道路建筑材料--第二章-石灰和水泥.详解

1、第二章 石灰和水泥,知 识 教 学 点 和 学 习 要 求,知识教学点 石灰（石灰的生产与分类、消化和硬化过程、技术要求和技术标准、石灰的应用和储存） 硅酸盐水泥（定义与生产，熟料矿物组成及特性，水泥的水化、凝结硬化，水泥的主要技术性质及技术标准及硅酸盐水泥的腐蚀与防止） 掺混合材料水泥 其他品种水泥 学习要求 了解石灰的种类，掌握石灰水化硬化机理，熟悉石灰的技术要求、技术标准及应用和储存。 了解硅酸盐水泥生产工艺及腐蚀及防止的技术措施，重点掌握硅酸盐水泥的矿物组成及其特性，掌握硅酸盐水泥主要技术指标及标准。 熟悉水泥混合材的主要种类，重点掌握混合材对水泥性能的作用和影响机理，掌握掺混合材硅酸盐水泥主要技术性质及应用范围等。 了解其他品种水泥的生产及性能特点。,1、胶凝材料（结合料）定义:,散粒状材料(砂、石) 块状材料(砖、石块),第二章 石灰和水泥,2、胶凝材料分类 有机-沥青、树脂 气硬性只能在空气中硬化，保持并继续提高强度。 无机 水硬性不仅能在空气中硬化，而且能更好的在水中硬化，保持并继续提高强度。,分类的意义： 气硬性胶凝材料 耐水性差，只能用于干燥环境。 水硬性胶凝材料

2、耐水性好，可用于潮湿环境。,第一节 石 灰,石 灰 吟 （明）于谦 千锤万凿出深山， 烈火焚烧若等闲。 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。,第一节 石灰,石灰的分类 （1）块状生石灰：由原料煅烧，主要成分CaO （2）生石灰粉：块状生石灰磨细得的细粉 （3）消石灰：生石灰加水消化得粉末，称为熟石灰 （4）石灰浆：生石灰加过多的水消化得可塑性浆体。,一、石灰的生产工艺概述 原料 含碳酸钙质矿石（石灰石，白垩，白云质石灰石），电石渣。成分： CaCO3，MgCO3(little)，粘土(8%) 生产 分类 加工工艺 MgO的含量 钙质和镁质 煅烧温度和煅烧时间,块状生石灰,生石灰粉,粉磨,+H2O,消石灰粉,石灰膏,欠火石灰：未烧透的内核，利用率低 过火石灰：内部结构致密，鼓包、隆起、开裂等 正火石灰,（1）石灰的消化,二、石灰的消化与硬化,粉状消石灰：只用少量水(约70) (理论值为 32.1%) 浆状石灰浆：加过量水(2.53倍),石灰在消解的期间应严格控制加水量和加水速度，防止出现“过烧”或“过冷”现象。,“陈伏”两星期,（2）石灰的硬化,晶体交错生长,干燥 (空气中),CO2+H2O

3、 (空气中),石灰浆体,硬化浆体,Ca(OH)2结晶析出,CaCO3结晶析出,结晶作用与碳化作用,二、石灰的消化与硬化,请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。,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，致使其中部分过火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，从而形成的膨胀性裂纹。 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。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。,石灰砂浆A,石灰砂浆B,三、石灰的技术要求和技术标准,优等品、一等品和合格品,四、石灰的应用与储存,原料 石灰砂浆和石灰水泥砂浆 加固软土地基 石灰土和三合土 石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土 储存 防水 防碳化,石灰石 CaCO3 生石灰 CaO 熟石灰 Ca(OH)2+水 成品 Ca(OH)2 CaCO3,复习,干燥,第二节 水 泥,1.水泥的定义 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（Portland Cement） 2.水泥的分类 (1) 水泥按用途和性能分类,2.1 硅酸盐水泥的定义 2.2 硅酸盐水

4、泥的生产及成分 2.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化 2.4 硅酸盐水泥的技术性质与技术标准 2.5 硅酸盐水泥的腐蚀与防止,第二节 硅酸盐水泥,2.1 硅酸盐水泥的定义与代号,混 合 材 料 含 量,代号,第二节 硅酸盐水泥,硅酸盐水泥熟料,混合材料,石膏,磨细为成品,+,+,通用硅酸盐水泥GB175-2007,2.2 硅酸盐水泥的生产及成分,两 磨 一 烧,硅酸盐水泥熟料,硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量,硅酸盐水泥熟料的特性,Addition of water,Start of hydration,Setting,Hardening,2.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,1、硅酸盐水泥的水化,2.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,1. 硅酸盐水泥的水化 混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化,熟 料 矿 物,C3S,C2S,C3A,C4AF,H2O,+,C-S-H 凝胶 (水化硅酸钙),C-A-H 晶体 (水化铝酸钙),CH 晶体 (氢氧化钙),C-F-H 凝胶 (水化铁酸钙),+,C-A-H 晶体 (水化铝酸钙),+,+,H2O,H2O,+,C-S-H 水化硅酸钙凝胶,CH

