土木工程材料2

土木工程材料ThematerialsofCilivEngineering

土木工程系结构工程教研室中心第二章无机胶凝材料授课教师:姚运土木工程系结构工程教研室11无机胶凝材料土木工程系结构工程教研室胶凝材料胶凝材料是指经过一系列物理化学变化，能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料。无机胶凝材料气硬性无机胶凝材料材料只能在空气中硬化，不能在水中硬化。例如石灰、石膏等。水硬性无机胶凝材料材料不仅能在空气硬化，也能在水中硬化。例如水泥。有机胶凝材料---沥青、树脂21石灰土木工程系结构工程教研室石灰的生产与种类生产石灰石(CaCO3)----900-1000度-----生石灰(CaO)种类欠火灰---降低石灰的利用率正火灰过火灰---过火灰的水化在正火灰水化之后进行的。31石灰土木工程系结构工程教研室来源块状石灰---CaO消石灰---Ca(OH)2石灰膏石灰粉石灰水化与硬化水化CaO+H2O----Ca(OH)2水化特点反应过程中放热量大。体积大大膨胀---2.5倍实际需水量大---大于两倍的需水量41石灰土木工程系结构工程教研室特性可塑性好、保水性好硬化时体积收缩大、强度低、耐水性差碳化硬化过程缓慢---Ca(OH)2+H2O+CO2----CaCO3应用由于石灰保水性好，吸湿性好，能与水泥、砂浆混合使用。石灰收缩大，不能单独使用。石灰耐水性差，不能用于潮湿环境。用于拌制石灰土(石灰、粘土)和三合土(石灰、粘土、砂石)。51石灰土木工程系结构工程教研室工程实例：某工地急需配制石灰砂浆，当时就立即购买生石灰，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆表面出现众多凸出的膨胀性裂缝。分析引起该建筑质量的原因。分析：制作石灰浆需要陈伏两周以上，主要是消除过火灰的影响，而在该工程中由于没有达到规定的陈伏时间，过火灰水化膨胀引起墙体表面开裂。61石膏土木工程系结构工程教研室石膏的生产石膏矿(CaSO4.2H2O)-----107~170----建筑石膏(CaSO4.0.5H2O)

建筑石膏(温度为107~170)高强石膏(蒸压条件)石膏的水化CaSO4.0.5H2O+1.5H2O-----CaSO4.2H2O石膏的硬化CaSO4.2H2O失水结晶71石膏土木工程系结构工程教研室石膏的特性凝结硬化快硬化时体积微膨胀孔隙率较大、强度较低吸水吸湿性强防火性能好耐水性和抗冻性差隔热吸声性能好81石膏土木工程系结构工程教研室工程实例：石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半个小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落。分析：由于石膏凝结较快，施工时间较长，超过了石膏的初凝时间，石膏的凝结能力得到较大的降低，因此石膏饰条坠落。91硅酸盐水泥土木工程系结构工程教研室硅酸盐水泥的分类按化学组成分类

硅酸盐水泥硫酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥按用途分类

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复合硅酸盐水泥道路水泥、大坝水泥101硅酸盐水泥土木工程系结构工程教研室硅酸盐水泥的生产与矿物组成硅酸盐水泥是将硅酸盐水泥熟料与0-5%的石灰石或粒化高炉矿渣，再与适量的石膏共同磨细得到的水硬性胶材。硅酸盐水泥的生产石灰石粘土铁矿粉按比例磨细得到生料1450高温煅烧水泥熟料加入0-5%的石灰石或高炉矿渣加入适量石膏磨细得到水泥111硅酸盐水泥土木工程系结构工程教研室水泥窑的形式立窑---制成的水泥质量部好，出厂的水泥必须检验，建水泥厂成本低。回转窑---制成额水泥质量可靠，建厂成本高。121硅酸盐水泥的矿物组成土木工程系结构工程教研室矿物组成C3S3CaO.SiO2硅酸三钙37%-60%C2S2CaO.SiO2硅酸二钙15%-37%C3A3CaO.Al2O3铝酸三钙7%-15%C4AF4CaO.Al2O3.Fe2O3铁铝酸四钙10%-18%单矿物水化的特性单矿物C3SC2SC3AC4AF硬化速度较快慢最快快水化热大小最大中强度f早高f后高f早低f后高低较低131硅酸盐水泥的水化与硬化土木工程系结构工程教研室水化C3S+H2O----C-S-H+3CH水化硅酸钙C2S+H2O----C-S-H+CH水化硅酸钙C3A+H2O----C3AH6水化铝酸三钙C4AF+H2O---C3AH6+C-F-H水化铁酸钙C3AH6+CaSO4+H2O---AFt3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O钙矾石

