建筑材料 水泥和石灰

建筑材料水泥和石灰第1页/共74页无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）（沥青、树脂）

按凝结硬化条件分类

气硬性胶凝材料——只在空气中硬化

（石灰、石膏）

水硬性胶凝材料——空气、水中皆可硬化（水泥）

胶凝材料分类第2页/共74页

水泥——即能在水中凝结，又能在空气中凝结的胶凝材料。水硬性胶凝材料第1节硅酸盐水泥第3页/共74页

1.硅酸盐水泥的生产工艺概述

2.硅酸盐水泥的组成材料

3.硅酸盐水泥的水化和硬化

4.硅酸盐水泥的技术性质

5.硅酸盐水泥的技术标准▲▲▲第4页/共74页1、水泥分类硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥铁铝酸盐水泥(2)按性能和用途分类通用水泥专用水泥特性水泥⑴按化学成分∆∆一、概述第5页/共74页按性能和用途分水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等第6页/共74页硅酸盐水泥熟料、混合料，适量的石膏制成的水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥的定义第7页/共74页五大品种硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥

不掺混合材+少量混合材（≤水泥量5%）

硅酸盐水泥熟料+适量石膏+多量混合材

P·Ⅰ

P·Ⅱ

+少量混合材（水泥量5%～20%）

P·O

粒化高炉矿渣

P·P

P·F

P·S

火山灰

粉煤灰第8页/共74页常用硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥PI、PII：硅酸盐水泥熟料＋0~5%混合材＋石膏普通硅酸盐水泥PO：硅酸盐水泥熟料＋6~15%混合材＋石膏矿渣硅酸盐水泥PS：硅酸盐水泥熟料＋20~70%粒化高炉矿渣＋石膏火山灰质硅酸盐水泥PP：硅酸盐水泥熟料＋20~50%火山灰质材料＋石膏粉煤灰硅酸盐水泥PF：硅酸盐水泥熟料＋20%~40%粉煤灰＋石膏道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料＋0~10%活性混合材＋石膏第9页/共74页第10页/共74页

2.硅酸盐水泥的生产工艺概述

（1）生产工艺

两磨一烧——生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程（2）生产原料（生料）石灰石质原料——石灰石、白垩等粘土质原料——粘土、页岩等校正原料（少量）——铁矿粉CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O3第11页/共74页硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种。石灰石粘土铁矿粉生料石膏硅酸盐水泥混合材料熟料按比例混合磨细1350℃～1450℃煅烧磨细第12页/共74页第13页/共74页二.硅酸盐水泥的矿物组成及特性硅酸盐水泥熟料石膏混合材料第14页/共74页1、硅酸盐水泥熟料（简称为熟料）1）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸三钙主要矿物组成分子式分子简式

3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙名称第15页/共74页注意水泥中的其它成分：原因：煅烧水泥中反应：危害：影响水泥体积安定性石灰石质原料富含潜在危害非常严重第16页/共74页2）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性矿物组成

硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙

铁铝酸四钙

C3SC2SC3AC4AF含量/%

37～60

最多15～37次之

7～15少

10～18少

水化速度

较快慢快中水化热

中低高中强度

高早期低后期高低中（抗折强度）耐化学侵蚀

中良差优干缩性

中小大小第17页/共74页实例快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。

适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。

适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。水化放热较低，C2S含量高，

C3A含量低第18页/共74页

2、石膏作用：缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。第19页/共74页3、混合材料及其特性混合材料：改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）调节水泥标号提高水泥产量（节约水泥原料）如：天然砂砾火山灰或工业废渣（矿渣、炉渣、粉煤灰）等第20页/共74页1）活性混合材料活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物粒化高炉矿渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3

（含量＞90％）火山灰质混合材料：活性SiO2和活性Al2O3粉煤灰：SiO2和Al2O3（含量＞60％）第21页/共74页2）非活性混合材料

非活性混合材料与水泥成分不起化学作用或化学作用很小品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热第22页/共74页

4、水泥中的有害成分

1）MgO、CaO

2）SO3

3）Na2O+K2O第23页/共74页凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。三、硅酸盐水泥的凝结硬化理论第24页/共74页1、硅酸盐水泥的凝结硬化过程初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约5~10min，放热7J/g.h)水泥水化过程潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约1~2h，放热4J/g.h)凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h，放热20J/g.h）硬化期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6h～若干年）

