第4章 石灰與水泥

1、 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥本章學(xué)習(xí)要點：以硅酸鹽水泥的礦物組成及其特點（水化速度、放熱量、對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)程度等）、技術(shù)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)為主要介紹內(nèi)容，對道路、普硅等水泥的做簡單介紹。對比介紹石灰的化學(xué)組成、消化、硬化機(jī)理。1 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥序：序：石灰與水泥均屬于膠凝材料，石灰為氣硬性膠凝材料，只能在空氣中硬化；水泥為水硬性膠凝材料，可在水中以及空氣中硬化，均屬于無機(jī)膠凝材料。 2 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥白灰面 黃泥漿 石 灰 三合土 水 泥 3 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥定義定義：水

2、泥是一種多級分的人造礦物粉料，與水拌和后成為塑性膠體，既能在空氣中硬化，也能在水中硬化，并能將砂石等材料結(jié)合成具有一定強(qiáng)度的整體，水泥是水硬性膠凝材料。4 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥是指由硅酸鹽水泥熟料、0-5%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，其中：不摻加混合材料的稱I型硅酸鹽水泥，代號為PI；摻加不超過水泥質(zhì)量5%的混合材料的水泥稱II型硅酸鹽水泥，代號為PII。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，代號為PO。5 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水

3、泥水泥生產(chǎn)特點：水泥廠排出CO、SO3、HCl、Hg等重金屬還有大量的CO2：1噸水泥的熟料，排出幾乎等量CO2CaCO3CaO+CO2生產(chǎn)1噸熟料排出CO2約500 kg，另外還有礦物燃料CO2，一般比例為1噸熟料的產(chǎn)生放出1噸CO2。我國水泥近年來產(chǎn)量：50年代300萬T80年代1.0億T85年代2.0億T95年代4.5億T96年代4.9億T，超過世界產(chǎn)量的1/3現(xiàn)在發(fā)展速度到2010年，地球大氣中由水泥工業(yè)而增加CO2為150億t！6 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥7 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥一、硅酸鹽水泥的礦物組成、化學(xué)成分1、硅酸鹽水泥生料的化學(xué)組成主要是 CaO Si

4、O2 2 Al2 2O3 3 Fe2 2O3 32、硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)組成高溫下形成水泥熟料的礦物組成主要為：3CaO3CaOSiOSiO2 2 （簡寫）（簡寫） C C3 3S S2CaO2CaOSiOSiO2 2 （簡寫）（簡寫） C C2 2S S3CaO3CaOAl2OAl2O3 3 （簡寫）（簡寫） C C4 4A A3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 （簡寫）（簡寫） C C4 4AFAF名稱 CaO（C） SiO2 2（S） Al2 2O3 3（A）Fe2 2O3 3（F）含量約（%）6267 924 47 258 第四章第四章 石灰與水泥石灰

5、與水泥其中：水化反應(yīng)速度 C3AC3SC4AFC2S水化釋熱量 C3AC3SC4AFC2S耐化學(xué)腐蝕性 C3A最差，C4AF最優(yōu)干縮性 C3A最大C3S居中C4AF,C2S最小強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度主要來源C3S、C2S，C3S早期后期都高，C2S早期一般后期高。抗折強(qiáng)度：C4AF起主要作用。9 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥抗壓強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度（MPa）齡期（天）齡期（天）C3SC2SC3AC4AF抗壓強(qiáng)度圖10 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥3.3.石膏石膏為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)速度，需要摻入適量的石膏，因為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)速度，需要摻入適量的石膏，因此，石膏也稱水泥的緩凝劑。用于水泥中的石膏一

6、般是二此，石膏也稱水泥的緩凝劑。用于水泥中的石膏一般是二水石膏或無水石膏（硬石膏）。水石膏或無水石膏（硬石膏）。在水泥中，石膏的緩凝作用主要是控制在水泥中，石膏的緩凝作用主要是控制C C3A A的水化反的水化反應(yīng)速度。應(yīng)速度。11 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥4.4.水泥中的有害成分及其危害水泥中的有害成分及其危害 (1)(1)氧化鎂氧化鎂MgOMgO在水泥熟料中，常含有少量未與其他礦物結(jié)合的游離在水泥熟料中，常含有少量未與其他礦物結(jié)合的游離氧化鎂，這種游離的氧化鎂是高溫時形成的方鎂石結(jié)晶，氧化鎂，這種游離的氧化鎂是高溫時形成的方鎂石結(jié)晶，其水化速度很慢，通常要經(jīng)歷幾個月甚至幾年才明顯水

