建筑材料教案——第四章 水泥

1、教案序號授課班級授課時(shí)間節(jié)數(shù)08對口2班建筑教學(xué)課題教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容：第四章 水泥水泥命名原則（GB4131-84）按性能及用途分三類：通用水泥、專用水泥、特性水泥。3.4.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)與基本組成凡由硅酸鹽水泥熟料，石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（國外通稱波特蘭水泥）。不摻混合材料稱型硅酸鹽水泥（· ）；摻5%混合材料稱型硅酸鹽水泥（· ）。硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性性能指標(biāo)熟料礦物C3SC2SC3AC4AF水泥凝結(jié)硬化速率快慢最快快28d水化熱多少最多中強(qiáng)度早期高低低低后期高高低低§ 3.4.2硅酸鹽水泥的水化硬

2、化§ 1.硅酸鹽水泥熟料的水化§ 2.硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程§ 水化膜層長厚連接（初凝）失去可塑性產(chǎn)生強(qiáng)度（終凝）水化加深具有強(qiáng)度（硬化）。為了控制水泥水化速度摻入適量石膏。 §§ 3.4.3硅酸鹽水泥的技術(shù)要求§ 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥（GB175-1999 ）規(guī)定如下：§ 1細(xì)度§ 細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度。§ 2凝結(jié)時(shí)間§ 國標(biāo)規(guī)定：六大水泥的初凝45min；硅酸鹽水泥的終凝6.5h，其它五類水泥終凝10h。§ 3體積安定性§ 水泥的體積安定性是指水泥在凝結(jié)硬化

3、過程中，體積變化的均勻性。引起體積安定性不良的原因是：熟料含有過多f-CaO、f-MgO或石膏摻量過多。§ 4.強(qiáng)度和強(qiáng)度等級§ 水泥強(qiáng)度是選用水泥時(shí)的主要技術(shù)指標(biāo)，也是劃分水泥強(qiáng)度等級的依據(jù)。§ 國標(biāo)規(guī)定：采用（ISO法）測定水泥強(qiáng)度。據(jù)測定結(jié)果，按表3-7確定水泥的強(qiáng)度等級。§ 國標(biāo)規(guī)定：硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)強(qiáng)度等級；其它五種水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)強(qiáng)度等級。§ 5堿含量§ 堿含量是指水泥中Na2O和 K2O的含量。若

4、水泥中堿含量過高，易產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)，造成工程危害。 § 3.4.4硅酸鹽水泥的腐蝕與防止§ 1.硅酸鹽水泥的腐蝕§ （1）軟水的侵蝕§ （2）硫酸鹽的腐蝕§ 3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O§ =3CaO Al2O3 3CaSO431H2O§ （3）鎂鹽的腐蝕§ MgSO4+Ca(OH) 2+H2O§ = CaSO42H2O+Mg(OH) 2§ MgCl2+ Ca(OH) 2= CaCl2 + Mg (OH) 2§ （4）一般酸的腐蝕(均會產(chǎn)生不同程度

5、的腐蝕)§ （5）碳酸腐蝕§ Ca(OH) 2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O§ CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2§ （6）強(qiáng)堿的腐蝕§ 3CaOAl2O3+6Na OH§ = 3NaOAl2O3 +3Ca(OH) 2§ 2.腐蝕的防止§ （1）根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種§ （2）提高水泥石密度，改善孔結(jié)構(gòu)§ （3）加做保護(hù)層§ 3.5其他通用水泥§ 3.5.1水泥混合材料§ 1.活性混合材料§ （1）粒化高爐礦渣§ （2

6、）粉煤灰§ （3）火山灰質(zhì)混合材料§ 2.非活性混合材料§ 低于GB1596、GB2847、GB203要求的粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料和粒化高爐礦渣以及石灰石和砂巖。§ 3.窯灰§ 3.5.2幾種通用水泥的組成與技術(shù)要求§ 1.普通硅酸鹽水泥§ （1）組成§ 凡由硅酸鹽水泥熟料，6%-15%混合材料，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥PO）。§ （2）技術(shù)要求§ 混合材料的摻量較少，其礦物組成和硅酸鹽水泥相似，所以普通水泥的性能、應(yīng)用范圍與同強(qiáng)度等級的硅酸鹽水泥相近

