建筑材料第2章(石灰和水泥)

1、第二章第二章 石灰和水泥石灰和水泥学习要点：学习要点：本章介绍了石灰的化学组成、消化、硬化机理及技术性质。重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、水化特性、技术性质和技术标准。同时简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。 通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、水化、凝结硬化的机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。胶凝材料胶凝材料定义定义能以自身的物理化学作用自身的物理化学作用，从浆体变为坚从浆体变为坚固的石状体固的石状体，并能将松散材料将松散材料（如碎石、砂等）胶胶结成为具有一定强度的整体结构的材料。结成为具有一定强

2、度的整体结构的材料。分类分类按化学成分不同化学成分不同分：无机胶凝材料无机胶凝材料 如石膏、石灰、水泥有机胶凝材料有机胶凝材料 如沥青、天然（合成）树脂无机胶凝材料无机胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料只能在空气中硬化，如石灰、石膏。既可以在空气中，也可在水中硬化，如水泥。2.1 石灰石灰石灰石灰是一种气硬性胶凝材料，它是将碳酸钙为主要成分的材料（主要为石灰石）经过9001200的高温煅烧，尽可能的分解与排出CO2，得到以CaO主要成份的生石灰，它是一种多孔结构材料。一、 石灰的原料及生产23COCaOCaCO 石灰在烧制过程中由于尺寸过大，或窑内温度不均等原因，

3、便得石灰中含有未烧透的内核，称为“欠火石灰欠火石灰”。另一种情况是过火而形成的“过火石灰过火石灰”。二、石灰的消化和硬化1.消化molkJOHCaOHCaO/9 .64)(22石灰的消化过程有两个特点：水化反应进行速度快，放热量大；消化时体积急剧膨胀。 为降低“过火石灰”危害，石灰消化后，应将其在水中继续“陈伏”15d以上。 将块状生石灰研磨成粉状，得到的磨细生石灰在适宜的水灰比 和消化温度下，可控制其体积膨胀。还可提高“过火石灰”的利用率。2、石灰的硬化（1）干燥硬化和结晶硬化）干燥硬化和结晶硬化石灰中水分不断挥发，形成熟石灰结晶。在该过程中，石灰强度增长不明显（2）碳化硬化）碳化硬化 该反

4、应必须有水分存在时才能进行，且仅限于表面，反应速度缓慢。22232()(1)Ca OHCOnH OCaCOnH O碳化三、 石灰的技术要求1石灰的分类石灰的分类（1）根据成品加工方法的不同，分为：块状生石灰，生石灰粉，消石灰（熟石灰），石灰浆。（2）按氧化镁的含量分按氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类 石灰种类石灰种类生石灰生石灰生石灰粉生石灰粉消石灰粉消石灰粉钙质石灰钙质石灰554镁质石灰镁质石灰5542石灰的技术性质石灰的技术性质（1）有效氧化钙和氧化镁含量）有效氧化钙和氧化镁含量 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙 f - CaO和氧化镁 f -MgO ，它们的含量是评价石灰质量

5、的主要指标。 （2）生石灰产浆量和未消解残渣含量）生石灰产浆量和未消解残渣含量产浆量产浆量是指单位质量生石灰消解后生成的石灰浆体积，产浆量越高说明石灰的质量越好。未消化残渣含量未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣试样的百分率。能综合反映石灰中“过火石灰”和“欠火石灰”数量。（3）CO2含量 石灰中CO2含量反映了石灰中“欠火石灰”数量。（4）细度）细度 以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制磨细石灰粉和消石灰粉的细度。 石灰越细，石灰的活性越大。（5）游离水含量）游离水含量 游离水含量指消石灰粉中化学结合水以外的含水量。（6）体积安定性）体积安定性 消石灰粉在

6、消化、硬化过程中体积变化的均匀性。3石灰的技术标准石灰的技术标准 我国建材行业标准根据有关指标，将建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级。 见书45表2-12-3。四、石灰的应用和储存 石灰原料分布广，生产工艺简单，成本低廉，硬化后强度不高，在潮湿环境中，石灰遇水会溶解溃散，强度会降低。 主要用于配制建筑砂浆、抹面灰浆；以石灰稳定土、石灰工业废渣稳定土的形式应用于道路工程中的路面基层或垫层结构中；不宜在长期潮湿的环境或有水环境中使用。2.2 硅酸盐水泥硅酸盐水泥一、概述 定义定义：水泥是一种多级分的人造矿物粉料，与水拌和后 成为塑性胶体，既能在空气中硬化，也能

