土木工程材料第三章石灰水泥.ppt

1,建 筑 材 料-胶凝材料,2,胶凝材料概述,定义：在一定条件下，经过自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。分类：,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,无机胶凝材料,胶凝材料,3,第一节 石 灰,原料：以碳酸钙为主的天然原料：石灰岩（limestone）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。,4,原料：,石灰石,白云质石灰石,白 垩,贝 壳,5,一、石灰的生产与分类,石灰：包含不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬 性石灰的统称。将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产品即为生石灰。,CaO含量低，质量等级低，利用率低,质地密实，颜色较深，消化缓慢，容易造成墙体开裂,石 灰,6,二、石灰的消化与硬化,消化（熟化）：生石灰（CaO）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程。生石灰的消化反应如下：CaOH2O Ca(OH)264.9103J 石灰的消化过程会放出大量的热，熟化时体积增大12.5倍。过烧石灰消化速度慢，易引起墙面隆起、开裂，所以使用前需洗灰陈伏。,7,石灰膏多存放在工地现场的贮灰坑中，产品含水量约为50%，表观密度为13001400kg/m3。由于过火石灰熟化缓慢，为防止过火石灰在建筑物中吸收空气中水分继续熟化，造成建筑物局部膨胀开裂，石灰膏应在贮灰坑中隔绝空气存放2周以上，使生石灰熟化后再用于工程，这种过程成为“陈伏”。,8,石灰熟化示意图,陈伏：石灰浆在储灰坑内陈伏2周以上。,9,石灰的凝结硬化 胶凝材料的凝结硬化时一个连续的物理、化学变化过程，具有可塑性的胶凝材料能逐渐变成坚硬的固体物质。通常将具有可塑性的浆体逐渐失去塑性的过程，成为凝结；随着物理、化学作用的延续，浆体产生强度，并逐渐提高，最终变成坚硬的固体物质的过程，成为硬化。,10,A,B,石灰抹面裂纹比较和分析,案例分析,分析答案,11,分析：,在煅烧过程中，如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过烧石灰”。过烧石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过烧石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过烧石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过小，石灰过多，易产生此类裂纹。,12,三、石灰的技术要求及特性,石灰的分类及技术要求建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根据石灰中氧化镁的含量分为：钙质石灰：MgO5%镁质石灰：MgO5%钙质消石灰粉：MgO4%镁质消石灰粉：4%MgO24%白云石质消石灰粉：24%MgO30%,13,根据成品加工方法不同分为：,各种石灰根据其种类、成分、细度等划分为优等品、一等品及合格品。,14,石灰的特性,可塑性和保水性好：可调成石灰砂浆。吸湿性强：是传统的干燥剂；储存时注意防潮。凝结硬化慢，强渡低。体积收缩大：不宜单独使用，可掺入砂、各种纤维材料等减少收缩。耐水性差：不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。,15,四、石灰的应用,制作石灰乳涂料石灰乳涂料可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥粒化高炉矿渣(或粉煤灰)，可提高粉刷层的防水性；掺入各种色彩的耐碱材料，可获得更好的装饰效果。配制砂浆石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。,保水性好,16,拌制灰土和三合土：消石灰粉与粘土的拌合物，称为灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等），即成三合土。灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与Ca(OH)2发生反应，生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。制作碳化石灰板：用作非承重的内墙板、天花板等。生产硅酸盐制品：如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。配制无熟料水泥,17,各类石灰的用途,总结,18,一、石膏的生产及分类,石膏的生产：原料在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成。,第二节 石 膏,19,石膏的分类,20,二、建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏与适量的水相混合，最初成为可塑的浆体，但很快就失去塑性并产生强度，并发展成为坚硬的固体。