建筑材料與檢測教案模塊二-單元一-水硬性膠凝材料

《建筑材料與檢測》課程教案PAGE4模塊二無機膠凝材料及其性能檢測【模塊概述】1、膠凝材料——又稱膠結材料，是指能通過自身的物理和化學作用，把其他材料（散粒狀、塊狀、粉狀、纖維狀1等）膠結成為具有一定強度的整體的材料。2、按化學成分——有機膠凝材料+無機膠凝材料。有機膠凝材料——以天然或合成高分子化合物為基本組成的一類膠凝材料（如瀝青）；無機膠凝材料——以無機化合物為只要成分的一類膠凝材料。氣硬性膠凝材料——只能在空氣中凝結硬化、保持并繼續(xù)發(fā)展其強度，適用于地上或相對干燥的環(huán)境中，如石灰、石膏、水玻璃等；水硬性膠凝材料——既能在空氣中，又能更好地在水中凝結硬化、保持并繼續(xù)發(fā)展其強度，可廣泛地用于地上、地下潮濕的環(huán)境或水中，如各種水泥。學習單元單元一水硬性膠凝材料一、通用硅酸鹽水泥（一）通用硅酸鹽水泥的定義及分類1、定義——以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。2、分類——硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。（二）通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)1、原料原料：石灰質（石灰石、白堊、石灰質凝灰?guī)r）：提供CaO黏土質（黏土、黃土、黏土質頁巖）：提供SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料（黃鐵礦渣等）：補充上述化學成分。工藝概述：兩磨一燒——即生料的磨細、生料的煅燒和熟料的磨細。1）適當比例原料磨細2）高溫下（1450℃）煅燒生料熟料3）熟料+3%左右石膏，磨細（三）通用硅酸鹽水泥的組分與材料1、組分1）組分通用硅酸鹽水泥的組分詳見表3-2的規(guī)定。2、材料（1）硅酸鹽水泥熟料水泥熟料是指由磨細的原料（又稱生料）在窯體中經(jīng)高溫煅燒所形成的煅燒產(chǎn)物。表2-3硅酸鹽水泥熟料的主要礦物名稱礦物名稱化學式簡式含量硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S36%～60%硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15%～38%鋁酸三鈣3CaO·Ai2O3C3A7%～15%鐵鋁酸四鈣4CaO·Ai2O3·Fe2O3C4AF10%～18%（2）石膏生產(chǎn)水泥時加入適量石膏，可以起到延緩水泥凝結時間的緩凝作用。（3）活性混合材料活性混合材料——?；郀t礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰等工業(yè)廢料。（4）非活性混合材料非活性混合材料是指不具有活性或活性甚低的人工或天然的礦物質材料，如石英砂、石灰石、干粘土等。（四）通用硅酸鹽水泥的水化、凝結和硬化一）水泥熟料的水化1、水化特性水泥熟料與水發(fā)生的反應稱為水化。表2-4各種熟料礦物單獨與水作用的性質礦物組成性質硅酸三鈣（C3S）硅酸二鈣（C2S）鋁酸三鈣（C3A）鐵鋁酸四鈣（C4AF）水化速度較快慢快中水化熱中低高中強度早期高低較高較高后期高高較高較高耐化學腐蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小2、水化產(chǎn)物表2-5硅酸鹽水泥熟料的水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物結構形態(tài)性能水化硅酸鈣(CSH)（70%）凝膠體凝膠性強，強度高，不溶于水水化鐵酸鈣(CFH)凝膠體呈絮凝狀，凝膠性差，強度低，難溶于水氫氧化鈣(CH)（20%）板狀晶體強度較高，溶于水水化鋁酸鈣(C3AH6)立方晶體強度低，溶于水水化硫鋁酸鈣(AFt)（7%）針狀晶體強度高，不溶于水，能提高水泥石早期強度3、水化熱伴隨著水化反應放出的熱量稱為水化熱。同一種熟料礦物在不同齡期的水化熱不同；四種熟料礦物在同一齡期的水化熱也各不相同，其中以C2S的放熱量最低。4、活性混合材料的二次水化水化反應的特點是“二次水化”。二）凝結與硬化水泥加水拌和后，水化逐漸變稠開始失去可塑性的過程稱為初凝；當漿體稠度增大至完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度時稱為終凝。三）影響水泥凝結硬化的主要因素1、水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥各礦物成分的強度增長情況如圖2-3所示。圖2-3四種熟料礦物齡期-強度曲線圖2-4A線-70%的C3S+10%的C2S；B線-30%的C3S+50%的C2S2、水泥細度細度_水泥顆粒的粗細程度。越細，平均粒徑越小，比表面積越大，水化越迅速、越充分，凝結硬化速度越快，早期強度越高。一般地，顆粒小于40μm時具有較高的活性，而大于100μm時，活性較小。3、拌和用水量水泥水化的理論需水量一般約占水泥質量的15%～25%，實際加水量占水泥質量的40%～70%。4、石膏的摻量延緩水泥水化進程。