《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容：常用（硅酸鹽）水泥的生產工藝常用（硅酸鹽）水泥的特性影響常用水泥性能的因素重點內容：硅酸鹽水泥礦物成分特點硅酸鹽水泥的凝結和硬化難點：硅酸鹽水泥的凝結和硬化要求：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％石灰石或粒化高爐礦渣，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１.硅酸鹽水泥生產原料原料：１）石灰質原料主要提供ＣａＯ，２）粘土質原料主要提供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)為調節水泥的凝結速度，在燒成的熟料中加入質量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??；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，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中中耐化學侵蝕中良差優干縮性中小大?。常V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，水泥的性質即發生相應的變化。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生水化反應，生成水化產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）鋁酸三鈣為了調節水泥的凝結硬化速度，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）是難溶于水的穩定的針狀結晶體，它在生成結晶體時體積大大膨脹。因此，水泥中加入石膏數量不可過多，防止水泥凝結硬化過程中硫鋁酸鈣超過限制，產生體積變化不均勻。尤其是形成水泥構件后，還繼續水化，其危害更大。（２）硅酸鹽水泥的凝結和硬化硅酸鹽水泥的凝結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階段為凝結期（凝結期）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，對水泥的凝結硬化以及強度，都有一定的影啊。思考題：１.水泥磨細避過程中加盯入石膏的號目的是什彩么？２.水泥四種程礦物成分茅的特性是波什么？３.影響舞水泥凝結污硬化的因此素有哪些右？主要內容納：硅酸鹽維水泥的技雹術性質硅酸鹽摔水泥的綁技術標年準常用水泥要的選用其它品種腥水泥重點內幕容：硅狹酸鹽水愉泥的技針術性質硅酸鹽水陰泥的技術成標準難豪點：硅搬酸鹽水泥棍的強度檢申驗方法及破評定要混求：掌郊握硅酸鹽急水泥的技脈術性質掌握硅栗酸鹽水鴿泥的技踢術標準參考資折料：《梳土木工嚴程材料泛》陳志煎源《道路建坐筑材料》奇嚴家伋《道路建到筑材料》姥孫凌《公路工隨程水泥和餓水泥混凝不土試驗規睜程》《道路壺建筑材攝料》集緩中訓練用試驗補崇充教材《硅酸鹽考水泥、普絮通硅酸鹽礎水泥》技每術標準端GB17稀5-19驕993.1規.4常用水但泥的選脊用各類建粉筑工程烏，針對攜其工程鳳性質、腐結構部村位、施還工要求擋和使用覺環境條絞件等，帝進行選沿用。3.1.時5常用水帆泥的技術揉性質和技匠術標準１.技頁術性質按照我國擋現行國家準標準《硅揮酸鹽水泥舍、普通硅纏酸鹽水泥池》（ＧＢ口１７５一燥１９９９仗）規定，袖硅酸鹽水河泥的技術迅性質包括梨下列項目截：１）化學攤性質為了保證醬水泥的使鋒用質量，態水泥的化悉學指標主南要是控制松水泥中有聽害的化學忘成分含量田，若其超盛過最大允底許限量，士即意味著僑對水泥性廊能和質量裙可能產生定有害或潛貸在的影響翁。（１）享氧化鎂武含量（２）三神氧化硫含州量（３）燒升失量（４）不躺溶物２）物理個力學性質（１）撲細度細度是指掌水泥顆粒忍粗細的程貼度。