土木工程材料教材土木工程材料.pptx

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1、长城滕王阁滕王阁北京故宫北京故宫第1页/共100页明代民居第2页/共100页用三合土建成的我国最古老的建筑物用三合土建成的我国最古老的建筑物第3页/共100页用三合土铺成的街道用三合土铺成的街道第4页/共100页 1 1、胶凝材料 胶凝材料：土木工程材料中，凡是经过一系列的物理、化学作用，能将散粒材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。第5页/共100页 2 2 2 2、胶凝材料的分类、胶凝材料的分类 根据胶凝材料的化学组成，一般可分为：根据胶凝材料的化学组成，一般可分为：无机胶凝材料；无机胶凝材料；有机胶凝材料两大类。有机胶凝材料两大类。有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合有机胶凝材料以

2、天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分，常用无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分，常用的有石膏、石灰、各种水泥等。的有石膏、石灰、各种水泥等。根据无机胶凝材料凝结硬化条件的不同，又可分根据无机胶凝材料凝结硬化条件的不同，又可分为为气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料和和水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料两类。两类。第6页/共100页 气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的胶凝材料。常用的有石膏、石灰和水玻璃。第一节 气硬性胶凝材料第7页/共100页 一、石膏 石膏胶

3、凝材料的优点和类型石膏胶凝材料的优点和类型 1 1 1 1、优点、优点 石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。由于石膏胶凝材料及其制品具有许多优胶凝材料。由于石膏胶凝材料及其制品具有许多优良的性质，原料来源丰富，生产能耗低，因而在建良的性质，原料来源丰富，生产能耗低，因而在建筑工程中得到广泛应用。筑工程中得到广泛应用。2 2 2 2、类型、类型 常用的石膏胶凝材料有：建筑石膏、高强石膏、常用的石膏胶凝材料有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥等。无水石膏水泥等。第8页/共100页生石膏第9页/共100页生石膏生石膏第10页/共100页成品石膏粉

4、第11页/共100页硬石膏硬石膏粘结石膏第12页/共100页 石膏胶凝材料的生产石膏胶凝材料的生产 生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏（CaSOCaSOCaSOCaSO4 4 4 42H2H2H2H2 2 2 2O O O O）矿石，也可用含有二水石膏的化工副）矿石，也可用含有二水石膏的化工副产品和废渣（称为化工石膏）。天然无水石膏产品和废渣（称为化工石膏）。天然无水石膏（CaSOCaSOCaSOCaSO4 4 4 4）又称天然硬石膏。）又称天然硬石膏。石膏胶凝材料生产的主要工序是破碎、加热煅烧石膏胶凝材料生产的主要工序是破碎、加热煅烧与磨细。根据

5、加热方式和煅烧温度的不同，可生产出与磨细。根据加热方式和煅烧温度的不同，可生产出不同性质的石膏胶凝材料产品。不同性质的石膏胶凝材料产品。第13页/共100页 将天然二水石膏或化工石膏加热时，随着温度将天然二水石膏或化工石膏加热时，随着温度的升高，将发生如下变化：的升高，将发生如下变化：当加热温度为当加热温度为6565656575757575时，时，CaSOCaSOCaSOCaSO4 4 4 42H2H2H2H2 2 2 2O O O O开始开始脱水，至脱水，至107107107107170170170170时，生成半水石膏（时，生成半水石膏（CaSOCaSOCaSOCaSO4 4 4 4111

6、12H2H2H2H2 2 2 2O O O O），其反应式为：），其反应式为：第14页/共100页 在煅烧的过程中，因加热条件的不同，在煅烧的过程中，因加热条件的不同，所获得的半水石膏有所获得的半水石膏有型和型和型两种形态。型两种形态。若将二水石膏在非密闭的窑炉中加热脱水，若将二水石膏在非密闭的窑炉中加热脱水，得到的是得到的是型半水石膏，称为型半水石膏，称为建筑石膏建筑石膏。若。若将二水石膏置于将二水石膏置于0.13MPa0.13MPa0.13MPa0.13MPa、124124124124的过饱和蒸的过饱和蒸汽条件下蒸炼脱水，或置于某些盐溶液中煮汽条件下蒸炼脱水，或置于某些盐溶液中煮沸，可得到

