道路建筑材料石灰和水泥纺织轻工业工程科技专业资料

道路建筑材料石灰和水泥纺织轻工业工程科技专业资料第1页/共50页2、胶凝材料分类

有机---沥青、树脂

气硬性—只能在空气中硬化，保持并继续提高强度。无机

水硬性—不仅能在空气中硬化，而且能更好的在水中硬化，保持并继续提高强度。

分类的意义：气硬性胶凝材料

——耐水性差，只能用于干燥环境。水硬性胶凝材料

——耐水性好，可用于潮湿环境。第2页/共50页第一节石灰

石灰吟（明）于谦

千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。第3页/共50页第一节石灰石灰的分类（1）块状生石灰：由原料煅烧，主要成分CaO（2）生石灰粉：块状生石灰磨细得的细粉（3）消石灰：生石灰加水消化得粉末，称为熟石灰（4）石灰浆：生石灰加过多的水消化得可塑性浆体。第4页/共50页一、石灰的生产工艺概述原料含碳酸钙质矿石（石灰石，白垩，白云质石灰石），电石渣。成分：CaCO3，MgCO3(little)，粘土(<8%)生产

分类加工工艺MgO的含量钙质和镁质煅烧温度和煅烧时间CaCO3CaO＋CO2↑

1000～1200oC块状生石灰生石灰粉粉磨+H2O消石灰粉石灰膏欠火石灰：未烧透的内核，利用率低过火石灰：内部结构致密，鼓包、隆起、开裂等正火石灰第5页/共50页（1）石灰的消化二、石灰的消化与硬化CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ+(1.5~2)V

粉状－消石灰：只用少量水(约70％)(理论值为32.1%)

浆状－石灰浆：加过量水(2.5~3倍)

石灰在消解的期间应严格控制加水量和加水速度，防止出现“过烧”或“过冷”现象。“陈伏”两星期第6页/共50页（2）石灰的硬化晶体交错生长干燥(空气中)CO2+H2O(空气中)石灰浆体硬化浆体Ca(OH)2结晶析出

CaCO3结晶析出结晶作用与碳化作用二、石灰的消化与硬化第7页/共50页请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。

石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成的膨胀性裂纹。

石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。

石灰砂浆A石灰砂浆B第8页/共50页三、石灰的技术要求和技术标准产品建筑生石灰(JC/T479-1992)建筑生石灰粉(JC/T480-1992)建筑消石灰粉(JC/T481-1992)质量评定指标有效CaO和MgO含量CO2含量游离水含量产浆量细度未消化残渣含量/体积安定性优等品、一等品和合格品第9页/共50页四、石灰的应用与储存原料石灰砂浆和石灰水泥砂浆加固软土地基石灰土和三合土石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土储存防水防碳化

第10页/共50页石灰石

CaCO3生石灰

CaO熟石灰Ca(OH)2+水成品

Ca(OH)2CaCO3煅烧熟化碳化结晶复习干燥第11页/共50页第二节水泥1.水泥的定义

—

国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（PortlandCement）2.水泥的分类

(1)水泥按用途和性能分类

分类

品种通用水泥硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥专用水泥道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水泥特种水泥高铝水泥、快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥第12页/共50页2.1硅酸盐水泥的定义

2.2硅酸盐水泥的生产及成分

2.3硅酸盐水泥的水化、凝结硬化

2.4硅酸盐水泥的技术性质与技术标准

2.5硅酸盐水泥的腐蚀与防止第二节硅酸盐水泥第13页/共50页2.1硅酸盐水泥的定义与代号定义分类

硅酸盐水泥普通水泥

矿渣水泥

火山灰水泥

粉煤灰水泥复合水泥

I

型混合材料

0%

＞5%

且≤20%混合材料A

型＞20%且≤50%粒化高炉矿渣

＞20%

且≤40%

火山灰质混合材料

＞20%

且≤40%

粉煤灰

＞20%

且≤50%两种或两种以上规定的混合材料

II

型混合材料

≤5%

B型＞50%且≤70%粒化高炉矿渣

P•IP•O(ordinaryportlandcement)P•S(portlandbl-astfurnace–slagcement)P•P(portlandpozzolanecement)P•F(portlandfly–ashcement)P•C(compositeportlandcement)

