教学课件第三章 石灰、水泥和稳定土.ppt

道路建筑材料道路建筑材料第三章第三章 石灰、水泥和稳定土石灰、水泥和稳定土【学习目标学习目标】 掌握石灰消化、硬化机理，技术要求和技术标准；掌握石灰消化、硬化机理，技术要求和技术标准； 掌握硅酸盐水泥技术性质，熟悉硅酸盐水泥和其它掌握硅酸盐水泥技术性质，熟悉硅酸盐水泥和其它品种水泥的特性和应用；品种水泥的特性和应用； 掌握稳定土材料的组成、性质和应用。掌握稳定土材料的组成、性质和应用。 稳定土稳定土：在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）：在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣或其它材料后，经拌合、压实中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣或其它材料后，经拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度、整体性较好的材料。及养生后，得到的具有较高后期强度、整体性较好的材料。水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料：如水泥，既能在空气中硬化，：如水泥，既能在空气中硬化，又能在水中结硬。又能在水中结硬。非水硬性胶凝材料非水硬性胶凝材料（又称（又称气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料）：）：如石灰，只能在大气中硬化。如石灰，只能在大气中硬化。 有机胶凝材料：如沥青有机胶凝材料：如沥青 无机胶凝材料无机胶凝材料（按硬化条件不同分）（按硬化条件不同分） 胶凝材料胶凝材料：在一定条件下，通过自身物理化学作用，从浆体变成坚：在一定条件下，通过自身物理化学作用，从浆体变成坚硬固体，并能将松散粒料或块状材料胶结成具有一定强度的整体的材料。硬固体，并能将松散粒料或块状材料胶结成具有一定强度的整体的材料。3.1 3.1 石石 灰灰石灰根据成品加工方法的不同，可分为：石灰根据成品加工方法的不同，可分为：块状生石灰：块状生石灰：CaOCaO生石灰粉：生石灰粉： CaOCaO（块状生石灰磨细而成）（块状生石灰磨细而成）消石灰（熟石灰）：生石灰加水熟化而成，消石灰（熟石灰）：生石灰加水熟化而成，Ca(OH)Ca(OH)2 2粉末粉末石灰浆：在生石灰中加石灰浆：在生石灰中加3 34 4倍石灰体积的水，生成倍石灰体积的水，生成Ca(OH)Ca(OH)2 2+H+H2 2O O，如石灰膏（可塑性浆体）、石灰乳（白，如石灰膏（可塑性浆体）、石灰乳（白色悬浮液）。色悬浮液）。一、石灰的生产一、石灰的生产 由碳酸盐类岩石（含由碳酸盐类岩石（含CaCOCaCO3 3、MgCOMgCO3 3类的石灰石、白云石、类的石灰石、白云石、贝壳等）为原料，经过贝壳等）为原料，经过90090011001100高温煅烧，分解出高温煅烧，分解出COCO2 2后得到的一种胶结材料，称生石灰。后得到的一种胶结材料，称生石灰。 主要成分：主要成分：CaOCaO和少量和少量MgOMgO900110032CCaCOCaOCO 原材料煅烧产生生石灰过程中，质量减少将近一半，但原材料煅烧产生生石灰过程中，质量减少将近一半，但体积仅减少体积仅减少10%10%15%15%，由此可见，生石灰是一种多孔结，由此可见，生石灰是一种多孔结构的材料。构的材料。 在煅烧过程中，可能会出现两种石灰：在煅烧过程中，可能会出现两种石灰：欠火石灰欠火石灰过火石灰过火石灰 欠火石灰：烧制过程中温度不均匀，使欠火石灰：烧制过程中温度不均匀，使CaCOCaCO3 3不能完全分解，不能完全分解， CaO CaO和和MgOMgO含量低，使用时缺含量低，使用时缺乏活性（缺乏粘结力）。乏活性（缺乏粘结力）。 过火石灰：烧制温度过高或时间过长，表面出现裂缝或过火石灰：烧制温度过高或时间过长，表面出现裂缝或玻璃状外壳，块体致密，体积收缩明显，呈灰黑色，消玻璃状外壳，块体致密，体积收缩明显，呈灰黑色，消化缓慢。在使用过程中，会继续消化，引起体积膨胀，化缓慢。在使用过程中，会继续消化，引起体积膨胀，导致已经变硬的石灰隆起、鼓包或开裂。导致已经变硬的石灰隆起、鼓包或开裂。 过火石灰危害极大。过火石灰危害极大。举例：举例：P49P49 为消除过火石灰的危害，采用为消除过火石灰的危害，采用“陈伏法陈伏法”。将石灰置。将石灰置于消化池中，消化于消化池中，消化2 23 3周（半个月左右），陈伏期间，周（半个月左右），陈伏期间，表面上应有一层水分，使之与空气隔绝，防止碳化。表面上应有一层水分，使之与空气隔绝，防止碳化。2232()Ca OHCOCaCOH O22()64.9CaOH OCa OHKJ放热反应，体积增大放热反应，体积增大1.51.52.02.0倍，水化迅速。