭等工程程。3.2.3白白色和彩色硅硅酸鹽水泥白色水泥的主主要礦物組成成仍是硅酸鹽鹽，只是水泥泥中著色物質(zhì)質(zhì)（氧化鐵、、氧化錳、氧氧化鈦、氧化化鉻等）的含含量極少。生產(chǎn)彩色硅酸酸鹽水泥有三三種方法：（（1）在水泥泥生料中混入入著色物質(zhì)，，燒成彩色熟熟料再粉磨成成彩色水泥；；（2）將白白水泥熟料或或硅酸鹽水泥泥熟料、適量量石膏和堿性性著色物質(zhì)共共同磨細制成成彩色水泥；；（3）將干干燥狀態(tài)的著著色物質(zhì)摻入入白色水泥或或硅酸鹽水泥泥中。白色和彩色水水泥在裝飾工工程中，常用用于配制各類類彩色水泥漿漿、砂漿和混混凝土，用以以制造各種水水磨石、水刷刷石、等飾面面及雕塑和裝裝飾部件等制制品。補充：道路硅硅酸鹽水泥１.定義以適當成分的的生料燒至部部分熔融，所所得以硅酸鈣鈣為主要成分分和較多量的的鐵鋁酸鈣的的硅酸鹽水泥泥熟料稱為道道路硅酸鹽水水泥熟料。由由道路硅酸鹽鹽水泥熟料，，０～１０％％活性混合材材料和適量石石膏磨細制成成的水硬性膠膠凝材料，稱稱為道路硅酸酸鹽水泥（簡簡稱道路水泥泥）。２.技術(shù)要求求１）化學組成成在道路水泥或或熟料中含有有下列有害成成分必須加以以限制：（１）氧化鎂鎂含量道路路水泥中氧化化鎂含量不得得超過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過３.５５％。（３）燒燒失量道道路水水泥中的的燒失量量不得大大于３.０％。。（４）游游離氧化化鈣含量量道路路水泥熟熟料中游游離氧化化鈣含量量，旋窯窯生產(chǎn)不不得大于于１.００％；立立窯生產(chǎn)產(chǎn)不得大大于１.８％。。（５）堿堿含量如如用戶戶提出要要求時，，由供需需雙方商商定。２）礦物物組成（１）鋁鋁酸三鈣鈣含量道道路水水泥熟料料中鋁酸酸三鈣的的含量不不得大于于５.００％。（２）鐵鐵鋁酸四四鈣含量量道路路水泥熟熟料中鐵鐵鋁酸四四鈣的含含量不得得小于１１６.００％。鋁酸三鈣鈣（Ｃ３Ａ）和鐵鐵鋁酸四四鈣（ＣＣ４ＡＦ）的的含量，，先按ＧＧＢ１７７６方法法求出三三氧化二二鋁（ＡＡｌ２Ｏ３）和三氧氧化二鐵鐵（Ｆｅｅ２Ｏ３）的含量量，然后后按下式式求得：：Ｃ３Ａ＝２.６５（（Ａｌ２Ｏ３－０.６６４Ｆｅｅ２Ｏ３）％Ｃ４ＡＦ＝３３.０４４Ｆｅ２Ｏ３％３）物理理力學性性質(zhì)（１）細細度按按國標ＧＧＢ１３３４５水水泥細度度檢驗方方法，８８０μｍｍ篩的篩篩余量不不得大于于１０％％。（２）凝凝結(jié)時間間按國國標ＧＢＢ１３４４６試驗驗方法，，初凝不不得早于于１ｈ，，終凝不不得