建筑工程概論第五講

建筑工程概論第五講第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日1、水泥的起源與發(fā)明：

水泥是一種水硬性膠凝材料。水泥起源于膠凝材料，是在膠凝材料的發(fā)展過程中逐漸演進(jìn)和發(fā)明的。第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日

2、分類：

氣硬性膠凝材料：水硬性膠凝材料：拌水后既能在空氣中硬化又能在水中硬化拌水后只能在空氣中硬化不能在水中硬化有機(jī)膠凝材料：無機(jī)膠凝材料：如：瀝青、各種樹脂如：石灰、石膏如：水泥第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥的發(fā)明19世紀(jì)初（1810~1824年），用人工配合粘土與石灰石經(jīng)煅燒、磨細(xì)以制造水硬性膠凝材料已經(jīng)開始組織生產(chǎn)。1824年，英國人阿斯普丁將粘土與石灰石配合燒制成塊（熟料），再經(jīng)磨細(xì)而成水硬性膠凝材料，加水拌和后能硬化制成人工石，并具有較高強(qiáng)度，其外觀與當(dāng)時(shí)建筑上常用的英國波特蘭島上出產(chǎn)的巖石相似，故稱之為“波特蘭水泥”（PortlandCement)，并于1824年10月21日首先獲得該產(chǎn)品的專利權(quán)。第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥的定義和分類水泥是一種細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的水硬性膠凝材料。按用途和性能分類用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等具有專門用途水泥，如中、低熱水泥，道路水泥等具有某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日按其化學(xué)成分類雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產(chǎn)量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、硅酸鹽水泥

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％的石灰石或?；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（國外統(tǒng)稱為波特蘭水泥）。

第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（一）硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)原料

主要是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料兩類。石灰質(zhì)原料：如石灰石、白堊等，主要提供CaO粘土質(zhì)原料：如粘土、粘土質(zhì)頁巖等，主要提供SiO2、

Al2O3、Fe2O3

有時(shí)兩種原料化學(xué)組成不能滿足要求，還要加入少量校正原料(如鐵礦粉等)調(diào)整。第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日生產(chǎn)工藝概述硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝可概括為三個(gè)階段：生料制備：以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料（有時(shí)需加入校正原料），將其按一定比例配合、磨細(xì)，制得具有適當(dāng)化學(xué)成分、質(zhì)量均勻的生料。熟料煅燒：將生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)1450℃高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。水泥粉磨：將熟料加適量石膏和0～5％的石灰石或?；郀t礦渣共同磨細(xì)得到硅酸鹽水泥。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：中國的水泥工業(yè)概況

第一個(gè)水泥廠———唐山細(xì)棉土廠（后改組為啟新洋灰公司，現(xiàn)為啟新水泥廠）1889年建于河北省唐山，并于1892年建成投產(chǎn)。之后，又相繼建成了大連、上海、中國、廣州等水泥廠。據(jù)英文“Cement”的音譯據(jù)其和水后成泥狀物的特性水泥的名稱：細(xì)棉土士敏土水門汀洋灰水泥第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝石灰質(zhì)原料CaO黏土質(zhì)原料SiO2、Al2O3、

Fe2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或?；V渣按比例混合磨細(xì)煅燒1450℃水泥磨細(xì)“兩磨一燒”第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日（二）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

生料SiO2CaO化合反應(yīng)800～1450℃800℃左右分解反應(yīng)Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日（三）硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化水化

水泥加水拌和后，水泥顆粒立即分散于水中并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物。

硅酸三鈣 水化硅酸鈣氫氧化鈣

硅酸二鈣 水化硅酸鈣氫氧化鈣

鋁酸三鈣水化鋁酸鈣鐵鋁酸四鈣水化鋁酸鈣 水化鐵酸鈣第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣，也稱為鈣礬石晶體：水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應(yīng)后，主要水化產(chǎn)物為：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等。

第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日凝結(jié)硬化隨著時(shí)間的推延，水泥漿逐漸失去塑性，形成具有一定強(qiáng)度的石狀體，這個(gè)過程叫水泥的凝結(jié)硬化。

硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化可簡述如下：水泥＋水→具有流動(dòng)性、可塑性漿體→失去可塑性——凝結(jié)隨后水泥漿體開始產(chǎn)生強(qiáng)度，→堅(jiān)硬的水泥石——硬化水化第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日

