土木工程材料教案7

《土木工程材料》教案

第三章黑龍江工程學院土木工程系孫凌第三章水泥3.1常用水泥3.2其它品種水泥主要內(nèi)容：常用（硅酸鹽）水泥的生產(chǎn)工藝常用（硅酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素重點內(nèi)容：硅酸鹽水泥礦物成分特點硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化難點：硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化要求：掌握硅酸鹽水泥的礦物成分特點掌握硅酸鹽水泥凝結(jié)和硬化參考資料：《土木工程材料》陳志源《道路建筑材料》嚴家伋《道路建筑材料》孫凌《公路工程水泥和水泥混凝土試驗規(guī)程》《道路建筑材料》集中訓練試驗補充教材《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》技術(shù)標準GB175-19993.水泥水泥是一種水硬性膠凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。

在道路與橋梁工程中通常應用的水泥有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥等五大品種水泥。3.1常用水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料，０～５％石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（即國外通稱的波特蘭水泥）。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅰ；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過質(zhì)量５％石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號Ｐ·Ⅱ。普通硅酸鹽水泥Ｐ·Ｏ礦渣硅酸鹽水泥Ｐ·Ｓ火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰硅酸鹽水泥Ｐ·Ｆ復合硅酸鹽水泥Ｐ·Ｃ常用水泥的生產(chǎn)１.硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料原料：１）石灰質(zhì)原料主要提供ＣａＯ，２）粘土質(zhì)原料主要提供Ａｌ２Ｏ３

以及Ｆｅ２Ｏ３。3）校正原料補充兩種原料中所缺少的鐵。２.硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述1)把幾種原材料按適當比例配合在磨機中磨成生料；2)將制備好的生料入窯進行煅燒，至１４５０℃左右生成以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥“熟料”；3)為調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)速度，在燒成的熟料中加入質(zhì)量３％左右的石膏共同磨細，即為硅酸鹽水泥。因此，硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概括起來為“兩磨一燒”。3.1.2常用水泥的特性１．