7、在水中硬化，并能 将砂石等材料的结合成具有一定强度的整体，水泥是水硬性1. 无机胶凝材料。水泥水泥2. 分类分类：按化学成分分类按用途和性能分类硅酸盐类水泥铝酸盐类水泥硫铝酸盐类水泥铁铝酸盐类水泥氟铝酸盐类水泥通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥特性水泥特性水泥3. 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 硅酸盐系水泥品种硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥（P）普通硅酸盐水泥（PO）掺混合材的硅酸盐水泥（ PS, PP, PF ）特性硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、05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，称为硅酸盐水泥(即国外通称的Portland Cement)。 又根据混合料的掺量分为P和P两类。4

8、. 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥包括：通用硅酸盐水泥包括：硅酸盐水泥（P）普通硅酸盐水泥（PO）掺混合材的硅酸盐水泥（ PS, PP, PF ）复合硅酸盐水泥（PC） 通用硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和适量石膏及规定的混合材制成的水硬性胶凝材料。 原原 料：料：粘土质：粘土，粘土质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占占1/3 石灰质：石灰石、白垩等，石灰质：石灰石、白垩等，(CaO)，占占2/3调节原料：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2 制造工艺：制造工艺：原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料经窑内生料经窑内煅

9、烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合混合后得到后得到水泥水泥“两磨一烧”二、二、 硅酸盐水泥熟料的生产、矿物组成及硅酸盐水泥熟料的生产、矿物组成及水化特性水化特性1、 硅酸盐水泥熟料的生产硅酸盐水泥熟料的生产生料主要化学成分生料主要化学成分：，和。 CaO2SiO23Al O23Fe O粘土质粘土质(SiO2、Al2O3)石灰质石灰质(CaO)1450调节原料调节原料（Fe2O3）石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 2. 硅酸盐水泥熟料的矿物组

10、成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 经高温煅烧后，生料中四种化学成分化合为熟料中的主要熟料中的主要矿物组成矿物组成： 硅酸三钙硅酸三钙简式为硅酸二钙硅酸二钙简式为铝酸三钙铝酸三钙简式为铁铝酸四钙铁铝酸四钙简式为 23CaO SiO3C S22CaO SiO2C S233CaO Al O3C A23234CaO Al OFe O4C AF硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成范围硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成范围SiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3CaOCaOMgOMgO2123573564685且20%混合材普通硅酸盐水泥20且70%矿 渣矿渣硅酸盐水泥20且40%火

11、山灰火山灰硅酸盐水泥2040%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥20且50%2种混合材复合硅酸盐水泥2.3.2 掺活性混合材通用硅酸盐水泥1、普通硅酸盐水泥（、普通硅酸盐水泥（PO） 硅酸盐水泥熟料520的混合材料适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其活性混合材料掺加量为5且20%，其中允许用不超过水泥质量8的非活性材料或不超过水泥质量5的窑灰代替。 主要特性（1）早期强度略低，后期强度高。（2）水化热略低。（3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。（4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5）耐磨性较好；耐热性能较好。 应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。2、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山

12、灰水泥、粉煤灰水泥熟料适量石膏20%70%粒化高炉矿渣20%50%火山灰质混合材料20%40%粉煤灰矿渣水泥（PS）火山灰水泥（PP）粉煤灰水泥（PF）磨细磨细磨细其中矿渣硅酸盐水泥根据掺量不同又分A型和B型，A型矿渣掺量20且50%，代号为PSA；B型矿渣掺量50且70%，代号为PSB。主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比）主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比） 三种水泥的共同特性 凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快； 水化热较低，放热速度慢； 抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好； 蒸汽养护适应性好； 抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。 三种水泥各自特性 矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用

