無機(jī)膠凝材料土木工程材料

1、無機(jī)膠凝材料土木工程材料第3章 無機(jī)膠凝材料膠凝材料發(fā)展公元前3000年，古埃及人，煅燒石膏；古希臘人，石灰石煅燒石灰。公元前146年，羅馬，石灰砂子，混合成砂漿。石灰火山灰砂子羅馬砂漿。18世紀(jì)，英國，含粘土石灰石制成羅馬水泥；1824年英國發(fā)明波特蘭水泥。2022/9/19第3章 無機(jī)膠凝材料我國5000年前，含二氧化硅較高的石灰石，磨成“白面灰”，公元前7世紀(jì)周朝石灰，公元前5世紀(jì)南北朝，石灰粘土細(xì)砂，三合土；秦漢，摻糯米汁石灰砌磚以及石灰桐油、石灰血料。2022/9/19第3章 無機(jī)膠凝材料土木工程中常常需要將散粒材料（如砂和石子）或塊狀材料（如磚和石英）粘結(jié)成為整體，具有這種粘結(jié)作用

2、的材料，統(tǒng)稱為無機(jī)膠結(jié)材料或無機(jī)膠凝材料。膠凝材料，確切地說是指經(jīng)過自身的物理化學(xué)作用后，能夠由液態(tài)或固態(tài)變成堅硬固體的物質(zhì)。2022/9/19第3章 無機(jī)膠凝材料 有機(jī)膠凝材料膠凝材料 無機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料 水硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或繼續(xù)提高其強(qiáng)度，如石灰、石膏、水玻璃。水硬性膠凝材料不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)提高其強(qiáng)度，如各種水泥。2022/9/193.1 石灰塊狀生石灰CaO生石灰粉CaO消石灰、熟石灰Ca(OH)2石灰漿Ca(OH)2+H2O2022/9/193.1 石灰一、石灰的生產(chǎn)工藝概述原料：石灰石、白云石

3、、白堊生產(chǎn)過程： 生石灰，3.2g/cm3，表觀密度約800kg/m31000kg/m3欠火石灰過火石灰2022/9/193.1 石灰二、石灰的消化和硬化1、石灰消化水化特點(diǎn)：1）水化熱大，水化速度快；2）水化過程中固相體積增大1.52倍。2022/9/193.1 石灰“過燒”：對活潑性大的石灰，如加水過慢，水量不夠，則已消化的石灰顆粒生成Ca(OH)2，包圍于未消化顆粒周圍，使內(nèi)部石灰不易消化?！斑^冷”：對于活潑性差的石灰，如加水過快，則發(fā)熱量少，水溫過低，增加了未消化顆粒。2022/9/193.1 石灰2、石灰的硬化1）干燥硬化2）碳化2022/9/193.1 石灰三、石灰及其制品技術(shù)性質(zhì)

4、1、石灰的特性1）可塑性和保水性好2）硬化緩慢，硬化后強(qiáng)度低。石灰砂漿28d抗壓強(qiáng)度只有0.2MPa0.5MPa3）硬化后體積收縮大4）耐水性差2022/9/193.1 石灰2、石灰技術(shù)要求建筑生石灰JCT 479-2013、建筑消石灰JC/T481-2013鈣質(zhì)石灰主要由氧化鈣或氫氧化鈣組成，而不添加任何水硬性的或火山質(zhì)的材料。鎂質(zhì)石灰主要由氧化鈣和氧化鎂（MgO5%）或氫氧化鈣和氫氧化鎂組成，而不添加任何水硬性的或火山灰質(zhì)的材料。1）生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表3.1、表3.22）消石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表3.3、表3.42022/9/193.1建筑生石灰技術(shù)指標(biāo)2022/9/193.1建筑生石灰技術(shù)指標(biāo)2