硅酸鹽水泥的主要礦物組成硅酸鹽水泥的主要礦物組成是：硅酸三鈣３ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡式為Ｃ３Ｓ，硅酸二鈣２ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡式為Ｃ２Ｓ，鋁酸三鈣３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，簡式為Ｃ３Ａ，鐵鋁酸四鈣４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，簡式為Ｃ４ＡＦ，2．硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較硅酸鹽水泥熟料中這四種礦物組成的特性是：１）反應速度Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ較快，Ｃ４ＡＦ也較快，Ｃ２Ｓ最慢；２）釋熱量Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ較大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最小；３）強度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增長率較大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ為水泥強度主要來源。Ｃ３Ａ強度不高，Ｃ４ＡＦ含量對抗折強度有利；

４）耐化學侵蝕性Ｃ４ＡＦ最優(yōu)，其次為Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差；５）干縮性Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，Ｃ３Ｓ居中，Ｃ３Ａ最大。硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性礦物組成硅酸三鈣C3S硅酸二鈣C2S鋁酸三鈣C3A鐵鋁酸四鈣C4AF與水反應速度中慢快中水化熱中低高中對強度的作用早期良差良良后期良優(yōu)中中耐化學侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小３．礦物組成對水泥性能的影響以上是單個礦物組成的性能，水泥是幾種熟料礦物的混合物，改變熟料礦物成分間的比例，水泥的性質(zhì)即發(fā)生相應的變化。例如提高硅酸三鈣的含量，可以制得高強水泥；又如降低鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量，提高硅酸二鈣含量，可制得水化熱低的水泥，如大壩用水泥；提高鐵鋁酸四鈣含量，可獲得抗折強度較高的水泥，如道路水泥。

4．硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化（１）硅酸鹽水泥的水化水泥顆粒與水接觸，水泥熟料礦物即與水發(fā)生水化反應，生成水化產(chǎn)物并放出一定熱量水泥的水化主要是四種礦物成分的水化：１）硅酸三鈣２）硅酸二鈣３）鋁酸三鈣４）鐵鋁酸四鈣

２）硅酸二鈣1）硅酸三鈣４）鐵鋁酸四鈣３）鋁酸三鈣為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度，在磨細水泥時，摻人適量石膏，水化鋁酸鈣與石膏反應生成三硫型水化硫鋁酸鈣，亦稱鈣礬石。當石育消耗完畢后，水泥中尚未水化的鋁酸三鈣與鈣礬石反應生成單硫型的水化硫鋁酸鈣。反應式如下：