倍，水化迅速。过烧过烧水加得过慢，已消解的石灰颗粒包围在水加得过慢，已消解的石灰颗粒包围在未消化颗粒周围，使得内部石灰不易消解。未消化颗粒周围，使得内部石灰不易消解。过冷过冷水加得过快，水温过低，也会增加未消水加得过快，水温过低，也会增加未消解颗粒量。解颗粒量。二、石灰的消化（熟化）和硬化二、石灰的消化（熟化）和硬化 1 1、石灰的消化（熟化）、石灰的消化（熟化）工程中，石灰熟化通常采用的两种做法：工程中，石灰熟化通常采用的两种做法：（1 1）淋灰法）淋灰法 生石灰淋水生石灰淋水熟石灰粉（消石灰粉）熟石灰粉（消石灰粉） 路基施工中常用。路基施工中常用。（2 2）化灰法）化灰法 生石灰块在化灰池中熟化时，加入大量的水生石灰块在化灰池中熟化时，加入大量的水（约为石灰质量的（约为石灰质量的2.52.53 3倍），通过滤网滤去欠倍），通过滤网滤去欠火石灰和杂质，流入储灰池沉淀得到石灰膏。火石灰和杂质，流入储灰池沉淀得到石灰膏。2 2、石灰的硬化、石灰的硬化 包括两个过程：包括两个过程：干燥硬化干燥硬化石灰浆中，游离水蒸发，石灰浆中，游离水蒸发，Ca(OH)Ca(OH)2 2从饱和从饱和溶液中结晶析出，形成最初强度。溶液中结晶析出，形成最初强度。碳化硬化碳化硬化Ca(OH)Ca(OH)2 2与与COCO2 2反应生成反应生成CaCOCaCO3 3，形成最终，形成最终强度。强度。222222232()()()(1)Ca OHnH OCa OHnH OCa OHCOnH OCaCOnH O 晶化碳化三、石灰的技术要求和技术标准三、石灰的技术要求和技术标准（一）技术要求（一）技术要求 1 1、有效、有效CaOCaO和和MgOMgO的含量的含量 是评价石灰质量好坏的主要指标。是评价石灰质量好坏的主要指标。 反映石灰的黏结性，反映石灰的黏结性，CaOCaO和和MgOMgO的含量越高，的含量越高，石灰质量越好。石灰质量越好。2 2、生石灰产浆量和未消化残渣含量、生石灰产浆量和未消化残渣含量 （1 1）产浆量（）产浆量（L/kgL/kg）：）： 单位质量（单位质量（1kg1kg）生石灰消化后所产生的石灰）生石灰消化后所产生的石灰浆体体积。浆体体积。 产浆量越大，石灰质量越好。产浆量越大，石灰质量越好。 （2 2）未消化残渣含量（）未消化残渣含量（% %）：）： 生石灰消化后，未能消化而留存在生石灰消化后，未能消化而留存在5mm5mm圆孔筛圆孔筛上的残渣占式样的质量百分率。上的残渣占式样的质量百分率。 未消化残渣含量越大，石灰质量越差。未消化残渣含量越大，石灰质量越差。3 3、COCO2 2含量（生石灰、生石灰粉）含量（生石灰、生石灰粉） 反映石灰石在煅烧过程中，未分解完成的反映石灰石在煅烧过程中，未分解完成的碳酸盐的含量。碳酸盐的含量。通过控制通过控制COCO2 2含量，来防止出含量，来防止出现现“欠火石灰欠火石灰”。CaCOCaCO3 3不能完全分解，导致不能完全分解，导致有效有效CaOCaO和和MgOMgO的含量降低，从而影响石灰的胶的含量降低，从而影响石灰的胶结性能。结性能。 CO CO2 2含量越低，说明含量越低，说明CaCOCaCO3 3分解越充分，未分解越充分，未分解的碳酸盐含量越少。分解的碳酸盐含量越少。4 4、消石灰粉游离水含量、消石灰粉游离水含量 由于生石灰在熟化过程是一个放热反应，由于生石灰在熟化过程是一个放热反应，一部分用于反应的水会会被蒸发，所以实际消一部分用于反应的水会会被蒸发，所以实际消化加水量约为理论需求量的化加水量约为理论需求量的2 23 3倍左右。倍左右。 多加的水残留在消石灰粉多加的水残留在消石灰粉Ca(OH)Ca(OH)2 2中，残余中，残余的水分蒸发后，留下孔隙，会加剧消石灰粉碳的水分蒸发后，留下孔隙，会加剧消石灰粉碳化现象的产生，从而影响到其使用质量。化现象的产生，从而影响到其使用质量。5 5、细度（生石灰粉、消石灰粉）、细度（生石灰粉、消石灰粉） 过量的筛余物会影响到石灰的黏结性。过量的筛余物会影响到石灰的黏结性。 用用0.9mm0.9mm和和0.125mm0.125mm筛余百分率控制。筛余百分率控制。 筛余物通常有：筛余物通常有： （1 1）消化过程中未消化的）消化过程中未消化的“过烧过烧”石灰颗粒；石灰颗粒； （2 2）“欠火欠火”石灰颗粒等。石灰颗粒等。（二）石灰的技术标准（二）石灰的技术标准 根据根据MgOMgO的含量，分的含量，分: :钙质生石灰：钙质生石灰： MgO MgO含量含量 5%5%镁质生石灰：镁质生石灰： MgOMgO含量含量 5%5%同等级的钙质生石灰优于镁质生石灰。同等级的钙质生石灰优于镁质生石灰。