土木工程材料教案4.ppt

1、土木工程材料教案第三章,黑龙江工程学院 土木工程系 孙凌,第三章 水 泥,3.1 常用水泥 3.2 其它品种水泥,主要内容：常用（硅酸盐）水泥的生产工艺 常用（硅酸盐）水泥的特性 影响常用水泥性能的因素 重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点 硅酸盐水泥的凝结和硬化 难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化 要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点 掌握硅酸盐水泥凝结和硬化 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥技术标准 GB175-1999,3. 水 泥,水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建

2、筑工程中用量最大的建筑材料之一。 在道路与桥梁工程中通常应用的水泥有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。,3.1常用水泥 凡由硅酸盐水泥熟料，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）。,硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号。 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 复合硅酸盐水泥,3.1.1常用水泥的生产 .硅酸盐水泥生产原料 原料： ）石

3、灰质原料 主要提供， ）粘土质原料 主要提供 以及。 3）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁。,.硅酸盐水泥生产工艺概述 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料； 2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”； 3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。,3.1.2常用水泥的特性 硅酸盐水泥的主要矿物组成 硅酸盐水泥的主要矿物组成是： 硅酸三钙 ， 简式为， 硅酸二钙 ， 简式为， 铝酸三钙 ， 简式为， 铁铝酸四钙， 简式为，,2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较

4、 硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的特性是： ）反应速度 最快，较快，也较快，最慢； ）释热量 最大，较大，居中，最小； ）强度 最高， 早期低，但后期增长率较大。 故和为水泥强度主要来源。强度不高， 含量对抗折强度有利；,）耐化学侵蚀性 最优，其次为、，最差； ）干缩性和最小，居中，最大。,硅酸盐水泥主要矿物组成与特性,矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含

5、量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。,4硅酸盐水泥的凝结和硬化 （）硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量 水泥的水化主要是四种矿物成分的水化： ）硅酸三钙 ）硅酸二钙 ）铝酸三钙 ）铁铝酸四钙,）硅酸二钙,1）硅酸三钙,）铁铝酸四钙,）铝酸三钙,为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥时，掺人适量石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，亦称钙矾石。当石育消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如下： 三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针状结晶体，它在生成结晶体时体积大大

6、膨胀。因此，水泥中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，其危害更大。,（）硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段： 第阶段为初始反应期（诱导前期） 第阶段为潜伏期（诱导期） 第阶段为凝结期 （凝结期） 第阶段为硬化期 （硬化期）,水泥水化放热曲线,3.1.3影响常用水泥性能的主要因素 ）水泥组成成分的影响 ）水泥细度的影响 ）温度与湿度的影响 ）水泥强度与龄期的关系 5）拌和用水量的影响 6）贮存条件的影响 此外，水泥矿物成分的含量、水泥颗粒细度等，对水泥的凝结硬化以及强度，都有一定的影

7、啊。,思考题： .水泥磨细过程中加入石膏的目的是什么？ .水泥四种矿物成分的特性是什么？ .影响水泥凝结硬化的因素有哪些？,主要内容：硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥的技术标准 常用水泥的选用 其它品种水泥 重点内容：硅酸盐水泥的技术性质 硅酸盐水泥的技术标准 难 点：硅酸盐水泥的强度检验方法及评定 要 求：掌握硅酸盐水泥的技术性质 掌握硅酸盐水泥的技术标准 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 道路建筑材料集中训练试验补充教材 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥技术标准 GB175-1999,3.1.4常用水泥的选用 各类建筑工程，针

8、对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，进行选用。,3.1.5常用水泥的技术性质和技术标准 .技术性质 按照我国现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（一）规定，硅酸盐水泥的技术性质包括下列项目： ）化学性质 为了保证水泥的使用质量，水泥的化学指标主要是控制水泥中有害的化学成分含量，若其超过最大允许限量，即意味着对水泥性能和质量可能产生有害或潜在的影响。 （）氧化镁含量 （）三氧化硫含量 （）烧失量 （）不溶物,）物理力学性质 （）细度 细度是指水泥颗粒粗细的程度。细度愈细，水泥与水起反应的面积愈大，水化速度愈快并较完全。实践表明，细度提高，可使水泥混凝土的强度提高，工作性得到改善。

