建筑材料与检测第5章课件

建筑材料与检测2023/7/4Page1第5章5.1硅酸盐水泥5.2水泥技术指标检测2023/7/4Page2水泥5.3掺混和材料的硅酸盐水泥5.4特性水泥和专用水泥在建筑材料中，凡能够细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。水泥是重要的建筑材料和工程材料，它和钢材、木材一起是国民经济各部门的基本建设的三大材料。随着国民经济日益发展，水泥得到了越来越广泛的应用。水泥不但大量地用于工业与民用建筑、农业、水利、交通、国防等工程，还可以制成轨枕、坑木、水泥管、水泥船以及各种形式的混凝土、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构构件等，节省了大量的钢材和木材。而且混凝土、钢筋混凝土等结构又是现代建筑的主要结构形式之一。因此在工程中合理应用水泥，对保证国家基本建设的顺利进行起着极其重要的作用。本章通过对硅酸盐水泥较详细的阐述，以了解水泥熟料的矿物组成及水泥浆凝结硬化过程对水泥硬化体的结构、性能的影响。掌握常用水泥的技术性质、质量要求及如何合理选用水泥。简要了解一些专用及特性水泥的组成和性能特点及应用范围。2023/7/4Page3●熟悉硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义，矿物组成及其特性。●熟悉掺混和料的硅酸盐水泥的特点及应用范围。●了解高铝水泥及其他品种的特点。2023/7/4Page4学习目标2023/7/4Page55.1.1硅酸盐水泥的定义、类型及代号根据《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（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为Ⅰ型硅酸盐水泥和Ⅱ型硅酸盐水泥两类。I型硅酸盐水泥：不掺加混合材料的硅酸盐水泥，代号P·I。II型硅酸盐水泥：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，代号P·II。2023/7/4Page65.1.2硅酸盐水泥的生产石灰质原料主要提供CaO，它可以采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。黏土质原料主要提供SiO2、Al2O3及少量Fe2O3，它可以采用黏土、黄土等，还要配有适当的铁矿粉等。硅酸盐水泥生产工艺（见图5.1）概括起来为“两磨一烧”，即：①生料的配制和磨细；②生料的煅烧，使之部分熔融而形成熟料；③将熟料与适量的石膏共同磨细而成硅酸盐水泥成品。2023/7/4Page75.1.3硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料主要由4种矿物组成，其名称、分子式和含量如表5.1所示。2023/7/4Page85.1.4硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去塑性，但尚无强度，这一过程称为凝结。此后，随着时间的继续增长产生强度并逐渐提高变成坚固的石状物体—水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结与硬化是一系列的复杂的化学反应及物理化学过程。1．硅酸盐水泥的水化2．硅酸盐水泥的凝结硬化过程3．影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素2023/7/4Page95.1.5硅酸盐水泥的技术标准《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）对硅酸盐水泥品质要求如下。1．细度2．标准稠度及其用水量3．凝结时间4．体积安定性5．强度及强度等级6．水化热7．碱含量8．密度与堆积密度2023/7/4Page105.1.6硅酸盐水泥石的腐蚀与防止1．水泥石的腐蚀在某些腐蚀性介质的作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部崩溃的现象为水泥石的腐蚀。水泥石的抗腐蚀性用耐蚀系数表示，以同一龄期浸在侵蚀性溶液中的水泥试体强度与在淡水中养护的水泥试体强度之比表示。耐蚀系数越大，水泥的抗侵蚀性越好。2．防止水泥石腐蚀的方法针对水泥石腐蚀的原因，使用水泥时可采取下列防止措施。（1）根据环境特点，选择合理的水泥品种或掺入活性混合料（2）减少水泥石的孔隙率，提高水泥石的紧密程度（3）设置隔离层或表面加保护层2023/7/4Page11①取样方法，以同一水泥厂、同品种、同强度等级、同期到达的水泥进行取样和编号。一般以不超过100t为一个取样单位，取样应具有代表性，可连续取，也可在20个以上不同部位抽取等量的样品，总量不少于12kg。②取的试样应充分拌匀，分成两份，其中一份密封保存3个月，试验前，将水泥通过0.9mm的方孔筛，并记录筛余百分率及筛余物情况。③试验用水必须是洁净的淡水。④试验室温度应为（20±2）℃，相对湿度应不低于50%；湿气养护箱温度为（20±1）℃，相对湿度应不低于90%；养护池水温为（20±1）℃。⑤水泥试样、标准砂、拌和水及仪器用具的温度应与试验室温度相同。5.2.1水泥试验的一般规定2023/7/4Page12水泥细度检验分水筛法和负压筛法，如对两种方法检验的结果有争议时，以负压筛法为准。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，采用透气式比表面积仪测定。5.2.2水泥细度检测1．负压筛法2．水筛法（3）结果计算2023/7/4Page13水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定的阻力。通过试验不同含水量水泥浆的穿透性，以确定水泥标准稠度净浆中所需要加入的水量。1．主要仪器设备