7、化，其水化速度很慢，通常要經(jīng)歷幾個月甚至幾年才明顯水化，生成物氫氧化鎂體積膨脹，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。生成物氫氧化鎂體積膨脹，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。(2)(2)三氧化硫三氧化硫SOSO3 3三氧化硫主要來自石膏，或生產(chǎn)水泥的礦化劑。三氧三氧化硫主要來自石膏，或生產(chǎn)水泥的礦化劑。三氧化疏的存在會引起硬化后水泥石體積膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物破化疏的存在會引起硬化后水泥石體積膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物破壞。壞。12 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3)(3)堿含量堿含量NaNa2 2O+KO+K2 2O O水泥熟料中含有少量堿性氧化物水泥熟料中含有少量堿性氧化物(Na(Na2 2O+KO+K2 2O)O)，若

8、選用，若選用含有活性二氧化硅或活性碳酸鹽成分的集料配制混凝土，含有活性二氧化硅或活性碳酸鹽成分的集料配制混凝土，水泥中的堿性氧化物會與集料中活性二氧化硅或活性碳酸水泥中的堿性氧化物會與集料中活性二氧化硅或活性碳酸鹽發(fā)生化學(xué)反，稱鹽發(fā)生化學(xué)反，稱“堿一集料反應(yīng)堿一集料反應(yīng)”，其生成物附著在集，其生成物附著在集料與水泥石的界面上，且遇水膨脹，引起水泥石脹裂，導(dǎo)料與水泥石的界面上，且遇水膨脹，引起水泥石脹裂，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。致粘結(jié)強(qiáng)度降低，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。13 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥二、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)1.凝結(jié)和硬化水泥與水拌和后，熟料礦物水化反應(yīng)，形成各種水化生成

9、物，隨著時間的推移，水泥漿體經(jīng)凝結(jié)硬化而成為具有一定強(qiáng)度的石狀體。石膏的緩凝作用：在水泥顆粒的表面形成一層水化硫鋁酸鈣保護(hù)膜，阻礙水分移動的結(jié)果。布14 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥2硬化水泥石的腐蝕水泥石腐蝕情況有以下幾種：(1)氫氧化鈣Ca(OH)2的溶失a.溶析性侵蝕溶析性侵蝕是指硬化水泥石中的水化物被淡水溶解并帶走的一種侵蝕現(xiàn)象，又稱淡水侵蝕或溶出侵蝕。在水泥石的各種水化物中，Ca(OH)2溶解度最大，在淡水中會首先被溶出。當(dāng)水量不多，或在靜水、無壓水的情況下，水中Ca(OH)2濃度很快達(dá)到飽和程度，溶出作用也就中止。但在大量或流動的水中，水流會不斷地將Ca(OH)2帶走，并繼續(xù)

10、溶出Ca(OH)2。15 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥b.鎂鹽侵蝕在海水、地下水或礦泉水中，常含有較多的鎂鹽，一般以氯化鎂、硫酸鎂形態(tài)存在。鎂鹽與水泥石中的Ca(OH)2起置換作用，生成松軟且膠凝性較低的氫氧化鎂。c.碳酸侵蝕 在工業(yè)污水或地下水中常溶解有較多的二氧化碳C02。C02與水泥石中的Ca(OH)2作用，可生成碳酸鈣，碳酸鈣再與水中的碳酸作用，生成可溶的碳酸氫鈣而溶失。Ca(OH)2的大量溶失，不僅使水泥石的密度和強(qiáng)度降低，而且導(dǎo)致水泥石的堿度降低，隨之將引起水化硅酸鈣(C-S-1f)和水化鋁酸鈣的不斷分解、水泥石內(nèi)部不斷受到破壞，強(qiáng)度不斷降低最終將會引起整個混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞

11、。16 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥 (2)硫酸鹽侵蝕在海水、沼澤水和工業(yè)污水中常常含有硫酸鹽物質(zhì)，如硫酸鈉、硫酸鉀等，這類硫酸鹽首先與水泥石中的Ca(OH)2反映生成水化硫酸鈣，水化硫酸鈣再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石，其體積約為原來的水化鋁酸鈣體積的2 5倍，從而使硬化水泥石中的固相體積增加很多，產(chǎn)生相當(dāng)大的結(jié)晶壓力，造成水泥石開裂甚至毀壞。17 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3)水泥石腐蝕的防止根據(jù)以上分析可知，引起水泥石腐蝕的主要內(nèi)因包括兩個方面：a.根據(jù)腐蝕環(huán)境特點，合理選用水泥品種對可能接觸腐蝕介質(zhì)的混凝土，選用水化物中Ca(OH)2含量少的水泥，以降低Ca(O