5、022/9/193.3建筑消石灰的技術(shù)指標(biāo)2022/9/193.4建筑消石灰的技術(shù)指標(biāo)2022/9/193.1 石灰四、石灰的應(yīng)用1、配制砂漿良好可塑性和粘結(jié)性2、拌制三合土和灰土三合土：石灰粉:粘土:砂1:2:33、制作石灰乳涂料2022/9/193.1 石灰4、生產(chǎn)硅酸鹽制品石灰和硅質(zhì)材料（如粉煤灰、石英砂、爐渣）如蒸壓灰砂磚5、磨制生石灰粉6、加固軟土地基7、制造靜態(tài)破碎劑和膨脹劑過火石灰粉5%7%水硬性膠凝材料2022/9/193.2 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥此外道路水泥、高鋁水泥、膨脹水泥、快硬水泥2022/9/193

6、.2 硅酸鹽水泥一、硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥（GB175-2007）：凡由硅酸鹽水泥熟料，05%石灰石或?；郀t礦渣，適當(dāng)石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。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稱II型硅酸鹽水泥代號P.II凡由硅酸鹽水泥熟料、6%20%混合材料、適當(dāng)石膏磨細(xì)制成水硬性膠凝材料稱普通硅酸鹽水泥，P.O。其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合本標(biāo)準(zhǔn)5.2.4的非活性混合材料或不超過水泥質(zhì)量5%且符合本標(biāo)準(zhǔn)5.2.5的窯灰代替。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（一）硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述1、生產(chǎn)原料：石

7、灰質(zhì)原料 石灰石、白堊、石灰質(zhì)凝灰?guī)rCaO 粘土質(zhì)原料粘土、粘土質(zhì)頁巖、黃土SiO2、Al2O3、Fe2O3鐵礦粉補(bǔ)充Fe2O3不足 2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述（1）生料的配制和磨細(xì)干法和濕法（2）將生料煅燒，形成熟料（3）將熟料與適量石膏共同磨細(xì)成為硅酸鹽水泥2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（二）硅酸鹽水泥的化學(xué)成分和礦物組成1、化學(xué)成分氧化鈣CaO（60%67%）、氧化硅SiO2（20%24%）、氧化鋁Al2O3（4%9%）、氧化鐵Fe2O3（2.5%6%）2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、礦物組成硅酸三鈣3CaO.SiO2 C3S 5060%

8、 反應(yīng)速度快、水化熱高，早期及后期強(qiáng)度。硅酸二鈣2CaO.SiO2 C2S1537%速度慢、水化熱低，后期強(qiáng)度大，耐化學(xué)腐蝕。鋁酸三鈣3CaO.Al2O3 C3A715%反應(yīng)速度快、水化熱高，早期強(qiáng)度高，不耐化學(xué)腐蝕。鐵鋁酸四鈣4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF10%18%反應(yīng)較快、水化熱高，抗折強(qiáng)度高，耐化學(xué)腐蝕好。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（三）硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化1、硅酸鹽水泥熟料礦物的水化（1）硅酸三鈣的水化水化硅酸鈣（CSH）、氫氧化鈣（CH）（2）硅酸二鈣的水化2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（3）鋁酸三鈣的水化純水中C3A的水化最終會轉(zhuǎn)化為等軸晶的水化鋁酸

9、三鈣CaO.Al2O3.6H2O，即C3AH6當(dāng)溫度高于35，C3A直接轉(zhuǎn)化為C3AH62022/9/193.2 硅酸鹽水泥有石膏存在時C3A的水化C4AH13與石膏反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石，AFt當(dāng)石膏消耗完畢后，C4AH13又能與鈣礬石反應(yīng)生成單硫型硫鋁酸鈣，AFm。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（4）鐵鋁酸四鈣的水化硅酸鹽水泥熟料礦物水化硬化特性見表3.52022/9/19表3.5 熟料礦物的水化硬化特性2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、硅酸鹽水泥的水化水泥加水拌和后，C3A、C4AF、C3S與水快速反應(yīng)，石膏也溶于水，在石膏存在的條件下，C3A不再生成水化鋁酸