5、Crystal 氢氧化钙晶体,电镜下的水泥水化产物图,水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）,C-S-H,钙矾石,水化反应的基本特点,反应是需水的。 水泥应用时必须提供足够水分。 反应是放热的。 水泥应用时必须注意温度应力。 温度越高，反应越快。 水泥应用时必须注意季节的影响。 反应自水泥颗粒表面开始，由表及里。 反应需要时间，水泥应足够细。,初始反应期 诱导期 凝结期 硬化期,2.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,2. 硅酸盐水泥的凝结硬化,水泥的凝结：水泥加水拌和最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失 去可塑性的过程称为凝结。 水泥的硬化：水泥失去可塑性后强度逐渐提高并变成具有一定强度的固体 水泥石的过程称为硬化。 水泥的凝结硬化过程分为四个阶段：,凝结硬化的影响因素,细度：细度细，硬化快，但干燥收缩大 温度：温度高，硬化快 湿度：湿度高，硬化快 养护时间：养护是温度、湿度的保证 水泥矿物组成 加水量：提供水化用水，决定颗粒间距,2.4 硅酸盐水泥的技术性质和技术标准,（5）强度水泥胶结能力的体现 影响因素: 矿物组成、细度、水灰比、试验方法、试验条件和龄期等。 标准检验方法：水泥胶砂强度

6、法（C:S:W=1:3:0.5）规定的试件尺寸4040160mm，在标准养护条件下养护至规定的龄期分别测试试件的抗压强度和抗折强度。 水泥的强度等级及水泥的标号,2.4 硅酸盐水泥的技术性质和技术标准,石灰石 CaCO3 生石灰 CaO 熟石灰 Ca(OH)2+水 成品 Ca(OH)2 CaCO3,复习,干燥,复习思考题 4、6、9,2.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,1. 硅酸盐水泥的水化 混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化,熟 料 矿 物,C3S,C2S,C3A,C4AF,H2O,+,C-S-H 凝胶 (水化硅酸钙),C-A-H 晶体 (水化铝酸钙),CH 晶体 (氢氧化钙),C-F-H 凝胶 (水化铁酸钙),+,C-A-H 晶体 (水化铝酸钙),+,+,H2O,H2O,+,A凝胶体（CSH凝胶，水化铁酸钙凝胶）； B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）； C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）； D未水化的水泥颗粒,水泥石的结构 水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。 水泥石的结构（水化产

7、物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。,水泥浆体水泥石,2.5 水泥石的腐蚀与防止,软水腐蚀不含或仅含少量钙、镁可溶性盐的水。 水泥石长期与软水(流动或有压力的水)接触,CH会被溶出,导致水泥 石碱度降低，导致其它水化物分解溶失，使水泥石结构破坏。 硫酸盐腐蚀海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐 Na2SO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O + NaOH CaSO42H2O + C-A-H AFt (高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌) 硫酸盐浓度高时, CaSO42H2O 直接在孔隙中结晶,体积膨胀。 镁盐腐蚀海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁 MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O + Mg (OH)2 松软无胶结力 MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg (OH)2 CaCl2易溶于水, CaSO42H2O引起硫酸盐腐蚀 故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀 碳酸的腐蚀,腐 蚀 类 型,水泥杆菌,硫 酸 盐 腐 蚀,水泥石腐蚀的原因,基本原因 水泥石(水化物)中存在CH晶体和C-A-H晶体 腐蚀原因 水泥石本身不密实 外在因素 介质、温度、流速、

8、压力等。 水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程，水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互相影响，共同作用。 合理选择水泥品种 提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度 做保护层石料、玻璃、陶瓷、沥青等,第三节 掺混合材料水泥,资源、能源和环境问题,3.1 混合材料,1.定义在水泥生产过程中，掺入的人工的或天然的矿物材料。 2.分类,活性 混合材料,与石灰和水拌合后,常温下能使石灰 成为水硬性胶凝材料的矿物材料,非活性 混合材料,与石灰和水拌合后,常温下不能使石 灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料,粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料,粉煤灰,磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等,活性SiO2、活性Al2O3,玻璃体结构,粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料,粉 煤 灰,呈实心或空心玻璃态的球状颗粒 表面的结构致密,疏松多孔、内比表面积大、易吸水,3. 活性混合材料的水化,SiO2,C-S-H 凝胶 (水化硅酸钙),Al2O3,C-A-H 晶体 (水化铝酸钙),H2O,Ca(OH)2,+,+,CaSO4 2H2O,+,Aft 晶体 (高硫型水化硫铝酸钙),C-A-H,H2O,Ca(OH)

9、2,+,+,碱性激发剂,硫酸盐激发剂,混 合 材 料 含 量,代号,第三节 掺混合材料水泥,硅酸盐水泥熟料,混合材料,石膏,磨细为成品,+,+,通用硅酸盐水泥GB175-2007,4. 矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化 混合材料多,熟料矿物少 水化分两次（步）进行,熟料矿物水化,一次水化,CH 晶体,混合材料水化,二次水化,火山灰反应,激发剂,5. 综上所述，忽略次要成分,通用硅酸盐水泥的水化反应(产)物,水化（产）物,凝胶,晶体,C-S-H 凝胶,C-F-H 凝胶,CH 晶体,C-A-H 晶体,Aft 晶体、 Afm 晶体,通用硅酸盐水泥的技术要求,通用硅酸盐水泥的特性,第四节 其他品种水泥,水泥按用途和性能分类 ,适当改变熟料中矿物成分的含量,加入一定量的混合材料,4.1 道路硅酸盐水泥,1 .定义凡由道路硅酸盐水泥熟料（得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料），010%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 2.特点具有较高的抗折和抗压强度、较高的耐磨和抗冻性、较小的收缩性。 3.应用公路路面、机场跑道等工程，要求较高的工厂地面及停车场等工程。,机场跑道,收缩裂纹,4.2 快硬硅酸盐水泥,（1）定义凡以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。 措施： 提高熟料中C3A和 C3S的含量，适当增加石膏的掺量，并提高水泥的粉磨细度。 （2）特性 凝结硬化快，早期强度增进率快。 强度与标号：快硬水泥以3d抗压强度确定。 其标号：32.5、37.5、42.5 （3） 应用 配制早强混凝土 适用于紧急抢修工程、

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