工程材料基本知识无机胶凝材料2

《市政工程质量员》课件

壹第一节无机胶凝材料贰第二节混凝土叁第三节工程质量的政府监督管理叁第三节砂浆肆第四节石材、砌墙砖、砌块和墙用板材第二章工程材料的基本知识伍第五节建筑钢材1.1无机胶凝材料胶凝材料是指能将散粒材料或物体粘结成为整体，并具有所需强度的材料。胶凝材料按化学成分分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。有机胶凝材料以天然或合成的有机高分子化合物为基本成分，如沥青、树脂等;无机胶凝材料是以无机化合物为主要成分，无机胶凝材料按硬化条件不同可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料两类。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中继续保持或发展其强度的材料，如建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度的材料，如各种水泥。气硬性胶凝材料一般只适用于地上干燥环境，而水硬性胶凝材料则可在地上、地下或水中使用。壹第一节无机胶凝材料1.1.1气硬性胶凝材料1.石灰石灰的原料是石灰岩。它的主要成分是碳酸钙和碳酸镁。石灰岩经过高温煅烧分解成为生石灰，其主要成分为氧化钙，次要成分为氧化镁。当石灰岩煅烧温度过低或时间不足时，碳酸钙不能完全分解，这类石灰称为欠火石灰。欠火石灰产浆量少，有效利用率低。当石灰岩煅烧温度过高或时间过长时，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分致密的釉状物，这类石灰称为过火石灰。过火石灰与水反应熟化的速度较慢，往往要在石灰固化后才开始水化熟化，从而产生局部体积膨胀(爆灰)，影响工程质量。由于过火石灰在生产中很难避免，因此石灰青在使用前必须经过“陈伏”，即将石灰浆在贮灰池中放置两周以上的时间，然后再使用。建筑用石灰有:生石灰(块灰)、生石灰粉、熟石灰粉(又称消解石灰粉、水化石灰)和石灰膏等几种形态。(1)生石灰的熟化(消解)。在使用时，需将生石灰加水消解成熟石灰(氢氧化钙)，该过程特点是放热量大，体积急剧膨胀(体积可增大1~2.5倍左右)。根据加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。(2)石灰浆的硬化。石灰浆在空气中逐渐硬化是由两个作用过程来完成的:一是结晶作用即石灰浆中游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶;二是碳化作用即氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合形成结晶，释放出水分并被蒸发。(3)石灰的技术性质:1)保水性好。在水泥砂浆中掺加石灰膏配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。2)硬化速度慢，强度低，1:3石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.2~-0.5MPa。3)耐水性差。石灰不宜在潮湿环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。4)硬化时体积收缩大。工程上通常需加入砂、纸筋、麻刀等，以减小收缩，防止开裂。5)生石灰吸湿性强。生石灰储存不仅要防潮，而且不宜存放时间过长。(4)石灰的应用1)配制石灰砂浆、石灰乳。石灰砂浆可用于砌筑、抹面，石灰乳可用作涂料。2)配制石灰土、三合土。石灰士(石灰+黏士)和三合士(石灰+黏土+砂石或矿渣、碎砖等填料》，分层夯实，可用作砖基础的垫层等。3)生产灰砂砖、炭化石灰板。灰砂砖是将磨细生石灰或消石灰粉与天然砂配合拌句，加水搅拌，再经陈伏、加压成型和压燕处理而成;炭化石灰板是将磨组生石灰粉、纤维状填料(如玻璃纤维)或轻质集料(如矿渣)搅拌成型，然后进行人工炭化制成的一种轻质板材。2.建筑石膏石膏的主要成分是硫酸钙，根据硫酸钙所含结晶水的数量不同，石膏分为二水石膏、半水石膏和无水石膏生产建筑石膏的主要原料是天然二水石膏(又称软石膏或生石膏)。二水石膏经煅烧(107~170℃)可成半水石膏，再经磨细后，即为建筑石膏(1)建筑石育的水化、凝结、硬化。建筑石育加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙的过程称为水化。随着水化反应的不断进行，二水硫酸钙生成量不断增加，水分逐渐减少，浆体开始失去可塑性称为初凝;而后浆体继续变稠，颗粒之间的摩擦力和粘结力增加，完全失去可塑性称为终凝。石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大、互相搭接、交错、共生，结构中孔隙率逐渐减小，石膏强度也不断增长，直至剩余水分完全蒸发后，强度才停止发展，形成硬化的石膏结构，即为硬化。(2)建筑石膏的性质:凝结硬化快。国家标准规定，建筑石膏的初凝时间不小于6min，终凝时间不超过30min。石膏浆体在室内自然干燥条件下，一星期左右完全硬化。2)硬化后体积微膨胀。因此石青制品表面光滑、细腻，外形饱满，装饰性好。3)硬化后孔隙率大。因此其强度较低(与水泥相比)，表观密度较小，导热性较低，吸声性和吸湿性较强。4)耐水性与抗冻性较差。建筑石膏硬化后晶体在水中有一定的溶解度，因此耐水性差，软化系数低。吸水后受冻，将因孔隙中水分结冰而崩裂，因此抗冻性差。5)防火性好但耐火性差。二水石膏在火灾时能放出结晶水，可阻止火势蔓延，同时表面生成的无水物为良好的热绝缘体，因此防火性好。但二水石膏脱水后强度下降，故耐火性差。(3)建筑石育的应用。建筑石膏应用十分广泛:建筑石膏加水、砂及缓凝剂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰:建筑石膏加水及缓凝剂拌合成石膏浆体，可用于室内粉刷:建筑石膏还可以制成各种石膏板、建筑艺术配件及石膏砌块和人造大理石，用于隔墙、内墙、顶棚以及吸声、防火、装饰等。3.水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶于水的一种金属硅酸盐物质。建筑工程中常用的水玻璃是硅酸钠(Na2O∙nSiO2,)的水溶液，也称的水玻璃，简称水玻璃。n为二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。水玻璃溶解的难易程度与水玻璃的模数n的大小有关。n值越大，水玻璃的黏度越大，粘结能力越强，越难溶解，但较易分解、硬化。(1)

