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1、土质与公路,主讲教师：,建筑材料,2012年2月,四川省交通运输职业学校,胶凝材料（了解）,胶凝材料：在一定条件 下，经自身一系列的物理、化学作用后，能将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称胶凝材料。,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶,气硬性胶凝材料：石膏、石灰,水硬性胶凝材料：各种水泥,胶凝材料（了解）,气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，保持和继续发展其强度，在水中不能硬化，也就不具有强度。水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。,单元三 无机胶凝材料,目 录,五,本章教学目的,五,理解石灰、水泥、粉煤灰的主要
2、技术性质和技术标准？,6,石灰图片,7,课题一 石 灰3.1.1石灰的生产过程,天然碳酸岩类岩石（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：,生石灰（堆积密度为8001000 kg/m3)一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。,8,3.1.2 石灰的分类,9,3.1.3石灰的消化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”：,生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称
3、为“欠火石灰”。,10,3.1.3石灰的消化,第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,11,3.1.4 石灰的硬化,石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：.干燥作用：游离水分蒸发，氢氧化
4、钙逐渐从饱和溶液中结晶。.碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：,12,3.1.4 石灰的硬化,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。,13,建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见：JC/T479-1992 建筑生石灰）、JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P89 表3-1）JC/T481-1992 建筑消石灰粉 钙质生石灰 MgO5%；钙质消石灰粉 MgO4%镁质生石灰 MgO5%；镁质
5、消石灰粉 MgO4%,3.1.5.建筑石灰的技术指标,14,3.1.6 石灰的性质与应用,1.性质(1)石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。(2)受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。(3)硬化时体积收缩大(4)耐水性差，不易贮存,15,3.1.6 石灰的性质、应用与存放,2.应用将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途
6、，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。,16,3.1.6 石灰的性质、应用与存放,3.存放石灰存放应注意：1、时间不宜过长；2、应放置在干燥的库中；3、长时间放置应把石灰消解成石灰浆；4、运输时应密封。,思考与练习,（P84页练习1题）,水泥,课题二 水泥,3.2.1 概述 水泥：是一种水硬性胶凝材料。水硬性：材料磨成细粉并加水半合成浆后，能在空气中硬化，并形成具有强度的稳定性化合物的能力。3.2.2通用硅酸盐水泥定义：主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原材料，按适当比例磨成细粉烧至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的硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝
7、材料，称为通用硅酸盐水泥。,3.2.2 通用硅酸盐水泥,3.2.3通用硅酸盐水泥分六大类：1、硅酸盐水泥（代号P或P）2、普通硅酸盐水泥：（代号PO）3、矿渣硅酸盐水泥：（代号PSA或PSB）4、火山灰质硅酸盐水泥（代号PP）5、粉煤灰硅酸盐水泥（代号PF）6、复合硅酸盐水泥（代号PC）通用硅酸盐水泥的代码和执行标准；特性和适用范围详见P97页（表3-6和表3-7）,3.2.4 硅酸盐水泥的生产工艺,硅酸盐水泥的生产工艺：,1.1生料制备。以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料(有时需加入校正原料)，将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。1.2熟料煅烧。将生料在水泥窑内经1
8、450高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。1.3水泥粉磨。将熟料加适量石膏和05的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细，即得到硅酸盐水泥。,3.2.5 硅酸盐水泥熟料的主要矿物质成分,硅酸盐水泥熟料的矿物组成（）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为ai2，其简写为3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。,3.2.5 硅酸盐水泥熟料的主要矿物质成分,（）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为2ai2，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的1