10、鈣，與石膏反應(yīng)生成針狀晶體三硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石（AFt）。若石膏消耗完畢還有C3A時，則鈣礬石會與C3A繼續(xù)轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥石膏也會與C4AF反應(yīng)生成水化硫鋁（鐵）酸鈣，石膏的存在還可以加速C3S和C2S水化。水化產(chǎn)物是CSH凝膠、水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣等晶體。主要水化產(chǎn)物為CSH70%，CH20%，水化硫鋁酸鈣（鈣礬石AFt、單硫型水化硫鋁酸鈣Afm）7%2022/9/193.2 硅酸鹽水泥3、硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化三種水泥凝結(jié)硬化理論：H.呂查德里的“結(jié)晶理論”認(rèn)為水泥水化后，由于水化物過飽和結(jié)晶析出，而使水泥

11、石產(chǎn)生強(qiáng)度。W.米哈愛利斯的“膠體理論”認(rèn)為水泥水化后，由水化硅酸鈣凝膠填充水泥顆粒間的孔隙，不斷致密而提高強(qiáng)度。A.A巴依可夫的“溶解、結(jié)晶和膠化”理論此外列賓捷爾的“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說”。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥早、中、晚三個時期1）早期Ca(OH)2、鈣礬石2）中期CSH（長纖維狀）、CH和鈣礬石3）后期CSH（短纖維狀）講述水化熱的影響2022/9/193.2 硅酸鹽水泥4、影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素1）熟料礦物組成的影響2）水泥細(xì)度的影響3）拌和水量的影響理論水量23%左右4）養(yǎng)護(hù)濕度、溫度影響5）養(yǎng)護(hù)齡期的影響6）儲存條件的影響2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（四）

12、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)1、不溶物 型硅酸鹽水泥0.75% 型硅酸鹽水泥1.5%2、氧化鎂含量5%Mg(OH)2體積膨脹1.5倍3、三氧化硫含量3.5%4、燒失量型硅酸鹽水泥燒失量不超過3.0%型硅酸鹽水泥燒失量不得超過3.5%普通硅酸鹽水泥燒失量不得超過5.0%2022/9/193.2 硅酸鹽水泥5、細(xì)度測定方法，篩析法；比表面積法硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥以比表面積表示，不小于300m2/kg；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥以篩余表示，80m方孔篩篩余不大于10%或45m方孔篩篩余不大于30%。6、水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度稠度儀測定經(jīng)試錐沉入深度為282mm時標(biāo)準(zhǔn)

13、稠度，此時用水量為標(biāo)準(zhǔn)用水量2022/9/193.2 硅酸鹽水泥7、凝結(jié)時間凝結(jié)時間是水泥從加水開始，到水泥漿失去可塑性所需的時間。初凝時間是從水泥加水到水泥漿開始失去塑性的時間。終凝時間是從水泥加水到水泥漿完全失去塑性的時間。凝結(jié)時間測定儀初凝加水起距底板0.51.0mm終凝加水起1.0mm硅酸鹽水泥初凝不早于45min，終凝時間不遲于390min普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于600min。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥8、安定性影響體積安定性因素為：熟料中氧化鎂含量，熟料中氧化鈣含量，水泥中三氧化硫

14、含量。（1）沸煮法（試餅法、雷氏法）（2）壓蒸法由于氧化鎂引起安定性，膨脹率不超過0.5%為合格2022/9/193.2 硅酸鹽水泥9、強(qiáng)度水泥膠砂強(qiáng)度水泥:砂:水1:3:0.5標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定齡期（3d、28d或3d、7d、28d）測定抗折和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度（203），相對濕度90%以上。（1）水泥標(biāo)號按規(guī)定齡期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來劃分（2）水泥型號普通型、早強(qiáng)型（R），早強(qiáng)水泥3d抗壓強(qiáng)度比普通水泥高10%24%，表3.62022/9/19表3.6 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度值2022/9/193.2 硅酸鹽水泥10、堿按Na2O0.658K2O計算值來表示堿骨料反應(yīng)國家標(biāo)