細度陣愈細，水篩泥與水起看反應的面敢積愈大，炊水化速度刻愈快并較槐完全。實姑踐表明，冠細度提高號，可使水字泥混凝土躲的強度提躲高，工作焦性得到改銹善。但是地，水泥細雄度提高，渡在空氣中菠的硬化收帽縮也較大丟，使水泥碑發生裂縫焰的可能性眼增加。因曠此，對水武泥細度必嗽須予以合伏理控制。（２）富水泥凈節漿標準孔稠度為使水泥念凝結時間包和安定性胳的測定結鎮果具有可綠比性，在膊此兩項測頓定時必須跟采用標準吃稠度的水映泥凈漿。假我國國標變規定，水玩泥凈漿稠籠度是采用習標準維卡輛儀測定的書，以試桿肌沉入凈漿允距底板６容ｍｍ±１末ｍｍ時的疤稠度為“陶標準稠度廢”，此時叢的用水量晉為標準稠器度用水量秒。水泥標同準稠度渠與凝結肆時間測艙定（３）壘凝結時鍛間凝結時間啦是水泥從惜加水開始徹，到水泥越漿失去可沿塑性所需站的時間。晨凝結時間序分為初凝冤時間和終魄凝時間。初凝時間凍是從水泥漲加水到水山泥漿開始扯失去塑性鞏的時間；終凝時間霧是水泥加往水到水泥歉漿完全失鑼去塑性并傲開始產生猴強度的時所間。水泥的嫌凝結時她間對水堅泥混凝犯土的施融工有重角要意義眨。如果睛凝結過岸快，混彩凝土會頂很快失阻去流動菌性，以庭致無法柳澆筑，游所以初隸凝時間煩不宜過盆短，以渴便有足胳夠的時京間在初簡凝之前餃完成混樣凝土各甘工序的員施工操塑作；但尿終凝時戲間又不垂宜太遲壇，以便弦混凝土米在澆搗歌完畢后餃，盡早早完成凝尺結硬化留。我國軍現行國即標（Ｇ乖Ｂ１７穿５－１酷９９９餃）規定楊，硅酸竿鹽水泥厚初凝時用間不得壤早于４秀５ｍｉ辟ｎ；終壘凝時間鑄不得遲末于３９鐵０ｍｉ霸ｎ。普睬通硅酸毀鹽水泥既初凝時丘間不得娃早于４典５ｍｉ搶ｎ，終冤凝時間據不得遲皮于１０飼ｈ。（４）體按積安定性水泥硬買化后體娃積變化茫的均勻偽性稱為悠水泥體買積安定慎性。水泥與水此拌制成的葡水泥漿體松，在凝結奧硬化過程科中，一般勝都會發生捕體積變化主，如果這膛種變化是繩發生在凝雅結硬化過洗程中，則起對建筑物堂的質量并譽沒有什么蒸影響。但擾是，在水暢泥硬化后多若產生不燒均勻的體勸積變化，惡將使混凝目土產生膨駝脹裂縫，倒降低使用陸質量，甚腥至引起嚴輝重事故。冒這既是水民泥體積安尺定性不良當。體積安定獻性不良的粒原因，一微般是由于挺熟料中所延含的游離撥氧化鈣過假多；也可蝕能是熟料藍中所含的窗游離氧化臣鎂過多或獎摻入的石播膏過多，亞致使水泥黑已經凝結道硬化后，金甚至已經唐應用于結戰構物中，拜這些成分進繼續水化略，體積膨挎脹，引起像不均勻的膨體積膨脹毛，造成水造泥石開裂珍。雷氏夾雷氏夾難測定儀（５）貫強度強度是水甩泥技術要站求中最基暖本的指標殖，也是水拋泥的重要軍技術性質閑之一。水泥的強線度除了與鴨水泥本身道的性質（勵如熟料的活礦物組成敢、細度等矛）有關外集，并與水鋤灰比、試改件制作方用法、養護插條件和時究間等有關街。多年來法，我國水貿泥強度的廳檢驗一直征按國家標莫準《水泥鐘膠砂強度舊檢驗方法墓》（ＧＢ遵１７７一恭８５）簡版稱軟練法扒進行，該斧標準規定蔽，以ｌ∶萬２．５的哨水泥和標僻準砂，按亭規定的水感灰比（０擾．４４或冰０．４６含），用標輝準制作方說法制成４匯０ｍｍ×保４０ｍｍ盲×１６０棍ｍｍ的標揭準試件，豪在標準養抱護條件下漂，達規定來齡期（３榜ｄ，７ｄ墊，２８ｄ抬）時，按過國家標準交（ＧＢ１猾７５一９姿２）規定座的最低強承度值來評籍定其所屬碎標號。水泥膠調砂試模潔集振動愁臺我國現行司國家標準越《水泥膠谷砂強度檢揭驗方法》緊（ＧＢ／滅Ｔ１７６淋７１－１民９９９）使簡稱ＩＳ俊Ｏ法規定分，以１∶踏３的水泥苦和標準砂療（標準砂遍滿足級配府要求），價采用０.平５的水灰虹比，用標野準制作方褲法制成４怕０ｍｍ×斤４０ｍｍ舞×１６０肢ｍｍ的標素準試件，雹在標準養爬護條件下稿，達到規購定齡期（脈３ｄ，７慶ｄ，２８厲ｄ）時，弱按國家標年準（ＧＢ崗１７５－刮１９９９尿）規定的攏最低強度擦值來確定女其強度等厭級。我國現行證國家標準員（ＧＢ１后７５一９載２）規定奇：凡氧化弱鎂、三氧雹化硫、初代凝時間、淺安定性中紹的任一項捐不符合標窯準規定，右均為廢品黃。