1 1、生石灰的技术标准：表、生石灰的技术标准：表3-23-22 2、生石灰粉技术标准：表、生石灰粉技术标准：表3-33-33 3、消石灰粉技术标准：表、消石灰粉技术标准：表3-43-4四、石灰的特性、应用与储运四、石灰的特性、应用与储运 （一）特性（一）特性 1 1、保水性和可塑性好，可用来改善砂浆的保水性；、保水性和可塑性好，可用来改善砂浆的保水性； 2 2、硬化慢，强度低；、硬化慢，强度低； 3 3、耐水性差，、耐水性差，Ca(OH)Ca(OH)2 2微溶于水，所以不宜在潮湿和微溶于水，所以不宜在潮湿和受水浸泡的环境中使用；受水浸泡的环境中使用； 4 4、硬化时体积收缩大；、硬化时体积收缩大； 5 5、吸湿性强，化学稳定性差。、吸湿性强，化学稳定性差。 （二）应用（二）应用 1 1、石灰砂浆、石灰水泥砂浆、石灰砂浆、石灰水泥砂浆广泛用于砌筑工程和抹广泛用于砌筑工程和抹面工程中，如砌筑桥梁圬工结构砌体；面工程中，如砌筑桥梁圬工结构砌体； 2 2、加固软土地基、加固软土地基粉喷桩，利用生石灰吸水产生膨胀粉喷桩，利用生石灰吸水产生膨胀对周围土壤的挤密作用，以及和土体发生的固结反应，达到对周围土壤的挤密作用，以及和土体发生的固结反应，达到提高地基承载力的目的；提高地基承载力的目的； 3 3、石灰稳定土：石灰稳定土（灰土）、石灰粉煤灰土、石灰稳定土：石灰稳定土（灰土）、石灰粉煤灰土（三合土）、石灰粉煤灰碎石（二灰碎石）广泛用于路面基（三合土）、石灰粉煤灰碎石（二灰碎石）广泛用于路面基层。层。 原理：熟石灰中的游离原理：熟石灰中的游离CaCa2+2+与土中的活性氧化硅和氧化铝与土中的活性氧化硅和氧化铝作用，生成作用，生成水化硅酸钙水化硅酸钙和和水化铝酸钙水化铝酸钙，即，即火山灰作用火山灰作用：222222232232()(1)()(1)Ca OHSiOnH OCaO SiOnH OCa OHAl OnH OCaO Al OnH O 上述生成物都是上述生成物都是胶凝物质胶凝物质，具有水硬性具有水硬性，并能在固体和水，并能在固体和水两相环境下发生硬化，使土颗粒结合，两相环境下发生硬化，使土颗粒结合，减少土颗粒间的空隙减少土颗粒间的空隙和透水性，同时提高密实性和透水性，同时提高密实性，这是石灰土获得强度和水稳定，这是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因，但作用比较缓慢。性的基本原因，但作用比较缓慢。粉喷桩施工粉喷桩施工 粉喷桩属于深层搅拌法加粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式固地基方法的一种形式 ，它是利用水泥、石灰等材它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂料作为固化剂 ，和软土之，和软土之间产生的一系列物理化学间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强整体性、水稳性和一定强度的优质地基。度的优质地基。 人工撒灰人工撒灰灰土拌和灰土拌和 石灰粉煤灰碎石灰粉煤灰碎石路基施工石路基施工（三）石灰的储运（三）石灰的储运 1 1、生石灰防潮，存放时间不宜过长，、生石灰防潮，存放时间不宜过长，一个月；一个月； 2 2、消解后的石灰浆表面应隔绝空气，防止碳化；、消解后的石灰浆表面应隔绝空气，防止碳化； 3 3、不宜与易燃、易爆品共同储运（因为生石灰受、不宜与易燃、易爆品共同储运（因为生石灰受潮放热且体积膨胀）。潮放热且体积膨胀）。3.2 3.2 水水 泥泥水泥水泥水硬性胶凝材料。水硬性胶凝材料。路桥工程中常用的水泥有路桥工程中常用的水泥有六大种六大种： 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（普通水泥）（普通水泥） 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）（矿渣水泥） 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥）（火山灰水泥） 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）（粉煤灰水泥） 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥（复合水泥）（复合水泥）掺混合料的硅酸盐水泥掺混合料的硅酸盐水泥 另外还有一些特殊要求的水泥，如：道路硅酸盐水泥（道路水泥），另外还有一些特殊要求的水泥，如：道路硅酸盐水泥（道路水泥），快硬硅酸盐水泥（快硬水泥），铝酸盐水泥，膨胀水泥等。快硬硅酸盐水泥（快硬水泥），铝酸盐水泥，膨胀水泥等。