建筑材料第2章水泥和石灰

1胶凝材料（结合料）——经物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结为整体的材料。第二章水泥与石灰2无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）（沥青、树脂）按凝结硬化条件分类气硬性胶凝材料——只在空气中硬化（石灰、石膏）水硬性胶凝材料——空气、水中皆可硬化（水泥）胶凝材料分类3水泥——即能在水中凝结，又能在空气中凝结的胶凝材料。水硬性胶凝材料第1节硅酸盐水泥41.硅酸盐水泥的生产工艺概述2.硅酸盐水泥的组成材料3.硅酸盐水泥的水化和硬化4.硅酸盐水泥的技术性质5.硅酸盐水泥的技术标准▲▲▲51、水泥分类硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥铁铝酸盐水泥(2)按性能和用途分类通用水泥专用水泥特性水泥⑴按化学成分∆∆一、概述6按性能和用途分水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等7硅酸盐水泥熟料、混合料，适量的石膏制成的水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥的定义8五大品种硅酸盐水泥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不掺混合材+少量混合材（≤水泥量5%）硅酸盐水泥熟料+适量石膏+多量混合材P·ⅠP·Ⅱ+少量混合材（水泥量5%～20%）P·O粒化高炉矿渣P·PP·FP·S火山灰粉煤灰9常用硅酸盐水泥品种1)硅酸盐水泥PI、PII：硅酸盐水泥熟料＋0~5%混合材＋石膏2)普通硅酸盐水泥PO：硅酸盐水泥熟料＋6~15%混合材＋石膏3)矿渣硅酸盐水泥PS：硅酸盐水泥熟料＋20~70%粒化高炉矿渣＋石膏4)火山灰质硅酸盐水泥PP：硅酸盐水泥熟料＋20~50%火山灰质材料＋石膏5)粉煤灰硅酸盐水泥PF：硅酸盐水泥熟料＋20%~40%粉煤灰＋石膏道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料＋0~10%活性混合材＋石膏10112.硅酸盐水泥的生产工艺概述（1）生产工艺两磨一烧——生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程（2）生产原料（生料）石灰石质原料——石灰石、白垩等粘土质原料——粘土、页岩等校正原料（少量）——铁矿粉CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O312硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种。石灰石粘土铁矿粉生料石膏硅酸盐水泥混合材料熟料按比例混合磨细1350℃～1450℃煅烧磨细1314二.硅酸盐水泥的矿物组成及特性硅酸盐水泥熟料石膏混合材料151、硅酸盐水泥熟料（简称为熟料）1）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸三钙主要矿物组成分子式分子简式3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙名称16注意水泥中的其它成分：原因：MgOCaO和游离33MgCOCaCO和23COCaOCaCO煅烧水泥中反应：23COMgOMgCO危害：影响水泥体积安定性石灰石质原料富含潜在危害非常严重172）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF含量/%37～60最多15～37次之7～15少10～18少水化速度较快慢快中水化热中低高中强度高早期低后期高低中（抗折强度）耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小18实例快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低192、石膏作用：缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。203、混合材料及其特性混合材料：改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）调节水泥标号提高水泥产量（节约水泥原料）如：天然砂砾火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉煤灰）等211）活性混合材料活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物•粒化高炉矿渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3（含量＞90％）•火山灰质混合材料：活性SiO2和活性Al2O3•粉煤灰：SiO2和Al2O3（含量＞60％）222）非活性混合材料非活性混合材料与水泥成分不起化学作用或化学作用很小•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、降低水化热234、水泥中的有害成分1）MgO、CaO2）SO33）Na2O+K2O24凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。三、硅酸盐水泥的凝结硬化理论251、硅酸盐水泥的凝结硬化过程初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约5~10min，放热7J/g.h)水泥水化过程潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约1~2h，放热4J/g.h)凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h，放热20J/g.h）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6h～若干年）★凝结硬化机理小结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26水泥的凝结硬化过程示意图271）硅酸盐水泥的水化223)(OHCHSCOHSCa①②③6323AHCOHAC水化速度快t22463AFOHCaSOAHC④水化铁铝酸钙水化硫铝酸钙OHAFC24长纤维状短纤维状缓凝机理：SC2同上硫型水化铝酸钙或称钙矾石针状结晶立方板状结晶Amt当石膏耗尽时，转化为水化硅酸钙水化铝酸钙单硫型水化铝酸钙28第一阶段：大约在水泥拌水起至初凝时止，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和C3A反应生成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：大约从初凝起至24h止，水泥水化加速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。