5.2.3水泥标准稠度用水量检测2023/7/4Page145.2.3水泥标准稠度用水量检测2．试验步骤①调整维卡仪并检查水泥净浆搅拌机。使得维卡仪上的金属棒能自由滑动，并调整至试杆（见图5.6（c））接触玻璃板时的指针对准零点。搅拌机运行正常，并用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦湿。②称取水泥试样500g，拌和水量按经验确定并用量筒量好。③将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5～10s内将水泥试样加入水中。将搅拌锅放在锅座上，升至搅拌位，启动搅拌机，先低速搅拌120s，停15s，再快速搅拌120s，然后停机。④拌和结束后，立即将水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次排出气泡，刮去多余净浆；抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，调整试杆至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然放松，试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。⑤在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。3．试验结果以试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度水泥净浆。标准稠度用水量（P）以拌和标准稠度水泥净浆的水量除以水泥试样总质量的百分数为结果。2023/7/4Page155.2.4水泥净浆凝结时间检测1．主要仪器设备标准法维卡仪（将试杆更换为试针，仪器主要由试针和试模两部分组成（见图5.6））；其他仪器设备同标准稠度测定。2．试验步骤3．试验结果①由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，以“min”为单位表示。②由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，以“min”为单位表示。2023/7/4Page165.2.5水泥体积安定性检测1．主要仪器设备2．试验步骤3．试验结果2023/7/4Page175.2.6水泥胶砂强度检测根据《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671—1999）的规定，测定水泥的强度，应按规定制作试件，养护，并测定其规定龄期的抗折强度和抗压强度值。1．主要仪器设备

2023/7/4Page185.2.6水泥胶砂强度检测2．试验步骤3．结果评定

2023/7/4Page19在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥标号而加到水泥中的人工和天然矿物材料，称为水泥混合材料。掺混合材料的硅酸盐水泥有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。水泥混合材料按化学活性通常可分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。5.3.1水泥混合料1．活性混合材料2．活性混合材料的作用3．非活性混合材料2023/7/4Page20凡由硅酸盐水泥熟料、5%～20%的混合材料、适量石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，代号P·O。5.3.2普通硅酸盐水泥2023/7/4Page21矿渣硅酸盐水泥是我国产量最多和应用广泛的水泥品种，凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号为P·S（A或B）。水泥中粒化高炉矿渣掺量大于20%且小于等于50%者，代号为P·S·A；水泥中粒化高炉矿渣掺量大于50%且小于等于70%者，代号为P·S·B。允许用火山灰质混合材料、石灰石、窑灰中的一种来代替部分粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥重量的8%。5.3.3矿渣硅酸盐水泥2023/7/4Page221．矿渣水泥的水化过程矿渣水泥的水化过程由两步组成：首光是水泥熟料颗粒开始水化，这时所生成的水化产物与硅酸盐水泥基本相同。2．矿渣水泥的性质