P型型：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料+ +适量石膏适量石膏磨细而成磨细而成 （不掺加混合材料）（不掺加混合材料）P型型：硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料+ +适量石膏适量石膏+ +水泥质量的水泥质量的0 05%5%的的石灰石石灰石 或粒化高炉矿渣或粒化高炉矿渣磨细而成磨细而成 其中：掺加的石灰石为其中：掺加的石灰石为非活性混合材料非活性混合材料，粒化高炉矿渣为，粒化高炉矿渣为活性混活性混合材料合材料。 非活性混合材料：又称填充性混合材料，作用是提高水泥产量，非活性混合材料：又称填充性混合材料，作用是提高水泥产量，降低成本，减少水化热，改善耐腐蚀性，但会降低水泥强度等级。降低成本，减少水化热，改善耐腐蚀性，但会降低水泥强度等级。 活性混合材料：加水拌合后，能与水泥发生化学反应，生成具有活性混合材料：加水拌合后，能与水泥发生化学反应，生成具有一定水硬性的胶凝物质的混合材料，可改善水泥的性质，使水泥后期一定水硬性的胶凝物质的混合材料，可改善水泥的性质，使水泥后期强度大大提高，主要活性成分为强度大大提高，主要活性成分为 。 一、硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥 根据根据通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥规定，硅酸盐水泥分两种类型：规定，硅酸盐水泥分两种类型：223,SiO Al O石灰质原料石灰质原料提供提供CaOCaO（含量（含量62%62%67%67%）粘土质原料粘土质原料提供提供SiOSiO2 2（19%19%24%24%），），AlAl2 2O O3 3（4%4% 7% 7%），），FeFe2 2O O3 3（2%2%5%5%）校正原料校正原料如铁矿粉，补充如铁矿粉，补充FeFe2 2O O3 3 的不足的不足2 2、生产工艺、生产工艺 生产流程图参见：图生产流程图参见：图3-13-1，可概括为，可概括为”两磨一烧两磨一烧”。（一）硅酸盐水泥生产工艺（一）硅酸盐水泥生产工艺 1 1、生产原料、生产原料（1 1）生料制备）生料制备 各种原料按一定比例配制，磨细到一定程度，均匀混各种原料按一定比例配制，磨细到一定程度，均匀混合；合；（2 2）生料煅烧得熟料）生料煅烧得熟料 在窑中煅烧生料，生成以在窑中煅烧生料，生成以硅酸钙硅酸钙为主要成分的硅酸盐为主要成分的硅酸盐“熟料熟料”；（3 3）熟料磨细）熟料磨细 熟料中加入质量约为熟料中加入质量约为3%3%的的石膏石膏（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O）以及）以及混混合料合料，共同磨细，即制成硅酸盐水泥。，共同磨细，即制成硅酸盐水泥。水泥熟料水泥熟料 加入石膏的作用：调节水泥凝结速度，延缓水泥凝结时加入石膏的作用：调节水泥凝结速度，延缓水泥凝结时间，以满足使用要求。间，以满足使用要求。 加入混合料，是为了改善水泥的品种和性能，扩大其使加入混合料，是为了改善水泥的品种和性能，扩大其使用范围，剩余的五大种水泥就是加了不同混合材料制得。用范围，剩余的五大种水泥就是加了不同混合材料制得。（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其性质（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其性质 1 1、矿物组成、矿物组成 硅酸盐水泥的生料主要化学成分是：硅酸盐水泥的生料主要化学成分是：CaOCaO，SiOSiO2 2，AlAl2 2O O3 3和和FeFe2 2O O3 3，经过高温煅烧后，这些成分经化合后得：经过高温煅烧后，这些成分经化合后得：硅酸三钙硅酸三钙（3CaO3CaOS SiOiO2 2）C C3 3S S硅酸二钙硅酸二钙（2CaO2CaOS SiOiO2 2）C C2 2S S铝酸三钙铝酸三钙（3CaO3CaOA Al l2 2O O3 3）C C3 3A A铁铝酸四钙铁铝酸四钙（4CaO4CaOA Al l2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 ）C C4 4AFAF 2 2、主要性质、主要性质 （1 1） C C3 3SS占占50%50%左右，水化速度较快，水化热高，左右，水化速度较快，水化热高，对水泥早期对水泥早期强度、后期强度起主要作用强度、后期强度起主要作用（参考图（参考图3-23-2），），决定水泥强度决定水泥强度，一般，一般28d28d可达一年强度的可达一年强度的70%70%80%80%。 （2 2）C C2 2SS与水反应较慢与水反应较慢，水化热很低水化热很低，早期强度低而后期强度，早期强度低而后期强度高，高，对水泥的后期强度起重要作用对水泥的后期强度起重要作用，耐化学侵蚀性和，耐化学侵蚀性和干缩性较好干缩性较好。 （3 3）C C3 3AA遇水反应速度最快遇水反应速度最快，水化热最高水化热最高，其含量决定水泥的，其含量决定水泥的凝结速度和释放量，凝结速度和释放量，耐化学侵蚀性最差耐化学侵蚀性最差，干缩性最大干缩性最大，耐化学侵蚀耐化学侵蚀性差性差。通常通过加入石膏来控制水泥凝结硬化速度，若不加石膏，。通常通过加入石膏来控制水泥凝结硬化速度，若不加石膏，C C3 3A A会使水泥瞬间凝结。会使水泥瞬间凝结。 （4 4）C C4 4AFAF遇水反应较快，水化热较高，强度较低，但遇水反应较快，水化热较高，强度较低，但对水泥对水泥的抗折强度起重要作用的抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性最好耐化学侵蚀性最好，干缩小干缩小。表表3-7 硅酸盐水泥主要矿物组成及其特性硅酸盐水泥主要矿物组成及其特性 另外，水泥中还含有少量另外，水泥中还含有少量游离游离CaOCaO、游离游离MgOMgO以及杂质，是水泥的有害以及杂质，是水泥的有害成分，会引起水泥成分，会引起水泥体积安定性不良体积安定性不良。矿物名称矿物名称水化速度水化速度水化热水化热强强 度度干燥收缩干燥收缩耐腐蚀耐腐蚀含量（含量（% %）C C3 3S S中中中中高高中中中中37376060C C2 2S S慢慢低低早低后高早低后高小小良良15153737C C3 3A A快快高高低低大大差差7 71515C C4 4AFAF中中中中早中后低早中后低小小优优10101818 当改变水泥中矿物的组成比例时，水泥的性质就发生当改变水泥中矿物的组成比例时，水泥的性质就发生相应的变化，可制成不同性能的水泥。相应的变化，可制成不同性能的水泥。 举举 例：例： 提高提高C C3 3S S含量，可制得高强水泥，应用于结构工程；含量，可制得高强水泥，应用于结构工程； 提高提高C C3 3S S、 C C3 3A A含量，可制得快硬高强水泥，应用于含量，可制得快硬高强水泥，应用于抢修工程；抢修工程； 提高提高C C2 2S S含量，降低含量，降低C C3 3S S、 C C3 3A A含量，可制得低热水含量，可制得低热水泥，应用于大体积混凝土工程；泥，应用于大体积混凝土工程； 提高提高C C4 4AFAF含量（含量（16%16%），降低），降低C C3 3A A 含量（含量（5%5%），），可制得道路水泥。可制得道路水泥。（三）硅酸盐水泥的凝结硬化（三）硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥水泥+ +水水水泥浆水泥浆凝结凝结硬化硬化 1 1、水化作用、水化作用 水化反应化学方程式（参考书本）水化反应化学方程式（参考书本） 水化产物：水化产物：水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶（占（占70%70%）、）、氢氧化钙结氢氧化钙结晶晶（约占（约占20%20%）、水化铝酸钙、钙矾石、单硫盐等。）、水化铝酸钙、钙矾石、单硫盐等。2 2、凝结硬化、凝结硬化 主要分为三个阶段：主要分为三个阶段： （1 1）诱导期）诱导期 水泥加水拌合发生水化反应，水泥浆保持可塑性状态水泥加水拌合发生水化反应，水泥浆保持可塑性状态，具有流动性。，具有流动性。 （2 2）凝结期）凝结期 初凝初凝经过大约经过大约1h后，水泥浆开始失去塑性；后，水泥浆开始失去塑性； 终凝终凝再经过再经过68h后，水泥浆完全失去塑性。后，水泥浆完全失去塑性。 （3 3）硬化期）硬化期 水泥浆体逐渐硬化，成为刚性固体，水泥浆体逐渐硬化，成为刚性固体，强度随时间推移强度随时间推移不断增大不断增大，到第，到第28d28d，基本表现出大部分强度。，基本表现出大部分强度。水泥石强度、孔隙、渗透性发展示意图水泥石强度、孔隙、渗透性发展示意图（四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准（四）硅酸盐水泥的技术性质和技术标准 1 1、技术性质、技术性质 技术性质包括化学性质和物理性质。技术性质包括化学性质和物理性质。 （1 1）MgOMgO含量含量 水泥熟料中，常含有少量的游离水泥熟料中，常含有少量的游离MgOMgO，它水化为，它水化为MgMg（OHOH）2 2的速度的速度很慢，往往在水泥硬化后才开始水化，产生体积膨胀，导致水泥石很慢，往往在水泥硬化后才开始水化，产生体积膨胀，导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏，结构产生裂缝甚至破坏，是引起水泥体积安定性不良的原因之一是引起水泥体积安定性不良的原因之一。 规定：规定： MgOMgO含量越少越好，硅酸盐水泥含量越少越好，硅酸盐水泥MgOMgO含量应含量应5%5%。 （2 2）SOSO3 3含量含量 SO SO3 3主要是由于在生产中为调节凝结硬化时间加入过量的石膏（主要是由于在生产中为调节凝结硬化时间加入过量的石膏（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O）而产生的。在水泥硬化后，在有水存在的情况下，）而产生的。在水泥硬化后，在有水存在的情况下，石石膏膏会继续与固态的会继续与固态的水化铝酸钙水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙（反应生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾钙矾石石），），产生较大的体积膨胀，导致水泥体积安定性不良产生较大的体积膨胀，导致水泥体积安定性不良。23242223423632193331CaO Al OH OCaSOH OH OCaO Al OCaSOH O（） （3 3）烧失量烧失量 指水泥试样经反复灼烧指水泥试样经反复灼烧（9501000,1520min），再冷却至），再冷却至室温，灼烧前后的室温，灼烧前后的质量损失百分率质量损失百分率。 烧失量大小烧失量大小反映水泥煅烧是否充分反映水泥煅烧是否充分或或是否受潮是否受潮。 规定：规定：P型型3.0% ，P型型3.5% ，普通水泥，普通水泥5.0% 。（4 4）不溶物不溶物 指用盐酸溶解去不溶残渣，经碳酸钠处理再用盐酸中和，高指用盐酸溶解去不溶残渣，经碳酸钠处理再用盐酸中和，高温灼烧至恒重后称量，灼烧后温灼烧至恒重后称量，灼烧后不溶物质量占试样总质量的比例不溶物质量占试样总质量的比例。 不溶物主要成分为结晶不溶物主要成分为结晶S SiOiO2 2 ，是水泥中的非活性组分之一，是水泥中的非活性组分之一，它是从生料、混合材料和石膏中的杂质带入的，含量高对水泥质它是从生料、混合材料和石膏中的杂质带入的，含量高对水泥质量有不良影响。量有不良影响。 规定：规定：P型型0.75%， P型型1.50% 。 （5 5）氯离子氯离子（clcl） 氯离子主要是因为掺加了混合材料和外加剂（如工业废渣、氯离子主要是因为掺加了混合材料和外加剂（如工业废渣、助磨剂等）带入的，助磨剂等）带入的，氯离子是导致钢筋锈蚀的重要因素氯离子是导致钢筋锈蚀的重要因素。 规定：规定：clcl质量分数质量分数0.6%0.6%或由供需双方商定。或由供需双方商定。mm筛析法：以筛析法：以80 80 方孔筛上筛余质量百分率表示，方孔筛上筛余质量百分率表示，10%10%比表面积法：以每千克水泥总表面积（比表面积法：以每千克水泥总表面积（m m2 2）表示，）表示，300m300m2 2/kg/kg（6 6）细度细度 指水泥颗粒的指水泥颗粒的粗细程度粗细程度。 水泥水泥细度越大，早期强度越高，凝结速度越快，但水泥硬化收细度越大，早期强度越高，凝结速度越快，但水泥硬化收缩较大缩较大，若用细度过高的水泥配制混凝土，使混凝土发生裂缝的，若用细度过高的水泥配制混凝土，使混凝土发生裂缝的可能性增大。可能性增大。 试验表明：水泥颗粒粒径在试验表明：水泥颗粒粒径在45 45 以下，才能水化充分，在以下，才能水化充分，在 75 75 以上，水化则不完全。以上，水化则不完全。 水泥细度的表示方法：水泥细度的表示方法：m（7 7）水泥净浆标准稠度用水量水泥净浆标准稠度用水量 指水泥净浆达到指水泥净浆达到标准稠度标准稠度时水的用量，通常用水和水泥质量时水的用量，通常用水和水泥质量之比的百分数表示。之比的百分数表示。 标准规定：以标准试杆沉入净浆，并距离底板标准规定：以标准试杆沉入净浆，并距离底板6mm6mm1mm1mm的水的水泥净浆稠度为泥净浆稠度为“标准稠度标准稠度”，此时的用水量为水泥标准稠度用水，此时的用水量为水泥标准稠度用水量。量。 一般情况下，水泥净浆标准稠度用水量在一般情况下，水泥净浆标准稠度用水量在242430%30%之间。之间。 水泥磨得愈细，标准稠度用水量愈大，故硬化收缩也愈大，水泥磨得愈细，标准稠度用水量愈大，故硬化收缩也愈大，硬化后强度、密度也较差。硬化后强度、密度也较差。 所以，当其他条件相同时，所以，当其他条件相同时，水泥净浆标准稠度用水量愈小愈水泥净浆标准稠度用水量愈小愈好。好。水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪（标准法维卡仪）水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪（标准法维卡仪）（8 8）凝结时间凝结时间 指从加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间。