摻量過少，緩凝效果不明顯；摻量過大，生成大量的體積膨脹的鈣礬石晶體，導致水泥安定性不良。5、混合材料摻量混合材料的摻量越多，水泥水化反應速度越慢，早期強度越低。6、養(yǎng)護條件條件——溫度+濕度。濕度大，利于水化硬化，利于強度增長；濕度小干燥的環(huán)境，不能充分水化，硬化也將停止，嚴重時會發(fā)生水泥石裂縫。7、養(yǎng)護齡期齡期是指從水泥加水拌和時起所經(jīng)歷的養(yǎng)護時間。（五）通用硅酸鹽水泥的技術要求和技術標準一）技術要求1、物理性質（1）細度水泥細度影響水化反應的活性。水泥顆粒越細，水化反應越快越完全，早期強度越高。（2）凝結時間①標準稠度用水量標準稠度——標準維卡儀的試桿在水泥凈漿中下落，距離玻璃底板（6±1）㎜時的凈漿稠度。標準稠度用水量——達到標準稠度時，所需的拌和水質量占水泥質量的百分比稱為標準稠度用水量。②初凝時間和終凝時間凝結時間分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是由水泥全部加入水中至水泥漿呈現(xiàn)初凝狀態(tài)所經(jīng)歷的時間；終凝時間是由水泥全部加入水中至水泥漿呈現(xiàn)終凝狀態(tài)所經(jīng)歷的時間。初凝狀態(tài)——維卡儀的標準試針沉入標準稠度的水泥凈漿中至距玻璃底板3㎜～5㎜時的狀態(tài)；終凝狀態(tài)——維卡儀的標準試針沉入標準稠度凈漿制成的水泥試體不大于0.5㎜，即終凝試針上的環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時的狀態(tài)。凝結時間可用于合格性檢驗，用于指導混凝土施工。國標（GB175—2007）規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝時間不小于45min，終凝時間不大于390min。其他五種通用硅酸鹽水泥初凝時間不小于45min，終凝時間不大于600min。凝結時間不合格的水泥為不合格品水泥。測定凝結時間的工程意義——混凝土施工中，要求水泥初凝時間不能過短，以保證有足夠的時間在水泥初凝之前完成混凝土的攪拌、運輸、澆搗和砌筑等各施工工序；但終凝時間又不宜過長，以便混凝土在澆搗完畢后，盡快硬化，產(chǎn)生強度，以利于下一道施工工序的進行。（3）體積安定性體積安定性是指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性和穩(wěn)定性。引起安定性不良的因素包括過量游離的CaO、過量游離的MgO和過量的石膏。安定性不良的水泥為不合格品水泥。用沸煮法只能檢驗出游離CaO引起的安定性不良；游離MgO產(chǎn)生的危害與游離CaO相似，但由于其過燒程度更為嚴重，因此水化反應速度更慢，必須用壓蒸法才能檢驗出來；石膏產(chǎn)生的體積安定性不良則需長時間在溫水中浸泡才能發(fā)現(xiàn)。（4）密度與堆積密度硅酸鹽水泥的密度通常在3.0～3.2g/㎝3之間，水泥的松散堆積密度在900～1300㎏/m3之間；緊密堆積狀態(tài)下的密度在1400～1700㎏/m3之間。2、化學性質（1）MgO和SO3含量MgO不得超過5%（若水泥經(jīng)壓蒸法快速檢驗合格，游離MgO含量可放寬到6%），石膏水泥重量的3%～5%，保證SO3不超過3.5%。（2）燒失量成品水泥再次煅燒時質量損失的百分率。（3）不溶物煅燒過程中存留的殘渣。3、力學性質硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥的強度，以水泥膠砂強度的方法確定。即以1：3的水泥和標準砂，按0.5的水灰比，用標準方法制作成40mm×40mm×160mm的標準試件。在標準養(yǎng)護條件下（20℃±1℃的水中或20℃±1℃、大于90%的相對濕度）達規(guī)定的齡期（3d、28d），分別測定其3d和28d的抗壓和抗折強度，按國標（GB/175—2007）規(guī)定的各齡期的抗壓強度和抗折強度劃分水泥強度等級。（六）水泥石的腐蝕和防護一）腐蝕的類型1、軟水腐蝕（溶析性腐蝕）不含或含有較少量的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的水稱為軟水。生活中常見的雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水等都是軟水。水泥石的軟水腐蝕又稱溶析性腐蝕。2、酸類腐蝕（1）碳酸腐蝕（2）其它酸的腐蝕以鹽酸、硫酸與水泥石中的氫氧化鈣作用為例，其反應式如下：3、鹽類的腐蝕（1）硫酸鹽的腐蝕（2）鎂鹽的腐蝕4、強堿的侵蝕（二）腐蝕的原因氫氧化鈣和水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物；水泥石本身結構的不密實性。三)防腐措施1、合理選擇水泥品種2、提高水泥石3、敷設耐蝕保護層（七）通用硅酸鹽水泥的特點及工程應用一）硅酸鹽水泥和普通水泥1、凝結硬化快，早期和后期強度均高。2、水化熱大、抗凍性好。3、堿度高、抗碳化能力強。4、耐腐蝕性差。5、耐熱性較差。6、濕熱養(yǎng)護效果差二）粉煤灰、火山灰、礦渣、復合硅酸鹽水泥1、共性及應用（1）早期強度