土木工程材料第三章

土木工程材料第三章第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日第三章水泥3.1常用水泥3.2其它品種水泥第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日主要內(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(diǎn)內(nèi)容：硅酸鹽水泥礦物成分特點(diǎn)硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化難點(diǎn)：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(diǎn)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

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《道路建筑材料》孫凌

《公路工程水泥和水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》《道路建筑材料》集中訓(xùn)練試驗(yàn)補(bǔ)充教材

《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.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(yīng)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。第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（即國(guó)外通稱的波特蘭水泥）。第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(hào)Ｐ·Ⅰ；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時(shí)摻加不超過(guò)質(zhì)量５％石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號(hào)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(fù)合硅酸鹽水泥Ｐ·Ｃ第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日常用水泥的生產(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(bǔ)充兩種原料中所缺少的鐵。第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２.硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概述1)把幾種原材料按適當(dāng)比例配合在磨機(jī)中磨成生料；2)將制備好的生料入窯進(jìn)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(xì)，即為硅酸鹽水泥。因此，硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝概括起來(lái)為“兩磨一燒”。第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日常用水泥的特性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(jiǎn)式為Ｃ３Ｓ，硅酸二鈣２ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡(jiǎn)式為Ｃ２Ｓ，鋁酸三鈣３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，簡(jiǎn)式為Ｃ３Ａ，鐵鋁酸四鈣４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，簡(jiǎn)式為Ｃ４ＡＦ，第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(yīng)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??；３）強(qiáng)度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增長(zhǎng)率較大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ為水泥強(qiáng)度主要來(lái)源。Ｃ３Ａ強(qiáng)度不高，Ｃ４ＡＦ含量對(duì)抗折強(qiáng)度有利；

第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日４）耐化學(xué)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。第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(yīng)速度中慢快中水化熱中低高中對(duì)強(qiáng)度的作用早期良差良良后期良優(yōu)中中耐化學(xué)侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日３．礦物組成對(duì)水泥性能的影響以上是單個(gè)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(yīng)的變化。例如提高硅酸三鈣的含量，可以制得高強(qiáng)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(qiáng)度較高的水泥，如道路水泥。第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日

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(yīng)，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

第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２）硅酸二鈣1）硅酸三鈣第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日４）鐵鋁酸四鈣３）鋁酸三鈣第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度，在磨細(xì)水泥時(shí)，摻人適量石膏，水化鋁酸鈣與石膏反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣，亦稱鈣礬石。當(dāng)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(yīng)生成單硫型的水化硫鋁酸鈣。反應(yīng)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(shí)體積大大膨脹。因此，水泥中加入石膏數(shù)量不可過(guò)多，防止水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中硫鋁酸鈣超過(guò)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。第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（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(gè)階段：第Ⅰ階段為初始反應(yīng)期（誘導(dǎo)前期）第Ⅱ階段為潛伏期（誘導(dǎo)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）第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水泥水化放熱曲線第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日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(xì)度的影響３）溫度與濕度的影響４）水泥強(qiáng)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(xì)度等，對(duì)水泥的凝結(jié)硬化以及強(qiáng)度，都有一定的影啊。第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日思考題：１.水泥磨細(xì)過(guò)程中加入石膏的目的是什么？２.水泥四種礦物成分的特性是什么？３.影響水泥凝結(jié)硬化的因素有哪些？第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容：硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)常用水泥的選用其它品種水泥重點(diǎn)內(nèi)容：硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)難點(diǎn)：硅酸鹽水泥的強(qiáng)度檢驗(yàn)方法及評(píng)定要求：掌握硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)掌握硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考資料：《土木工程材料》陳志源

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《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日常用水泥的選用