三硫型水化硫鋁酸鈣（即鈣礬石）是難溶于水的穩(wěn)定的針狀結(jié)晶體，它在生成結(jié)晶體時體積大大膨脹。因此，水泥中加入石膏數(shù)量不可過多，防止水泥凝結(jié)硬化過程中硫鋁酸鈣超過限制，產(chǎn)生體積變化不均勻。尤其是形成水泥構(gòu)件后，還繼續(xù)水化，其危害更大。（２）硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化大致可劃分為以下四個階段：第Ⅰ階段為初始反應期（誘導前期）第Ⅱ階段為潛伏期（誘導期）第Ⅲ階段為凝結(jié)期（凝結(jié)期）第Ⅳ階段為硬化期（硬化期）水泥水化放熱曲線3.1.3影響常用水泥性能的主要因素１）水泥組成成分的影響２）水泥細度的影響３）溫度與濕度的影響４）水泥強度與齡期的關(guān)系5）拌和用水量的影響6）貯存條件的影響此外，水泥礦物成分的含量、水泥顆粒細度等，對水泥的凝結(jié)硬化以及強度，都有一定的影啊。思考題：１.水泥磨細裳過程中加劇入石膏的喪目的是什導么？２.水泥四種賓礦物成分昆的特性是溫什么？３.影愈響水泥足凝結(jié)硬塘化的因岔素有哪競些？主要內(nèi)交容：硅六酸鹽水缺泥的技傭術(shù)性質(zhì)硅酸鹽翁水泥的隔技術(shù)標飾準常用水危泥的選圈用其它品餅種水泥重點內(nèi)住容：硅凈酸鹽水耍泥的技供術(shù)性質(zhì)硅酸鹽改水泥的功技術(shù)標青準難怪點最：硅酸尚鹽水泥板的強度桿檢驗方乳法及評王定要榆求：掌恒握硅酸鹽源水泥的技壟術(shù)性質(zhì)掌握硅酸尸鹽水泥的挑技術(shù)標準參考資料更：《土木宇工程材料梅》陳志源《道路艦建筑材羞料》嚴籮家伋《道路普建筑材壁料》孫輩凌《公路單工程水嗽泥和水勾泥混凝弄土試驗憤規(guī)程》《道路放建筑材耕料》集與中訓練屢試驗補麗充教材《硅酸鹽站水泥、普改通硅酸鹽羞水泥》技半術(shù)標準異GB17集5-19創(chuàng)993.1.柳4常用水泥詠的選用各類建筑預工程，針吵對其工程莊性質(zhì)、結(jié)陵構(gòu)部位、商施工要求碰和使用環(huán)完境條件等看，進行選昨用。3.1智.5常腥用水泥浙的技術(shù)伶性質(zhì)和螺技術(shù)標踩準１.技術(shù)遠性質(zhì)按照我國之現(xiàn)行國家碑標準《硅屠酸鹽水泥稻、普通硅棉酸鹽水泥柴》（ＧＢ暮１７５一掠１９９９敬）規(guī)定，開硅酸鹽水聲泥的技術(shù)拋性質(zhì)包括席下列項目壘：１）化廊學性質(zhì)為了保證序水泥的使置用質(zhì)量，巴水泥的化皺學指標主流要是控制爆水泥中有向害的化學鏟成分含量象，若其超湊過最大允材許限量，奴即意味著馳對水泥性趟能和質(zhì)量矮可能產(chǎn)生踩有害或潛呀在的影響瞎。（１）膊氧化鎂嫁含量（２）敗三氧化恢硫含量（３）燒塌失量（４）毀不溶物２）物理炒力學性質(zhì)（１）皮細度細度是指撤水泥顆?？按旨毜某态F(xiàn)度。細度但愈細，水得泥與水起膊反應的面班積愈大，四水化速度風愈快并較霉完全。實續(xù)踐表明，村細度提高哲，可使水厚泥混凝土貴的強度提艘高，工作吃性得到改糕善。但是隊，水泥細脹度提高，存在空氣中踢的硬化收叛縮也較大餅，使水泥肌發(fā)生裂縫批的可能性應增加。因福此，對水另泥細度必幻玉須予以合批理控制。（２）水趣泥凈漿標濃準稠度為使水莊泥凝結(jié)沃時間和桌安定性僻的測定湖結(jié)果具辣有可比幣性，在斧此兩項靠測定時走必須采胳用標準佩稠度的揮水泥凈喘漿。我立國國標擁規(guī)定，知水泥凈控漿稠度丑是采用儀標準維宮卡儀測甚定的，項以試桿喪沉入凈境漿距底晝板６ｍ化ｍ±１凝ｍｍ時秋的稠度涼為“標醋準稠度版”，此拾時的用張水量為響標準稠添度用水催量。水泥標準抵稠度與凝塊結(jié)時間測反定（３）凝展結(jié)時間凝結(jié)時籠間是水殺泥從加剖水開始摩，到水嬸泥漿失昏去可塑蘿性所需綱的時間扮。凝結(jié)勒時間分物為初凝閑時間和雪終凝時溫間。初凝時摔間是從腐水泥加絹水到水席泥漿開霉始失去慢塑性的碼時間；終凝時間昂是水泥加氧水到水泥望漿完全失瘦去塑性并恩開始產(chǎn)生白強度的時姜間。水泥的凝戒結(jié)時間對案水泥混凝碎土的施工慌有重要意抵義。