水玻璃的硬化。水玻璃在空气中与二氧化碳作用，析出二氧化硅凝胶，凝胶因干燥而逐渐硬化。该硬化过程很慢，为加速硬化，可掺人适量的固化剂，如氟硅酸钠或氯化钙。加人氟硅酸钠后，水玻璃的初凝时间可缩短到30~60min,终凝时间可缩短到240~360min，7d

基本达到最高强度。

(2)水玻璃的性质:1)粘结强度高。水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔隙而防止水渗透的作用。2)耐热性好。水玻璃不能燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，但强度并不降低，甚至有所增加。3)耐酸性强。水玻璃能经受除氡氟酸、过热(300C以上)磷酸、高级脂肪酸或油酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸的作用。4)耐碱性和耐水性较差。水玻璃硬化时不完全，仍有一定量的水玻璃，由于水玻璃可溶于碱，且溶于水，因此水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。(3)水玻璃的应用:1)用于配制快凝防水剂。以水玻璃为基料，加人2种、3种或4种矾配制成二矾、三矾或四矾快凝防水剂。这种防水剂凝结迅速，一般不超过1min。2)用于配制耐热砂浆、耐热混凝土、耐酸砂浆和耐酸混凝士。3)用于涂刷建筑材料的表面，提高材料的抗渗和抗风化能力。4)用于加固地基，提高地基的承载力和不透水性。1.1.2水硬性胶凝材料1.硅酸盐水泥《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)规定，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。硅酸盐水泥分为两类:不掺加石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P∙I，掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P∙Ⅱ.在生产水泥时，需要加入水泥质量3%左右的石膏，其目的是延缓水泥的凝结，便于施工。(1)硅酸盐水泥的技术性质。《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)规定，硅酸盐水泥有不溶物、氧化镁、三氧化硫、烧失量、氯离子、细度、凝结时间、安定性、强度和碱含量十项技术要求。其中影响水泥性质的主要物理指标有细度、凝结时间、安定性与强度四项。细度（1）定义：水泥颗粒的粗细程度。（2）细度与性质关系：细度决定了水泥与水接触的表面积，从而影响水泥的凝结时间和性质。细度与水接触面积凝结硬化速度性质＜40μ大高早强高过细很大很高硬化收缩大，易受潮而降低活性；成本高＞100μ小低强度低水泥细度和性质关系（3）指标（GB175-2007）比表面积：是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（m2/kg，cm2/g）