12、H)2溶失對水泥石的危害。選用C3A含量低的水泥，降低硅酸鹽類的腐蝕作用。b.提高水泥石的密實程度，降低水泥石的孔隙率改善施工工藝，降低水泥混凝土的拌和用水，提高水泥的密實度。在水泥混凝土表面敷設(shè)一層耐腐蝕性強(qiáng)且不透水的保護(hù)層，以杜絕或減少腐蝕性介質(zhì)滲入水泥石內(nèi)部。18 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥3.影響凝結(jié)硬化的主要因素水泥細(xì)度、拌和用水、養(yǎng)護(hù)時間（齡期）溫度、濕度：溫度高則強(qiáng)度增長快；水的存在是水泥硬化必不可少的條件，一定齡期內(nèi)要保持潮濕狀態(tài)。熟料礦物組成比例石膏摻量：C3A水化極快，會使水泥熟料發(fā)生閃凝現(xiàn)象。適量石膏對水泥熟料起緩凝作用；過多不僅緩凝作用不大，還會引起體積安定性不

13、良。19 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥三 、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求1.物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)(1) 細(xì)度細(xì)度（Fineness）：表示水泥顆粒粗細(xì)程度或水泥分散度的指標(biāo)。影響：對水泥的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、放熱速率和強(qiáng)度都有影響。相同礦物組成的水泥，細(xì)度愈大，凝結(jié)速度愈快，早期強(qiáng)度愈高，需水量減少，但顆粒過細(xì)，硬化時收縮較大易產(chǎn)生裂縫，且粉磨過程中能耗大，水泥成本高。因此，水泥細(xì)度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。20 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥三 、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求(2) 水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度標(biāo)準(zhǔn)稠度為使水泥凝結(jié)時間以及體積安定性等多種性質(zhì)具有可比性，必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿。標(biāo)準(zhǔn)方法

14、為試桿法，距離底板57mm的水泥凈漿為標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿。21 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3) 凝結(jié)時間凝結(jié)時間（setting time）對水泥砼施工有重要的意義，初凝時間太短，將影響砼拌和料的運(yùn)輸澆灌，終凝時間過長，則影響砼工程的工程進(jìn)度。（標(biāo)準(zhǔn)GB175-92）規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45mm，終凝時間不得遲于390mm。測定：標(biāo)準(zhǔn)稠度儀：由加水時起，到試針沉入凈漿距底板23mm時，所需時間為初凝時間，到試針沉入凈漿中不超過0.51.0mm時需時間終凝時間。22 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥初凝、終凝水泥從加水拌和后45分鐘到1小時，水泥的凝膠開始凝結(jié)，這時簡稱初凝；至

15、拌和后12小時，水泥凝膠的形成大致終了，這段時間稱為終凝。但這時所形成的水泥凝膠還處在軟塑狀態(tài)中，還需要等幾小時以后，才能逐漸硬化，變成固體狀態(tài)。一般把水泥拌和后由流動狀態(tài)失去可塑性變?yōu)楣腆w狀態(tài)的這段時間稱為“凝結(jié)過程”，而把以后逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度的時間稱為“硬化過程”。水泥漿在初凝之前具有一定的流動性，在這段時間里宜進(jìn)行運(yùn)輸、澆灌、搗固等工作。自初凝到終凝以前，它的流動性逐漸消失，如再經(jīng)振動，則已凝結(jié)的膠體還能閉合，但自拌和后6小時（即近于終凝時）至8小時，它已喪失流動性，不具備強(qiáng)度，遇有損傷則不能自行閉合，所以不能承受外力，在這段時間內(nèi)必須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保證其強(qiáng)度的穩(wěn)定發(fā)展。為保證混凝土施工中有足夠

16、的操作時間，在水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥的初凝時間，由加水時起不得早于45分鐘。為盡快開始下一步工作，不至于拖延工期，又規(guī)定水泥的終凝時間不得遲于12小時。我國生產(chǎn)的普通水泥，一般初凝為13小時，終凝為58小時。23 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(4) 安定性安定性（soundness）表征水泥硬化后體積變化均勻性的物理性能指標(biāo)稱為水泥的體積安定性。影響因素影響因素主要有：熟料中MgO含量，水泥中SO3含量。實驗室用沸煮法測實驗室用沸煮法測CaOCaO的含量的含量、壓蒸法測壓蒸法測MgOMgO的含量的含量。 24 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥（5）強(qiáng)度（strength）水泥強(qiáng)度是評價水