7、沸，可得到型半水石膏，称为高强石膏。型半水石膏，称为高强石膏。第15页/共100页 建筑石膏的凝结硬化建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏与适量的水拌合后，最初成为可塑性建筑石膏与适量的水拌合后，最初成为可塑性浆体，但很快失去塑性并开始产生强度，并逐渐发浆体，但很快失去塑性并开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体。展成为坚硬的固体。建筑石膏与水拌合后，半水石膏与水反应生成建筑石膏与水拌合后，半水石膏与水反应生成二水石膏：二水石膏：第16页/共100页 由于二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏溶由于二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏溶解度的解度的1/51/51/51/5左右，半水石膏的饱和溶液对于二水石膏

8、左右，半水石膏的饱和溶液对于二水石膏就成了过饱和溶液。所以二水石膏以胶体微粒自溶就成了过饱和溶液。所以二水石膏以胶体微粒自溶液中析出，从而破坏了半水石膏溶解的平衡，使半液中析出，从而破坏了半水石膏溶解的平衡，使半水石膏又继续溶解和水化。在这一过程中，浆体中水石膏又继续溶解和水化。在这一过程中，浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的性逐渐减小，表现为石膏的“凝结凝结”。其后，胶体。其后，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体。晶体逐渐长大、共生

9、和相微粒逐渐凝聚成为晶体。晶体逐渐长大、共生和相互交错，使浆体产生强度，并不断增长，这就是石互交错，使浆体产生强度，并不断增长，这就是石膏的膏的“硬化硬化”。第17页/共100页 （a a）（b b）（c c）图图3-1 3-1 3-1 3-1 建筑石膏凝结硬化示意图建筑石膏凝结硬化示意图（a a a a）胶化；（）胶化；（b b b b）结晶开始；（）结晶开始；（c c c c）结晶长大与交错）结晶长大与交错1-1-1-1-半水石膏；半水石膏；2-2-2-2-二水石膏胶体微粒；二水石膏胶体微粒；3-3-3-3-二水石膏晶体；二水石膏晶体；4-4-4-4-交错的晶体交错的晶体第18页/共100

10、页 建筑石膏的技术性质与应用 建筑石膏为白色粉末，密度约为2.602.60 2.75 g/cm2.75 g/cm3 3，堆积密度为8008001000 kg/m1000 kg/m3 3。建筑石膏按强度、细度、凝结时间等技术要求分为优等品、一等品、合格品三个等级。第19页/共100页 根据建筑石膏的性性质，它在建筑上的主要用途有：制成石膏抹灰材料、各种墙体材料，各种装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕饰制品等。第20页/共100页室内装饰用石膏板室内装饰用石膏板用石膏装饰室内天花板用石膏装饰室内天花板第21页/共100页 石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰的原料分布很广，生产工艺简单，成

11、本低廉，在土木工程中应用很广。目前，工程中常用的石灰产品有：磨细生石灰、消石灰粉和石灰膏。二、石灰第22页/共100页石灰石第23页/共100页生石灰第24页/共100页石灰生产厂第25页/共100页 石灰的生产石灰的生产 生产石灰的原料有石灰石、白云石、白垩、贝生产石灰的原料有石灰石、白云石、白垩、贝壳等。它们的主要成分是碳酸钙，经煅烧后，碳酸壳等。它们的主要成分是碳酸钙，经煅烧后，碳酸钙分解成为氧化钙，得到块状生石灰：钙分解成为氧化钙，得到块状生石灰：为加速石灰的分解过程，在实际的煅烧过程中为加速石灰的分解过程，在实际的煅烧过程中温度常提高至温度常提高至100010001000100011

12、00110011001100左右。左右。在生产石灰的原料中，常含有碳酸镁，经煅烧在生产石灰的原料中，常含有碳酸镁，经煅烧后，分解成氧化镁；按氧化镁含量的多少，石灰分后，分解成氧化镁；按氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰（氧化镁含量为钙质石灰（氧化镁含量5%5%5%5%）和镁质石灰（氧化）和镁质石灰（氧化镁含量镁含量5%5%5%5%）两类。）两类。第26页/共100页生石灰粉生石灰粉第27页/共100页第28页/共100页 在使用石灰时，将生石灰加水，使之消解为消石在使用石灰时，将生石灰加水，使之消解为消石灰的过程，称为石灰的灰的过程，称为石灰的“消解消解”，又称，又称“熟化熟化”：石灰的熟化为