9、但是，水泥细度提高，在空气中的硬化收缩也较大，使水泥发生裂缝的可能性增加。因此，对水泥细度必须予以合理控制。 （）水泥净浆标准稠度 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板时的稠度为“标准稠度”，此时的用水量为标准稠度用水量。,水泥标准稠度与凝结时间测定,（）凝结时间 凝结时间是水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间； 终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。 水泥的凝结

10、时间对水泥混凝土的施工有重要意义。如果凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标（）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于；终凝时间不得迟于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于。,（）体积安定性 水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性。 水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化，如果这种变化是发生在凝结硬化过程中，则对建筑物的质量并没有什么影响。但是，在水泥硬化后若产生不均匀的体积变化，将使混凝土产生

11、膨胀裂缝，降低使用质量，甚至引起严重事故。这既是水泥体积安定性不良。 体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多，致使水泥已经凝结硬化后，甚至已经应用于结构物中，这些成分继续水化，体积膨胀，引起不均匀的体积膨胀，造成水泥石开裂。,雷氏夹,雷氏夹测定仪,（）强度 强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的重要技术性质之一。 水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。多年来，我国水泥强度的检验一直按国家标准水泥胶砂强度检验方法（一）简称软练法进行，该标准规定

12、，以的水泥和标准砂，按规定的水灰比（或），用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达规定龄期（，）时，按国家标准（一）规定的最低强度值来评定其所属标号。,水泥胶砂试模集振动台,我国现行国家标准水泥胶砂强度检验方法（）简称法规定，以的水泥和标准砂（标准砂满足级配要求），采用.的水灰比，用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达到规定龄期（，）时，按国家标准（）规定的最低强度值来确定其强度等级。 我国现行国家标准（一）规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量，或

13、强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品，废品水泥在工程中严禁使用。,技术标准 硅酸盐水泥石的腐蚀和防止 .水泥石的腐蚀 ）淡水侵浊 ）硫酸盐的侵蚀 ）镁盐侵蚀 ）碳酸侵蚀 水泥石腐蚀的防止 针对以上分析产生腐蚀的原因，在选用水泥及施工中，可考虑以下措施来防止腐蚀。 ）根据建筑物环境特点，合理选用水泥品种 ）提高水泥石的密实度 ）加做保护层,R,3.2 其它品种水泥 3.2.1高铝水泥 凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。 工程应用 高铝水泥的特点是早期强度增长快，强度高，主要用于紧急抢修和早期强度要求高的工程。高铝水泥的缺点是后期强度倒

14、缩，在使用年后高铝水泥混凝土的强度只有早期强度的一半左右。 高铝水泥不宜作结构工程。它的使用温度不宜超过，如有蒸汽养护不宜超过，不得与其它品种水泥混合使用。,3.2.2膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能的水泥。 工程应用 在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。,3.2.3白色和彩色硅酸盐水泥 白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。 生产彩色硅酸盐水泥有三种方法：（1）在水泥生料中混入着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）将白

15、水泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3）将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。 白色和彩色水泥在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕塑和装饰部件等制品。,补充：道路硅酸盐水泥 .定义 以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料，活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。,.技术要求 ）化学组成 在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制： （）氧化镁含量道路水泥中

16、氧化镁含量不得超过.。 （）三氧化硫含量道路水泥中三氧化硫不得超过.。 （）烧失量道路水泥中的烧失量不得大于.。 （）游离氧化钙含量道路水泥熟料中游离氧化钙含量，旋窑生产不得大于.；立窑生产不得大于.。 （）碱含量如用户提出要求时，由供需双方商定。,）矿物组成 （）铝酸三钙含量道路水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于.。 （）铁铝酸四钙含量道路水泥熟料中铁铝酸四钙的含量不得小于.。 铝酸三钙（）和铁铝酸四钙（）的含量，先按方法求出三氧化二铝（）和三氧化二铁（）的含量，然后按下式求得： .（.） .,）物理力学性质 （）细度按国标水泥细度检验方法，筛的筛余量不得大于。 （）凝结时间按国标试验方法，初凝不得早于，终凝不得迟于。 （）安定性按国标试验方法，安定性用沸煮法必须合格。 （）干缩性按国标水泥胶砂干缩性试验，干缩率不得大于.。 （）耐磨性按行业标准水泥胶砂耐磨性试验，磨损率不得大于。 （）强度道路水泥分为、