1、第四章 石灰与水泥,本章学习要点：以硅酸盐水泥的矿物组成及其特点（水化速度、放热量、对强度的贡献程度等）、技术性质及要求为主要介绍内容；对道路硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥做简单介绍；最后介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。,第一节 硅酸盐水泥,水泥水硬性胶凝材料，不仅能在空气中硬化， 还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度。 主要内容水泥的矿物组成及其技术特性水泥的技术性质,硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣，石膏 硅酸盐水泥类型：型硅酸盐水泥，代号P.I，不掺混合材料型硅酸盐水泥，代号P.II，掺加不超过水泥质量5的混合材料,普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6
2、15%的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥。代号为PO。,一、 硅酸盐水泥的矿物组成与化学成分 1、硅酸盐水泥原料与生料的化学组成原料生料(主要化学成分)：CaOSiO2Al2O3Fe2O3生产工艺二磨一烧石灰石 磨细 1450 粘 土 生料 熟料铁矿粉 石膏 2、硅酸盐水泥熟料的矿物组成 （1）熟料的四种主要矿物硅酸三钙（3CaOSiO2）简写C3S硅酸二钙（2CaOSiO2）简写C2S铝酸三钙（3CaOAl2O3）简写C3A铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）简写C4AF,磨细 水泥,（2）四种矿物的技术特性,C3S是无色晶体，含量50%左右，
3、水化速度快，水化热高，且早期强度高，水化物对水泥早期强度和后期强度起主要作用。,C2S含量在20%左右，水化速度慢，水化热低，早期强度低，后期强度高，耐化学侵蚀性和干缩性较好。,C3A水化速度最快，水化热最高，耐化学侵蚀性差，干缩性大。,C4AF水化速度介于C3A和 C3S 之间，水化热较高，强度低，但对于抗折强度起重要作用，耐化学侵蚀性好，干缩性小。,（3） 四种矿物的技术特性比较 水化程度：C3AC3SC4AFC2SP147 图4-1 几种矿物的水化程度 释热量： C3AC3SC4AFC2S图4-2 几种矿物的水化释热量强度 早期强度：C3SC3AC4AFC2S后期强度：C3SC2SC3A
4、C4AF图4-3 几种矿物强度发展特征 干缩性C3AC3SC4AFC2S 耐化学腐蚀C4AF C3S C2S C3A,图4-1 不同龄期时四种矿物的水化速率 C3AC3SC4AFC2S 24h：大约有65%的C3A水化，C3S水化50%左右； 90d：四种矿物的水化程度已经接近,图4-2 四种矿物的水化热与龄期的关系 C3AC3SC4AFC2S,图4-3 四种矿物的强度随龄期的发展,3 .石膏（CaSO42H2O） 掺量：35 作用：缓凝、调节凝结速度 4. 水泥中的有害物质 游离氧化钙 f-CaO、氧化镁 f-MgO 三氧化硫 SO3 碱含量 “碱集料反应”,（1）水泥熟料矿物的水化反应及其
5、水化生成物, 硅酸三钙：C3SH2O 3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 水化硅酸钙 硅酸二钙：C2SH2O 水化硅酸钙Ca(OH)2 铝酸三钙: 在纯水中：C3AH2O (C4AH13、C4AH19、C3AH6) （水泥瞬凝的原因) 水化铝酸钙 在石膏溶液中：C3ACa(OH)2H2O C4AH13C4AH13CaSO42H2O H2O 3CaOAl2O33CaSO432H2O三硫型水化铝酸钙(钙矾石) 当石膏耗尽后：C4AH13钙矾石 3CaOAl2O3CaSO412H2O 单硫型水化硫铝酸钙,二 、硅酸盐水泥的技术性质 1. 新拌水泥浆体的凝结硬化过程, 铁铝酸四钙: 在纯水中：C
6、4AFH2O C4AH13C4FH13水化铝酸四钙 水化铁酸四钙缩写C4(A、F)H13 在石膏溶液中：C4AFCa(OH)2H2O C4(A、F)H13C4(A、F)H13CaSO42H2OH2O3CaO(Al2O3Fe2O3)3CaSO432H2O三硫型水化铁铝酸钙 当石膏耗尽后：同铝酸三钙，生成单硫型水化硫铁铝酸钙,（2）水泥的凝结硬化过程,1）初始反应期：水泥熟料颗粒初始水解和水化（约510min，放热7J/g.h) 水泥水化过程 2）潜伏期：水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚（约12h，放热 4J/g.h) 3）凝结期：膜层破裂，水泥颗粒进一步水化（约6h，放热20J/g.h） 4）硬化