13、放热反应，熟化时体积增大石灰的熟化为放热反应，熟化时体积增大1 1 1 12.52.52.52.5倍。倍。第29页/共100页 按用途，石灰熟化的方法有两种：按用途，石灰熟化的方法有两种：1 1 1 1、用于拌制石灰砌筑砂浆时，需将生石灰熟化成、用于拌制石灰砌筑砂浆时，需将生石灰熟化成石灰膏。生石灰在化灰池中熟化成石灰浆后，通过筛石灰膏。生石灰在化灰池中熟化成石灰浆后，通过筛网流入储灰坑，石灰浆在储灰坑中沉淀并除去上层水网流入储灰坑，石灰浆在储灰坑中沉淀并除去上层水分后称为石灰膏。分后称为石灰膏。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中“陈伏陈伏”两

14、星期以上。两星期以上。“陈伏陈伏”期间，石灰浆表面应期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。第30页/共100页 2 2 2 2、用于拌制石灰土（石灰、粘土）、三合土（石、用于拌制石灰土（石灰、粘土）、三合土（石灰、粘土、砂石或炉渣等）时，将生石灰熟化成消石灰、粘土、砂石或炉渣等）时，将生石灰熟化成消石灰粉。生石灰熟化成消石灰粉时，理论上需水灰粉。生石灰熟化成消石灰粉时，理论上需水32.1%32.1%32.1%32.1%，由于一部分水分需消耗于蒸发，实际加水量常为生，由于一部分水分需消耗于蒸发，实际加水量常为生石灰重量的石灰重量的6060606

15、080%80%80%80%，应以能充分消解而又不过湿成，应以能充分消解而又不过湿成团为度。团为度。第31页/共100页 石灰的硬化石灰的硬化 1 1 1 1、结晶作用、结晶作用游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶；饱和溶液中结晶；2 2 2 2、碳化作用、碳化作用-氢氧化钙与空气中的二氧化碳化氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分被蒸发：合生成碳酸钙结晶，释出水分被蒸发：第32页/共100页 石灰的技术性质与要求石灰的技术性质与要求 1 1 1 1、性质：、性质：良好的可塑性；良好的可塑性；硬化速度慢；硬化速度慢；强度低，易受潮。强度低，易受潮

16、。第33页/共100页 2 2 2 2、分类及技术指标、分类及技术指标 根据我国建材行业标准的规定，按石灰中氧化根据我国建材行业标准的规定，按石灰中氧化镁的含量，将生石灰分为钙质生石灰和镁质生石灰镁的含量，将生石灰分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，它们按技术指标又可分为优等品、一等品、两类，它们按技术指标又可分为优等品、一等品、合格品三个等级。合格品三个等级。第34页/共100页 石灰在土木工程中的应用石灰在土木工程中的应用 1 1 1 1、石灰乳和砂浆、石灰乳和砂浆 将消石灰粉或石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成将消石灰粉或石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，主要用于内墙和顶棚刷白，我国农村也

17、用为石灰乳，主要用于内墙和顶棚刷白，我国农村也用于外墙。于外墙。第35页/共100页 2 2 2 2、石灰土和三合土、石灰土和三合土 消石灰粉或生石灰粉与粘土拌合，称为石灰土，消石灰粉或生石灰粉与粘土拌合，称为石灰土，若加入砂石或炉渣、碎砖等即成三合土。石灰土和若加入砂石或炉渣、碎砖等即成三合土。石灰土和三合土在夯实或压实后，可用作墙体、建筑物基础、三合土在夯实或压实后，可用作墙体、建筑物基础、路面和地面的垫层或简易地面。路面和地面的垫层或简易地面。第36页/共100页用三合土夯筑的防水坝用三合土夯筑的防水坝第37页/共100页 3 3 3 3、生产硅酸盐制品、生产硅酸盐制品 以磨细生石灰（或

18、消石灰）与硅质材料以磨细生石灰（或消石灰）与硅质材料（如粉煤灰、粒化高炉矿渣、浮石、砂等）（如粉煤灰、粒化高炉矿渣、浮石、砂等）加水拌和，必要时加入少量石膏，经成型、加水拌和，必要时加入少量石膏，经成型、蒸养或蒸压养护等工序而成的建筑材料，统蒸养或蒸压养护等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。称为硅酸盐制品。第38页/共100页钾水玻璃钾水玻璃三、水玻璃钠水玻璃钠水玻璃固体水玻璃固体水玻璃水淬水玻璃水淬水玻璃第39页/共100页 水玻璃的生产水玻璃的生产 1 1 1 1、水玻璃的生产、水玻璃的生产 生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。湿法湿法 湿法生产硅酸钠水