凡細度初、終凝時瓶間、不溶迎物和燒失值量中的任露一項不符涼合標準規駝定或混合配材料摻加量量超過最窗大限量，察或強度低搬于商品標拖號規定的譯指標時，特稱為不合溉格品，廢皺品水泥在肢工程中嚴層禁使用。２．技別術標準硅酸鹽水雷泥石的腐因蝕和防止１.水去泥石的脆腐蝕１）淡水紐奉侵濁２）硫筒酸鹽的貓侵蝕３）鎂田鹽侵蝕４）碳窯酸侵蝕水泥石劉腐蝕的紀防止針對以萄上分析牧產生腐臣蝕的原令因，在塊選用水賄泥及施凱工中，牽可考慮居以下措斬施來防迎止腐蝕越。１）根據長建筑物環狐境特點，錫合理選用畏水泥品種２）提高率水泥石的費密實度３）加做侵保護層R3.2絞其它品販種水泥3.2郵.1高圣鋁水泥凡以鋁眼酸鈣為叔主，氧絲式化鋁含遲量約５齊０％的而熟料，輪經磨細愛而得的蒼水硬性倚膠凝材重料稱為蒸高鋁水叉泥。又尾名礬土蛇水泥。工程應徐用高鋁水泥稠的特點是蛙早期強度晃增長快，悶強度高，柴主要用于侮緊急搶修丟和早期強勒度要求高抹的工程?；几咪X水泥元的缺點是景后期強度淚倒縮，在輝使用３～抖５年后高們鋁水泥混著凝土的強饑度只有早癢期強度的絮一半左右寸。高鋁水倆泥不宜示作結構糾工程。業它的使清用溫度慕不宜超休過３０遺℃，如竿有蒸汽掘養護不柱宜超過升５０℃擠，不得內與其它附品種水辦泥混合煤使用。3.2.景2膨脹水對泥膨脹水泥冒是硬化過胞程中不產兩生收縮，川而具有一睜定膨脹性價能的水泥陰。工程應茂用在道橋陜工程中明，膨脹顧水泥常趟用于水敞泥混凝都土路面轎、機場鞠道面或量橋梁修拐補混凝跌土。此畜外用于非防止滲踏漏、修液補裂縫沫及管道洋接頭等被工程。3.2至.3白路色和彩辣色硅酸共鹽水泥白色水泥涉的主要礦狡物組成仍界是硅酸鹽瓦，只是水須泥中著色咐物質（氧面化鐵、氧詢化錳、氧檔化鈦、氧絨化鉻等）俗的含量極跌少。生產彩色型硅酸鹽水強泥有三種戶方法：（史1）在水慰泥生料中萌混入著色套物質，燒窗成彩色熟竟料再粉磨王成彩色水湖泥；（2術）將白水掃泥熟料或龜硅酸鹽水泡泥熟料、叛適量石膏那和堿性著僚色物質共券同磨細制夜成彩色水丘泥；（3拳）將干燥販狀態的著劈燕色物質摻妄入白色水少泥或硅酸像鹽水泥中龍。白色和魂彩色水王泥在裝何飾工程憶中，常旋用于配棕制各類壺彩色水智泥漿、耐砂漿和綱混凝土安，用以閥制造各瞇種水磨禮石、水猛刷石、居等飾面閱及雕塑虜和裝飾效部件等召制品。補充：道分路硅酸鹽逆水泥１.定蠻義以適當成略分的生料艇燒至部分矛熔融，所屋得以硅酸量鈣為主要遍成分和較畝多量的鐵版鋁酸鈣的擾硅酸鹽水飾泥熟料稱期為道路硅抗酸鹽水泥杏熟料。由珍道路硅酸報鹽水泥熟粱料，０～馬１０％活窩性混合材位料和適量脫石膏磨細斃制成的水喇硬性膠凝克材料，稱賴為道路硅裳酸鹽水泥舟（簡稱道虎路水泥）拔。２.技術忘要求１）化宿學組成在道路水珠泥或熟料慮中含有下弓列有害成趣分必須加飯以限制：（１）破氧化鎂速含量供道路水喇泥中氧陶化鎂含杰量不得認超過５躺.０％初。（２）三湊氧化硫含舌量道路施水泥中三騰氧化硫不亡得超過３索.５％。（３）有燒失量怖道路梁水泥中阿的燒失現量不得較大于３培.０％脊。（４）游廟離氧化鈣息含量道劑路水泥熟項料中游離仇氧化鈣含弦量，旋窯室生產不得鄉豐大于１.玻０％；立躺窯生產不抬得大于１販.８％。（５）嫩堿含量樹如用殊戶提出輸要求時迎，由供奶需雙方鏡商定。２）礦物垂組成（１）鋁典酸三鈣含捧量道路歉水泥熟料謝中鋁酸三朵鈣的含量帆不得大于參５.０％反。（２）鐵申鋁酸四鈣爪含量道顧路水泥熟律料中鐵鋁肉酸四鈣的釋含量不得嫩小于１６易.０％。鋁酸三蔬鈣（Ｃ３Ａ）和夜鐵鋁酸干四鈣（陷Ｃ４ＡＦ）的漫含量，先糠按ＧＢ１揭７６方法羞求出三氧拘化二鋁（獻Ａｌ２Ｏ３）和三氧曬化二鐵（白Ｆｅ２Ｏ３）的含芝量，然有后按下吉式求得船：Ｃ３Ａ＝２煙.６５壟（Ａｌ２Ｏ３－０.６按４Ｆｅ２Ｏ３）％Ｃ４ＡＦ＝奸３.０譽４Ｆｅ２Ｏ３％３）物理屈力學性質（１）細辰度按國垃標ＧＢ１薦３４５水響泥細度檢交驗方法，機８０μｍ慢篩的篩余虎量不得大建于１０％顏。（２）貧凝結時吹間按摧國標Ｇ娘Ｂ１３痕４６試揀驗方法催，初凝祖不得早貸于１ｈ笛，終凝休不得遲須于１０替ｈ。（３）配安定性厭按國殊標ＧＢ皺１３４貍６試驗把