石膏与水搅拌后发生如下反应：,21,初凝：建筑石膏拌水后形成流动的可塑性胶凝体溶解于水中，很快形成饱和溶液，溶液中的半水石膏与水反应生成二水石膏，二水石膏胶体微粒由于溶解度低将从溶液中析出，并促使半水石膏进一步溶解，直至半水石膏全部转化为二水石膏。在这个过程中，浆体中的水分逐渐减少，浆体失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。终凝：随着水分蒸发和水化的继续进行，浆体完全失去可塑性，这个过程称为终凝。,1半水石膏；二水石膏胶体微粒；二水石膏晶体；交错的晶体。,建筑石膏凝结硬化示意图,22,硬化石膏的结构,23,三、建筑石膏的技术要求及特性,建筑石膏的技术要求外观：色白，密度为2.602.75 g/cm3,堆积密度为8001100 kg/m3。质量标准：建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。,石膏,24,产品标记：产品名称+抗折强度+标准号,建筑石膏的技术指标（GB 9776-88）,25,建筑石膏的特性,凝结硬化快硬化制品的孔隙率大，体积密度小，保温、吸声性能好具有一定的调温调湿性凝固时体积微膨胀防火性好耐水性、抗冻性差,26,四、建筑石膏的应用,室内抹灰及粉刷建筑石膏凝结快，用于抹灰、粉刷时需加缓凝剂及附加材料制成粉刷石膏。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火、保温，并且施工方便，可实现机械化施工，是一种高档抹面材料，可用于办公室、住宅等的墙面、顶棚等。,27,制作石膏制品,建筑石膏制品的种类很多。如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。石膏制品质量轻，可锯、可刨、可钉，加工性能好，可连续生产，生产效率高，有广阔的发展前途。,石膏立柱,石膏吊顶,28,29,30,请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。,观察与讨论,分析答案,建筑石膏粉的质量,建筑石膏粉,31,分析：,从图可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。,32,某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。,案例分析,分析答案,33,分析：,厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂亦可改善石膏制品的耐水性。,34,某工人用建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。,案例分析,分析答案,35,分析：,建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。,36,第三节 水玻璃,一、水玻璃的组成和硬化二、水玻璃的性质与应用,37,一、水玻璃的组成和硬化,组成俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为 钠水玻璃(Na2OnSiO2)；钾水玻璃(K2OnSiO2)液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。,38,一、水玻璃的组成和硬化,硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。,39,二、水玻璃的性质与应用,水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝防水剂；修补砖墙裂缝。,40,第四节 镁质胶凝材料,又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为MgO。硬化后的主要产物为xMgOyMgCl2zH2O，其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。,41,1.石膏浆、石灰浆和水泥浆三种胶凝材料浆体硬化时收缩最大的是水泥浆。,课堂练习,2.一般建筑石膏适用于室外。,3.石灰陈伏是为了消除过烧石灰的危害。,4.石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。,5.在水泥中，石膏加入的量越多越好。,否,是,否,是,是,否,否,是,否,是,42,太棒了！,43,继续努力哦！,44,作 业,1.材料的密度、表观密度、孔隙率之间有何关系？2.某砌块外形的尺寸为150mm150mm150mm，已知其孔隙率为38%，干燥质量为2488g，浸水饱和后质量为3014g。试求该砌块的密度、表观密度及质量吸水率。3.天然岩石的主要技术性质有哪些？选用石材需考虑技术条件是什么？4.烧结砖为什么要对泛霜和石灰爆裂情况进行测定?5.生石灰熟化是为什么要进行“陈伏”？,建 筑 材 料,水 泥,46,本章内容,水泥概述5.1 硅酸盐水泥5.1.1 硅酸盐水泥5.1.2 掺混合材料的通用硅酸盐水泥 5.1.3 通用硅酸盐水泥的特性及应用5.2 水泥的验收与储存5.3 水泥的取样规定5.4 水泥主要技术性质的检测方法与检测报告5.5 通用硅酸盐水泥的质量标准5.7 水泥石的腐蚀与防止,熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理；熟练掌握硅酸盐水泥等几种通用水泥的性能特点，相应的检测方法及选用原则；了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点；掌握水泥的检验及质量合格标准的判定。