★凝结硬化机理小结水泥熟料水化生成紧密、相互交结的水化物体系而凝聚产生强度硬化水泥石，由水化物、未水化水泥熟料颗粒、水及孔隙所组成第25页/共74页

水泥的凝结硬化过程示意图第26页/共74页

1）硅酸盐水泥的水化①②③

水化速度快

④

长纤维状

短纤维状六方板结晶缓凝机理：同上硫型水化铝酸钙或称钙矾石针状结晶

立方板状结晶

水化硅酸钙水化铝酸钙单硫型水化铝酸钙第27页/共74页第一阶段：大约在水泥拌水起至初凝时止，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和C3A反应生成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：大约从初凝起至24h止，水泥水化加速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。水化产物大量生成，水泥凝结。第三阶段：指24h以后直到水化结束。所有水化产物生成，数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。2）凝结硬化过程第28页/共74页2.石膏的缓凝作用作用：缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。第29页/共74页水泥凝结时间测试示意图第30页/共74页水泥硬化研究理论水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同。第31页/共74页1.化学性质氧化镁三氧化硫

烧失量——水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增加因此，烧失量是检验水泥质量的一项指标。

不溶物——主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量会影响水泥的粘结质量。

碱——限制发生碱-集料反应，按（Na2O+0.658K2O）值计。

水化慢、体积膨胀,影响安定性

四、硅酸盐水泥的技术性质和技术标准

第32页/共74页2.物理力学性质主要指标：细度、凝结时间、安定性、强度

1）细度-表示水泥颗粒粗细程度和水泥分散度的指标

意义：细度愈大，早期强度愈高、凝结速度愈块、析水量减少；过细：生产成本高、在空气中硬化收缩大、不宜保存

第33页/共74页0.08mm方孔筛筛余量:%

——筛析法（适用于其它水泥）细度指标比表面积：m2/kg，cm2/g——勃氏法、比表面积法（适用于硅酸盐水泥）第34页/共74页

试验方法1.筛析试验前：调节负压至4000～6000Pa范围内。2.称取试样25g，置于负压筛，筛析2min。3.筛毕，称量筛余物ms。4.结果计算水泥试样筛余百分数：筛余结果的修正:C——修正系数，0.80～1.20负压筛法及水筛法，比表面积大于300m2/Kg。第35页/共74页2)

凝结时间

a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间。初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性所需的时间——初凝时间。终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性

所需的时间——终凝时间。c.凝结时间的测定：b.两种状态（1）采用凝结时间测定仪（维卡仪）；（2）采用水泥标准稠度净浆。第36页/共74页

初凝时间：

试杆距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：

当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。d.凝结时间测定第37页/共74页

水泥凝结时间测试示意图第38页/共74页3)体积安定性

a.定义:指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。b.安全性不良的因素：（1）MgO过量；（2）石膏掺量过多；（3）水泥中游离过多CaO。c.试验方法:试饼法雷氏法▲——发生争议以雷氏法为主第39页/共74页d.雷氏法（1）雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。（2）测量A取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。（3）沸煮（4）测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。（5）结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值≯5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。雷氏夹第40页/共74页4)强度

a.检验方法（ISO法）水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱体试件,标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。

b.强度等级(1)以水泥28d抗压强度确定(2)为强度范围的下限c.分类：普通型、早强型（根据3d强度）

d.影响强度等级因素：熟料矿物

C3S、C2S↑，细度大，水化反应快并充分，强度↑第41页/共74页硅酸盐水泥技术标准第42页/共74页.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用表2-14第43页/共74页5）干缩率和磨损量1）干缩性（抗裂、抗渗、抗冻、抗腐蚀）①

矿物组成：C3A↑干缩性↑

C4AF↑收缩量↓（抗裂性最好）②

细度↑干缩性↑2)耐磨性①熟料矿物：C4AF↑C3S↑C3A↓,耐磨性↑（抗冲击性及各类强度）↑②抗压强度↑、耐磨性↑第44页/共74页3、不合格水泥

GB175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定：

凡强度、化学品质、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为不合格品。在工程中严禁使用。凡细度、终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。第45页/共74页拌合机第46页/共74页养护箱第47页/共74页雷氏夹第48页/共74页水泥胶砂搅拌机第49页/共74页水泥胶砂振实台第50页/共74页水泥胶砂试模第51页/共74页标准养护箱第52页/共74页水泥胶砂抗折机第53页/共74页水泥抗压夹具第54页/共74页第2节其他水泥