19、玻璃时，将石英砂和苛性钠湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（溶液在压蒸锅（0.20.20.20.20.3MPa0.3MPa0.3MPa0.3MPa）内用蒸汽加热，并加）内用蒸汽加热，并加以搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。以搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。第40页/共100页 干法干法 干法（碳酸盐法）是将石英砂和碳酸钢磨细拌干法（碳酸盐法）是将石英砂和碳酸钢磨细拌匀，在熔炉内于匀，在熔炉内于13001300130013001400140014001400温度下熔化，按下式温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液

20、体水玻璃：体水玻璃：第41页/共100页 2 2 2 2、水玻璃的技术参数、水玻璃的技术参数 模数模数 氧化硅和氧化钠的分子比氧化硅和氧化钠的分子比n n n n成为水玻璃的模数，成为水玻璃的模数，一般在一般在1.51.51.51.53.53.53.53.5之间。固体水玻璃在水中溶解的难之间。固体水玻璃在水中溶解的难易随模数而定。易随模数而定。n n n n为为1 1 1 1时能溶解于常温的水中，时能溶解于常温的水中，n n n n加大，加大，则只能在热水中溶解；当则只能在热水中溶解；当n n n n大于大于3 3 3 3时，要在时，要在4 4 4 4个大气压个大气压以上的蒸汽中才能溶解。低模

21、数的水玻璃晶体组分以上的蒸汽中才能溶解。低模数的水玻璃晶体组分较多，粘结能力较差，模数提高时，胶体组分相对较多，粘结能力较差，模数提高时，胶体组分相对增多，粘结能力随之增大。增多，粘结能力随之增大。第42页/共100页 浓度浓度 水玻璃的浓度用玻美度（水玻璃的浓度用玻美度（e)e)e)e)表示表示)。液体水。液体水玻璃可以与水按任意比例混合成不同浓度的溶液。玻璃可以与水按任意比例混合成不同浓度的溶液。同一模数的液体水玻璃，其浓度愈稠则比重愈大，同一模数的液体水玻璃，其浓度愈稠则比重愈大，粘结力愈强。在液体水玻璃中加入尿素，在不改变粘结力愈强。在液体水玻璃中加入尿素，在不改变其粘度的情况下可提高

22、粘结力其粘度的情况下可提高粘结力25%25%25%25%左右。左右。第43页/共100页 水玻璃的硬化 液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸，并逐渐干燥而硬化：第44页/共100页 为了加速硬化，可将水玻璃加热或加入硅氟酸为了加速硬化，可将水玻璃加热或加入硅氟酸钠，钠，NaNaNaNa2 2 2 2SiFSiFSiFSiF6 6 6 6作为促硬剂。水玻璃中加入硅氟酸钠后作为促硬剂。水玻璃中加入硅氟酸钠后发生下面反应，促使硅酸凝胶加速析出：发生下面反应，促使硅酸凝胶加速析出：硅氟酸钠硅氟酸钠(Na(Na(Na(Na2 2 2 2SiFSiFSiFSiF6 6 6 6)的适宜用量为水玻璃

23、质的适宜用量为水玻璃质量的量的1212121215%15%15%15%。第45页/共100页 水玻璃的性质与应用水玻璃的性质与应用 1 1 1 1、性质、性质 水玻璃有良好的粘结能力和防止水渗透作用；水玻璃有良好的粘结能力和防止水渗透作用；水玻璃不燃烧；水玻璃不燃烧；水玻璃具有高度的耐酸性能。水玻璃具有高度的耐酸性能。第46页/共100页 2 2 2 2、应用、应用 水玻璃在土木工程中可有多种用途：水玻璃在土木工程中可有多种用途：涂刷建筑材料表面可提高抗风化能力；涂刷建筑材料表面可提高抗风化能力；配制快凝堵漏防水剂；配制快凝堵漏防水剂；配制水玻璃矿渣砂浆，修补裂缝；配制水玻璃矿渣砂浆，修补裂缝

24、；用于土壤加固处理；用于土壤加固处理；其它作用，如调制防火漆等。其它作用，如调制防火漆等。第47页/共100页水玻璃耐酸水泥水玻璃耐酸水泥第48页/共100页水玻璃耐酸胶泥制品水玻璃耐酸胶泥制品第49页/共100页第二节 硅酸盐水泥烧制水泥熟料烧制水泥熟料第50页/共100页干法烧制水泥熟料干法烧制水泥熟料第51页/共100页水泥熟料运输线水泥熟料运输线第52页/共100页水泥厂一角水泥厂一角第53页/共100页 水泥呈粉末状，与水混合后，水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状才胶结成为