水化产物大量生成，水泥凝结。第三阶段：指24h以后直到水化结束。所有水化产物生成，数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。2）凝结硬化过程292.石膏的缓凝作用作用：缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。30水泥凝结时间测试示意图31水泥硬化研究理论水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同。321.化学性质①氧化镁②三氧化硫③烧失量——水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增加因此，烧失量是检验水泥质量的一项指标。④不溶物——主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量会影响水泥的粘结质量。⑤碱——限制发生碱-集料反应，按（Na2O+0.658K2O）值计。22)(OHMgOHMgO水化慢、体积膨胀,影响安定性AFtAHCSO633四、硅酸盐水泥的技术性质和技术标准332.物理力学性质主要指标：细度、凝结时间、安定性、强度1）细度-表示水泥颗粒粗细程度和水泥分散度的指标意义：细度愈大，早期强度愈高、凝结速度愈块、析水量减少；过细：生产成本高、在空气中硬化收缩大、不宜保存340.08mm方孔筛筛余量:%——筛析法（适用于其它水泥）细度指标比表面积：m2/kg，cm2/g——勃氏法、比表面积法（适用于硅酸盐水泥）35试验方法1.筛析试验前：调节负压至4000～6000Pa范围内。2.称取试样25g，置于负压筛，筛析2min。3.筛毕，称量筛余物ms。4.结果计算水泥试样筛余百分数：100mmFs筛余结果的修正:C——修正系数，0.80～1.20FCFC负压筛法及水筛法，比表面积大于300m2/Kg。362)凝结时间a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间。初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性所需的时间——初凝时间。终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间——终凝时间。c.凝结时间的测定：b.两种状态（1）采用凝结时间测定仪（维卡仪）；（2）采用水泥标准稠度净浆。37初凝时间：试杆距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。d.凝结时间测定38水泥凝结时间测试示意图393)体积安定性a.定义:指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。b.安全性不良的因素：（1）MgO过量；（2）石膏掺量过多；（3）水泥中游离过多CaO。c.试验方法:试饼法雷氏法▲——发生争议以雷氏法为主40d.雷氏法（1）雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。（2）测量A取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。（3）沸煮（4）测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。（5）结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值≯5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。雷氏夹414)强度a.检验方法（ISO法）水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱体试件,标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。b.强度等级(1)以水泥28d抗压强度确定(2)为强度范围的下限c.分类：普通型、早强型（根据3d强度）d.影响强度等级因素：熟料矿物C3S、C2S↑，细度大，水化反应快并充分，强度↑42凝结时间/min不溶物/%烧失量/%技术性质细度比表面积m2·kg-1初凝终凝安定性沸煮法Ⅰ型Ⅱ型MgO含量/%SO3含量/%Ⅰ型Ⅱ型碱含量/%指标300≥45≤390必须合格≤0.75≤1.50≤5.0①≤3.5≤3.0≤3.5≤0.60②抗压强度/MPa抗折强度/MPa强度等级3天28天3天28天42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0硅酸盐水泥技术标准43.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用硅酸盐水泥名称Ⅰ型Ⅱ型普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥代号P·ⅠP·ⅡP·OP·SP·PP·F主要成分硅酸盐熟料，不加混合材硅酸盐熟料，掺加≤5%石灰石和粒化矿渣硅酸盐熟料，掺加6%～15%混合材料硅酸盐熟料，掺加20%～70%粒化矿渣硅酸盐熟料，掺20%～50%火山灰质混合材料硅酸盐熟料，掺加20%～40%粉煤灰密度（g/cm3）3.00～3.153.00～3.152.80～3.102.80～3.102.80～3.10堆积密度（kg/m3）1000～16001000～16001000～1200900～1000900～1000强度等级42.5、42.5R52.5、52.5R62.5、62.5R32.5、32.5R42.5、42.5R52.5、52.5R32.5、32.5R42.5、42.5R52.5、52.5R32.5、32.5R42.5、42.5R52.5、52.5R32.5、32.5R42.5、42.5R52.5、52.5R1.硬化快较快慢慢慢2.早期强度高较高低低低3.水化热高高低低低4.抗冻性好较好差差差5.耐热性差较差好较差较差6.干缩性较小较小较大较大较小7.抗渗性较好较好差较好较好特