,教学目标,47,我国水泥工业的优势我国水泥工业的劣势,前沿讨论,48,作为主要的建筑材料，水泥产量变化客观反映了建筑业的发展。在过去的100年中，中国的建筑业以惊人的速度发展，特别是近二十年来更是盛况空前，从表中水泥产量的变化中可以得到充分证明。,我国水泥工业发展现状,我国水泥产量(106 t),新型干法产量所占比例超过50,49,水泥检测,5.1 概述 水泥是工程中广泛使用的水硬性胶凝材料，是水利水电工程混凝土结构的主要建筑材料，常用于拌制水泥砂浆、水泥混凝土，也常用作灌浆材料加固地基。水泥的种类繁多，按所含水硬性物质的不同，可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥及硫铝酸盐系水泥等，其中以硅酸盐系水泥应用最广；按水泥的用途及性能，可分为通用水泥、专用水泥与特性水泥三类，见表5.1。,表5.1 水泥分类,50,5.1.1.1 硅酸盐水泥概述 国家标准GB175-2007通用硅酸盐水泥规定：通用硅酸盐水泥是一般土木工程通常采用的水泥，是以硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料制成的水硬性胶凝材料。包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。（1）硅酸盐水泥分类 硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5的粒化高炉矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥，代号P。（2）硅酸盐水泥熟料 由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧制部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66，氧化钙和氧化硅的质量比不小于2.0。,51,小知识,“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣，简称：矿渣。每生产一吨生铁，要排出0.31吨矿渣。矿渣的化学成分与水泥熟料相似，只是氧化钙含量略低。,什么是“矿渣”？,52,5.1.1.2 硅酸盐水泥的原料和生产工艺（1）硅酸盐水泥的原料硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料（石灰石、白垩等）和粘土质原料（粘土、页岩等）。原料配比的确定，应满足原料中氧化钙含量占 7578，氧化硅、氧化铝及氧化铁含量占2225。为满足上述各矿物含量要求，原料中常加人富含某种矿物成分的辅助原料，如铁矿石、砂岩等。（2）硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥的生产可概括为“两磨一烧”，即生料的配制与磨细、生料锻烧至部分熔融（1450）形成熟料，熟料与适量石膏（25）等混合磨细。生产过程中的关键环节是生料配制与煅烧，其目的是使水泥熟料中的矿物成分及含量符合要求。,53,硅酸盐水泥的生产工艺,石灰质原料CaO,黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3,校正原料,生料,熟料,石膏,石灰石或粒化矿渣,按比例,混合磨细,煅烧,1450,水泥,磨细,“两磨一烧”,54,硅酸盐水泥熟料矿物组成,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3 CaO Al2O3,4 CaOAl2O3Fe2O3,55,5.1.1.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有4种，其名称及含量范围见表5.2。,除4种主要矿物成分外，硅酸盐水泥熟料中还含有少量游离氧化钙、游离氧化镁及碱类物质（K2O及Na2O），其总量不超过水泥熟料的10。,表5.2 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分,56,5.1.1.4 硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化是一个复杂的物理、化学变化过程。（1）硅酸盐水泥的水化特性及水化生成物水泥与水发生的化学反应，简称为水泥的水化反应。硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应如下：,57,5.1.1.4 硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化是一个复杂的物理、化学变化过程硅酸盐水泥熟料矿物的水化 硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。硅酸三钙水化 硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶和氢氧化钙。2(3CaOSiO2)6H2O3CaO2SiO23H2O3Ca(OH)2硅酸二钙的水化 C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。