土木工程材料教案第三章水泥课件

《土木工程材料》教案

第三章第三章水泥3.1常用水泥3.2其它品种水泥主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺常用（硅酸盐）水泥的特性影响常用水泥性能的因素重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点硅酸盐水泥的凝结和硬化难点：硅酸盐水泥的凝结和硬化要求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点掌握硅酸盐水泥凝结和硬化参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》技术标准GB175-19993.1常用水泥

凡由硅酸盐水泥熟料，０～５％石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量５％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号Ｐ·Ⅱ。普通硅酸盐水泥Ｐ·Ｏ矿渣硅酸盐水泥Ｐ·Ｓ火山灰质硅酸盐水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ·Ｆ复合硅酸盐水泥Ｐ·Ｃ3.1.1常用水泥的生产１.硅酸盐水泥生产原料原料：１）石灰质原料主要提供ＣａＯ，２）粘土质原料主要提供Ａｌ２Ｏ３

以及Ｆｅ２Ｏ３。3）校正原料补充两种原料中所缺少的铁。3.1.2常用水泥的特性１．硅酸盐水泥的主要矿物组成硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙３ＣａＯ·ＳｉＯ２，简式为Ｃ３Ｓ，硅酸二钙２ＣａＯ·ＳｉＯ２，简式为Ｃ２Ｓ，铝酸三钙３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，简式为Ｃ３Ａ，铁铝酸四钙４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，简式为Ｃ４ＡＦ，2．硅酸盐水泥各矿物组成性能比较硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是：１）反应速度Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ较快，Ｃ４ＡＦ也较快，Ｃ２Ｓ最慢；２）释热量Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ较大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最小；３）强度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增长率较大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ为水泥强度主要来源。Ｃ３Ａ强度不高，Ｃ４ＡＦ含量对抗折强度有利；

４）耐化学侵蚀性Ｃ４ＡＦ最优，其次为Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差；５）干缩性Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，Ｃ３Ｓ居中，Ｃ３Ａ最大。３．矿物组成对水泥性能的影响以上是单个矿物组成的性能，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，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。

4．硅酸盐水泥的凝结和硬化（１）硅酸盐水泥的水化水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量水泥的水化主要是四种矿物成分的水化：１）硅酸三钙２）硅酸二钙３）铝酸三钙４）铁铝酸四钙

２）硅酸二钙1）硅酸三钙为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，掺人适量石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，亦称钙矾石。当石育消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如下：

三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，其危害更大。（２）硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段：第Ⅰ阶段为初始反应期（诱导前期）第Ⅱ阶段为潜伏期（诱导期）第Ⅲ阶段为凝结期（凝结期）第Ⅳ阶段为硬化期（硬化期）水泥水化放热曲线思考题：１.水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？２.水泥四种矿物成分的特性是什么？３.影响水泥凝结硬化的因素有哪些？主要内容：硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术标准常用水泥的选用其它品种水泥重点内容：硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术标准难点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定要求：掌握硅酸盐水泥的技术性质掌握硅酸盐水泥的技术标准参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程水泥和水泥混凝土试验规程》《道路建筑材料》集中训练试验补充教材《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》技术标准GB175-19993.1.4常用水泥的选用