15、準(zhǔn)GB175-2007凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性不符后標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，廢品2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（六）硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥特性、應(yīng)用1、特性硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度較快，耐凍性好和耐磨性好。2、應(yīng)用可用于冬季施工、高強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力工程，不宜與海水工程和耐熱工程3、存儲儲存期三個月以內(nèi)2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（五）硅酸鹽水泥石的腐蝕和防止1、水泥石的腐蝕1）溶析性侵蝕淡水侵蝕、溶出侵蝕或軟水侵蝕Ca(OH)2溶解度25約1.3gCaO/L2）硫酸鹽侵蝕2022/9/193.2 硅酸鹽水泥3）鎂鹽侵蝕4）一般酸侵蝕5）碳酸侵蝕6）強(qiáng)堿侵蝕原因：Ca(OH)2、水化鋁

16、酸鈣2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、水泥石腐蝕的防止1）根據(jù)腐蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種2）提高水泥密實(shí)度選擇合理的配合比改善集料級配摻加外加劑（如減水劑）表面碳化處理3）敷設(shè)耐蝕保護(hù)層2022/9/193.2 硅酸鹽水泥二、摻混合材水泥（一）水泥混合材料混合材料按其在混合水泥中的作用，可分為活性和非活性兩類：1、活性混合材料它是一種礦物材料，磨成細(xì)粉，與石灰（或石和石膏）拌和在一起，加水后常溫下能生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，并能在水中硬化。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥?；郀t礦渣CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO火山灰質(zhì)混合材料火山灰、凝灰?guī)r、硅藻石、燒粘土、煤渣、

17、煤矸石渣粉煤灰SiO2、Al2O3、Ca(OH)22022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、非活性混合材料將磨細(xì)的石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣及爐渣等摻入水泥中，與水泥不起或起微弱的化學(xué)作用（即無或有微弱的化學(xué)活性），僅起提高產(chǎn)量，降低水化熱和改善新拌混凝土和易性等作用。3、窯灰（水泥回轉(zhuǎn)窯）碳酸鈣、脫水粘土、玻璃態(tài)物質(zhì)2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥硬化1、活性材料的水化Ca(OH)2、活性SiO2、活性Al2O3當(dāng)石膏存在時，水化硫鋁酸鈣Ca(OH)2和石膏存在是活性材料潛在活性發(fā)揮的必要條件。Ca(OH)2堿性激發(fā)劑，石膏為硫酸鹽激發(fā)劑2022/9/193

18、.2 硅酸鹽水泥2、摻混合材料硅酸鹽水泥第一次水化，水泥熟料水化，水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣和Ca(OH)2在Ca(OH)2激發(fā)下，開始第二次水化，生成水化硅酸鈣為主的水化產(chǎn)物，消耗大量Ca(OH)2。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（三）礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥1、定義與組成1）礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料20%50%?；郀t礦渣石膏代號P.S.A硅酸鹽水泥熟料50%70%?；郀t礦渣石膏代號P.S.B其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.3條的活性混合材料或符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.4條的非活性混合材料或符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2.5條的窯灰中的任一種材

19、料代替。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥礦渣水泥密度為2.83.1g/cm3，堆積密度為10001200kg/m3礦渣水泥水化，首先是水泥熟料水化，然后礦渣才能參加反應(yīng)。礦渣水早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度大。礦渣水泥干縮性大，保水性差。礦渣水泥具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，如對酸性水和鎂鹽的侵蝕差。礦渣水泥水化熱小。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥水泥熟料20%40%火山灰質(zhì)混合料適量石膏代號P.P火山灰水泥密度為2.83.1g/cm3，堆積密度為9001000kg/m3火山灰水泥技術(shù)性質(zhì)和礦渣水泥比較接近。熟料又含有較多的C3A，則其抗碳酸鹽的能力較C3A含量少的普通水泥還差。