各類建筑工程，針對(duì)其工程性質(zhì)、結(jié)構(gòu)部位、施工要求和使用環(huán)境條件等，進(jìn)行選用。

第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日常用水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)１.技術(shù)性質(zhì)按照我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（ＧＢ１７５一１９９９）規(guī)定，硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)包括下列項(xiàng)目：１）化學(xué)性質(zhì)為了保證水泥的使用質(zhì)量，水泥的化學(xué)指標(biāo)主要是控制水泥中有害的化學(xué)成分含量，若其超過(guò)最大允許限量，即意味著對(duì)水泥性能和質(zhì)量可能產(chǎn)生有害或潛在的影響。（１）氧化鎂含量（２）三氧化硫含量（３）燒失量（４）不溶物第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２）物理力學(xué)性質(zhì)（１）細(xì)度細(xì)度是指水泥顆粒粗細(xì)的程度。細(xì)度愈細(xì)，水泥與水起反應(yīng)的面積愈大，水化速度愈快并較完全。實(shí)踐表明，細(xì)度提高，可使水泥混凝土的強(qiáng)度提高，工作性得到改善。但是，水泥細(xì)度提高，在空氣中的硬化收縮也較大，使水泥發(fā)生裂縫的可能性增加。因此，對(duì)水泥細(xì)度必須予以合理控制。（２）水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度為使水泥凝結(jié)時(shí)間和安定性的測(cè)定結(jié)果具有可比性，在此兩項(xiàng)測(cè)定時(shí)必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿。我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定，水泥凈漿稠度是采用標(biāo)準(zhǔn)維卡儀測(cè)定的，以試桿沉入凈漿距底板６ｍｍ±１ｍｍ時(shí)的稠度為“標(biāo)準(zhǔn)稠度”，此時(shí)的用水量為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（３）凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間是水泥從加水開始，到水泥漿失去可塑性所需的時(shí)間。凝結(jié)時(shí)間分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間是從水泥加水到水泥漿開始失去塑性的時(shí)間；終凝時(shí)間是水泥加水到水泥漿完全失去塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間。水泥的凝結(jié)時(shí)間對(duì)水泥混凝土的施工有重要意義。如果凝結(jié)過(guò)快，混凝土?xí)芸焓チ鲃?dòng)性，以致無(wú)法澆筑，所以初凝時(shí)間不宜過(guò)短，以便有足夠的時(shí)間在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但終凝時(shí)間又不宜太遲，以便混凝土在澆搗完畢后，盡早完成凝結(jié)硬化。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)（ＧＢ１７５－１９９９）規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不得早于４５ｍｉｎ；終凝時(shí)間不得遲于３９０ｍｉｎ。普通硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不得早于４５ｍｉｎ，終凝時(shí)間不得遲于１０ｈ。第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（４）體積安定性水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性。水泥與水拌制成的水泥漿體，在凝結(jié)硬化過(guò)程中，一般都會(huì)發(fā)生體積變化，如果這種變化是發(fā)生在凝結(jié)硬化過(guò)程中，則對(duì)建筑物的質(zhì)量并沒(méi)有什么影響。但是，在水泥硬化后若產(chǎn)生不均勻的體積變化，將使混凝土產(chǎn)生膨脹裂縫，降低使用質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。這既是水泥體積安定性不良。體積安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游離氧化鈣過(guò)多；也可能是熟料中所含的游離氧化鎂過(guò)多或摻入的石膏過(guò)多，致使水泥已經(jīng)凝結(jié)硬化后，甚至已經(jīng)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物中，這些成分繼續(xù)水化，體積膨脹，引起不均勻的體積膨脹，造成水泥石開裂。第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日雷氏夾第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日雷氏夾測(cè)定儀第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日（５）強(qiáng)度強(qiáng)度是水泥技術(shù)要求中最基本的指標(biāo)，也是水泥的重要技術(shù)性質(zhì)之一。水泥的強(qiáng)度除了與水泥本身的性質(zhì)（如熟料的礦物組成、細(xì)度等）有關(guān)外，并與水灰比、試件制作方法、養(yǎng)護(hù)條件和時(shí)間等有關(guān)。多年來(lái)，我國(guó)水泥強(qiáng)度的檢驗(yàn)一直按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ＧＢ１７７一８５）簡(jiǎn)稱軟練法進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以ｌ∶２．５的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂，按規(guī)定的水灰比（０．４４或０．４６），用標(biāo)準(zhǔn)制作方法制成４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，達(dá)規(guī)定齡期（３ｄ，７ｄ，２８ｄ）時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ１７５一９２）規(guī)定的最低強(qiáng)度值來(lái)評(píng)定其所屬標(biāo)號(hào)。第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日水泥膠砂試模集振動(dòng)臺(tái)第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ＧＢ／Ｔ１７６７１－１９９９）簡(jiǎn)稱ＩＳＯ法規(guī)定，以１∶３的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂（標(biāo)準(zhǔn)砂滿足級(jí)配要求），采用０.５的水灰比，用標(biāo)準(zhǔn)制作方法制成４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，達(dá)到規(guī)定齡期（３ｄ，７ｄ，２８ｄ）時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ１７５－１９９９）規(guī)定的最低強(qiáng)度值來(lái)確定其強(qiáng)度等級(jí)。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ１７５一９２）規(guī)定：凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時(shí)間、安定性中的任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，均為廢品。凡細(xì)度、終凝時(shí)間、不溶物和燒失量中的任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或混合材料摻加量超過(guò)最大限量，或強(qiáng)度低于商品標(biāo)號(hào)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，稱為不合格品，廢品水泥在工程中嚴(yán)禁使用。第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２．技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥石的腐蝕和防止１.水泥石的腐蝕１）淡水侵濁２）硫酸鹽的侵蝕３）鎂鹽侵蝕４）碳酸侵蝕水泥石腐蝕的防止針對(duì)以上分析產(chǎn)生腐蝕的原因，在選用水泥及施工中，可考慮以下措施來(lái)防止腐蝕。１）根據(jù)建筑物環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種２）提高水泥石的密實(shí)度３）加做保護(hù)層R第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日3.2其它品種水泥