如果渡凝結(jié)過快叼，混凝土店會很快失黎去流動性堡，以致無啄法澆筑，棉所以初凝劉時間不宜哄過短，以廳便有足夠肥的時間在材初凝之前伍完成混凝阿土各工序冊的施工操濫作；但終總凝時間又士不宜太遲半，以便混猴凝土在澆谷搗完畢后米，盡早完冠成凝結(jié)硬族化。我國欠現(xiàn)行國標江（ＧＢ１怒７５－１銷９９９）禮規(guī)定，硅版酸鹽水泥霧初凝時間恨不得早于溜４５ｍｉ醉ｎ；終凝逮時間不得西遲于３９打０ｍｉｎ成。普通硅舒酸鹽水泥攏初凝時間故不得早于派４５ｍｉ理ｎ，終凝形時間不得孤遲于１０渡ｈ。（４）隙體積安費定性水泥硬槐化后體北積變化喊的均勻越性稱為童水泥體拐積安定垃性。水泥與水糊拌制成的沙水泥漿體象，在凝結(jié)路硬化過程翅中，一般悅都會發(fā)生晃體積變化斷，如果這洪種變化是揪發(fā)生在凝遞結(jié)硬化過攜程中，則押對建筑物罷的質(zhì)量并肺沒有什么選影響。但鵲是，在水慕泥硬化后賄若產(chǎn)生不逐均勻的體止積變化，接將使混凝劑土產(chǎn)生膨傭脹裂縫，助降低使用性質(zhì)量，甚奔至引起嚴置重事故。徹這既是水并泥體積安背定性不良浪。體積安險定性不扛良的原柱因，一酬般是由塑于熟料賄中所含甘的游離消氧化鈣去過多；家也可能病是熟料天中所含秧的游離慶氧化鎂仿過多或裳摻入的噸石膏過汗多，致蘭使水泥旋已經(jīng)凝蛋結(jié)硬化圖后，甚淘至已經(jīng)敏應用于染結(jié)構(gòu)物具中，這姨些成分爸繼續(xù)水鏟化，體摘積膨脹洽，引起肉不均勻蘭的體積榨膨脹，紡造成水膛泥石開課裂。雷氏夾雷氏夾測臂定儀（５）強懂度強度是水鑄泥技術(shù)要抗求中最基扁本的指標授，也是水墨泥的重要滿技術(shù)性質(zhì)都之一。水泥的強扣度除了與練水泥本身輝的性質(zhì)（償如熟料的逆礦物組成當、細度等歸）有關(guān)外略，并與水閃灰比、試糟件制作方免法、養(yǎng)護邁條件和時餓間等有關(guān)汽。多年來鳥，我國水中泥強度的摸檢驗一直吳按國家標恰準《水泥疤膠砂強度擾檢驗方法啟》（ＧＢ鼠１７７一磚８５）簡嘴稱軟練法毀進行，該巨標準規(guī)定很，以ｌ∶達２．５的冰水泥和標污準砂，按銳規(guī)定的水損灰比（０慌．４４或嫂０．４６雜），用標答準制作方撤法制成４法０ｍｍ×勻４０ｍｍ弱×１６０蛙ｍｍ的標恨準試件，桿在標準養(yǎng)革護條件下盛，達規(guī)定謀齡期（３派ｄ，７ｄ牛，２８ｄ招）時，按唐國家標準貧（ＧＢ１復７５一９倆２）規(guī)定拿的最低強擦度值來評告定其所屬鉗標號。水泥膠砂魔試模集振裁動臺我國現(xiàn)穴行國家傻標準《掀水泥膠旨砂強度依檢驗方靈法》（識ＧＢ／房誠Ｔ１７陽６７１辰－１９抗９９）肌簡稱Ｉ哲ＳＯ法萍規(guī)定，寬以１∶佩３的水傅泥和標活準砂（坦標準砂攏滿足級蜜配要求襯），采逮用０.抬５的水忘灰比，溪用標準早制作方利法制成決４０ｍ享ｍ×４魚０ｍｍ炸×１６黑０ｍｍ噴的標準黃試件，福在標準某養(yǎng)護條奶件下，矮達到規(guī)司定齡期虧（３ｄ私，７ｄ凍，２８萍ｄ）時承，按國杠家標準域（ＧＢ羨１７５饞－１９扔９９）煙規(guī)定的貢最低強銜度值來雹確定其委強度等蠅級。我國現(xiàn)具行國家孤標準（輪ＧＢ１貿(mào)７５一養(yǎng)９２）川規(guī)定：艷凡氧化確鎂、三斧氧化硫刪、初凝累時間、趙安定性揪中的任疾一項不周符合標振準規(guī)定棟，均為礙廢品。腐凡細度痕、終凝瓜時間、宏不溶物陡和燒失以量中的黃任一項翻不符合斑標準規(guī)腔定或混館合材料贈摻加量皂超過最層大限量逆，或強露度低于只商品標批號規(guī)定太的指標波時，稱年為不合弦格品，北廢品水禾泥在工狗程中嚴申禁使用雁。２．技送術(shù)標準硅酸鹽蛛水泥石俘的腐蝕葵和防止１.水泥靜石的腐蝕１）淡刷水侵濁２）硫蠟酸鹽的嚷侵蝕３）鎂鹽款侵蝕４）碳酸襖侵蝕水泥石腐巧蝕的防止針對以偉上分析溫產(chǎn)生腐光蝕的原歉因，在穗選用水隱泥及施透工中，洽可考慮筍以下措雪施來防騰止腐蝕兄。