——勃氏法（适用于硅酸盐水泥比表面积＞300m2/kg）筛余量:通过0.08mm方孔筛的筛余量不得查过10%（%）

注意细度不合格者为不合格品勃氏透气仪筛分仪凝结时间（1）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（2）两种状态初凝状态：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——终凝时间初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于390min（6.5h）初凝时间不符合规定者为废品；终凝时间不符合规定者为不合格品。（3）标准要求水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分时间搅拌、运输、浇注和砌筑等操作；否则在施工前已失去流动性和塑性而无法施工。水泥的终凝不宜过迟，以便施工完毕后尽快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行；否则将延长施工进度和模板的周转率。（4）工程意义（5）凝结时间测定仪器：采用凝结时间测定仪（维卡仪）水泥浆体：采用水泥标准稠度净浆。初凝时间：试针距底板距离为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。注意初凝不合格者为废品；终凝不合格者为不合格品体积安定性（1）定义：

安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性。

体积安定性不良：水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂缝）（2）安定性不良的原因：熟料中f-CaO过多熟料中f-MgO过多石膏掺量过多：硬化后，仍有CaSO4存在，则CA、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石（水泥杆菌），体积膨胀1.5倍，引起水泥石开裂。

（3）测定方法（沸煮法——加速实验法）雷氏夹法：测量水泥石煮沸后的膨胀值安定性不合格的水泥是废品，不能用于任何工程中。雷氏夹法雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。测量A：取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。沸煮测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。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。强度(1)试验方法（ISO法）水泥的强度是按照GB/T17961-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》的方法制作的水泥胶砂试件，在标准养护条件下，养护到规定龄期时检测的强度值抗压强度C：S：W=1：3：0.5标准试件40mm×40mm×160mm20±1°C的水养护养护3d、28d抗折强度JJ-55ISO行星式搅拌机水泥胶砂三联试模

水泥胶砂试体成型振实台

水泥电动抗折机

(2)硅酸盐水泥的特点及应用:1)凝结硬化快，早期强度与后期强度均较高。适用于有早强要求的现浇混凝土工程、预制混凝土工程、冬期施工混凝土工程、预应力混凝土工程及高强混凝士工程。2)抗冻性好。适用于严寒地区遭受反复冻融循环的混凝土工程。3)水化热高。适用于冬期施工，不适用于大体积混凝土工程。4)耐腐蚀性差。不适用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水及其他侵蚀性介质作用的工程。5)耐热性差。不适用于耐热、高温要求的混凝土工程。6)抗碳化性好。适用于空气中二氧化碳浓度较高的环境。7)干缩小。适用于干燥环境。生产水泥时加入的天然的和人工的矿物材料改善水泥性能

降低成本

调节水泥强度等级2.掺混合材料的硅酸盐水泥（1）混合料掺入

混合材料的作用提高产量降低成本改善水泥性能调节水泥强度等级降低水化热减少碱骨料反应扩大应用范围充分利用工业废渣保护环境

（1）矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料粒化高炉矿渣适量石膏磨细水硬性胶凝材料矿渣硅酸盐水泥P·S通用水泥的主要品种之一粒化高炉矿渣掺量为20%～70%。可用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量≯水泥质量的8%，代替后水泥中粒化高炉矿渣≮２0%。

（2）火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料火山灰质混合材适量石膏磨细水硬性胶凝材料火山灰质硅酸盐水泥P·P通用水泥的主要品种之一火山灰质混合材掺量为20%～５0%。

（3）粉煤灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料粉煤灰适量石膏磨细水硬性胶凝材料通用水泥的主要品种之一粉煤灰掺量为20%～４0%。粉煤灰硅酸盐水泥P·Ｆ矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥根据3d、28d抗折强度与抗压强度划分强度等级，其强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R.52.5、52.5R.初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6min。安定性要求与硅酸盐水泥相同。细度以筛余表示，其80um方孔筛筛余不大于10%或45um方孔筛筛余不大于30%。矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的性质与硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥相比，它们的共同特点是:1)早期强度较低，后期强度增长较快。不适用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬期施工的混凝土工程。2)环境温度、湿度对水泥凝结硬化的影响较大，故适于采用蒸汽养护。3)水化热较低，放热速度慢。适用于大体积混凝土工程。4)抗软化及硫酸盐侵蚀的能力较强。适用于有硫酸盐、镁盐、软水等侵蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。5)抗冻性、抗碳化性与耐磨较差。不适用于二氧化碳浓度较高的工业厂房，如铸造、翻砂车间等。以上三种水泥与硅酸盐水泥，普