7、。§ 強(qiáng)度等級多了32.5和32.5R，少了62.5和62.5R。 教案序號授課班級授課時(shí)間節(jié)數(shù)08對口2班建筑教學(xué)課題教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容：2.礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥 （1）組成 凡由硅酸鹽水泥熟料和?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥P·S ）。水泥中?；郀t礦渣摻加量按重量百分比計(jì)為20%70%。允許用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種材料代替礦渣，代替數(shù)量不得超過水泥重量的8%，替代后水泥中粒化高爐礦渣不得少于20%。 凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為火山灰質(zhì)硅酸

8、鹽水泥（簡稱火山灰水泥P·P ）。水泥中火山灰質(zhì)混合材料摻加量按重量百分比計(jì)為20%50%。 凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為粉煤灰硅酸鹽水泥（簡稱粉煤灰水泥P·F ）。水泥中粉煤灰摻加量按重量百分比計(jì)為20%40%。 （2）技術(shù)要求礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥（GB13441999）規(guī)定的技術(shù)要求如下：1氧化鎂。熟料中氧化鎂的含量不超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%。2三氧化硫。礦渣水泥中不得超過4.0%。火山灰水泥、粉煤灰水泥中不得超過3.5%。3細(xì)度。80m方孔篩篩

9、余不得超過10.0%。4凝結(jié)時(shí)間。初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。5安定性。用沸煮法檢驗(yàn)必須合格。6強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度等級按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度劃分。三種水泥各強(qiáng)度等級、各齡期強(qiáng)度不得低于表3-9數(shù)值。7堿。水泥中堿含量按NaO+0.658K2O計(jì)算值來表示，若使用活性骨料需限制水泥中堿含量時(shí)由供需雙方商定。 （3）從這三種水泥的組成可以看出，它們的區(qū)別僅在于摻加的活性混合材料的不同，而由于三種活性混合材料的化學(xué)組成和化學(xué)活性基本相同，其水泥的水化產(chǎn)物及凝結(jié)硬化速度相近，因此這三種水泥的大多數(shù)性質(zhì)和應(yīng)用相同或相近，即這三種水泥在許多情況下可替代使用。同時(shí)，又由于這三種活性混合材

10、料的物理性質(zhì)和表面特征及水化活性等有些差異，使得這三種水泥分別具有某些特性?？傊?，這三種水泥與硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥相比，具有以下特點(diǎn)： a)三種水泥的共性 早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度發(fā)展高。 對溫度敏感，適合高溫養(yǎng)護(hù)。 耐腐蝕性好。 水化熱小。 抗凍性較差。 抗碳化性較差b)三種水泥的特性礦渣硅酸鹽水泥:由于粒化高爐礦渣玻璃體對水的吸附能力差，即對水分的保持能力差（保水性差），與水拌合時(shí)易產(chǎn)生泌水造成較多的連通孔隙，因此，礦渣硅酸鹽水泥的抗?jié)B性差，且干縮較大。礦渣本身耐熱性好，且礦渣硅酸鹽水泥水化后氫氧化鈣的含量少，故礦渣硅酸鹽水泥的耐熱性較好。 礦渣硅酸鹽水泥適合用于有耐熱要求的混凝土工程，

11、不適合用于有抗?jié)B要求的混凝土工程火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥:火山灰質(zhì)混合材料內(nèi)部含有大量的微細(xì)孔隙，故火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥的保水性高；火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥水化后形成較多的水化硅酸鈣凝膠，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，因而其抗?jié)B性較好；火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥的干縮大，水泥石易產(chǎn)生微細(xì)裂紋，且空氣中的二氧化碳能使水化硅酸鈣凝膠分解成為碳酸鈣和氧化硅的混合物，使水泥石的表面產(chǎn)生起粉現(xiàn)象?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥的耐磨性也較差。 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥適合用于有抗?jié)B性要求的混凝土工程，不宜用于干燥環(huán)境中的地上混凝土工程，也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程。粉煤灰硅酸鹽水泥：粉煤灰是表面致密的球形顆粒，其吸附水的能力較差，即保水性差、泌水性