17、泥質(zhì)量、確定水泥標(biāo)號的重要指標(biāo)，也是水泥混凝土和砂漿配合比設(shè)計的重要參數(shù)。按水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法，測定其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。25 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥a. 水泥的強(qiáng)度等級水泥的強(qiáng)度等級時根據(jù)規(guī)定齡期測定的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來劃分的，各強(qiáng)度等級水泥在各齡期的強(qiáng)度不得低于表4-4規(guī)定的數(shù)值。按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB175-1999）規(guī)定：硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R六種；普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級分為32.5、32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R六種。26 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥b. 水泥的型號根據(jù)3d

18、強(qiáng)度，水泥分為普通型和早強(qiáng)型（或稱R型）兩類。早強(qiáng)型水泥的3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)50%左右，并較同強(qiáng)度等級的普通型水泥3d強(qiáng)度提高10%以上。27 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥通用硅酸鹽水泥在不同齡期強(qiáng)度要求值（GB 175-2007）28 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥2.水泥的化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)（1）有害成分含量水泥中氧化鎂MgO、三氧化硫或堿含量過高時，回對水泥的技術(shù)性能產(chǎn)生不利影響。為了保證水泥使用質(zhì)量，要求這些化合物的含量不得超過規(guī)定的限量。（2）不溶物水泥中的不溶來自原料中的粘土和SiO2，由于煅燒不佳，化學(xué)反應(yīng)不充分而未參與形成熟料礦物，這些物質(zhì)將影響水泥的有效成分含量。（3）燒失

19、量水泥中燒失量的大小，一定程度上反映水泥熟料煅燒質(zhì)量，同時也反映混合材料摻量是否適當(dāng)，以及水泥受潮的情況。三 、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求29 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥3.硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)（GB175-1999）規(guī)定：凡氧化鎂三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合規(guī)范規(guī)定的水泥，均為廢品。廢品水泥在工程中嚴(yán)禁使用。凡細(xì)度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項不符合表4-5中規(guī)定，或混合材料摻加量超過最大限量和強(qiáng)度低于商品強(qiáng)度等級的指標(biāo)時為不合格品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、強(qiáng)度等級、生產(chǎn)者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。30 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥通用硅酸

20、鹽水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)要求（GB 175-2007）31 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥4.硅酸鹽水泥的特性及適用性 硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度較快，耐凍性和耐磨性好，適應(yīng)于早期強(qiáng)度要求高，凝結(jié)速度快，冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程，由于硅酸鹽水泥標(biāo)號較高，主要用于重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。硅酸鹽水泥石中有較多的氫氧化鈣，抗淡水侵蝕和抗化學(xué)腐蝕性較差故硅酸鹽水泥不宜用于經(jīng)常與淡水接觸且有水壓作用的工程，也不宜用于受海水、礦物水作用的工程。當(dāng)受熱溫度為100-250時，水泥石的強(qiáng)度將會有所提高，受熱溫度到250-300時水化物開始脫水，水泥漿體收縮，強(qiáng)度開始下降。故硅酸鹽水泥不

21、適應(yīng)于耐熱要求較高的上程，更不能用作耐熱混凝土。三 、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求32 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥硅酸鹽水泥在水化過程中水化釋熱量較大，不宜用于體積混凝土結(jié)構(gòu)中。33 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥四、道路硅酸鹽水泥道路硅酸鹽水泥是指由道路硅酸鹽水泥熟料、0-10活性混合材料與適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，簡稱道路水泥。1道路水泥礦物組成的要求根據(jù)道路混凝土結(jié)構(gòu)的使用特征，道路水泥必須具備的特性是高抗折強(qiáng)度低干縮性和高耐磨性；在硅酸鹽水泥熟料中，四種主要礦物對這些特性影響程度的排序為：抗折強(qiáng)度： C3SC4AFC3A干縮性： C3AC3SC4AFC2S耐磨性： C3SC

22、4AFC3A34 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥為了保證道路水泥的強(qiáng)度、干縮性和耐磨性的要求其礦物組成應(yīng)具有高鐵低鋁的特點。在現(xiàn)行國標(biāo)GB13693-2005道路硅酸鹽水泥中對道路水泥熟料礦物含量作出了規(guī)定。35 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥2技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)化學(xué)品質(zhì)要求f-CaO：水化活性低，往往在水泥的其它礦物成分凝結(jié)硬化后才進(jìn)行水化：該反應(yīng)使固相體積膨脹近倍，會在已硬化的水泥石中產(chǎn)生不均勻的體積變化，引起水泥石開裂，甚至疏松、潰散，對于道路混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響極大。三氧化硫、氧化鎂及堿也是道路硅酸鹽水泥中的有害成分，應(yīng)當(dāng)限制其含量。36 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥

23、(2)物理力學(xué)性質(zhì)要求干縮性影響水泥干縮性的主要因素是水泥的礦物成分及水泥的細(xì)度。在水泥熟料中以C3A干縮性最大，它會加快水泥硬化時體積的收縮過程。以C4AF的收縮量最小，其抗裂性也最好。水泥細(xì)度增大，水化充分，強(qiáng)度提高。但是為維持施工和易性，需要加入更多的水，導(dǎo)致硬化水泥石中殘余水分增加，此水分蒸發(fā)后使水泥石內(nèi)部孔隙增多，加大了水泥石的干縮程度。37 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥耐磨性由于車輛交通和行人來往，使路面受到磨耗作用，水泥的耐磨性直接影響路面的使用質(zhì)量和使用壽命，增加水泥中C4AF，減少C3A含量，可以提高水泥的耐磨性、抗沖擊性及各類強(qiáng)度。一般而言，水泥抗壓強(qiáng)度提高時，其密度

24、增大表面硬度提高，耐磨性也得以提高。強(qiáng)度根據(jù)3d和28d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度將道路硅酸鹽水泥分為425、525和625三個標(biāo)號，各標(biāo)號道路水泥的強(qiáng)度不得低于表4-7規(guī)定的數(shù)值。對道路水泥還有細(xì)度、凝結(jié)時間、安定性等技術(shù)指標(biāo)的要求。38 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)道路硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足GB13693-2005道路硅酸鹽水泥中的規(guī)定，凡游離氧化鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣含量不滿足GB13693-2005道路硅酸鹽水泥的要求，干縮性和耐磨性不符合表4-8中的規(guī)定時，稱為不合格品。39 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥3道路水泥的特點和工程應(yīng)用道路硅酸鹽水泥是種專用水泥，

25、有偏高的C3S和C4AF含量及較低的C3A含量，這樣就提高了水泥強(qiáng)度，特別是抗折強(qiáng)度。高C4AF及低C3A含量可以使水泥具有耐磨性好、干縮性小、抗沖擊性好、抗凍性和抗硫酸鹽性較好的特點還可以減少水泥混凝土的裂縫和磨損等病害，減少工程維修，延長混凝土的使用年限。因此道路水泥特別適用于道路路面、機(jī)場跑道道面，城市廣場鋪面等工程。40 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第二節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水泥一、水泥混合材料及其特性1、非活性混合材料磨細(xì)石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣等屬于非活性混合材料，它們與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小。摻加的目的是提高水泥產(chǎn)量、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號、降低水泥水化熱、改善新拌

26、合混凝土工作性。41 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥一、水泥混合材料及其特性2、活性混合材料活性混合材料是一種礦物材料，磨細(xì)的活性混合材料本身不具備水硬性，但與水泥或石灰（或石灰和石膏）拌和在一起，加水后既能在水中硬化又能在空氣中硬化。常用的水泥活性混合材料有：（1）?；郀t礦渣煉鐵高爐熔渣水冷后得到的多孔、粒狀疏松顆粒。（2）火山灰質(zhì)混合材料以二氧化硅及氧化鋁為主的礦物質(zhì)原料。（3）粉煤灰氧化鈣對其活性極為有利，根據(jù)CaO含量的高低可分為低鈣粉煤灰（小于10）、高鈣粉煤灰（大于15）。42 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥二、摻混合材料水泥品種及其技術(shù)性質(zhì)1.摻混合材料水泥品種(1)礦

27、渣硅酸鹽水泥，簡稱礦渣水泥，代號PS由硅酸鹽水泥、2070(按水泥質(zhì)量計)的?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。允許用石灰、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中一種材料代替礦渣，代替數(shù)量不得超過水泥質(zhì)量的8%，代替后水泥中粒化高爐渣不得少于20。(2)火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，簡稱火山灰質(zhì)水泥，代號PP由硅酸鹽水泥熟料，20-50(按水泥質(zhì)量計)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。43 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3)粉煤灰硅酸鹽水泥，簡稱粉煤灰水泥，代號PF由硅酸鹽水泥熟料、20-40(按水泥質(zhì)量計)粉煤灰與適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。以上三種水泥均為摻混合材

28、料的硅酸鹽水泥，在這類水泥中，石膏既要起調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的作用，又要起硫酸鹽激發(fā)劑的作用，所以，石膏摻量一般比普通磚酸鹽水泥稍多。44 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥2摻混合材料硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化特征(1)活性混合材料的凝結(jié)硬化原理火山灰反應(yīng)：礦渣水泥與水拌和后，首先是硅酸鹽熟料礦物水化，水化物氫氧化鈣與所摻入的石膏分別作為礦渣的堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑，與礦渣中的活性SiO2和AL2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不定形水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物。隨著水化反應(yīng)的深入，水泥漿體逐漸失去塑性獲得強(qiáng)度?；鹕交屹|(zhì)水泥和粉煤灰水泥的水化與凝結(jié)硬化過程同礦渣水泥基本相似。45 第四章第四章 石灰與水泥石