１）根據(jù)施建筑物環(huán)輔境特點，促合理選用糞水泥品種２）提粒高水泥疾石的密荷實度３）加聯(lián)做保護禍層R3.2敗其它品桐種水泥3.2章.1高生鋁水泥凡以鋁住酸鈣為棗主，氧閣化鋁含去量約５嫩０％的消熟料，沃經(jīng)磨細臣而得的叔水硬性廣膠凝材皇料稱為遭高鋁水茄泥。又興名礬土攜水泥。工程應賤用高鋁水板泥的特艦點是早垃期強度疲增長快樂，強度明高，主厘要用于回緊急搶滋修和早肢期強度疲要求高徹的工程濫。高鋁血水泥的啄缺點是判后期強頌度倒縮紗，在使壟用３～捧５年后旅高鋁水潤泥混凝歲土的強灣度只有銳早期強遼度的一逐半左右疫。高鋁水泥艙不宜作結(jié)算構(gòu)工程。市它的使用謎溫度不宜尺超過３０膏℃，如有籌蒸汽養(yǎng)護摟不宜超過昂５０℃，劇不得與其貸它品種水馬泥混合使袋用。3.2捉.2膨烘脹水泥膨脹水嫁泥是硬吃化過程做中不產(chǎn)刷生收縮分，而具介有一定彎膨脹性民能的水機泥。工程應用在道橋鹽工程中匆，膨脹掘水泥常軋用于水竭泥混凝社土路面例、機場昏道面或尤橋梁修從補混凝膊土。此姜外用于刺防止?jié)B情漏、修穩(wěn)補裂縫寧及管道士接頭等晶工程。3.2.疫3白色和犧彩色硅酸幅鹽水泥白色水泥銜的主要礦基物組成仍顯是硅酸鹽姿，只是水功泥中著色刺物質(zhì)（氧躺化鐵、氧池化錳、氧朱化鈦、氧濤化鉻等）快的含量極偉少。生產(chǎn)彩泛色硅酸傲鹽水泥避有三種掘方法：貪（1）蜘在水泥致生料中選混入著駛色物質(zhì)翠，燒成須彩色熟賞料再粉冊磨成彩饑色水泥準；（2買）將白綱水泥熟場料或硅祝酸鹽水頭泥熟料擱、適量巨石膏和止堿性著較色物質(zhì)希共同磨懲細制成慚彩色水炒泥；（浪3）將濃干燥狀爬態(tài)的著踢色物質(zhì)長摻入白辱色水泥宴或硅酸投鹽水泥壟中。白色和彩掌色水泥在艷裝飾工程次中，常用插于配制各的類彩色水饅泥漿、砂益漿和混凝租土，用以瞇制造各種流水磨石、昏水刷石、而等飾面及文雕塑和裝悠飾部件等班制品。補充：道少路硅酸鹽哲水泥１.定癢義以適當毀成分的鋼生料燒舍至部分亭熔融，歷所得以蹄硅酸鈣總為主要融成分和廳較多量司的鐵鋁吼酸鈣的饑硅酸鹽蝦水泥熟旺料稱為處道路硅罩酸鹽水除泥熟料挪。由道胞路硅酸蠅鹽水泥革熟料，匆０～１繪０％活亮性混合麻材料和牛適量石加膏磨細謠制成的詳水硬性梳膠凝材閑料，稱花為道路侄硅酸鹽艱水泥（團簡稱道秧路水泥捕）。２.技術(shù)覽要求１）化學起組成在道路水秋泥或熟料即中含有下匠列有害成逮分必須加稀以限制：（１）莖氧化鎂奴含量憤道路水農(nóng)泥中氧它化鎂含偶量不得蠻超過５侮.０％致。（２）三奧氧化硫含吹量道路樓水泥中三沃氧化硫不滲得超過３獅.５％。（３）吵燒失量冰道路賠水泥中丑的燒失衣量不得根大于３廟.０％五。（４）游儉離氧化鈣倉含量道亡路水泥熟慚料中游離捷氧化鈣含佳量，旋窯是生產(chǎn)不得節(jié)大于１.揀０％；立狂窯生產(chǎn)不瘡得大于１今.８％。（５）掛堿含量曾如用喜戶提出燭要求時遙，由供齊需雙方鵲商定。２）礦物胞組成（１）鋁孝酸三鈣含特量道路決水泥熟料凝中鋁酸三切鈣的含量品不得大于良５.０％技。（２）片鐵鋁酸待四鈣含貴量道襲路水泥托熟料中繪鐵鋁酸木四鈣的剝含量不兵得小于摸１６.族０％。鋁酸三鈣背（Ｃ３Ａ）和錫鐵鋁酸拌四鈣（達Ｃ４ＡＦ）的悄含量，先祝按ＧＢ１彎７６方法植求出三氧當化二鋁（緣瑞Ａｌ２Ｏ３）和三芒氧化二杜鐵（Ｆ蘇ｅ２Ｏ３）的含個量，然也后按下俯式求得串：Ｃ３Ａ＝２容.６５霜（Ａｌ２Ｏ３－０.６歌４Ｆｅ２Ｏ３）％Ｃ４ＡＦ＝３碑.０４Ｆ術(shù)ｅ２Ｏ３％３）物典理力學代性質(zhì)（１）細束度按國灣標ＧＢ１導３４５水共泥細度檢荒驗方法，夏８０μｍ粒篩的篩余狗量不得大灑于１０％祥。（２）匯凝結(jié)時滅間按響國標Ｇ償Ｂ１３督４６試蕩驗方法徑，初凝介不得早獄于１ｈ夸，終凝涌不得遲營于１０徑ｈ。（３）德安定性獸按國淘標ＧＢ淚１３４目６試驗賄方法，毫