13、于温度不高于200的混凝土工程中。 火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。 粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。 通用硅酸盐水泥的技术标准通用硅酸盐水泥的技术标准 物理力学性能密度细度体积稳定性水化热强度 耐久性能软水腐蚀离子交换型腐蚀结晶膨胀型腐蚀强碱腐蚀为了满足建筑工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能 施工性能凝结时间标准稠度用水量通用硅酸盐水泥化学性能要求（GB 175-2007）水泥品种水泥品种代号代号SO3含量含量（%）MgO含量含量（%）不溶物不溶物（%）烧失量烧失量（%）碱含量碱含量（%）氯离子氯离子含量含量（%）硅酸盐硅酸盐水泥水泥P.3.55.0

14、0.753.00.60.06P.1.503.5普通硅酸普通硅酸盐水泥盐水泥P.O5.0矿渣硅酸矿渣硅酸盐水泥盐水泥P.S.A4.06.0P.S.B火山灰质火山灰质硅酸盐水硅酸盐水泥泥P.P3.56.0粉煤灰硅粉煤灰硅酸盐水泥酸盐水泥P.F复合硅酸复合硅酸盐水泥盐水泥P.C通用硅酸盐水泥物理性能要求（GB 175-2007）水泥品种水泥品种代号代号细度细度（选择性指标）（选择性指标）凝结时间凝结时间(min)安定性安定性（沸煮法）（沸煮法）初凝初凝终凝终凝硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.比表面积比表面积300m2/kg45390合格合格P.普通硅酸盐普通硅酸盐水泥水泥P.O45600矿渣矿渣硅酸盐水泥硅

15、酸盐水泥P.S.A80m方孔筛筛余方孔筛筛余10%或或45m方孔筛筛方孔筛筛余余30%P.S.B火山灰质火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.P粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.F复合复合硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.C 技术性质技术性质 不符合要求不符合要求 凝结时间凝结时间 （初凝、终凝）不合格品（初凝、终凝）不合格品 体积安定性体积安定性 不合格品不合格品 强强 度度 不合格品或降低等级不合格品或降低等级不溶物和烧失量不溶物和烧失量 不合格品不合格品 三氧化硫、氧化镁含量三氧化硫、氧化镁含量 不合格品不合格品水泥质量的判定通用硅酸盐水泥力学性能要求（GB 175-2007）工程应用工程应用 通用硅

16、酸盐水泥在工程中的应用，应根据工程所处通用硅酸盐水泥在工程中的应用，应根据工程所处的具体环境及施工特点，结合水泥的特征，选择合理的具体环境及施工特点，结合水泥的特征，选择合理的水泥品种。的水泥品种。2.4 其他品种水泥其他品种水泥2.4.1 道路硅酸盐水泥 定义：定义：由道路硅酸盐水泥熟料、由道路硅酸盐水泥熟料、010活性混合材料与活性混合材料与适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料简称道路水泥。适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料简称道路水泥。 组成特点：组成特点：水泥熟料主要矿物水泥熟料主要矿物硅酸钙和铁铝酸钙硅酸钙和铁铝酸钙铁铝酸四钙高，铁铝酸四钙高，C4AF的含量的含量16.0，C3A 5.0%

17、 。 性能特点：性能特点：初凝时间较长，初凝时间较长，1.5h；抗折强度高；抗折强度高；耐磨性好，磨损率耐磨性好，磨损率3.60kg/m2；抗裂性好，抗裂性好，28d干缩率干缩率 0.10%； 使用特点：使用特点： 主要用于混凝土路面工程。主要用于混凝土路面工程。道路硅酸盐水泥物理、化学性能技术标准道路硅酸盐水泥物理、化学性能技术标准（GB 13693-2005） 氧化氧化镁镁含含量量三氧三氧化硫化硫含量含量烧失烧失量量比表面比表面积积凝结时间凝结时间安定安定性性干缩干缩率率耐磨性耐磨性初初 凝凝终凝终凝5.0% %3.5% %3.0%300450（m 2 2/kg）1.5 h10h 沸沸煮煮

18、 法检法检验必验必须合须合格格28 d 干缩干缩率应率应0.10%磨耗量应磨耗量应3.00k g/m2 2 水泥的强度等级按规定龄期的抗压和抗折强度划水泥的强度等级按规定龄期的抗压和抗折强度划分，各龄期的抗压强度和抗折应不低于下表数值。分，各龄期的抗压强度和抗折应不低于下表数值。道路硅酸盐水泥强度等级及力学性能要求道路硅酸盐水泥强度等级及力学性能要求（GB 13693-2005）强度等级强度等级抗折强度抗折强度(MPa)抗压强度抗压强度(MPa)3d28d3d28d32.53.56.516.032.542.54.07.021.042.552.55.07.526.052.52.4.2 中热中热/