7、期：水化物进一步发展，填充毛细孔（约6 h若干年）图2-4 水泥的凝结硬化过程示意图 凝结硬化机理小结水泥熟料水化生成紧密、相互交结的水化物体系而凝聚产生强度硬化水泥石由水化物、未水化水泥熟料颗粒、水及孔隙所组成,图4-4 水泥的凝结硬化过程示意图, 水泥水化小结,2. 硬化水泥石的腐蚀, 腐蚀原因 水泥石中存在着引起腐蚀的成分Ca(OH)2（约20)水化铝酸钙 有侵蚀性介质存在：各种盐类、硫酸盐类及酸类物质 水泥石本身不密实,(1) 水化物Ca(OH)2的溶失与置换,1）溶析性侵蚀（淡水腐蚀）Ca(OH)2在动水或有压力水中直接溶失 2）盐类腐蚀MgCl2Ca(OH)2 CaCl2 （易溶）
8、 Mg(OH)2 3）酸类腐蚀碳酸腐蚀：CO2H2O Ca(OH)2 CaCO3H2OCO2H2O CaCO3 Ca(HCO3)2盐酸腐蚀：HClCa(OH)2 CaCl2（易溶）H2O,(2) 硫酸盐腐蚀 （在Ca(OH)2存在的情况下）,水化铝酸钙C4AH13 钙矾石（体积比水化铝酸钙增加2.5倍） Ca(OH)2 Na2SO4 CaSO42H2ONaOHH2O水中 Ca(OH)2 Mg SO4 CaSO42H2OMg(OH)2水中 Ca(OH)2 H2SO4 CaSO42H2OH2O水中 CaSO42H2OC4AH13 Ca(OH)23C3A3CaSO432H2O水泥石中 钙矾石, 腐蚀
9、的危害 水泥石密度下降、强度降低 混凝土开裂与崩解（3） 水泥石腐蚀的防止 1）合理选择水泥品种（根据侵蚀环境特点选择） 2）提高水泥石的密实程度合理降低水灰比使用减水剂 3）加作保护层,三、 水泥的技术要求,主要指标：细、凝、安、强，以强为主 1.物理力学性质指标 （1） 细度 意义： 细度愈大，凝结速度愈快，早期强度愈高。过细：生产成本高、在空气中硬化收缩大、不宜保存图4-5 水泥细度与干缩率 指标：比表面积法（m2/kg）筛析法（80m方孔筛上的筛余量百分率） 规范规定：硅酸盐水泥比表面积应不小于300/kg；80m的方孔筛筛余不大 于10%。,图4-5 水泥细度与干缩率的关系,负压筛,
10、（2）标准稠度,目的：为使水泥凝结时间以及体积安定性等多种性质具有可 比性，必须采用标准稠度的水泥净浆。,测定方法：,试杆法：标准试杆沉至距底板6mm1mm时的水泥净浆为标准稠度净浆，其拌和用水量为该水泥标准稠度用水量。,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,水泥标准稠度试验 1,水泥标准稠度试验 3,水泥标准稠度试验 4,水泥标准稠度试验 5,（3） 凝结时间,初凝：水泥加水拌和起至水泥浆开始失去塑性所需时间 终凝：水泥加水拌和时起至水泥浆完全失去塑性所需时间 测定方法：图4-6 水泥凝结时间测试示意图,国家标准规定：初凝不小于45min，终凝不迟于390min。 初凝不合格者为废品，终凝不合格者也
11、为不合格品。,图4-6 水泥凝结时间测试示意图,（4) 体积安定性-水泥浆在硬化过程中，体积变化 的均匀性能。 意义：水泥浆在硬化后因体积膨胀不均匀而变形的情况 测定方法：沸煮法压蒸法图4-7 压蒸法测试示意图,国家标准规定: MgO 5% SO33.5% 体积安定性不良的水泥为废品,安定性不良的主要原因（1）熟料中游离氧化钙，游离氧化镁过多，游离氧化钙，游离氧化镁过烧，结构致密，熟化慢，硬化后，才熟化，体积膨胀开裂。（2）水泥熟料中石膏过量，水泥硬化后，仍有硫酸钙存在，则固态水化铝酸钙与之反应，形成水化硫铝酸钙，体积膨胀开裂。,水泥安定性试验 1,水泥安定性试验 2,水泥安定性试验 3,水泥
12、安定性试验 4,水泥安定性试验 5,30分钟内加热至水沸腾，然后恒沸3h,水泥安定性试验 6,b-a小于5mm即为安定性合格,试件冷却后测指针尖端的距离,（5） 强度等级和标号,意义：强度是水泥的重要技术性质之一也是划分水泥强度等级的主要依据强度等级强度试验条件：水泥:标准砂1:3、水灰比0.5，试件4416，标准养护、测定3d与28d抗压强度与抗折强度型号：早强型R和普通型（根据3d强度）强度等级：硅酸盐水泥42.5、42.5R、52.5、52.6R、62.5、62.5R普通水泥32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R表1硅酸盐水泥各龄期强度值 影响强度等级因素：熟料