P•II混合材料含量代号第二节硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料混合材料石膏磨细为成品++《通用硅酸盐水泥》GB175-2007第14页/共50页2.2硅酸盐水泥的生产及成分两磨一烧第15页/共50页硅酸盐水泥熟料

硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量

矿物名称

化学式

代号

含量硅酸三钙3CaO•SiO2C3S37%–60%硅酸二钙2CaO•SiO2C2S15%–37%铝酸三钙3CaO•Al2O3C3A7%–15%铁铝酸四钙4CaO•Al2O3

•Fe2O3C4AF10%–18%游离氧化钙、氧化镁F-CaO、f-MgO

少量碱Na2O+0.658K2O

少量第16页/共50页硅酸盐水泥熟料的特性

名称

硅酸三钙

硅酸二钙

铝酸三钙铁铝酸四钙凝结硬化速度

快

慢

最快

快28d水化热

多

少

最多

中

强度早期高,强度增长率较大早期低,后期高早期较高,后期低中

耐化学腐蚀

中

良

差

优第17页/共50页AdditionofwaterStartofhydrationSettingHardening2.3硅酸盐水泥的水化、凝结硬化1、硅酸盐水泥的水化第18页/共50页2.3硅酸盐水泥的水化、凝结硬化

1.硅酸盐水泥的水化

——混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化熟料矿物C3SC2SC3AC4AFH2O+C-S-H凝胶(水化硅酸钙)

C-A-H晶体(水化铝酸钙)CH晶体(氢氧化钙)C-F-H凝胶(水化铁酸钙)

+C-A-H晶体(水化铝酸钙)++H2OH2O+石膏CaSO4

•2H2O+AFt晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HAFm晶体(单硫型水化硫铝酸钙)石膏耗尽时第19页/共50页C-S-H水化硅酸钙凝胶CHCrystal氢氧化钙晶体

电镜下的水泥水化产物图第20页/共50页

水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石第21页/共50页水化反应的基本特点反应是需水的。

——水泥应用时必须提供足够水分。反应是放热的。

——水泥应用时必须注意温度应力。温度越高，反应越快。

——水泥应用时必须注意季节的影响。反应自水泥颗粒表面开始，由表及里。

——反应需要时间，水泥应足够细。第22页/共50页

初始反应期诱导期凝结期硬化期

2.3硅酸盐水泥的水化、凝结硬化

2.硅酸盐水泥的凝结硬化水泥的凝结：水泥加水拌和最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性的过程称为凝结。水泥的硬化：水泥失去可塑性后强度逐渐提高并变成具有一定强度的固体－水泥石的过程称为硬化。水泥的凝结硬化过程分为四个阶段：第23页/共50页凝结硬化的影响因素细度：细度细，硬化快，但干燥收缩大温度：温度高，硬化快湿度：湿度高，硬化快养护时间：养护是温度、湿度的保证水泥矿物组成加水量：提供水化用水，决定颗粒间距第24页/共50页

