建筑工程材料、土木工程材料、水泥及其基本性质

掌握：常用水泥的技术性质和应用熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管了解：其他品种水泥的性质和应用本章教学目标按化学成分，水泥可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸敖水泥等系列，其中以硅酸盐系列水泥应用最广。通用硅酸盐水泥CommonPortlandCement以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。(GB175—2007代替GB175-1999，GB1344-1999，GB12958-1999)通用水泥是指大量用于土木工程的水泥，按其所掺混合材的种类及数量不同．又有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)、矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)、火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)、粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)和复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)等．统称为六大水泥。专用水泥是指专门用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥等。特性水泥则是指某种性能比较突出的水泥．如快硬硅酸盐水泥、彩色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀水泥等。单位：%组分品种代号熟料+石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石P·I100----≥95≤5---硅酸盐水泥P·Ⅱ≥95---≤5普通硅酸盐水泥P·O≥80且955且≤20a-P·S·A≥50且8020且≤50b---矿渣硅酸盐水泥P·S·B≥30且5050且≤70b---火山灰质硅酸盐水泥P·P≥60且80-20且≤40c--粉煤灰硅酸盐水泥P·F≥60且80--20且≤40d-复合硅酸盐水泥P·C≥50且8020且≤50ea本组分材料为符合本标准5.2.3的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准5.2.4的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合本标准5.2.5的窑灰代替。b本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一种材料代替。c本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。d本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或/和符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。第一节硅酸盐水泥第二节掺混合材料的硅酸盐水泥第三节铝酸盐水泥第四节其他品种水泥第五节水泥的运输和保管第一节硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料0～5%石灰石或粒化高炉矿渣适量石膏磨细硅酸盐水泥定义生产工艺流程(简称为“两磨一烧”)一硅酸盐水泥的生产及矿物组成硅酸三钙(C3S)硅酸二钙(C2S)铝酸三钙(C3A)铁铝酸四钙(C4AF)主要矿物组成一硅酸盐水泥的生产及矿物组成一硅酸盐水泥的生产及矿物组成水泥熟料单矿物水化时特征名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙凝结硬化速度28d水化放热量强度快多高慢少早期低，后期高最快最多低快中低二硅酸盐水泥的水化与凝结硬化22222)(3032363OHCaHSiOCaOOHSiOCaO22222)(3234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374OHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO2432224232313319)2(363水化反应硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图所示。二硅酸盐水泥的水化与凝结硬化A－－未水化水泥颗粒B－－胶体粒子C－－晶体粒子D－－毛细孔（毛细孔水）E－－凝胶孔三、硅酸盐水泥的技术性质体积安定性细度凝结时间标准稠度用水量强度与强度等级水化热（一）硅酸盐水泥的细度定义细度－－指水泥颗粒的粗细程度。同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。讨论与分析缺点:水泥越细优点：？硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。GB规定与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。总表面积越大，硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。返回（一）硅酸盐水泥的细度返回（二）硅酸盐水泥的凝结时间定义讨论与分析GB规定试验方法定义水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝终凝（二）硅酸盐水泥的凝结时间水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。讨论与分析结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。（二）硅酸盐水泥的凝结时间请观看凝结时间试验动画试验方法结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。初凝时间不得早于45min结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。终凝时间不得迟于6.5h。同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。GB规定（二）硅酸盐水泥的凝结时间返回（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量讨论与分析定义试验方法讨论与分析为什么在测定水泥的凝结时间、体积安定性时，要将水泥净浆拌到标准稠度，也就是一个规定的稠度呢？？为了使试验结果具有可比性（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量%100水泥用量用水量水泥的标准稠度用水量定义不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在24%～33%之间。