9、537。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。,3.2.5硅酸盐水泥熟料的主要矿物质成分,（）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是CaOAl2O3，其简写为C3，约占水泥熟料总量的715。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。,3.2.5硅酸盐水泥熟料的主要矿物质成分,（）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为:CaOAl2O3Fe2O3，其简写为4AF，约占水泥熟料总量的1018。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡
10、献不大，主要对抗折强度贡献较大。,3.2.6 硅酸盐水泥的凝结和硬化,硅酸盐水泥的凝结和硬化定义：水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。,影响水泥凝结硬化的主要因素,影响水泥凝结硬化的主要因素（）矿物组成 不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低
11、，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素.,影响水泥凝结硬化的主要因素,（2）水泥的细度在矿物组成相同的条件下，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，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。,影响水泥凝结硬化的主要因素,(3）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。水泥浆的水灰
12、比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。,影响水泥凝结硬化的主要因素,（4）龄期（时间）水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。,影响水泥凝结硬化的主要因素,（5）环境温度和湿度在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将
13、停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。,影响水泥凝结硬化的主要因素,（6）石膏掺量 石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。,33,3.2.8 硅酸盐水泥的技术性质,硅酸盐水泥技术性质：化学性质、物理性质。1、化学性质：水泥的化学性质主要是控制水泥中的有害化学成分，要求其不超过一定的限量。,可能对水泥有害影响,氧化镁含量,三氧化硫含量,烧失量,不溶物,34,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,1.密度、表观
14、密度、细度密度3.003.20g/cm3表观密度 10001100kg/m3，紧密时，1600kg/m3。2.细度水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒径一般在7200 m范围内。细度用以下两指标来表示比表面积0.08 mm方孔筛的筛余量,35,国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比表面积或0.08mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）来表示。其筛余量不得超过规定的限值。比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（cm2/g 或 m2/kg）。一般常为317350m2/kg。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,36,3.标准稠度用水量稠度是水泥浆达到
15、一定流动度时的需水量。国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是人为规定的稠度，其用水量采用水泥标准稠度测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,37,标准稠度测定仪,38,4.凝结时间,水泥从加水开始到失去其流动性，即从液体状态发展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆刚失去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质
16、,39,国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥的 初凝时间 不得早于45min，终凝时间 不得迟于6.5h。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,40,5.体积安定性水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于工程中，否则将导致严重后果。导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等原因造成的，其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的因素。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性
17、质,41,熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。国家标准规定水泥的体积安定性用试饼沸煮法 或雷氏夹法 来检验。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,42,6.强度,强度是评价硅酸盐水泥质量的一个重要指标。水泥的强度是按照GB/T17961-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO）法的标准方法制作的水泥胶砂试件，在201
18、C温度的水中，养护到规定龄期时检测的强度值。其中标准试件尺寸为4cm4cm16cm，胶砂中水泥与标准砂之比为1:3(W/C=0.5)，标准试验龄期分别为d和28d,分别检验其抗压强度和抗折强度。按照测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。各等级硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求见书上表。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,43,表5-2硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求(GB175-2007),44,7.水化热指水泥与水之间发生化学反应放出和热量，通常以J/Kg来表示。测定水泥水化热的方法有直接法和溶解热法。在水利工程的大体积混凝土施工中，