29、灰與水泥(2)混合材料對水泥性質(zhì)的影響 水化速度慢：早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度發(fā)展將超過同標(biāo)號硅酸鹽水泥。在摻混合材料中，水泥熟料礦物明顯減少，尤其是C3S、C3A的減少，使水泥水化和凝結(jié)速度變慢，而混合材料中的SiO2和AL2O3與Ca(OH)2溶液的反應(yīng)速度較為緩慢。所以摻混合材料水泥的早期強(qiáng)度較低?！盎鹕交曳磻?yīng)”過程對溫度和濕度條件比較敏感，當(dāng)溫度較高時，反應(yīng)速度較快。因此摻混合材料水泥一般都宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。在蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下，它們不但強(qiáng)度增長快，并且不影響后期強(qiáng)度的增長。 46 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥化學(xué)穩(wěn)定性較高：抗腐蝕（淡水、硫酸鹽）由于在“火山灰反應(yīng)”中消耗掉一部分Ca(OH

30、)2，使水泥石中Ca(OH)2相對含量減少。二次反應(yīng)的生成物(如無定型水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣)的堿度較低，較為穩(wěn)定，抗淡水腐蝕及抗硫酸鹽腐蝕性提高。但是如果所摻的混合材料為粘土質(zhì)火山灰質(zhì)材料，由于其水化產(chǎn)物中水化鋁酸鈣含量較大，因而不利于水泥石的抗硫酸鹽腐蝕。47 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥水化熱低：適應(yīng)大體積工程在摻混合材料的水泥中，C3S和C3A相對含量減少，水化速度低，單位時間所釋放水化熱低于硅酸鹽水泥?？箖鲂圆钤诘蜏貤l件下，火山灰反應(yīng)緩慢甚至停止。所以在低溫(10)以下需要強(qiáng)度迅速發(fā)展的工程結(jié)構(gòu)中，應(yīng)對水泥混凝土采用加熱保溫措施，否則不宜使用。48 第四章第四章 石灰與水泥石灰

31、與水泥三、摻混合硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)1摻混合材料硅酸鹽水泥的技術(shù)指標(biāo)摻混合材料水泥的技術(shù)指標(biāo)要求與硅酸鹽水泥基本相同。礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥和粉煤灰水泥的強(qiáng)度等級分為32.5、325R、425、425R、525和525R六個等級，各強(qiáng)度等級的水泥在各齡期時的強(qiáng)度不得低于表4-11中的數(shù)值。49 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥通用硅酸鹽水泥在不同齡期強(qiáng)度要求值（GB 175-2007）50 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥2摻混合材料硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥、粉煤灰水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表4-12。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 1344-1999)規(guī)定：凡氧化鎂、三氧化硫、初凝

32、時間、安定性指標(biāo)中的任一項不符合表4-12規(guī)定的水泥，均為廢品。凡細(xì)度、終凝時間中的任一項不符合表4-12中規(guī)定，或混合材料摻加量超過最大限量和強(qiáng)度低于商品強(qiáng)度等級要求時為不合格品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種，強(qiáng)度等級、生產(chǎn)者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。51 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥52 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥 3摻混合材料硅酸鹽水泥的適用性(1)礦渣酸鹽水泥不宜用于有早強(qiáng)要求的工程不宜用于無加熱保溫措施的低溫條件下施工的工程有較高的化學(xué)穩(wěn)定性適應(yīng)于大體積工程適于制作受熱構(gòu)件(溫度不高于200)。53 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥?；郀t礦渣有尖銳的棱角，達(dá)到標(biāo)

33、準(zhǔn)稠度時需水量較大，且其保水能力較差，成型后大量泌水，這將在水泥石中形成眾多的毛細(xì)孔通道或粗大孔隙，而且干縮性較大，如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)易產(chǎn)生裂紋。因此礦渣水泥在干濕循環(huán)部位的抗凍性、抗?jié)B性等均不及普通水泥。54 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(2)火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥的強(qiáng)度增長特點同礦渣水泥。在干燥環(huán)境中，水化反應(yīng)會中止，且容易產(chǎn)生裂縫，所以在施工中應(yīng)注意灑水養(yǎng)護(hù)。這種水泥宜用于水中及地下混凝土工程，不宜用于干燥地區(qū)和高溫結(jié)構(gòu)中。又因其水化熱較低，宜用于大體積工程。55 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(3)粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰水泥的凝結(jié)硬化過程與火山灰質(zhì)水泥極為相似。但是由于