各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，进行选用。

２）物理力学性质（１）细度细度是指水泥颗粒粗细的程度。细度愈细，水泥与水起反应的面积愈大，水化速度愈快并较完全。实践表明，细度提高，可使水泥混凝土的强度提高，工作性得到改善。但是，水泥细度提高，在空气中的硬化收缩也较大，使水泥发生裂缝的可能性增加。因此，对水泥细度必须予以合理控制。（２）水泥净浆标准稠度为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板６ｍｍ±１ｍｍ时的稠度为“标准稠度”，此时的用水量为标准稠度用水量。水泥标准稠度与凝结时间测定雷氏夹雷氏夹测定仪（５）强度强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的重要技术性质之一。水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。多年来，我国水泥强度的检验一直按国家标准《水泥胶砂强度检验方法》（ＧＢ１７７一８５）简称软练法进行，该标准规定，以ｌ∶２．５的水泥和标准砂，按规定的水灰比（０．４４或０．４６），用标准制作方法制成４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ的标准试件，在标准养护条件下，达规定龄期（３ｄ，７ｄ，２８ｄ）时，按国家标准（ＧＢ１７５一９２）规定的最低强度值来评定其所属标号。水泥胶砂试模集振动台我国现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法》（ＧＢ／Ｔ１７６７１－１９９９）简称ＩＳＯ法规定，以１∶３的水泥和标准砂（标准砂满足级配要求），采用０.５的水灰比，用标准制作方法制成４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ的标准试件，在标准养护条件下，达到规定龄期（３ｄ，７ｄ，２８ｄ）时，按国家标准（ＧＢ１７５－１９９９）规定的最低强度值来确定其强度等级。我国现行国家标准（ＧＢ１７５一９２）规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使用。２．技术标准硅酸盐水泥石的腐蚀和防止１.水泥石的腐蚀１）淡水侵浊２）硫酸盐的侵蚀３）镁盐侵蚀４）碳酸侵蚀水泥石腐蚀的防止针对以上分析产生腐蚀的原因，在选用水泥及施工中，可考虑以下措施来防止腐蚀。１）根据建筑物环境特点，合理选用水泥品种２）提高水泥石的密实度３）加做保护层R3.2其它品种水泥3.2.1高铝水泥凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约５０％的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。工程应用高铝水泥的特点是早期强度增长快，强度高，主要用于紧急抢修和早期强度要求高的工程。高铝水泥的缺点是后期强度倒缩，在使用３～５年后高铝水泥混凝土的强度只有早期强度的一半左右。高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过３０℃，如有蒸汽养护不宜超过５０℃，不得与其它品种水泥混合使用。3.2.2膨胀水泥膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能的水泥。工程应用在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。生产彩色硅酸盐水泥有三种方法：（1）在水泥生料中混入着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）将白水泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3）将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕塑和装饰部件等制品。

补充：道路硅酸盐水泥１.定义以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料，０～１０％活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。２.技术要求１）化学组成在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制：（１）氧化镁含量道路水泥中氧化镁含量不得超过５.０％。（２）三氧化硫含量道路水泥中三氧化硫不得超过３.５％。（３）烧失量道路水泥中的烧失量不得大于３.０％。（４）游离氧化钙含量道路水泥熟料中游离氧化钙含量，旋窑生产不得大于１.０％；立窑生产不得大于１.８％。（５）碱含量如用户提出要求时，由供需双方商定。２）矿物组成（１）铝酸三钙含量道路水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于５.０％。（２）铁铝酸四钙含量道路水泥熟料中铁铝酸四钙的含量不得小于１６.０％。铝酸三钙（Ｃ３Ａ）和铁铝酸四钙（Ｃ４ＡＦ）的含量，先按ＧＢ１７６方法求出三氧化二铝（Ａｌ２Ｏ３）和三氧化二铁（Ｆｅ２Ｏ３）的含量，然后按下式求得：Ｃ３Ａ＝２.６５（Ａｌ２Ｏ３－０.６４Ｆｅ２Ｏ３）％Ｃ４ＡＦ＝３.０４Ｆｅ２Ｏ３％

３）物理力学性质（１）细度按国标ＧＢ１３４５水泥细度检验方法，８０μｍ筛的筛余量不得大于１０％。（２）凝结时间按国标ＧＢ１３４６试验方法，初凝不得早于１ｈ，终凝不得迟于１０ｈ。（３）安定性按国标ＧＢ１３４６试验方法，安定性用沸煮法必须合格。（４）干缩性按国标ＧＢ７５１水泥胶砂干缩性试验，２８ｄ干缩率不得大于０.１０％。（５）耐磨性按行业标准ＪＣ／Ｔ４２１水泥胶砂耐磨性试验，磨损率不得大于３．６０ｋｇ／ｍ３。（６）强度道路水泥分为４２５、５２５和６２５三个标号。３.工程