19、低热硅酸盐水泥、低热矿渣低热硅酸盐水泥、低热矿渣 硅酸盐水泥硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥（简称中热水泥），代号（简称中热水泥），代号P.MH。 是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。低热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥（简称低热水泥），代号P.LH。 是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具的低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥（简称低热矿渣水泥），代号代号P.SLH。 是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉是

20、以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉矿渣，适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性矿渣，适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。胶凝材料。 低热矿渣硅酸盐水泥中低热矿渣硅酸盐水泥中粒化高炉矿渣掺量按质量粒化高炉矿渣掺量按质量计为计为202060%60%，允许用不超过混合材总量，允许用不超过混合材总量50%50%的粒化磷的粒化磷渣或粉煤灰代替部分粒化高炉矿渣。渣或粉煤灰代替部分粒化高炉矿渣。中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥化学性能要中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥化学性能要（GB200-2003）分类分类熟料中熟料中烧失量烧失量（%）氧化镁氧化镁（%）三氧化硫三氧化硫（%）C3S(

21、%)C3A(%)f-CaO（%）中热中热水泥水泥55.066.011.033.0 055.033.5低热低热水泥水泥440.066.011.0低热矿渣水泥低热矿渣水泥88.011.2 2中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥物理性能要求中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥物理性能要求（GB200-2003） 分类分类比表比表面积面积(m2 2/kg)凝结时间凝结时间安定性安定性水化热，水化热，kJ/kg初凝初凝（min）终凝终凝（h）3d7d28d中热中热水泥水泥25 506012 2用用 沸沸 煮煮法检验，法检验，必须合必须合格格251293低热低热水泥水泥230260310低热矿渣低热矿渣水泥水泥1

22、97230中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥强度等级及强度要求中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥强度等级及强度要求（GB200-2003）中热水泥、低热水泥中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥主要用于大体积混凝土等。低热矿渣水泥主要用于大体积混凝土等。分类分类强度强度等级等级抗压强度，抗压强度，MPa抗折强度，抗折强度，MPa3d7d28d3d7d28d中热中热水泥水泥42.512.022.042.53.04.56.5低热低热水泥水泥42.513.042.53.56.5低热矿渣水泥低热矿渣水泥32.512.032.53.05.52.4.3 抗硫酸盐硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥 抗硫酸盐硅酸盐水泥按其抗

23、硫酸盐性能，分中抗硫酸盐抗硫酸盐硅酸盐水泥按其抗硫酸盐性能，分中抗硫酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥两类。水泥和高抗硫酸盐水泥两类。 中抗硫酸盐硅酸盐水泥中抗硫酸盐硅酸盐水泥简称中抗硫酸盐水泥，代号简称中抗硫酸盐水泥，代号P.MSR。是以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细是以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料。制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料。强度等级有强度等级有32.5和和42.5两个等级。两个等级。 高抗硫酸盐硅酸盐水泥高抗硫酸盐硅酸盐水泥简称高抗硫酸盐水泥，代号简称高抗硫酸盐水泥，代号P.HSR。

24、是以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细是以特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料。制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料。强度等级有强度等级有32.5和和42.5两个等级。两个等级。 抗硫酸盐水泥主要适用于受硫酸盐侵蚀的港海、水利、地抗硫酸盐水泥主要适用于受硫酸盐侵蚀的港海、水利、地下、隧道、路桥基础等工程。下、隧道、路桥基础等工程。2.4.4 铝酸盐水泥铝酸盐水泥 凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号为胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号为CA。 铝酸盐水泥按铝酸盐水泥按Al2O3含量分为四类：含量分为四类：CA-5050%Al2O360%CA-6060%Al2O368%CA-7068%Al2O377%CA-80Al2O377% 铝酸盐水泥铝酸盐水泥具具有很强的抗硫酸盐侵蚀和抗酸侵有很强的抗硫酸盐侵蚀和