20、2022/9/193.2 硅酸鹽水泥3）粉煤灰硅酸鹽水泥水泥熟料20%40%粉煤灰石膏代號P.F粉煤灰水泥干縮性小，抗裂性好。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、技術(shù)性質(zhì)1）細(xì)度2）氧化鎂5.0%3）三氧化硫礦渣4.0%火山灰、粉煤灰3.5%4）強(qiáng)度5）堿2022/9/193.2 硅酸鹽水泥3、特性與應(yīng)用1）共性與應(yīng)用（1）凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低和后期強(qiáng)度增長快。（2）溫度敏感性高，適宜高溫濕熱養(yǎng)護(hù)。（3）水化熱低，適合大體積混凝工程。（4）耐腐蝕性能強(qiáng)。（5）抗凍性差。（6）抗碳化能力差。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2）三種水泥個別特性（1）礦渣硅酸鹽水泥抗?jié)B性差，干燥收縮較大。

21、（2）火山硅酸鹽水泥抗?jié)B性和耐水性好，干燥收縮大。（3）粉煤灰硅酸鹽水泥干縮性小、抗?jié)B性差。礦渣、火山灰、粉煤灰水泥標(biāo)準(zhǔn)，表3.7、表3.82022/9/19表3.7 硅酸鹽系水泥的性能比較表2022/9/19表3.8 硅酸鹽水泥的選用2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（四）復(fù)合硅酸鹽水泥2022/9/193.2 硅酸鹽水泥三、硅酸鹽系特種水泥（一）道路硅酸鹽水泥1、定義GB136932005道路硅酸鹽水泥規(guī)定，由道路硅酸鹽水泥熟料，適當(dāng)石膏，可加入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的混合材料，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），代號P.R由道路硅酸鹽水泥熟料，010%活性混合材料和適量石膏

22、磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱道路硅酸鹽水泥。對道路水泥的性能要求是耐磨性好、收縮小、抗凍性好、抗沖擊性好，有高的抗折強(qiáng)度和良好的耐久性。2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2、技術(shù)要求1）化學(xué)組成下列有害成分加以限制（1）氧化鎂含量5.0%；（2）三氧化硫含量3.5%；（3）燒失量3.0%；（4）游離氧化鈣含量1.01.8%；（5）堿含量0.6%2）礦物組成（1）鋁酸三鈣5.0%（2）鐵鋁酸四鈣16.0%2022/9/193.2 硅酸鹽水泥3）物理力學(xué)性質(zhì)：（1）細(xì)度比表面積3000cm2/g3200cm2/g，0.08mm方孔篩余宜控制在5%10%（2）凝結(jié)時間初凝不早于1h，終凝不得遲于1

23、0h（3）安定性沸煮法合格（4）干縮性28d干縮性不大于0.1%（5）耐磨性磨耗量不大于3.00kg/m2（6）強(qiáng)度325、425、5253、工程應(yīng)用2022/9/193.2 硅酸鹽水泥（二）快硬硅酸鹽水泥GB1991990快硬硅酸鹽水泥凡以硅酸鹽水泥熟料和適當(dāng)石膏磨細(xì)制成的，以3d抗壓強(qiáng)度表示標(biāo)號的水硬性膠凝材料。1、技術(shù)要求1）化學(xué)性質(zhì) （1）氧化鎂含量熟料中氧化鎂含量不得超過5.0%；（2）三氧化硫含量不超過4.0%2022/9/193.2 硅酸鹽水泥2）物理力學(xué)性質(zhì)（1）細(xì)度（2）凝結(jié)時間初凝不早于45min，終凝不得遲于10h（3）安定性以3d強(qiáng)度表示標(biāo)號325、375、4252、工程應(yīng)用緊急搶修工程、冬季施工工程，缺點(diǎn)，干縮率較大2022/9/193.2 硅酸鹽水泥四、高鋁水泥1、鋁酸鹽水泥的原料與組成GB201-2000鋁酸鹽水泥以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，又稱高鋁