2(2CaOSiO2)4H2O=3CaO2SiO23H2OCa(OH)2,58,铝酸三钙的水化 由于铝酸三钙的水化反应极快，使水泥产生瞬时凝结，为了方便施工，在生产硅酸盐水泥时需掺加适量的石膏，达到调节凝结时间的目的。铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。3CaOAl2O36H2O3CaOAl2O36H2O在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。,59,石膏和铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石），反应式如下：3CaOAI2O36H2O3(CaSO42H2O)19H2O 3CaOAI2O33CaSO431H2O 水化硫铝酸钙难溶于水，生成时附着在水泥颗粒表面，能减缓水泥的水化反应速度。铁相固溶体的水化 水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。4CaOAl2O3Fe2O37H2O3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O,60,硅酸盐水泥的水化与凝结硬化硅酸盐水泥的主要水化产物,通常认为，水化硅酸钙凝胶体对水泥石的强度和其它性质起着决定性的作用。,61,4种熟料矿物水化反应时所表现出的水化特性,62,(2)硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥水化初期，水化产物的数量较少，水泥浆还具有良好的可塑性。随后水化产物的数量不断增加，自由水分不断减少，水化产物颗粒间逐渐接近，部分颗粒黏结在一起形成了一定的网状结构，水泥浆体失去可塑性，产生凝结。石膏对硅酸盐水泥水化起缓凝剂作用。随着水化的进一步进行，水化产物不断生成并填充水泥颗粒的空隙。更多的水化产物颗粒间产生黏结作用使所形成的网状结构更加密实，此时水泥浆体逐步产生强度进入硬化阶段。,63,硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图所示。,A未水化水泥颗粒B胶体粒子C晶体粒子D毛细孔（毛细孔水）E凝胶孔,64,影响凝结硬化的因素,水泥的熟料矿物组成及细度 水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。水泥浆的水灰比 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢,且空隙多，降低水泥石的强度。,65,石膏的掺量 硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。但是石膏掺量过多时，可能危害水泥石的安定性。（一般so3不超过3.5%）环境温度和湿度 水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就较快。当环境温度低于0时水泥水化趋于停止，就难以凝结硬化。水泥水化是水泥与水之间的反应，必须在水泥颗粒表面保持有足够的水分，水泥的水化、凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护。龄期 水泥浆随着时间的延长水化物增多，内部结构就逐渐致密，一般来说，强度不断增长。,66,某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40 min，本属于废品。但后放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。,该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其它熟料矿物的水化速度。从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。,67,某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过三小时才凝结。请讨论形成这种现象的原因。,此为水泥假凝现象。假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。,68,5.1.2 掺混合材料的通用硅酸盐水泥,5.1.2.1 混合材料 为了改善硅酸盐水泥的某些性能或调节水泥强度等级，生产水泥时,在水泥熟料中掺入人工或天然矿物材料，这种矿物材料称为混合材料。混合材料分活性混合材料和非活性混合材料两种。（1）活性混合材料 活性混合材料是其本身不具备水硬性，但在激发剂的作用下，能生成水硬性物质的矿物。混合材料的这种性质，称为火山灰性。常用的激发剂有碱性激发剂（石灰）与硫酸盐激发剂（石膏）两类。,69,活性混合材料常经过骤冷处理，结构呈非晶体（玻璃体）状态，内部贮存有大量的化学潜能。活性混合材料的化学成分以活性氧化硅及活性氧化铝为主，在氢氧化钙饱和溶液中，发生化学反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙及水化铝酸钙，反应式如下：xCa(OH)2SiO2m1H2OxCaOSiO2n1H2O yCa(OH)2AI2O3m2H2OyCaOAI2O3n2H2O 水化铝酸钙在石膏的作用下，生成水化硫铝酸钙。