水泥加水拌合后的水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結(jié)構(gòu)。此時(shí)，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日

隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，加之水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強(qiáng)度的水泥石，從而進(jìn)入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進(jìn)一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強(qiáng)度不斷發(fā)展。水泥的硬化期可以延續(xù)至很長時(shí)間，但28天基本表現(xiàn)出大部分強(qiáng)度。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（四）水泥的技術(shù)性質(zhì)細(xì)度細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。一般情況下，水泥顆粒越細(xì)，其總表面積越大，與水反應(yīng)時(shí)接觸的面積也越大，水化反應(yīng)速度就越快，所以相同礦物組成的水泥，細(xì)度越大，凝結(jié)硬化速度越快，早期強(qiáng)度越高。一般認(rèn)為，水泥顆粒粒徑小于40μm時(shí)才具有較大的活性。但水泥顆粒太細(xì)，使混凝土發(fā)生裂縫的可能性增加，此外，水泥顆粒細(xì)度提高會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。

第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥全部加入水中開始失去可塑性完全失去可塑性初凝時(shí)間終凝時(shí)間凝結(jié)時(shí)間

水泥從加水時(shí)至水泥漿失去可塑性所需的時(shí)間。凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間：從水泥加水至水泥漿開始失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間；終凝時(shí)間：從水泥加水至水泥漿完全失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間。第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥的初凝時(shí)間不宜過短，終凝時(shí)間不宜過長。水泥的初凝時(shí)間太短，則在施工前即已失去流動(dòng)性和可塑性而無法施工；水泥的終凝時(shí)間過長，則將延長施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期。我國現(xiàn)行國標(biāo)(GB175-1999)規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于6.5h。普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥的體積安定性水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻程度。如果這種體積變化是輕微的均勻的，則對(duì)建筑物的質(zhì)量沒什么影響，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生了劇烈的、不均勻的體積變化，則會(huì)在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生破壞應(yīng)力，導(dǎo)致建筑物的強(qiáng)度降低。若破壞應(yīng)力發(fā)展到超過建筑物的強(qiáng)度，則會(huì)引起建筑物開裂、崩塌等嚴(yán)重質(zhì)量事故，這種現(xiàn)象稱為水泥的體積安定性不良。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日強(qiáng)度水泥技術(shù)要求中最基本的指標(biāo)，它直接反映了水泥的質(zhì)量水平和使用價(jià)值。水泥的強(qiáng)度越高，其膠結(jié)能力也越大。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度主要取決于熟料的礦物組成和水泥的細(xì)度，此外還與水灰比、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、養(yǎng)護(hù)齡期等因素有關(guān)。

第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB17671－1999）規(guī)定：將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂及水按規(guī)定的比例（水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂：水＝1：3：0.5），用規(guī)定方法制成40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（24h之內(nèi)在溫度20℃±1℃，相對(duì)濕度不低于90％的養(yǎng)護(hù)箱或霧室內(nèi)，24h后在20℃±1℃的水中）下養(yǎng)護(hù)，測定其3d和28d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。相對(duì)濕度：空氣中實(shí)際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值。第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥強(qiáng)度等級(jí)按規(guī)定齡期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來劃分，硅酸鹽水泥各齡期強(qiáng)度不低于規(guī)定數(shù)值。在規(guī)定各齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均符合某一強(qiáng)度等級(jí)的最低強(qiáng)度值要求時(shí)，以28d抗壓強(qiáng)度值（MPa）作為強(qiáng)度等級(jí)，硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥型號(hào)為提高水泥早期強(qiáng)度，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)將水泥分為普通型和早強(qiáng)型（或稱R型）兩個(gè)型號(hào)。早強(qiáng)型水泥3d的抗壓強(qiáng)度較同強(qiáng)度等級(jí)的普通型強(qiáng)度提高10%～24%；早強(qiáng)型水泥的3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)28d抗壓強(qiáng)度的50%。