硬化水泥加水拌合后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，成为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石-水泥石，这一过程为水泥的“硬化”。141硅酸盐水泥的水化与硬化土木工程系结构工程教研室水泥水化的影响因素矿物组成---C3A>C4AF>C3S>C2S水泥的细度越细，水泥的水化越快温度越高，水泥水化越快湿度越大，水泥水化越快养护的龄期越长，水泥水化越完全。水灰比越大，水泥水化越快石膏用量石膏用量较少，水泥水化快加入3%-5%的石膏，水化适中石膏用量较大，造成水泥假凝151水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室根据国家标准《硅酸盐水泥》(GB175-1999)对硅酸盐水泥技术要求有密度、细度、凝结时间、安定性、强度和水化热等。密度在进行混凝土配合比计算和储运水泥时，需要知道水泥的密度和堆积密度，硅酸盐水泥的密度为3.0~3.15g/cm3，平均取3.10g/cm3。其堆积密度按松紧程度在1000~1600kg/m3之间。细度定义---水泥颗粒的平均粒径。指标---筛余、比表面积测试方法筛余法水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g---过0.8mm的筛子，再称取筛子上水泥的质量m---计算筛余=m/500×100%(GB≤10%)161水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室比表面积法比表面积法是根据一定量空气通过空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速得到变化来测定水泥的比表面积(单位质量的粉末所具有的总表面积)，以m2/kg表示。硅酸盐水泥的比表面应大于300m2/kg。171水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室标准稠度及标准稠度用水量定义：水泥净浆的标准用水量标准稠度的用水量：P%=W/C测试方法固定用水量水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g，并用量筒量取水142.5ml---净浆搅拌机---水泥净浆---装入标准稠度测定仪---测试圆锥下沉得深度S(S≥13mm)---代入到公式P=33.4-0.185S,得到标准用水量为5P181水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室调整水量法水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g---先加水135ml---水泥净浆搅拌机---标准稠度仪测定下降值S若26<S<30，W标=135ml；若S<26，加水重做，W标>135ml；若S>30，减水重做，W标<135ml。注意：对于固定水量法，下降高度必须大于13，否则测试结果无效；对于固定水量法，下降高度为任何值均可。191水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室凝结时间定义：硅酸盐水泥标准规定，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。水泥+水---水泥净浆(开始失塑)---完全失塑产生强度

初凝

终凝测试方法---凝结时间测定仪水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g，加入标准稠度的水量---净浆搅拌机得到净浆---装模---测定初凝时间---测定终凝时间注意事项水泥砂浆的养护条件为标准条件：温度为19-21度，湿度大于95%测试频率为：先较长时间测一次，后来较短时间测一次，最后每5分钟测一次(凝结时间一般为5分钟的倍数)201水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室体积安定性定义：由于水泥体积膨胀而产生水泥破裂，从而失去安定性引起安定性的原因游离的氧化钙游离的氧化镁硫酸根离子，易形成钙矾石测试方法试饼法---定性描述水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g，加入标准量的水---水泥净浆搅拌机得到净浆---成型为两个试饼---标准养护24h---沸煮箱沸煮3.5h---观察试饼的外观---若试饼上有裂纹、翘曲，安定性不合格211水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室雷氏夹法---定量描述水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥500g，加入标准量的水---水泥净浆搅拌机得到净浆---制作两个雷氏夹试件---标准养护24h---测定雷氏夹得初值A1,A2---沸煮3.5h---测定雷氏夹得终值C1,C2代入到公式：[(C1-A1)+(C2-A2)]/2≤5.0安定性合格[(C1-A1)-(C2-A2)]≤4.0误差范围内221水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室强度等级---水泥标号定义：水泥的标号---425，425R，525，525R，625，625R抗折强度(3d,7d,14d,28d);抗压强度(3d,7d,14d,28d)测试方法水泥烘干---过0.9mm的筛子---称取水泥450g，标准砂1350g，加入水225ml---胶砂搅拌机搅拌得到水泥砂浆---成型为三联试模---标准养护1天---拆模编号---养护2天或27天---测定3天或28的强度231水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室数据处理抗折强度：f1,f2,f3求f=1/3×(f1+f2+f3)比较(fi-f)/f是否小于10%判断：若三个均小于10%，平均强度即为三者的平均值；若一个大于10%，平均强度为剩下两个的平均值；若两个大于10%，实验失败。抗压强度：f1,f2,f3,f4,f5,f6求f=1/6×(f1+f2+f3+f4+f5+f6)比较(fi-f)/f是否小于10%判断：若六个均小于10%，平均强度为六个的平均值；若一个大于10%，平均强度为剩下五个的平均值；若多余一个大于10%，实验失败。241水泥的技术指标土木工程系结构工程教研室水化热定义：水泥在水化的过程中释放的热量。测试水化热小结：废品---初凝、安定性不合格的水泥，不能使用不合格品---细度、终凝、标号不合格的水泥251拌混合材料的硅酸盐水泥土木工程系结构工程教研室水泥品种代号组成标号凝结时间字体颜色初凝终凝硅酸盐水泥P.IP.II硅酸盐水泥孰料0-5%的石灰石或粒化高炉矿渣适量石膏42.5；42.5R52.5；52.5R62.5；62.5R不得早于45分钟不得迟于6.5h红色普通硅酸盐水泥P.O6-15%的混合材料32.5；32.5R42.5；42.5R52.5；52.5R不得迟于10h暗红矿渣硅酸盐水泥P.S20%-70%的粒化矿渣绿色火山灰硅酸盐水泥P.P20%-50%火山灰混合材料黑色261拌混合