19、由于温度应力的存在，会引起水泥石的开裂。对工程施工有害，须采用中、低热水泥。,3.2.8硅酸盐水泥的物理性质,45,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,1.水泥石腐蚀的方式（）软水侵蚀 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。,46,（2）盐类的腐蚀1、硫酸盐的腐蚀当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石
20、，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,47,B、镁盐的腐蚀氯化镁、硫酸镁与氢氧化钙反应生成氢氧化镁和易溶于水和物质。氢氧化镁是一种松软又无胶凝能力的物质。硫酸镁反应生成的硫酸钙又具有腐蚀作用。,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,48,（3）酸的腐蚀A、碳酸的腐蚀雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：,3.2.9水泥
21、石的腐蚀和防止,49,B、一般酸的腐蚀工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为：,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,50,（4）强碱的腐蚀A、氢氧化钠与水泥石中未水化的的铝酸钙作用生成易溶于水的的铝酸钠。B、水泥石浸在氢氧化钠溶液中与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠结晶，产生胀裂。此外，有些其它物质也能腐蚀水泥石，如糖类、脂肪等。,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,51,2 水泥石侵蚀的防止（）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，
22、防止或延缓水泥的腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,52,（）提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。（）在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀。,3.2.9水泥石的腐蚀和防止,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,负压筛法试验过程:1.过0.9mm方孔筛,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪
23、器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,水泥混凝土试验部分仪器（了解）,什么是粉煤灰？图片,课题三 粉煤灰,3.3.1粉煤灰定义：从燃煤火力发电厂的烟道中用吸尘器收集的粉尘。它是发电厂的工业废料；常用作为混凝土的掺合料和公路路面基层二灰稳定碎石土。3.3.2粉煤灰化学成分：,课题三 粉煤灰,3.3.3粉煤灰
24、分为两类：1、F类粉煤灰（由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰）。2、C类粉煤灰（由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。）。粉煤灰主要技术指标与技术标准1、主要技术标准,课题三 粉煤灰,2、技术标准：按我我国标用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T 15962005)规定。（P123页表3-17部分技术要求。）3、用于公路路面基层二灰稳定土的粉煤灰主要技术要求按公路路面基层施工技术规范（JTJ 034-2000)规定:粉煤灰中二氧化硅（SiO2)、三氧化铝（Al2O3）三氧化二铁（Fe2O3）总含量不小于70%；烧失量不大于20%；比表面积宜大于0.25m2/kg。,3.3.5
25、粉煤灰的应用,3.3.5粉煤灰是变废为宝，我们在公路中用于：1、路堤填料使用；2、在硅酸盐水泥中掺入一定的粉煤灰，形成粉煤灰水泥；3、粉煤灰与石灰按一定比例拌合形成二灰土。3.3.6粉煤灰烧失量的百分数%计算式：,单元三 无机胶凝材料复习题,一、填空1.胶凝材料按化学成分可以分无机胶凝材料、有机胶凝材料。2.无机胶凝材料根据硬化条件可分为 气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料。3.石灰属于一种什么材料气硬性胶凝材料。4.石灰物理状态及化学成分可以分成哪两类：生石灰、熟石灰。5.石灰按氧化镁含量可以分成哪两类：钙质石灰、镁质石灰。6.水泥属于是一种水硬性胶凝材料。,单元三 无机胶凝材料复习题,7.硅酸
26、盐水泥的生产过程一般分为三大步分别是：生料的备制、煅烧、熟料。8.硅酸盐水泥技术性质分哪两大类：化学性质、物理性质。9.粉煤灰的种类分为：F类粉煤灰、C类粉煤灰。10.粉煤灰的主要化学成分是：活性二氧化硅和三氧化铝。,单元三 无机胶凝材料复习题,二、名词解释1.水泥体积安定性：水泥硬化后体积变化均匀性称为水泥体积安定性。2.水泥凝结时间：是指水泥从加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。3.水泥净浆标准稠度：采用试杆法测定时，试杆沉入净浆距底板6mm1mm时水泥净浆的稠度为“标准稠度”，采用试锥法测定时，为试锥沉入净浆28mm2mm时的水泥净浆的稠度为“标准稠度”
27、。其拌和用水量为该水泥标准稠度用水量，按水泥质量的百分比计。,单元三 无机胶凝材料复习题,4.强度：是评价硅酸盐水泥质量的一个重要指标，是反应水泥胶结能力的主要依据。5.粉煤灰：从燃煤火力发电厂的烟道中用吸尘器收集的粉尘。,单元三 无机胶凝材料复习题,1.什么叫胶凝材料？答：在一定条件下，经自身一系列的物理、化学作用后，能将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称胶凝材料。2.我国现行常用的硅酸盐水泥分别是那些？各自的代号是什么？硅酸盐水泥（代号P或P）；普通硅酸盐水泥：（代号PO）；矿渣硅酸盐水泥：（代号PSA或PSB）；火山灰质硅酸盐水泥（代号PP）；粉煤灰硅酸盐水泥（代号PF）；复合硅酸盐水泥（代号PC）,