水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化硫铝酸钙均同水泥的水化生成物。,70,工程上常用的活性混合材料有以下三类：粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）。粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）是冶炼生铁时高炉中的熔融矿渣，经骤冷处理而成的粒状矿物。粒化高炉矿渣质地疏松、呈玻璃体结构，主要化学成分为二氧化硅及三氧化二铝。火山灰质混合材料。凡具有火山灰性的天然或人工的矿物质材料，统称为火山灰质混合材料。火山灰质材料中含有较多的活性氧化硅及活性氧化铝，能与石灰在常温下反应，生成水化硅酸钙及水化铝酸钙。火山灰质混合材料品种较多，天然的主要有火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土等，人工的主要有煤矸石、烧页岩、烧粘土、硅质渣、硅粉等。粉煤灰。粉煤灰是火山灰质混合材料的一种。粉煤灰是从火力发电厂的煤粉炉烟道气体中收集的粉末，主要化学成分为氧化硅及氧化铝，含少量氧化钙，具有火山灰性质。,71,（2）非活性混合材料 凡不具有活性或活性甚低的人工或天然矿物质材料，统称为非活性混合材料。非活性混合材料经磨细后，掺加到水泥中，可以调节水泥强度等级，节约水泥熟料，还可以降低水泥的水化热。常用的非活性混合材料，主要有磨细的石灰岩、砂岩以及活性指标低于国家标准规定的活性混合材料。非活性混合材料应具有足够的细度，不含或较少含有对水泥有害的杂质。,72,5.1.2.2 掺混合材料的通用硅酸盐水泥的组成,注：a.该组分为硅酸盐水泥熟料和石膏的总和。b.该组分材料为符合标准的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。c.本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%的活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替。d.本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。e.本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。f.本组分材料由两种或两种活性混合材料或非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰来代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。,73,5.1.3 通用硅酸盐水泥的特性及应用,5.1.3.1 硅酸盐水泥的特性及应用硅酸盐水泥是最早生产的水泥品种，主要具有凝结硬化较快，早期强度较高；水化热高，放热集中；抗冻性较好；抗碳化性能好；干缩小，不易产生干缩裂纹；耐磨性好；抗腐蚀性能差；耐热性差等特点。主要用于配制高强混凝土、生产预制构件，以及道路、低温下施工的工程。不适用于大体积混凝土、地下工程，以及受化学侵蚀的工程。5.1.3.2 普通硅酸盐水泥特性及应用普通硅酸盐水泥的组成与硅酸盐水泥非常相似，因此其性能也与硅酸盐水泥相近。但由于掺入的混合材料量相对较多，与硅酸盐水泥相比，其早期硬化速度稍慢，3d的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性能也稍差。在应用范围方面，与硅酸盐水泥也相同，广泛用于各种混凝土或钢筋混凝土工程，是我国主要水泥品种之一。,74,由于矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥在生产时掺加了较多的混合材料，使得三种水泥中水泥熟料大为减少，又由于活性混合材料能与水泥中的水化产物发生二次反应，故三种水泥与硅酸盐水泥、普通水泥相比较，表现出不同的特性。三种水泥的共同特性为：（1）凝结硬化速度较慢，早期强度较低，后期强度增长较快 由于水泥熟料的减少，三种水泥中硅酸三钙及铝酸三钙的含量相应减少，使得三种水泥凝结硬化较慢，早期强度较低。随着熟料矿物的水化反应的进行，水化生成的氢氧化钙，与活性混合材料中的活性氧化硅、活性氧化铝发生二次反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性物质，故后期强度增长较快。,5.1.3.3 矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥特性及应用,75,（2）水化热低 由于熟料矿物的减少，使发热量大的硅酸三钙、铝酸三钙含量相对减少，三种水泥水化放热速度减缓，水化热低，故三种水泥适合于大体积混凝土工程的混凝土配制。（3）抗侵蚀能力强 由于熟料水化产物氢氧化钙与活性混合材料发生二次反应，易受侵蚀的氢氧化钙含量大为减少，故三种水泥具有较强的抗溶出性侵蚀能力及抗硫酸盐侵蚀能力。（4）抗冻、耐磨性较差 水泥熟料矿物的减少，硅酸三钙、铝酸三钙这些决定水泥早强及水化热高的矿物相应减少，三种水泥早期强度较低，故抗冻及耐磨性能较差。,76,（5）抗碳化能力差 熟料中的水化产物氢氧化钙参与二次反应后，水泥石中石灰浓度（碱度）降低，水泥石表层的碳化发展速度加快，碳化深度加大，容易造成钢筋混凝土中的钢筋锈蚀。