项目

硅酸盐水泥普通水泥P•O

矿渣水泥P•S火山灰水泥P•P粉煤灰水泥P•F复合水泥P•CP•ІP•ІІ

细度比表面积＞300m2/kg

0.08mm方孔筛筛余量≤10%凝结时间初凝≥45min终凝≤6.5h≤10h体积安定性CaO

沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)MgO

≤5%≤6%SO3≤3.5%P•S≤4%;其余≤3.5%

不溶物≤0.75%

≤1.5%

—

烧失量≤3%≤3.5%≤5%

—

氯离子≤0.06%碱含量(按Na2O+0.658K2O计算)使用活性骨料时

≤0.6%；或由供需双方商定

强度等级42.5、52.5、62.542.5R、52.5R、62.5R42.5、42.5R、52.5R、52.532.5、42.5、52.532.5R、42.5R、52.5R2.4硅酸盐水泥的技术性质和技术标准第25页/共50页（5）强度——水泥胶结能力的体现影响因素:矿物组成、细度、水灰比、试验方法、试验条件和龄期等。标准检验方法：水泥胶砂强度法（C:S:W=1:3:0.5）规定的试件尺寸40×40×160mm，在标准养护条件下养护至规定的龄期分别测试试件的抗压强度和抗折强度。水泥的强度等级及水泥的标号2.4硅酸盐水泥的技术性质和技术标准第26页/共50页石灰石

CaCO3生石灰

CaO熟石灰Ca(OH)2+水成品

Ca(OH)2CaCO3煅烧熟化碳化结晶复习干燥第27页/共50页复习思考题——4、6、9第28页/共50页2.3硅酸盐水泥的水化、凝结硬化

1.硅酸盐水泥的水化

——混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化熟料矿物C3SC2SC3AC4AFH2O+C-S-H凝胶(水化硅酸钙)

C-A-H晶体(水化铝酸钙)CH晶体(氢氧化钙)C-F-H凝胶(水化铁酸钙)

+C-A-H晶体(水化铝酸钙)++H2OH2O+石膏CaSO4

•2H2O+AFt晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HAFm晶体(单硫型水化硫铝酸钙)石膏耗尽时第29页/共50页A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化铁酸钙凝胶）；B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D——未水化的水泥颗粒水泥石的结构水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。

水泥浆体——水泥石第30页/共50页2.5水泥石的腐蚀与防止

软水腐蚀—不含或仅含少量钙、镁可溶性盐的水。水泥石长期与软水(流动或有压力的水)接触,CH会被溶出,导致水泥石碱度降低，导致其它水化物分解溶失，使水泥石结构破坏。

硫酸盐腐蚀—海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐Na2SO4

+Ca(OH)2

CaSO4•2H2O+NaOHCaSO4•2H2O+C-A-HAFt(高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌)硫酸盐浓度高时,CaSO4•2H2O直接在孔隙中结晶,体积膨胀。

镁盐腐蚀—海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁

MgSO4+Ca(OH)2CaSO4•2H2O

+Mg(OH)2松软无胶结力

MgCl2+Ca(OH)2CaCl2+Mg(OH)2

CaCl2易溶于水,CaSO4•2H2O引起硫酸盐腐蚀故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀

碳酸的腐蚀腐蚀类型第31页/共50页水泥杆菌硫酸盐腐蚀第32页/共50页水泥石腐蚀的原因

基本原因

水泥石(水化物)中存在CH晶体和C-A-H晶体腐蚀原因水泥石本身不密实外在因素介质、温度、流速、压力等。

水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程，水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互相影响，共同作用。

合理选择水泥品种提高耐腐蚀的措施

提高水泥石的密实度

做保护层—石料、玻璃、陶瓷、沥青等

第33页/共50页第三节掺混合材料水泥资源、能源和环境问题第34页/共50页3.1混合材料1.定义在水泥生产过程中，掺入的人工的或天然的矿物材料。2.分类活性混合材料与石灰和水拌合后,常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料非活性混合材料与石灰和水拌合后,常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等活性SiO2、活性Al2O3玻璃体结构第35页/共50页粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰呈实心或空心玻璃态的球状颗粒表面的结构致密疏松多孔、内比表面积大、易吸水第36页/共50页3.活性混合材料的水化SiO2C-S-H凝胶(水化硅酸钙)Al2O3C-A-H晶体(水化铝酸钙)H2OCa(OH)2++CaSO4

•2H2O+Aft晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HH2OCa(OH)2++碱性激发剂硫酸盐激发剂第37页/共50页定义分类