第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（GB175－1999）水泥混凝土路面用水泥，在供應(yīng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量優(yōu)先選用早強(qiáng)型水泥，以縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，提早通車。品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（GB175－1999）水泥混凝土路面用水泥，在供應(yīng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量優(yōu)先選用早強(qiáng)型水泥，以縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，提早通車。品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（六）硅酸鹽水泥石的腐蝕與防止硅酸鹽水泥硬化后形成的水泥石，在正常環(huán)境條件下將繼續(xù)硬化，強(qiáng)度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣體的長期作用下，水泥石就會(huì)受到不同程度的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水泥石強(qiáng)度明顯降低甚至完全破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日水泥石腐蝕的基本原因內(nèi)因：水泥石中存在有引起腐蝕的組成成分氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥石本身不密實(shí)，有很多毛細(xì)孔通道，侵蝕性介質(zhì)易進(jìn)入其內(nèi)部；外因：外界存在腐蝕性介質(zhì)和條件。第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝石灰質(zhì)原料CaO黏土質(zhì)原料SiO2、Al2O3、

Fe2O3校正原料生料熟料石膏石灰石或?；V渣按比例混合磨細(xì)煅燒1450℃水泥磨細(xì)“兩磨一燒”第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

生料SiO2CaO化合反應(yīng)800～1450℃800℃左右分解反應(yīng)Al2O3Fe2O32CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日溫故知新1、水泥的生產(chǎn)工藝2、水泥的技術(shù)性質(zhì)：細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性、強(qiáng)度第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日硅酸鹽水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（GB175－1999）比如：水泥混凝土路面用水泥，在供應(yīng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量優(yōu)先選用早強(qiáng)型水泥，以縮短混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，提早通車。品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日（七）硅酸鹽水泥的特性與應(yīng)用凝結(jié)硬化快，早期及后期強(qiáng)度均高。適用于有早強(qiáng)要求的工程（如冬季施工、預(yù)制、現(xiàn)澆等工程），高強(qiáng)度混凝土工程（如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）?？箖鲂院?。適用于抗凍性要求高的工程。水化熱高。不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。耐腐蝕性差。因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。不宜用于流動(dòng)的淡水接觸及有水壓作用的工程，也不適用于受海水、礦物水等作用的工程。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對(duì)鋼筋的保護(hù)作用較強(qiáng)。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。耐磨性好。適用于高速公路、道路和地面工程。第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日（八）硅酸鹽水泥的儲(chǔ)存與運(yùn)輸硅酸鹽水泥在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，應(yīng)按不同品種、不同強(qiáng)度等級(jí)及出廠日期分別儲(chǔ)運(yùn)，不得混雜。要注意防潮、防水。水泥的有效儲(chǔ)存期是3個(gè)月。一般水泥在儲(chǔ)存3個(gè)月后，強(qiáng)度降低約10％～20％，6個(gè)月后降低15％～30％。存放超過3個(gè)月的水泥必須經(jīng)過檢驗(yàn)后才能使用。第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、摻混合材料的硅酸鹽水泥為改善硅酸鹽水泥的某些性能，同時(shí)達(dá)到增加產(chǎn)量和降低成本的目的，在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定數(shù)量的混合材料和適量石膏共同磨細(xì)的水硬性膠凝材料，稱為摻混合材料的硅酸鹽水泥?？煞譃槠胀ü杷猁}水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥及復(fù)合硅酸鹽水泥。第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（一）普通硅酸鹽水泥

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），代號(hào)P·O。水泥中混合材料摻量按質(zhì)量百分比計(jì)，摻活性混合材料時(shí)，最大摻量不得超過15%，其中允許用不超過水泥質(zhì)量5％的窯灰或不超過水泥質(zhì)量10%的非活性混合材料來代替。摻非活性混合材料時(shí)，最大摻量不得超過水泥質(zhì)量10%。第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（GB175－1999）

品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸鹽水泥32.532.5R11.016.032.532.52.53.55.55.542.542.5R16.021.042.542.53.54.06.56.552.552.5R22.026.052.552.54.05.07.07.0第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日由于混合材料的摻量較少，所以普通硅酸鹽水泥的性質(zhì)與硅酸鹽水泥基本相同，略有差異，主要表現(xiàn)為：1.早期強(qiáng)度略低；2.耐腐蝕性略有提高；3.耐熱性稍好；4.水化熱略低；5.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低。第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日（二）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礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥，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，代號(hào)P·S。水泥中?；郀t礦渣摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20％～70％。允許石灰石、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)量不得超過水泥質(zhì)量的8％，代替后水泥中?；郀t礦渣不得少于20％第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥，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，代號(hào)P·P。水泥中火山灰質(zhì)混合材料摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20％～50％；粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥，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，代號(hào)P·F。水泥中粉煤灰摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20％～40％。

第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日這三種水泥強(qiáng)度等級(jí)分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)(GB1344—1999)強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.