25、整体，所以将散粒状才胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。水泥是一种良好的矿物胶凝材料。水泥浆体不但能在空气中硬水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度，故水泥属持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。于水硬性胶凝材料。第54页/共100页 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 1 1 1 1、定义、定义 凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、0 0 0 05%5%5%5%石灰石或粒化高炉矿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，称为硅酸渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为

26、硅酸盐水泥。盐水泥。2 2 2 2、类型、类型 硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称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，代号为型硅酸盐水泥，代号为PPPP。在硅酸盐水泥熟料粉磨。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量时掺加不超过水泥质量5%5%5%5%的石灰石或粒化高炉矿渣混的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称合材料的称型硅酸盐水泥，代号为型硅酸盐水泥，代号为PPPP。第55页/共100页 3 3 3 3、硅酸盐水泥的生产、硅酸盐水泥的生产 原料组成原料组成 硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和粘土质硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料主要提供原料两

27、类。石灰质原料主要提供CaOCaOCaOCaO，它可以采用石，它可以采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料主要提供供SiOSiOSiOSiO2 2 2 2、AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3及少量及少量FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3，它可以采用粘土、黄土，它可以采用粘土、黄土等。如果所选用的石灰质原料和粘土质原料按一定等。如果所选用的石灰质原料和粘土质原料按一定比例配合后仍不能满足化学组成要求时，则要掺加比例配合后仍不能满足化学组成要求时，则要掺加相应的校正原料。相应的校正原料。第56页/共1

28、00页 生产过程生产过程 硅酸盐水泥生产的大体步骤是：先把几种原料硅酸盐水泥生产的大体步骤是：先把几种原料按适当比例配合后在磨料机中磨成生料；然后将制按适当比例配合后在磨料机中磨成生料；然后将制得的生料入窑进行煅烧；再把煅烧好的熟料配以适得的生料入窑进行煅烧；再把煅烧好的熟料配以适当的石膏在磨料机中磨成细粉，即得水泥。当的石膏在磨料机中磨成细粉，即得水泥。水泥生料在窑内的煅烧过程，虽方法各异，但水泥生料在窑内的煅烧过程，虽方法各异，但都要经历都要经历干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却干燥、预热、分解、熟料烧成及冷却等几等几个阶段。其中，熟料烧成是水泥生产的关键，必须个阶段。其中，熟料烧成是水泥生

29、产的关键，必须有足够的时间，以保证水泥熟料的质量。有足够的时间，以保证水泥熟料的质量。第57页/共100页 4 4 4 4、水泥熟料矿物组成、水泥熟料矿物组成 硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下：硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下：硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO3CaOSiO3CaOSiO3CaOSiO2 2 2 2，简写为，简写为C C C C3 3 3 3S S S S，决定了水泥标号；，决定了水泥标号；硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2CaOSiO2CaOSiO2CaOSiO2 2 2 2，简写为，简写为C C C C2 2 2 2S S S S，决定了水泥的后期，决定

30、了水泥的后期强度；强度；铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl3CaOAl3CaOAl3CaOAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3，简写为，简写为C C C C3 3 3 3A A A A，决定了水泥的凝结，决定了水泥的凝结硬化速度；硬化速度；铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl4CaOAl4CaOAl4CaOAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3Fe2OFe2OFe2OFe2O3 3 3 3，简写为，简写为C C C C4 4 4 4AFAFAFAF，决定水，决定水泥的抗拉强度。泥的抗拉强度。第58页/共100页 二、硅酸盐水泥的水化及凝结硬化二、硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 硅酸盐水泥的

31、水化硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥的性能是由组成矿物的性能决定的，硅酸盐水泥的性能是由组成矿物的性能决定的，水泥具有许多优良的技术性能，这主要是水泥熟料中水泥具有许多优良的技术性能，这主要是水泥熟料中几种主要矿物的水化作用的结果。几种主要矿物的水化作用的结果。1 1 1 1、水化反应方程式、水化反应方程式 熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水泥熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水泥的水化。熟料矿物的水化后生成一系列的水化产物，的水化。熟料矿物的水化后生成一系列的水化产物，并放出一定的热量。并放出一定的热量。第59页/共100页 2 2 2 2、水化特性及其作用、水化特性及其作用 四种熟料

32、矿物的水化特性各不相同，对水泥四种熟料矿物的水化特性各不相同，对水泥的凝结硬化速度、强度及水化放热等的影响也不的凝结硬化速度、强度及水化放热等的影响也不相同。水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料相同。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时，水泥的性质即发生相应的矿物成分间的比例时，水泥的性质即发生相应的变化。变化。第60页/共100页 3 3 3 3、水泥水化的主要产物、水泥水化的主要产物 在充分水化在充分水化(约约28282828天天)的水泥石中，的水泥石中，C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H凝胶凝胶约占约占70%70%70%70%，Ca(OH)Ca(OH)Ca(OH)