指从加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间。 凝结时间分：凝结时间分：初凝时间初凝时间：水泥加水到水泥浆开始失去塑性所经历的时间。水泥加水到水泥浆开始失去塑性所经历的时间。 不能太短，否则没有足够的时间运输、浇筑和振捣。不能太短，否则没有足够的时间运输、浇筑和振捣。 一般一般45min45min。终凝时间终凝时间：水泥加水到水泥浆完全失去塑性（标准针不能刺入浆水泥加水到水泥浆完全失去塑性（标准针不能刺入浆 体）并开始产生强度所需的时间。体）并开始产生强度所需的时间。 不能太长，否则会影响工程的施工进度。一般不能太长，否则会影响工程的施工进度。一般6.5h6.5h。具体操作可参考书本具体操作可参考书本P88P88关于关于“水泥凝结时间测定水泥凝结时间测定”试验。试验。 （9 9）体积安定性体积安定性 指水泥在凝结硬化过程中，指水泥在凝结硬化过程中，体积膨胀变形的均匀性体积膨胀变形的均匀性。 体积变化均匀，则安定性合格；体积产生不均匀变形或变形过大，体积变化均匀，则安定性合格；体积产生不均匀变形或变形过大，则安定性不良，会使构件产生膨胀裂缝。则安定性不良，会使构件产生膨胀裂缝。 产生安定性不良的原因：产生安定性不良的原因：游离氧化钙游离氧化钙CaOCaO ，MgOMgO含量，含量，SOSO3 3含量含量。 水泥熟料中的水泥熟料中的CaOCaO是在煅烧石灰石时分解产生的，大部分的是在煅烧石灰石时分解产生的，大部分的CaOCaO结结合成熟料矿物，未形成熟料矿物的游离合成熟料矿物，未形成熟料矿物的游离CaOCaO在水泥凝结硬化后，会缓慢在水泥凝结硬化后，会缓慢与水生成与水生成Ca(OH)Ca(OH)2 2，该反应体积膨胀可达，该反应体积膨胀可达1.51.52 2倍左右，使水泥发生不倍左右，使水泥发生不均匀体积变化。均匀体积变化。 检验体积安定性方法：检验体积安定性方法：雷氏法雷氏法（标准法）：（标准法）：将标准稠度的水泥净浆装于雷氏夹的环形试将标准稠度的水泥净浆装于雷氏夹的环形试模中，湿养模中，湿养24h24h，在煮沸箱中加热，在煮沸箱中加热30min30min5min5min，然后恒沸，然后恒沸3h3h5min5min。测定试件两指针尖的距离，增加距离平均值。测定试件两指针尖的距离，增加距离平均值5mm5mm的的，则判断其安定性合格。，则判断其安定性合格。试饼法试饼法：将标准稠度的水泥净浆，制成直径将标准稠度的水泥净浆，制成直径707080mm80mm，中心厚约，中心厚约10mm10mm的试饼，在湿气养护箱中养护的试饼，在湿气养护箱中养护24h24h，然后在沸煮箱中加热，然后在沸煮箱中加热30min30min5min5min至沸，然后恒沸至沸，然后恒沸3h3h5min,5min,若试饼表面无弯曲、裂缝若试饼表面无弯曲、裂缝等外观变化，则判断其安定性合格。等外观变化，则判断其安定性合格。（1010）强度及强度等级）强度及强度等级 规范规定：用规范规定：用水泥胶砂强度法水泥胶砂强度法作为检验水泥强度的标准方法。作为检验水泥强度的标准方法。 试验方法：水泥试验方法：水泥中国中国ISOISO标准砂（表标准砂（表3-93-9）=1=13 3，水，水水泥水泥= 1= 12 2，用标准制作方法，制成，用标准制作方法，制成40mm40mm40mm40mm160mm160mm的标准试件，按规的标准试件，按规定条件养护，分别测定定条件养护，分别测定3d3d、28d28d的的抗压强度抗压强度和和抗折强度抗折强度，按规定的，按规定的最低强度值评定所属的强度等级。最低强度值评定所属的强度等级。 强度等级：以强度等级：以28d28d的抗压强度值划分硅酸盐水泥的强度等级。的抗压强度值划分硅酸盐水泥的强度等级。 共共6 6个等级：个等级：42.5, 42.5R42.5, 42.5R，52.5, 52.5R52.5, 52.5R，62.5, 62.5R62.5, 62.5R。其中其中，R R表示早强型表示早强型，其它为普通型，是依据，其它为普通型，是依据3d3d的强度不同而分类的。的强度不同而分类的。早强型水泥，早强型水泥，3d3d的强度一般可达的强度一般可达28d28d强度的强度的50%50%，水泥混凝土路面应，水泥混凝土路面应优先选早强型，缩短养护时间，提早通车。优先选早强型，缩短养护时间，提早通车。 不同等级的硅酸盐水泥各龄期的强度不得低于表不同等级的硅酸盐水泥各龄期的强度不得低于表3-103-10中的数值。中的数值。2 2、技术标准、技术标准 通用硅酸盐水泥的技术标准通用硅酸盐水泥的技术标准 表表3-113-11 合格品合格品：硅酸盐水泥的检查结果符合：硅酸盐水泥的检查结果符合不溶物、烧不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、氯离子、初凝时间、终凝失量、氧化镁、三氧化硫、氯离子、初凝时间、终凝时间、体积安定性及强度时间、体积安定性及强度规定的为合格品；规定的为合格品； 不合格品不合格品：检验结果不符合上述规定的任一项技：检验结果不符合上述规定的任一项技术要求的为不合格品。