12、大，其在施工階段易使制品表面因大量泌水產(chǎn)生收縮裂紋（又稱失水裂紋），因而粉煤灰硅酸鹽水泥抗?jié)B性差；粉煤灰硅酸鹽水泥的干縮較小，這是因?yàn)榉勖夯业谋缺砻娣e小，拌合需水量小的緣故。粉煤灰硅酸鹽水泥的耐磨性也較差。 粉煤灰硅酸鹽水泥適合用于承載較晚的混凝土工程，不宜用于有抗?jié)B性要求的混凝土工程，且不宜用于干燥環(huán)境中的混凝土及有耐磨性要求的混凝土工程。 3.6特性水泥和專用水泥3.6.1鋁酸鹽水泥凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為鋁酸鹽水泥（CA）。 按Al2O3含量分為CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四類。鋁酸鹽水泥是一種快硬、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐熱的水泥，又稱高

13、鋁水泥。鋁酸鹽水泥的主要礦物成分是鋁酸一鈣（CaO·Al2O3 簡寫式CA）和二鋁酸一鈣（CaO2·Al2O3 簡寫式CA2），此外還有少量的其他鋁酸鹽和硅酸二鈣。 鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物與溫度密切相關(guān)，主要是十水鋁酸一鈣（CaO·Al2O3·10H2O簡寫式CAH10）八水鋁酸二鈣（2CaO·Al2O3 ·8H2O，簡寫式C2AH8）和鋁膠（Al2O3·3H2O）。 CAH10和C2AH8為片狀或針狀的晶體，它們互相交錯(cuò)搭接，形成堅(jiān)固的結(jié)晶連生體骨架，同時(shí)生成的鋁膠填充于晶體骨架的空隙中，形成致密的水泥石結(jié)構(gòu)，因此強(qiáng)度較高。

14、水化57天后，水化物的數(shù)量很少增長，故鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度增長很快，后期強(qiáng)度增進(jìn)很小。 特別需要指出的是，CAH10和C2AH8都是不穩(wěn)定的，會逐步轉(zhuǎn)化為C3AH6，溫度升高轉(zhuǎn)化加快，晶體轉(zhuǎn)變的結(jié)果，使水泥石內(nèi)析出了游離水，增大了孔隙率；同時(shí)也由于C2AH6本身強(qiáng)度較低，且相互搭接較差，所以水泥石的強(qiáng)度明顯下降，后期強(qiáng)度可能比最高強(qiáng)度降低達(dá)40%以上。鋁酸鹽水泥GB201-2000規(guī)定其細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度應(yīng)符合表3-11要求。與硅酸鹽水泥相比，鋁酸鹽水泥具有以下特性及相應(yīng)的應(yīng)用：1快硬早強(qiáng)。1d強(qiáng)度高，適用于緊急搶修工程。2水化熱大。 放熱量主要集中在早期，1d內(nèi)即可放出水化總熱量的70%8

15、0%，因此，不宜用于大體積混凝土工程，但適用于寒冷地區(qū)冬季施工的混凝土工程。3抗硫酸鹽侵蝕性好。是因?yàn)殇X酸鹽水泥在水化后幾乎不含有Ca(OH)2，且結(jié)構(gòu)致密。適用于抗硫酸鹽及海水侵蝕的工程。4耐熱性好。是因?yàn)椴淮嬖谒a(chǎn)物Ca(OH)2在較低溫度下的分解，且在高溫時(shí)水化產(chǎn)物之間發(fā)生固相反應(yīng)，生成新的化合物。因此，鋁酸鹽水泥可作為耐熱砂漿或耐熱混凝土的膠結(jié)材料，能耐13001400高溫。5長期強(qiáng)度要降低。一般降低40%50%，因此不宜用于長期承載結(jié)構(gòu)，且不宜用于高溫環(huán)境中的工程。 3.6.2快硬留鋁酸鹽水泥以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量的石膏和