硅酸盐水泥普通水泥

矿渣水泥

火山灰水泥

粉煤灰水泥复合水泥

I

型混合材料

0%

＞5%

且≤20%混合材料A

型＞20%且≤50%粒化高炉矿渣

＞20%

且≤40%

火山灰质混合材料

＞20%

且≤40%

粉煤灰

＞20%

且≤50%两种或两种以上规定的混合材料

II

型混合材料

≤5%

B型＞50%且≤70%粒化高炉矿渣

P•IP•O(ordinaryportlandcement)P•S(portlandbl-astfurnace–slagcement)P•P(portlandpozzolanecement)P•F(portlandfly–ashcement)P•C(compositeportlandcement)

P•II混合材料含量代号第三节掺混合材料水泥硅酸盐水泥熟料混合材料石膏磨细为成品++《通用硅酸盐水泥》GB175-2007第38页/共50页4.矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化

——混合材料多,熟料矿物少

——水化分两次（步）进行熟料矿物水化一次水化CH晶体混合材料水化二次水化火山灰反应激发剂5.综上所述，忽略次要成分,通用硅酸盐水泥的水化反应(产)物水化（产）物凝胶晶体C-S-H凝胶C-F-H凝胶CH晶体C-A-H

晶体Aft

晶体、Afm

晶体第39页/共50页

项目

硅酸盐水泥普通水泥P•O

矿渣水泥P•S火山灰水泥P•P粉煤灰水泥P•F复合水泥P•CP•ІP•ІІ

细度比表面积＞300m2/kg

0.08mm方孔筛筛余量≤10%凝结时间初凝≥45min终凝≤6.5h≤10h体积安定性安定性

沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)MgO

≤5%≤6%SO3≤3.5%P•S≤4%;其余≤3.5%

不溶物≤0.75%

≤1.5%

—

烧失量≤3%≤3.5%≤5%

—

氯离子≤0.06%碱含量(按Na2O+0.658K2O计算)使用活性骨料时

≤0.6%；或由供需双方商定

强度等级42.5、52.5、62.542.5R、52.5R、62.5R42.5、52.542.5R、52.5R32.5、42.5、52.532.5R、42.5R、52.5R通用硅酸盐水泥的技术要求第40页/共50页通用硅酸盐水泥的特性硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥1.凝结硬化快2.早期强度高3.水化热大4.抗冻性好5.干缩小6.耐腐蚀性差7.耐热性差8.不适合湿热处理9.抗碳化性好1.凝结硬化较快2.早期强度较高3.水化热较大4.抗冻性较好5.干缩较小6.耐腐蚀性较差7.耐热性较差8.抗渗性较好9.不适合湿热处理10.抗碳化性较好共性1.凝结硬化慢

2.早期强度低，后期强度增长较快

3.水化热低

4.耐腐蚀性较好

5.抗冻性差个性1.耐热性高2.干缩大3.泌水性大1.抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差3d强度高于矿渣水泥第41页/共50页第四节其他品种水泥水泥按用途和性能分类

分类品种通用水泥硅酸盐水泥；普通水泥；矿渣水泥；火山灰水泥；粉煤灰水泥；复合水泥专用水泥道路水泥；砌筑水泥；耐酸水泥；耐碱水泥；油井水泥特性水泥快硬硅酸盐水泥；膨胀水泥和自应力水泥、白色硅酸盐水泥；中、低热硅酸盐水泥；抗硫酸水泥；适当改变熟料中矿物成分的含量加入一定量的混合材料第42页/共50页4.1道路硅酸盐水泥1.定义凡由道路硅酸盐水泥熟料（得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料），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。2.特点具有较高的抗折和抗压强度、较高的耐磨和抗冻性、较小的收缩性。3.应用公路路面、机场跑道等工程，要求较高的工厂地面及停车场等工程。机场跑道收缩裂纹第43页/共50页4.2快硬硅酸盐水泥（1）定义—凡以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。措施：提高熟料中C3A和C3S的含量，适当增加石膏的掺量，并提高水泥的粉磨细度。（2）特性♦凝结硬化快，早期强度增进率快。♦强度与标号：快硬水泥以3d抗压强度确定。其标号：32.5、37.5、42.5（3）应用配制早强混凝土