33、Ca(OH)2 2 2 2约占约占20%20%20%20%，钙钒石和单硫型水化，钙钒石和单硫型水化硫铝酸钙约占硫铝酸钙约占7%7%7%7%。第61页/共100页 硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化 1 1 1 1、水泥的凝结和硬化、水泥的凝结和硬化 水泥加水拌和后，成为可塑性的水泥浆，随着水泥加水拌和后，成为可塑性的水泥浆，随着水化的进行，水泥浆将逐渐变稠失去塑性，但尚不水化的进行，水泥浆将逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的具有强度的过程，称为水泥的“凝结凝结”。随后产生。随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石水泥水泥石，这一

34、过程称为水泥的石，这一过程称为水泥的“硬化硬化”。凝结和硬化是。凝结和硬化是人为划分的，实际上这两者是一个连续复杂的物理人为划分的，实际上这两者是一个连续复杂的物理化学变化过程。化学变化过程。第62页/共100页 2 2、水泥凝结硬化的过程图图3-3 3-3 3-3 3-3 水泥凝结硬化过程示意水泥凝结硬化过程示意 （a a a a）分散在水中未水化的水泥颗粒；（）分散在水中未水化的水泥颗粒；（b b b b）在水泥颗粒）在水泥颗粒 表面形成水化层；（表面形成水化层；（c c c c）膜层长大并互相连接（凝结）；）膜层长大并互相连接（凝结）；（d d d d）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化

35、）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）1-1-1-1-水泥颗粒；水泥颗粒；2-2-2-2-水分；水分；3-3-3-3-凝胶；凝胶；4-4-4-4-晶体；晶体；5-5-5-5-水泥颗粒的未水化内核；水泥颗粒的未水化内核；6-6-6-6-毛细孔毛细孔第63页/共100页硅酸盐水泥颗粒的水化示意图硅酸盐水泥颗粒的水化示意图第64页/共100页硅酸盐水泥的水化膜破裂示意图硅酸盐水泥的水化膜破裂示意图第65页/共100页 3 3 3 3、水泥凝结硬化的几个阶段、水泥凝结硬化的几个阶段凝结硬化阶段凝结硬化阶段一般的放热反应速度一般的放热反应速度一般的持续时间一般的持续时间主要的物理化学变主要的物理化学变化

36、化初始反应期初始反应期168J/gh168J/gh5 510min10min初始溶解和水化初始溶解和水化潜伏期潜伏期4.2J/gh4.2J/gh1h1h凝胶体膜层围绕水凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长泥颗粒成长凝结期凝结期在在6h6h内逐渐增加到内逐渐增加到21J/gh21J/gh6h6h膜层厚度，水泥颗膜层厚度，水泥颗粒进一步水化粒进一步水化硬化期硬化期在在24h24h内逐渐降低到内逐渐降低到4.2J/gh4.2J/gh6h6h至若干年至若干年凝胶体填充毛细孔凝胶体填充毛细孔水泥凝结硬化时的几个划分阶段水泥凝结硬化时的几个划分阶段 表表3-63-63-63-6第66页/共100页硅酸盐水泥的水化放

37、热过程示意图硅酸盐水泥的水化放热过程示意图第67页/共100页 影响水泥凝结硬化的因素影响水泥凝结硬化的因素 影响水泥凝结硬化的因素，除矿物成分、细度、影响水泥凝结硬化的因素，除矿物成分、细度、用水量外，还有养护时间、环境的温湿度以及石膏用水量外，还有养护时间、环境的温湿度以及石膏掺量等。掺量等。1 1 1 1、养护时间；、养护时间；2 2 2 2、温度和湿度；、温度和湿度；3 3 3 3、石膏掺量。、石膏掺量。第68页/共100页 三、硅酸盐水泥的技术性质三、硅酸盐水泥的技术性质 细度细度 1 1 1 1、水泥颗粒的细度对水泥性质的影响、水泥颗粒的细度对水泥性质的影响 水泥颗粒粒径一般在水泥