术要求的为不合格品。 注：除了前面所讲的技术要求中的注：除了前面所讲的技术要求中的细度细度和和标准稠度用水量标准稠度用水量以外。以外。（五）硅酸盐水泥石的腐蚀与防止（五）硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 1 1、主要腐蚀类型：、主要腐蚀类型： （1 1）溶析性侵蚀溶析性侵蚀（软水腐蚀或淡水侵蚀）（软水腐蚀或淡水侵蚀） 当水泥石所处环境中的当水泥石所处环境中的CaCa（OHOH）2 2浓度低于其饱和浓度时，则浓度低于其饱和浓度时，则水泥石中的水泥石中的CaCa（OHOH）2 2被溶解或分解，从而造成水泥石的破坏。被溶解或分解，从而造成水泥石的破坏。 雨水、雪水、蒸馏水、含碳酸盐较少的河水和湖水都是软水。雨水、雪水、蒸馏水、含碳酸盐较少的河水和湖水都是软水。一般对接触软水的混凝土制品或构件，可一般对接触软水的混凝土制品或构件，可先在空气中硬化先在空气中硬化，再进，再进行表面碳化，行表面碳化，形成碳酸钙外壳形成碳酸钙外壳，可起到一定的保护作用，在表面，可起到一定的保护作用，在表面形成紧密不透水层。形成紧密不透水层。（2 2）硫酸盐的侵蚀硫酸盐的侵蚀 海水、工业污水中，常含有硫酸盐，与水泥石中的海水、工业污水中，常含有硫酸盐，与水泥石中的CaCa（OHOH）2 2反反应生成石膏（应生成石膏（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O），石膏和水化铝酸钙反应生成钙矾石），石膏和水化铝酸钙反应生成钙矾石，导致体积安定性不良。，导致体积安定性不良。224242234222342()222332263328Ca OHNa SOH OCaSOH ONaOHCaO Al OCaSOH OH OCaO Al OCaSOH O（3 3）镁盐的侵蚀镁盐的侵蚀 镁盐存在于海水、地下水或矿泉水中。镁盐与镁盐存在于海水、地下水或矿泉水中。镁盐与CaCa（OHOH）2 2反应生反应生成无胶结能力、极易溶于水的氯化钙（引起溶出性腐蚀），或生成成无胶结能力、极易溶于水的氯化钙（引起溶出性腐蚀），或生成石膏，导致体积安定性不良。石膏，导致体积安定性不良。2222422422()()()22()MgClCa OHCaClMg OHMgSOCa OHH OCaSOH OMg OH（4 4）碳酸侵蚀碳酸侵蚀 在工业污水、地下水中溶解有较多的在工业污水、地下水中溶解有较多的COCO2 2，与水泥石中的，与水泥石中的CaCa（OHOH）2 2发生反应：发生反应：2223232232()2() ()Ca OHCOH OCaCOH OCaCOCOH OCa HCO碳酸氢钙 碳酸氢钙易溶于水，易被流动的水带走，导致水泥石结构逐碳酸氢钙易溶于水，易被流动的水带走，导致水泥石结构逐渐破坏，强度逐渐下降。渐破坏，强度逐渐下降。 2 2、防止办法、防止办法 （1 1）选用合适的水泥品种；）选用合适的水泥品种； （2 2）提高水泥石的密实度；）提高水泥石的密实度； （3 3）设保护层，如在表层设置花岗岩石料层、涂料、沥青等。）设保护层，如在表层设置花岗岩石料层、涂料、沥青等。 二、普通硅酸盐水泥（普通水泥）二、普通硅酸盐水泥（普通水泥） 代号代号：PO 组成：熟料和石膏组成：熟料和石膏（80%95%）+ +粉煤灰、粒化高炉矿粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质等渣、火山灰质等活性混合材料活性混合材料（ 5%20% ）共同磨细而共同磨细而成。成。其中，允许用不超过水泥质量其中，允许用不超过水泥质量8%8%的的非活性混合材料非活性混合材料或不或不超过水泥质量超过水泥质量5%5%的的窑灰窑灰代替。代替。 强度等级：强度等级：42.5, 42.5R42.5, 42.5R，52.5, 52.5R 52.5, 52.5R 共四个等级。共四个等级。混合材料种类：混合材料种类： 1 1、活性混合材料活性混合材料 在常温下，加水拌合能与水泥或石灰发生化学反应，生成具有一定在常温下，加水拌合能与水泥或石灰发生化学反应，生成具有一定水硬性的胶凝产物的混合材料称为活性混合材料。水硬性的胶凝产物的混合材料称为活性混合材料。 作用：改善水泥性质，使水泥后期强度大大提高。作用：改善水泥性质，使水泥后期强度大大提高。 常见的活性混合材料有：常见的活性混合材料有：粒化高炉矿渣、火山灰材料和粉煤灰粒化高炉矿渣、火山灰材料和粉煤灰等。等。 它们的主要化学成分为它们的主要化学成分为活性活性SiOSiO2 2和和活性活性AlAl2