34、粉煤灰的化學(xué)組成及礦物結(jié)構(gòu)與其它火山灰質(zhì)混合材料有所不同，因此構(gòu)成了粉煤灰水泥的特點。粉煤灰呈球狀顆粒，表面致密，內(nèi)比表面積較小，不易水化，粉煤灰活性的發(fā)揮主要在后期。所以這種水泥的早期強(qiáng)度發(fā)展比礦渣水泥和火山灰質(zhì)水泥更低，但后期可以趕上。由于粉煤灰表面致密，吸水能力弱，與其它摻混合材料的水泥比較，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較小，干縮性也小，因而早期干縮所引起的裂紋較少。粉煤灰的適用范圍與上述兩種摻混合材料水泥相似，可以用于一般水泥混凝土工程，而且更適用于大體積水工建筑及水中結(jié)構(gòu)和海港工程。56 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥，火山灰質(zhì)磚酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽

35、水泥是目前土建工程中應(yīng)用最廣的品種，統(tǒng)稱五大品種水泥。表4-13匯總了這五種水泥的技術(shù)特性和適用性。57 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥58 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥高鋁水泥（舊稱礬土水泥）是鋁酸鹽水泥的主要品種。它是以石灰石和礬土為主要原料，經(jīng)配置稱適當(dāng)成分的生料，經(jīng)熔融或燒結(jié)，所得的以鋁酸一鈣為主要礦物的熔塊或熟料，再經(jīng)磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料。第三節(jié) 其它水泥一、高鋁水泥59 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第三節(jié) 其它水泥二、快硬水泥1.快硬硅酸鹽水泥快硬硅酸鹽水泥是以適當(dāng)組成的硅酸鹽水泥熟料為基礎(chǔ)，加入適量石膏，磨細(xì)而成的一種水硬性凝膠材料，它具有硬化快、早期強(qiáng)度高的

36、特點。2.快硬快凝硅酸鹽水泥快硬快凝硅酸鹽水泥又稱雙快水泥，它是以硅酸三鈣、氟鋁酸鈣為主的熟料，與適量石膏、?；郀t礦渣等共同磨細(xì)而成的一種凝結(jié)快、小時強(qiáng)度增長快的水硬性膠凝材料。60 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥3.早強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥是把適當(dāng)成分的生料煅燒后得到的以無水硫鋁酸鈣和-型硅酸二鈣為主要成分的熟料，加入適量的石膏，并磨細(xì)制成的早期強(qiáng)度高的水硬性較凝材料，簡稱早強(qiáng)水泥。61 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥三、膨脹水泥與自應(yīng)力水泥膨脹水泥是在硬化過程中體積發(fā)生膨脹的水泥。自應(yīng)力水泥是所配制混凝土膨脹變形穩(wěn)定后的自應(yīng)力不小于2MPa的膨脹水泥。1.硅酸鹽膨脹水泥2.鋁

37、酸鹽自應(yīng)力水泥3.鋁酸鹽膨脹水泥62 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥四、白色及彩色硅酸鹽水泥白色硅酸鹽水泥簡稱白色水泥，是采用含極少量著色物質(zhì)（如氧化鐵等）的原料，如純凈的高嶺土等，在較高的溫度下煅燒成熟料，然后加入適量石膏磨細(xì)而成。彩色硅酸鹽水泥簡稱彩色水泥，按生產(chǎn)方式分兩大類：一類是在白色水泥的生料中加入少量金屬氧化物直接燒成彩色水泥熟料，然后再加入適量石膏磨細(xì)而成；另一類是將白色水泥熟料、石膏和顏料（如氧化鐵等）共同粉磨而成。63 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥第四節(jié)第四節(jié) 石灰石灰 石灰石灰是一種氣硬性膠凝材料，它是將碳酸鈣為主要成分的材料（主要為石灰石）經(jīng)過適當(dāng)?shù)娜紵?，盡可能

38、排出CO2得到的產(chǎn)品，主要成份是CaO，是一種多孔結(jié)構(gòu)材料。一、石灰的化學(xué)組成及其特性1.石灰的化學(xué)組成與分類生產(chǎn)石灰的主要原料是以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，如石灰石，白云石、白堊、貝殼等。石灰原料經(jīng)過900-1 300的高溫煅燒，碳酸鈣分解釋放出二氧化碳CO2，得到的以氧化鈣CaO為主要成分的生石灰。64 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥根據(jù)石灰加工方法的不同，可將石灰成品分為：（1）塊狀生石灰：原材料燃燒成的原產(chǎn)品，主要成份CaO；（2）生石灰粉：由塊狀生石灰磨細(xì)得到的細(xì)粉，主要成份CaO；（3）消石灰（熟石灰）生石灰用適量水消化得到的粉末Ca（OH）2；（4）石灰漿：生石灰加多量的水