由于矿渣水泥掺入了大量的混合材料，因此在水泥硬化过程中及表现的性能上，相对硅酸盐水泥来说具有以下一些特点。

5.3.3矿渣硅酸盐水泥2023/7/4Page23由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号为P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为大于20%且小于等于40%。火山灰水泥的强度等级、类型及各龄期强度均与矿渣水泥相同，见表5.7。火山灰水泥中MgO含量不得超过50%，若经压蒸安定性检验合格，则熟料中MgO含量允许放宽到60%。细度、凝结时间及安定性要求与矿渣水泥相同。火山灰水泥密度较小，一般为2.8～3.1g/cm3，装填密度为900～1000kg/m3。火山灰水泥的凝结硬化过程与矿渣水泥相似，首先是硅酸盐水泥熟料水化，然后是水化产物中的氢氧化钙和水泥中的石膏与混合材料中的活性氧化硅、活性氧化铝发生二次反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等水化产物。特别需要指出的是各种火山灰质水泥的硬化过程虽然相似，但水化产物、水化速度常常由于具体的混合材料、熟料以及硬化环境的不同而有所变化，所以必须具体分析，不能一律看待。5.3.4火山灰质硅酸盐水泥2023/7/4Page24凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号为P·F。粉煤灰水泥的强度等级、类型及各龄期强度均与矿渣水泥相同，如表5.7所示。细度、凝结时间、体积安定性与普通水泥的要求一致，三氧化硫含量超过35%为废品。5.3.5粉煤灰硅酸盐水泥1．粉煤灰水泥的水化过程2．粉煤灰水泥的特点2023/7/4Page25复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P·C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20%，不超过50%。复合硅酸盐水泥的强度等级、类型及各龄期强度均与矿渣水泥相同，见表5.6。5.3.6复合硅酸盐水泥2023/7/4Page261．六种常用水泥的特性与应用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥是建筑工程中广泛使用的6种水泥，它的选用如表5.8所示。2．水泥的验收

（1）品种的验收

（2）数量验收

（3）质量验收

（4）判定规则

3．水泥的保管

一般水泥存放3个月以上为过期水泥，强度将降低10%～20%，存放期越长，强度降低越大。过期水泥使用前必须重新检验、标定标号，否则不得使用。

5.3.7水泥的选用、验收与保管2023/7/4Page27白色和彩色硅酸盐水泥主要用于建筑装饰工程，可配制成彩色灰浆或制造各种彩色和白色混凝土。白色和彩色水泥与其他天然的和人造的装饰材料相比，具有许多优点：价格较低廉，耐久性好，能使装饰工程机械化等。5.4.1白色和彩色硅酸盐水泥1．白色硅酸盐水泥

2．彩色硅酸盐水泥

2023/7/4Page28以硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏磨细制成的具有早期强度增进率较高的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）5.4.2快硬硅酸盐水泥2023/7/4Page29高铝水泥也称矾土水泥。凡以铝酸钙为主、氧化铝含量约50%的熟料所磨制的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。它是以矾土和石灰石作原料，按适当比例配合后，经烧结或熔融，再粉磨而成。5.4.3高铝水泥1．矿物组成2．高铝水泥的水化和硬化3．高铝水泥的特点与应用2023/7/4Page30膨胀水泥是一种在水化过程中体积产生微量膨胀的水泥。它通常由胶凝材料和膨胀剂混合制成。膨胀剂使水泥在水化过程中形成膨胀性物质（如水化硫铝酸钙），导致体积稍有膨胀。5.4.4膨胀水泥1．以硅酸盐水泥熟料为主2．以高铝水泥熟料为主3．以硫铝酸盐熟料为主2023/7/4Page31简称抗硫酸盐水泥，是以硅酸钙为主的特定矿物组成的熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料。适当降低C3A的含量，以C4AF代替C3A，可提高水泥的抗侵蚀性。抗硫酸盐水泥具有较高的抗硫酸盐侵蚀的性能，水化热较低，适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下隧涵、引水、道路与桥梁基础等工程。5.4.5抗硫酸盐硅酸盐水泥2023/7/4Page32道路水泥是由道路硅酸盐水泥熟料、0～10%活性混合材料和适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。道路硅酸盐水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于5.0%，铁铝酸四钙的含量不得小于16.0%。道路水泥分为42.5、52.5和62.5三个强度等级，其早期强度较高，干缩值小，耐磨性好。适于修筑道路路面和飞机场地面，也可用于一般土建工程。5.4.6道路水泥2023/7/4Page33中热硅酸盐水泥，简称中热水泥，是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，分42.5和52.5两个强度等级。低热矿渣硅酸盐水泥简称低热水泥，是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入矿渣、适量石膏，经磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，分32.5和42.5两个强度等级。中、低热水泥适用于要求水化热较低的大体积混凝土，如大坝、大体积建造物和厚大的基础等工程中，可以克服因水化热引起的温度应力而导致的混凝土破坏。5.4.7