例：A水泥的标准稠度用水量为27%，B水泥的标准稠度用水量为30%。（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量试验方法请观看标准稠度用水量试验动画（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量试验方法请观看标准稠度用水量试验动画。返回(四)硅酸盐水泥的体积安定性定义讨论与分析GB规定试验方法定义水泥的体积安定性－－指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，导致水泥石开裂、翘曲等现象。否则，为良好。不良：良好：注意：安定性不良的水泥为废品水泥，严禁在工程中使用。(四)硅酸盐水泥的体积安定性讨论与分析引起安定性不良的原因有哪些熟料中含有过多的游离MgO;熟料中含有过多的游离CaO;石膏掺量过多。GB规定用沸煮法检验必须合格；熟料中MgO含量≯5%；熟料中SO3含量≯3.5%；(四)硅酸盐水泥的体积安定性试验方法请观看安定性（试饼法）试验沸煮法试饼法雷氏夹法(四)硅酸盐水泥的体积安定性返回GB规定(五)硅酸盐水泥的强度等级(五)硅酸盐水泥的强度等级(GB175-2007)表3单位为兆帕抗压强度抗折强度品种强度等级3d28d3d28d42.5≥17.0≥3.542.5R≥22.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥23.0≥4.052.5R≥27.0≥52.5≥5.0≥7.062.5≥28.0≥5.0硅酸盐水泥62.5R≥32.0≥62.5≥5.5≥8.042.5≥17.0≥3.542.5R≥22.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥23.0≥4.0普通硅酸盐水泥52.5R≥27.0≥52.5≥5.0≥7.032.5≥10.0≥2.532.5R≥15.0≥32.5≥3.5≥5.542.5≥15.0≥3.542.5R≥19.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥21.0≥4.0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52.5R≥23.0≥52.5≥4.5≥7.0试验方法返回(五)硅酸盐水泥的强度等级（六）硅酸盐水泥的水化热定义水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。对工程的影响高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土中应选择低热水泥。在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。主要原因有：四水泥石的腐蚀和防止淡水腐蚀硫酸盐腐蚀溶解性化学腐蚀根据工程所处环境，选用适当品种的水泥；增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透；加做保护层。三峡工程南水北调工程苏通大桥第二节掺混合材料的硅酸盐水泥凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。一混合材料粒化高炉矿渣活性混合材料火山灰质混合材料粉煤灰混合材料磨细石英砂石灰石粉非活性混合材料粘土块状高炉矿渣粒化高炉矿渣高炉渣在急冷水淬后，大部分来不及结晶呈玻璃体，因而具有较大活性。如果缓慢冷却生成稳定的结晶，则不易产生化学反应，矿渣的水淬程度可以用玻璃化率来表示。矿渣的主要化学成分为SiO2、A12O3、CaO、MgO、等，其中SiO2、A12O3和CaO约占矿粉总量的90％左右，除大量玻璃体外，矿渣中还含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸一钙和硅酸二钙等结晶体，因此，矿粉具有微弱的自身水硬性。1862年，德国的E．Langen发现通过碱性激发，能发挥水淬矿渣的潜在水硬性。此后，在欧洲，矿渣作为一种水硬性材料进行了研究与开发，使矿渣与普通水泥一样，成为不可缺少的工程材料。矿渣作为水泥的混合材早已使用于水泥生产中，但因其细度不够，活性远末被利用，只是充当微集科而已。我国的矿渣年产量达8000万t，以前基本上只用于矿渣水泥中做混合材，在与水泥熟料共同混磨时，由于其硬度较大，实际上在水泥中的细度还达不到水泥的平均细度，这就限制了其活性的发挥。如果将矿渣单独磨细到比表面积4000cm2/g以上，其活性大大增加。将磨细矿渣直接掺入混凝土中做掺合料时，可使混凝土的多项性能得到大的改善。近年来，由于粉磨技术的进步，生产了比表面积6000cm2／g(平均粒径6μm左右)，8000cm2／g(平均粒径5μm左右)的超细粉。通过不同比表面积和对水泥置换率组合，得到很有特色的混凝土。例如高强度混凝土及高流态混凝土。可用于新的领域。这除了更有效的利用高炉矿渣超细粉的潜在水硬性之外，还可在生产水泥时不需要烧成，降低CO2的发生量，这对于地球环境的保护和资源循环利用是很重要的。火山灰质混合材（如沸石）比面粉还要细的粉煤灰粉煤灰化学成分及矿物组成(一)化学成分粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为：SiO2含量约为40％～60％；Al2O3含量为20％～30％，Fe203含量为5％～10％，CaO含量2%～8%，烧失量3％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的烧失量主要是未燃尽碳，其吸水量大，强度低，易风化，为粉煤灰中的有害成分（二）矿物组成粉煤灰的矿物组成主要为玻璃体、莫来石、石英，此外还有方解石、磁铁矿、赤铁矿等少量矿物，玻璃体的化学成分为SiO2和Al2O3，是粉煤灰的活性来源。粉煤灰由于本身的化学成分、矿物组成和颗粒形貌等特征，在水泥混凝土中可产生三种作用，即形态减水效应（煤粉在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，可减少内摩擦力，从而减少混凝土用水量）、活性效应（粉煤灰中所含的活性SiO2和Al2O3能与水泥水化产生的CH反应生成类似水泥的水化产物)、微集料效应（粉煤灰中的微细颗粒均匀分散于水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构，增大了密实度）在应用范围方面，普通水泥与硅酸盐水泥基本相同，甚至在一些不能用硅酸盐水泥的地方也可采用普通水泥，使得普通水泥成为建筑待业应用面最广、使用量最大的水泥品种。二普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥的强度要求(GB175—2007)表3单位为兆帕抗压强度抗折强度品种强度等级3d28d3d28d42.5≥17.