38、颗粒粒径一般在7 7 7 720m20m20m20m范围内。范围内。2 2 2 2、测试方法、测试方法 水泥细度可用筛析法和比表面积法进行检验。水泥细度可用筛析法和比表面积法进行检验。第69页/共100页 凝结时间凝结时间 1 1 1 1、初凝、初凝 初凝初凝初凝初凝为水泥加水拌合起至标准稠度净浆开始失去为水泥加水拌合起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。可塑性所需的时间。2 2 2 2、终凝、终凝 终凝终凝终凝终凝为水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去为水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。可塑性并开始产生强度所需的时间。第70页/共100页 3 3 3 3

39、、影响水泥凝结时间的因素、影响水泥凝结时间的因素 水泥凝结时间的影响因素很多：水泥凝结时间的影响因素很多：熟料中铝酸三钙含量高，石膏掺量不足时水泥熟料中铝酸三钙含量高，石膏掺量不足时水泥凝结速度快；凝结速度快；水泥的细度愈大，水化作用愈快，凝结愈快；水泥的细度愈大，水化作用愈快，凝结愈快；水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；混合材料掺量大，水泥过粗等将延缓水泥的凝混合材料掺量大，水泥过粗等将延缓水泥的凝结速度。结速度。第71页/共100页 体积安定性体积安定性 在水泥的煅烧过程中，多少都会存在一些游离在水泥的煅烧过程中，多少都会存在一些游离氧化钙、氧

40、化镁，而在这两种氧化物熟化时都产生氧化钙、氧化镁，而在这两种氧化物熟化时都产生比较大的体积膨胀。比较大的体积膨胀。国家标准规定，用煮沸法检验水泥的体积安定国家标准规定，用煮沸法检验水泥的体积安定性。国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁不得超过性。国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁不得超过5.0%5.0%5.0%5.0%，水泥中三氧化硫含量不超过，水泥中三氧化硫含量不超过3.5%3.5%3.5%3.5%，以控制水，以控制水泥的体积安定性。泥的体积安定性。第72页/共100页 强度及强度等级强度及强度等级 国家标准规定，水泥和标准砂按国家标准规定，水泥和标准砂按1 1 1 1：3 3 3 3的比例混的比

41、例混合，用合，用0.50.50.50.5的水灰比，按规定的方法制成试件，在标的水灰比，按规定的方法制成试件，在标准温度（准温度（201201201201）的水中养护，测定）的水中养护，测定3d3d3d3d和和28d28d28d28d的抗的抗压强度。根据测定的结果，将硅酸盐水泥分为压强度。根据测定的结果，将硅酸盐水泥分为42.542.542.542.5、42.5 R42.5 R42.5 R42.5 R、52.552.552.552.5、52.5R52.5R52.5R52.5R、62.562.562.562.5和和62.5R62.5R62.5R62.5R等六个强度等六个强度等级，其中代号等级，其中

42、代号R R R R表示早强型水泥。表示早强型水泥。第73页/共100页 碱量碱量 水泥中的碱量按水泥中的碱量按NaNaNaNa2 2 2 2O+0.658KO+0.658KO+0.658KO+0.658K2 2 2 2O O O O计算值来表计算值来表示。若使用活性骨料，碱含量过高将引起碱骨示。若使用活性骨料，碱含量过高将引起碱骨料反映；如要求低碱水泥时，水泥中碱含量则料反映；如要求低碱水泥时，水泥中碱含量则不得大于不得大于0.60%0.60%0.60%0.60%。第74页/共100页 水化热水化热 水泥在水化过程中放出的热量称为水泥的水化水泥在水化过程中放出的热量称为水泥的水化热。水泥熟料矿

43、物进行水化时，铝酸三钙放热量最热。水泥熟料矿物进行水化时，铝酸三钙放热量最大，速度也最快，硅酸三钙放热量稍低，硅酸二钙大，速度也最快，硅酸三钙放热量稍低，硅酸二钙放热量最低，速度也最慢。水泥细度越细，水化反放热量最低，速度也最慢。水泥细度越细，水化反应比较容易进行，因此，水化放热量越大，放热速应比较容易进行，因此，水化放热量越大，放热速度也越快。度也越快。第75页/共100页 四、水泥石的腐蚀与防止四、水泥石的腐蚀与防止 腐蚀类型腐蚀类型 1 1 1 1、软水腐蚀、软水腐蚀 2 2 2 2、盐类腐蚀、盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀；硫酸盐腐蚀；镁盐腐蚀；镁盐腐蚀；3 3 3 3、酸类腐蚀、酸类腐蚀 碳酸