39、，消化可得到可塑性漿體，石灰膏，主要成份是Ca（OH）2和水。65 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥1.石灰的消化與硬化過程（1）石灰的消化塊狀生石灰與水相遇，即迅速水化、崩解成高度分散的Ca（OH）2細(xì)粒，并放出大量的熱，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱水化或熟化。經(jīng)“消化”后的石灰稱為“消石灰”。66 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥石灰消化過程特點：a.水化反應(yīng)進(jìn)行速度快，放熱量大；b.消化時體積急劇膨脹，成分較純、煅燒適宜的塊狀生石灰，經(jīng)消化成石灰粉后，體積可增大1-2.5倍。石灰在燒制過程中由于尺寸過大，或窯內(nèi)溫度不均等原因，便得石灰中含有未燒透的內(nèi)核，稱為“欠火石灰欠火石灰”。

40、另一種情況是過火而形成的“過火石灰過火石灰”。 欠火石灰經(jīng)消解后，未消化殘渣含量較高，在使用時缺乏粘結(jié)力。過火石灰消化緩慢，用于建筑物中仍能繼續(xù)消化，以致引起體積膨脹，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫等破壞現(xiàn)象，危害極大。為了降低“過火石灰”危害，石灰消解后，應(yīng)將其在水中繼續(xù)“陳伏”15d以上。67 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥將塊狀生石灰研磨成粉狀，得到的磨細(xì)生石灰在適宜的水灰比和消化溫度下，可以控制其體積膨脹。同時也可提高過火石灰的利用率、消除“過火石灰”的體積不安定的危害。68 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥（2）石灰的硬化消石灰漿在使用的過程中，因游離水分逐漸蒸發(fā)，或為附著基面所吸收，漿體中的氫

41、氧化鈣溶液過飽和而結(jié)晶析出，產(chǎn)生“結(jié)晶強(qiáng)度”，并具有膠結(jié)性。消石灰漿體中的Ca（OH）2與空氣中的CO2作用，生成不溶于水的碳酸鈣晶體，析出的水分逐漸被蒸發(fā)，這個過程稱為碳化或碳酸化，形成的碳酸鈣晶體，使硬化石灰漿體結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度提高。由于空氣中的CO2含量較少，碳化作用主要發(fā)生在石灰漿體與空氣接觸的表面上，表面上生成的CaCO3膜層會阻礙CO2的進(jìn)一步滲入，同時也阻礙內(nèi)部水分的蒸發(fā)，使Ca（OH）2的結(jié)晶作用也進(jìn)行得比較緩慢。所以在相當(dāng)長的時間里，石灰漿體仍然處于表層為CaCO3、內(nèi)部為Ca（OH）2的狀態(tài)，其硬化是一個相當(dāng)緩慢的過程。69 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥1. 石灰的技術(shù)

42、性質(zhì)(1)石灰的化學(xué)品質(zhì)石灰中產(chǎn)生粘結(jié)性的有效成分是活性氧化鈣f-CaO和氧化鎂f-MgO，它們的含量是評價石灰質(zhì)量的主要指標(biāo)。生石灰在空氣中存放時間過長，會吸收水分而消化成消石灰粉。再與空氣中的CO2作用形成失去膠凝作用的CaCO3粉末將降低石灰的使用質(zhì)量。石灰中的CO2含量反映了石灰中“欠火石灰”數(shù)量，CO2含量越高，表示石灰中末完全分解的碳酸鈣比例越高，將影響石灰的膠結(jié)性能。二、石灰的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求70 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥(2)石灰的物理性質(zhì)對建筑石灰或路用石灰的質(zhì)量要求主要有以下幾項：未消化殘渣含量末消化殘渣含量綜合反映石灰中的“過火石灰”和“欠火石灰”數(shù)量，是將生石灰按標(biāo)準(zhǔn)方法消化后，過篩后存留在5mm圓孔篩上殘渣占試樣的百分率。 二、石灰的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求71 第四章第四章 石灰與水泥石灰與水泥細(xì)度細(xì)度與石灰的活性有關(guān)，石灰越細(xì)石灰的活性越大。石灰粉中較大的顆粒包括：未消化的“過燒”石灰顆粒，含有大量鈣鹽的石灰顆粒以及“欠火石