技术性质物理力学性质同硅酸盐水泥,技术指标基本相同，但细度试验方法不同，采用负压筛析法。第55页/共74页一、道路硅酸盐水泥1．技术要求：1）对下列成分必须加以限制MgO含量不限超过5%；SO3含量不得超过3.5%；烧失量不得大于3.0%；游离CaO含量1.0%~1.8%；碱含量不得大于0.6%2）矿物组成1）C3A不得大于5%2）C4AF含量不小于16.0%

3）抗折强度高：C3S↑、C4AF↑、C3A↓、f-CaO↓。4）干缩性小（抗渗、抗冻）：C3A↓，C4AF↑5）耐磨性好：C4AF↑，C3S↑，C3A↓，强度高第56页/共74页3）物理力学性质（1）反应：80wn筛余小于10%（2）凝结时间：初凝≥1h终凝≤10h（3）安定性：沸煮法合格4）干缩性：28d收缩率≤0.1%5）耐磨性：≤3.60kg/m26）强度：32.5#、42.5#、52.5#2．技术标准3．工程应用：抗折强度高，耐磨性好，干缩性好，抗冲击性好，抗酸性较好的专用水泥。适用于路面、机场跑道等。使其可减少路面的裂缝和磨耗等病害，延长寿命。第57页/共74页二、其它特性水泥和专用水泥

特性水泥：铝酸盐水泥快硬流铝酸盐水泥道路硅酸盐水泥白色和彩色水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥专用水泥：砌筑水泥膨胀和自应力水泥中热水泥和低热矿渣水泥第58页/共74页三、通用水泥的保管不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，不得混杂。防水防潮，做到“上盖下垫”。堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋。储存期不能过长，通用水泥不超过三个月。水泥储存期超过三个月，水泥会受潮结块，强度大幅度降低，会影响水泥的使用。第59页/共74页第3节石灰

一、

石灰的生产

原料

——以CaCO3为主要成分的岩石(石灰石、白垩等)

富含CaCO3

部分MgCO3第60页/共74页原材料生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品。主要成分为CaCO3。生产工艺——煅烧石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。

CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2900℃700℃生石灰第61页/共74页

煅烧块状生石灰的特点：

CaO质量几乎下降一半,但体积缩小很少,故优质生石灰应为白色疏松结构。欠火石灰：温度过低/时间不够/石灰石不能充分烧透,存在硬心过火石灰：温度过高/时间过长/颜色深（褐、黑）块状生石灰1005644注意过火石灰可以使用，但应陈伏半个月第62页/共74页二、石灰分类2.石灰的存在形成

块状生石灰——煅烧直接获得生石灰粉——块状生石灰磨细

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+过量水钙质石灰（MgO≤5％）镁质石灰（MgO>5％）特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。1.按MgO含量分类CaOCa(OH)2第63页/共74页三、石灰的熟化与硬化1、

石灰的熟化（消化）

注意：

消解安全措施：分层消解

MgO+H2O==Mg（OH）2CaO+H2O==Ca（OH）2+64.83kj第64页/共74页熟化的方式淋灰——生石灰粉（消石灰粉）化灰——熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀1.5～3.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上——防止过火石灰的危害；在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。第65页/共74页2、硬化

干燥结晶硬化：水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶——结晶强度产生2种强度3、碳化：

Ca（OH）2＋CO2＋H2O——CaCO3

碳化强度水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子——附加强度第66页/共74页石灰的生产、消解、硬化小结过火石灰存在,陈伏半个月左右

——常见实例：陈伏时间不够，引起房屋抹面层凸起开裂消解为石灰膏/乳的作用

——水层隔绝空气，避免发生碳化消解安全

——分层消解，热量较快散释第67页/共74页四、石灰的技术要求

根据我国建材行业标准JC/T479-92《建筑生石灰》与JC/T480-92《建筑生石灰粉》、JC/T481-92《建筑消石灰粉》的规定，按照技术指标分为优等品、一等品、合格品三个等级。生石灰、生石灰粉及消石灰的技术指标见表4.1、4.2、4.3。

建筑工程中所使用的石灰通常分为三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。

桥涵用石灰技术标准应满足建筑石灰的技术要求。

路面基层用石灰技术标准应满足JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》要求，技术标准见表4.4。第68页/共74页表4.1生石灰的技术标准

项目钙质生石灰

镁质生石灰

优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）/%≯5101551015产浆量/L·kg-1≮

2.82.32