由于三种水泥中所掺混合材料的数量及品种有所不同，矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥又具有各自的特性。矿渣难于磨细，且矿渣玻璃体亲水性差，故矿渣水泥的泌水性较大，干缩性较大；由于矿渣的耐火性强，矿渣水泥具有较高的耐热性（温度不大于200）。火山灰水泥颗粒较细，泌水性较小，在潮湿环境下养护时，水泥石结构致密，抗渗性强；但在干燥环境下，硬化时会产生较大的干缩。粉煤灰颗粒细且呈球形（玻璃微珠），吸水性较小，故粉煤灰水泥的干缩性较小，抗裂能力强。,77,78,5.2 水泥的验收与储存,5.2.1 水泥验收 5.2.1.1 包装标志验收 水泥的包装方法有袋装和散装两种。散装水泥一般采用散装输送车运输至施工现场，采用气动输送至散装水泥贮仓中贮存。散装水泥与袋装水泥相比，免去了包装，可减少纸或塑料的使用，符合绿色环保，且能节约包装费用，降低成本。袋装水泥采用多层纸袋或多层塑料编织袋进行包装。水泥包装袋上应清楚标明：生产者名称、生产许可证编号、水泥名称、代号、强度等级、出厂编号、执行标准号、包装日期。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，其中硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的两侧印刷采用红色；矿渣硅酸盐水泥的两侧印刷采用绿色；火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的两侧印刷采用黑色或蓝色。,79,80,81,5.2.1.2 数量验收 袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的98%；随机抽取20袋总质量（含包装袋）应不少于1000kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，必须符合上述原则规定。水泥包装袋应符合GB9774的规定。5.2.1.3 质量验收（1）检查出厂合格证和出厂检验报告（2）复验 按照混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002以及工程质量管理的有关规定，用于承重结构的水泥，用于使用部位有强度等级要求的混凝土用水泥，或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥为超过一个月）和进口水泥，在使用前必须进行复验，并提供试验报告。水泥复验的项目，在水泥标准中作了规定，包括不溶物、氧化镁、三氧化硫、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度和碱含量等九个项目。水泥生产厂家在水泥出厂时已经提供了标准规定的有关技术要求的试验结果，通常复验项目只检测水泥的安定性、凝结时间和胶砂强度三个项目。（3）仲裁检验,82,5.2.2 水泥储存（1）不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，并应用标牌加以明确标示;（2）防水防潮，做到“上盖下垫”。（3）袋装水泥一般采用水平叠放，堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋。（4）贮存期不能过长。通用水泥贮存期不超过3个月，贮存期若超过3个月，水泥会受潮结块，强度大幅度降低，从而会影响水泥的使用。过期水泥应按规定进行取样复验，并按复验结果使用，但不允许用于重要工程和工程的重要部位。,83,5.3 水泥的取样规定,5.3.1.1 取样单位 水泥出厂前按同品种、同强度等级进行编号和取样。袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样。每一编号为一取样单位。,5.3.1.2 取样工具（1）机械取样器：机械取样器采用图5.2所示自动连续取样器，其他能够取得有代表性样品的机械取样装置亦可采用。,图5.2 机械取样器示意图1入料处；2调节手柄；3混料筒；4电机；5配重锤；6出料口,84,（2）手工取样器：手工取样器分为散装水泥取样管和袋装水泥取样管，如图5.3和图5.4所示。,图5.3 散装水泥取样管 L10002000,图5.4 袋装水泥取样管1气孔；2手柄,85,86,5.3.1.4 取样数量（1）混合样：是指从一个取样单位内取得的全部试样，经充分混均后制得的水泥试样。其取样数量应符合各相应水泥标准的规定。（2）分割样：是指在一个取样单位内按每1/10编号取得的水泥试样。（1）散装水泥：每1/10编号在5min内取至少6kg。（2）袋装水泥：每1/10编号从一袋中取至少6kg。5.3.1.5 取样步骤（1）自动取样器取样：采用图5.2自动连续取样器在尽量接近于水泥包装机的管路中，从流动的水泥流中取出样品，然后将样品放入洁净、干燥、不易受污染的容器中。（2）槽形管状取样器取样：当所取水泥深度不超过2m时，取样器取样，通过转动取样器内开关，在适当位置插入水泥一定深度，关闭后小心抽出。将所取水泥样品放入洁净、干燥、不易受污染的容器中。（3）取样管取样：采用取样管取样，随机选择20个以上不同的部位，将取样管插入水泥袋中适当深度，用大拇指按住气孔，小心抽出取样管。将所取水泥样品放入洁净，干燥、不易受污染的容器中。,87,5.3.1.6 试样制备（1）试验样及封存样：将每一编号所取水泥混合样均分为试验样和封存样。