13、矿物 C3S、C2S，强度细度大，水化反应快并充分，强度高,硅酸盐水泥各龄期强度值（GB175-1999）,3、技术标准,见教材P154页 表4-5及相应规定,废品水泥：MgO、SO3、初凝，安定性，任意一项不合格。,不合格品水泥：细度，终凝，不溶物，烧失量及混合料过多，强度过低。,小结：硅酸盐水泥的各项技术性质主要包括：水泥的化学性质、物理性质及力学性质。其中：水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性及强度等级是本次课的重点内容，,道路硅酸盐水泥熟料：以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐熟料，称为道路硅酸盐熟料。,道路水泥：由道路硅酸盐熟料及010活性混
14、合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥简称道路水泥。,四、 道路硅酸盐水泥,1）作用和使用要求 用途：供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求：抗折强度高干缩性小耐磨性好,2）矿物组成对技术性能的影响抗折强度高：C3S、C4AF、C3A、f- CaO。 干缩性小（抗渗、抗冻）：C3A，C4AF 耐磨性好： C4AF，C3S，C3A，强度高,3）化学品质要求（高铁低铝） C3S：5160%，以提高早期强度，尽早放开交 通； C2S：不宜过多，其早期强度过低 C3A5%，考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF16%，提高水泥的抗折强度 控制碱含量,一、名词解释 1.水泥的
15、凝结和硬化2.水泥的体积安定性3.混合材料4.水泥标准稠度用水量5.水泥的初凝时间和终凝时间6.胶凝材料,单项选择题 1.有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选择（ ）水泥。 A 硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝 2.有耐热要求的混凝土工程，应优先选择（ ）水泥。 A 硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰 3.有抗渗要求的混凝土工程，应优先选择（ ）水泥。 A 硅酸盐 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰 4.下列材料中，属于非活性混合材料的是（ ）。 A 石灰石粉 B 矿渣 C 火山灰 D 粉煤灰 5.为了延缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量（ ）。 A 石灰 B 石膏 C 助磨剂 D
16、 水玻璃 6.对于通用水泥，下列性能中（ ）不符合标准规定为废品。 A 终凝时间 B 混合材料掺量 C 体积安定性 D 包装标志 7.通用水泥的储存期不宜过长，一般不超过（ ）。 A 一年 B 六个月 C 一个月 D 三个月 8.对于大体积混凝土工程，应选择（ ）水泥。 A 硅酸盐 B 普通 C 矿渣 D 高铝 9.硅酸盐水泥熟料矿物中，水化热最高的是（ ）。 A C3S B C2S C C3A D C4AF 10.有抗冻要求的混凝土工程，在下列水泥中应优先选择（ ）硅酸盐水泥。 A 矿渣 B 火山灰 C 粉煤灰 D 普通,简述题 1.通用水泥的哪些技术性质不符合标准规定为废品？哪些技术性质不
17、符合标准规定为不合格品？ 2.矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥与硅酸盐水泥和普通水泥相比，三种水泥的共同特性是什么？ 3.水泥在储存和保管时应注意哪些方面？ 答：（1）防水防潮；要做到“上盖下垫”。 （2）不同品种和强度等级的水泥不能混存混放。 （3）堆垛不能过高；一般不超过10袋，若场地狭窄最多不超过15袋。 （4）“先进先用”；水泥的储存期不能过长；水泥的储存期一般不超过3个月，储存期超过3个月的水泥强度要降低。 4.防止水泥石腐蚀的措施有哪些？ 5.简述气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的区别。 6.石灰的用途如何？在储存和保管时需要注意哪些方面？ 7.生石灰在熟化时为什么需要陈伏两周以上？为什么在陈伏时需在熟石灰表面保留一层水？,