44、腐蚀；碳酸腐蚀；一般酸腐蚀一般酸腐蚀 4 4 4 4、强碱腐蚀、强碱腐蚀第76页/共100页 腐蚀产生的原因腐蚀产生的原因 1 1 1 1、水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化、水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和水化铝酸钙；钙和水化铝酸钙；2 2 2 2、水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵、水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部；蚀性介质易于进入其内部；3 3 3 3、腐蚀与通道的相互作用。、腐蚀与通道的相互作用。第77页/共100页 腐蚀的防止腐蚀的防止 1 1 1 1、根据工程的环境特点，合理选用水泥品种。、根据工程的环境特点，合理选用水泥品种。2 2

45、2 2、提高水泥石的密实度，如合理设计混凝土配、提高水泥石的密实度，如合理设计混凝土配合比，降低水灰比，仔细选择骨料，掺入外加剂，合比，降低水灰比，仔细选择骨料，掺入外加剂，以及改善施工方法等。以及改善施工方法等。3 3 3 3、在混凝土及砂浆表面加上耐腐蚀性高且不透、在混凝土及砂浆表面加上耐腐蚀性高且不透水的保护层。水的保护层。第78页/共100页 五、硅酸盐水泥的应用与存放五、硅酸盐水泥的应用与存放 1 1 1 1、应用、应用 重要结构的高强度或预应力混凝土工程；重要结构的高强度或预应力混凝土工程；硅酸盐水泥凝结硬化较快，耐冻性好，适用硅酸盐水泥凝结硬化较快，耐冻性好，适用于要求凝结快，早

46、期强度高，冬季施工及严寒地区于要求凝结快，早期强度高，冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程；遭受反复冻融的工程；水泥石耐软水和化学侵蚀性差，因此不适用水泥石耐软水和化学侵蚀性差，因此不适用于经常与流动的淡水接触及有水压作用的工程，也于经常与流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程；不适用于受海水、矿物水等作用的工程；硅酸盐水泥在水化过程中，水化热的热量大，硅酸盐水泥在水化过程中，水化热的热量大，不宜用于大体积混凝土工程。不宜用于大体积混凝土工程。第79页/共100页 2 2 2 2、存放、存放 运输和贮存水泥要按不同品种、强度等级及出运输和贮存水泥要按不同品种、强

47、度等级及出厂日期存放，并加以标志。厂日期存放，并加以标志。散装水泥应分库存放；袋装水泥一般堆放高度散装水泥应分库存放；袋装水泥一般堆放高度不应超过不应超过10101010袋，平均每平方米堆放约袋，平均每平方米堆放约1t1t1t1t，并考虑先，并考虑先存先用。存先用。第80页/共100页 第三节第三节 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 一、水泥混合材料一、水泥混合材料 水泥混合材料的类别水泥混合材料的类别 1 1 1 1、活性混合材料、活性混合材料 混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌和混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌和在一起，并加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的在一起

48、，并加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的，称为水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的，称为活性混合材料。活性混合材料。活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。料和粉煤灰。第81页/共100页 2 2 2 2、非活性混合材料、非活性混合材料 磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣及各种废渣磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣及各种废渣等属于非活性混合材料。它们与水泥成分不起化学等属于非活性混合材料。它们与水泥成分不起化学作用或化学作用很小，非活性混合材料掺入硅酸盐作用或化学作用很小，非活性混合材料掺入硅酸盐水泥中

49、仅起提高水泥产量和降低水泥强度等级、减水泥中仅起提高水泥产量和降低水泥强度等级、减少水化热等作用。少水化热等作用。第82页/共100页 活性混合材料的作用活性混合材料的作用 粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等活粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等活性混合材料本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。性混合材料本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但氢氧化钙和石膏的存在能使活性材料的潜在活性得但氢氧化钙和石膏的存在能使活性材料的潜在活性得以发挥，即氢氧化钙和石膏起激发水化，促进凝结硬以发挥，即氢氧化钙和石膏起激发水化，促进凝结硬化的作用。化的作用。第83页/共100页 二、普通硅酸盐水泥二

50、、普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、6 6 6 615%15%15%15%混合材料、适量石混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，代号代号POPOPOPO。水泥中混合材料掺加量按质量百分比计：。水泥中混合材料掺加量按质量百分比计：掺活性混合材料时，不得超过掺活性混合材料时，不得超过15%15%15%15%，其中允许用，其中允许用不超过不超过5%5%5%5%的窑灰或不超过的窑灰或不超过10%10%10%10%的非活性混合材料来代的非活性混合材料来代替；替；掺非活性混合材料时，不得超过掺非活性混合材料时，