16、010%的石灰石，磨細(xì)制成的早期強(qiáng)度高的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁酸鹽水泥（R·SAC）。 標(biāo)準(zhǔn)快硬硫鋁酸鹽水泥（JC7141996）規(guī)定的技術(shù)要求是：1比表面積： 比表面積不得小于350m2/kg；2凝結(jié)時(shí)間： 初凝不得早于25min，終凝不得遲于180min ；3強(qiáng)度：按各齡期強(qiáng)度劃分為425、525、625、725四個(gè)強(qiáng)度等級。 快硬硫鋁酸鹽的主要水化產(chǎn)物是：高硫型水化硫鋁酸鈣（AFt）低硫型水化硫鋁酸鈣（AFm）鋁膠和水化硅酸鹽，由于C4A3、C2S和CaSO4·2H2O在水化反應(yīng)時(shí)互相促進(jìn)，因此水泥的反應(yīng)非常迅速，早期強(qiáng)度非常高?？煊擦蜾X酸鹽水泥的特性與應(yīng)用1凝

17、結(jié)快、早期強(qiáng)度很高 1天的強(qiáng)度可達(dá)34.559.0MPa，因此特別適用搶修或緊急工程。2水化放熱快 但放熱總量不大， 因此適用于冬季施工，但不適用于大體積混凝土工程。3硬化時(shí)體積微膨脹 因?yàn)樗嗨奢^多鈣礬石，因此適用于有抗?jié)B、抗裂要求的混凝土工程。4耐蝕性好 因?yàn)樗嗍袥]有Ca(OH)2與水化鋁酸鈣，適用于有耐蝕性要求的混凝土工程。5耐熱性差 因?yàn)樗a(chǎn)物AFt和AFm中含有大量結(jié)晶水，遇熱分解釋放大量的水使水泥石強(qiáng)度下降，因此不適用于有耐熱要求的混凝土工程。 3.6.3道路硅酸鹽水泥以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽熟料稱為道路硅酸鹽水泥熟

18、料。由道路硅酸鹽水泥熟料、010%活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡稱道路水泥）。 道路水泥是一種強(qiáng)度高、特別是抗折強(qiáng)度高、耐磨性好、干縮性小、抗沖擊性好、抗凍性和抗硫酸性比較好的專用水泥。它適用于道路路面、機(jī)場跑道道面、城市廣場等工程。由于道路水泥具有干縮性小、耐磨、抗沖擊等特性，可減少水泥混凝土路面的裂縫和磨耗等病害，減少維修、延長路面使用年限。 3.6.4其他水泥1.白色硅酸鹽水泥和彩色水泥凡以適當(dāng)成分的生料燒至部分溶融，所得以硅酸鈣為主要成分、氧化鐵含量很少的白色硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為白色硅酸鹽水泥（簡稱白水泥）

19、。 白水泥的性能與硅酸鹽水泥基本相同，所不同的是嚴(yán)格控制水泥原料的鐵含量，并嚴(yán)防在生產(chǎn)過程中混入鐵質(zhì)。Fe2O3含量一般小于0.5%，盡可能除掉其他著色氧化物（MnO、TiO2等）。 白色硅酸鹽水泥（GB2015-91）的規(guī)定，細(xì)度為0.08mm方孔篩篩余不大10%；初凝不得早于45min，終凝不得遲于12h；安定性（沸煮法）合格；水泥中SO3含量不得超過3.5%。白水泥有325、425、525、625四個(gè)強(qiáng)度等級。白水泥按白度分為特級、一級、二級和三級四個(gè)等級。白水泥熟料與石膏以及顏料或著色劑 共同磨細(xì)可制得彩色水泥。2.抗硫酸鹽硅酸鹽水泥按抗硫酸鹽侵蝕程度，分為中抗和高抗硫酸鹽水泥兩類。以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏磨細(xì)制成的具有抵抗中等（較高）濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為中抗（高抗）硫酸鹽水泥（PMSR、 PHSR ）。PMSR：C3S、C3A55.0%、5.0%；PHSR： C3S、C3A50.0%、3.0%；燒失量3.0%；SO3 2.5%；比表面積280m2/kg；各齡期強(qiáng)度符合要求。適用于一般受