高鋁水泥凡以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約５０％的熟料，經(jīng)磨細(xì)而得的水硬性膠凝材料稱為高鋁水泥。又名礬土水泥。工程應(yīng)用高鋁水泥的特點(diǎn)是早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，強(qiáng)度高，主要用于緊急搶修和早期強(qiáng)度要求高的工程。高鋁水泥的缺點(diǎn)是后期強(qiáng)度倒縮，在使用３～５年后高鋁水泥混凝土的強(qiáng)度只有早期強(qiáng)度的一半左右。高鋁水泥不宜作結(jié)構(gòu)工程。它的使用溫度不宜超過(guò)３０℃，如有蒸汽養(yǎng)護(hù)不宜超過(guò)５０℃，不得與其它品種水泥混合使用。第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日膨脹水泥膨脹水泥是硬化過(guò)程中不產(chǎn)生收縮，而具有一定膨脹性能的水泥。工程應(yīng)用在道橋工程中，膨脹水泥常用于水泥混凝土路面、機(jī)場(chǎng)道面或橋梁修補(bǔ)混凝土。此外用于防止?jié)B漏、修補(bǔ)裂縫及管道接頭等工程。第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日白色和彩色硅酸鹽水泥白色水泥的主要礦物組成仍是硅酸鹽，只是水泥中著色物質(zhì)（氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、氧化鉻等）的含量極少。生產(chǎn)彩色硅酸鹽水泥有三種方法：（1）在水泥生料中混入著色物質(zhì)，燒成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）將白水泥熟料或硅酸鹽水泥熟料、適量石膏和堿性著色物質(zhì)共同磨細(xì)制成彩色水泥；（3）將干燥狀態(tài)的著色物質(zhì)摻入白色水泥或硅酸鹽水泥中。白色和彩色水泥在裝飾工程中，常用于配制各類彩色水泥漿、砂漿和混凝土，用以制造各種水磨石、水刷石、等飾面及雕塑和裝飾部件等制品。

第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日補(bǔ)充：道路硅酸鹽水泥１.定義以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料稱為道路硅酸鹽水泥熟料。由道路硅酸鹽水泥熟料，０～１０％活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱道路水泥）。第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２.技術(shù)要求１）化學(xué)組成在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必須加以限制：（１）氧化鎂含量道路水泥中氧化鎂含量不得超過(guò)５.０％。（２）三氧化硫含量道路水泥中三氧化硫不得超過(guò)３.５％。（３）燒失量道路水泥中的燒失量不得大于３.０％。（４）游離氧化鈣含量道路水泥熟料中游離氧化鈣含量，旋窯生產(chǎn)不得大于１.０％；立窯生產(chǎn)不得大于１.８％。（５）堿含量如用戶提出要求時(shí)，由供需雙方商定。第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日２）礦物組成（１）鋁酸三鈣含量道路水泥熟料中鋁酸三鈣的含量不得大于５.０％。（２）鐵鋁酸四鈣含量道路水泥熟料中鐵鋁酸四鈣的含量不得小于１６.０％。鋁酸三鈣（Ｃ３Ａ）和鐵鋁酸四鈣（Ｃ４ＡＦ）的含量，先按ＧＢ１７６方法