（2）试样缩分：试样缩分可采用两分器，一次或多次将样品缩分到标准要求的规定量。（3）分割样：每一编号所取10个分割样应分别按分割样品质试验方法进行试验，不得混杂。注：样品不得混入杂物及结块。5.3.1.7 试样包装与贮存（1）取样后，应将试样存放在密封的金属容器中，加封条。容器应洁净、干燥、防潮、密封、不易破损、不与水泥发生反应。（2）封存样应贮存于干燥、通风的环境中。,88,5.3.2 水泥使用单位现场取样水泥使用单位现场取样按下述方法进行。（1）散装水泥。按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥为一批，总重量不超过500t。随机从不少于3个罐车中抽取等量水泥，经混拌均匀后称取不少于12kg。取样工具为散装水泥取样管。（2）袋装水泥。按同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥为一批，总重量不超过200t。取样应有代表性，可以从20个以上不同部位的袋中取等量水泥，经混拌均匀后称取不少于12kg。取样工具为袋装水泥取样管。（3）按照上述方法取得的水泥试样，按标准进行检验前，将其分成两等份。一份用于检验，一份密封保管三个月，以备有疑问时复验。（4）当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月时，应进行复验，并按复验结果使用。（5）对水泥质量发生疑问需作仲裁时，应按仲裁检验的办法进行。,89,国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥对硅酸盐水泥的不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度和碱9个方面提出了技术要求。不溶物 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%；型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥质量有不良影响。烧失量型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0%，型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5%。烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。,5.4 水泥主要技术性质的检测方法与检测报告,90,氧化镁水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。因氧化镁水化生成氢氧化镁，体积膨胀，而其水化速度慢，须以压蒸的方法加快其水化，方可判断其安定性。三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，危害安定性。细度硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg。水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥，又影响了其保水成浆的性能。,91,讨论与分析,水泥越细,总表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。,硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。,水泥的细度对水泥的性质影响很大。通常水泥颗粒越细，凝结硬化越快，早期强度增长越快，收缩也增大。若颗粒过细，易吸收空气中的水分而受潮，反而会使水泥活性降低，强度受到影响。同时，细度提高还会使水泥粉磨时的能耗增加，成本上升。水泥细度通常用筛析法或比表面积法（勃式法）测定。筛析法是以80m方孔筛的筛余百分数表示其细度；比表面积是以1kg水泥所具有的总表面积来表示。单位是m2/kg。通常用透气法比表面积仪测定水泥的比表面积。,92,凝结时间 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。,93,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,94,安定性用沸煮法检验必须合格。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。引起水泥安定性不良的原因有三个：熟料中游离氧化镁过多。水泥中的氧化镁（MgO）在水泥凝结硬化后，会与水生成Mg(OH)2。该反应比过烧的氧化钙与水的反应更加缓慢，且体积膨胀，会在水泥硬化几个月后导致水泥石开裂。石膏掺量过多。当石膏掺量过多时，水泥硬化后，在有水存在的情况下，它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙（俗称钙矾石，简写成AFt），体积约增大1.5倍，引起水泥石开裂。熟料中游离氧化钙过多。水泥熟料中含有游离氧化钙，其中部分过烧的氧化钙CaO在水泥凝结硬化后，会缓慢与水生成Ca(OH)2。该反应体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。因为氧化镁和三氧化硫已作定量限制，而游离氧化钙对安定性的影响不仅与其含量有关，还与水泥的煅烧温度有关，故