2第二章混凝土原材料

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 混凝土原材料,主讲：艾红梅,大连理工大学 土木水利学院,ahmei,主要内容,第一节 水泥,第二节 掺合料,第三节 外加剂,第四节 细骨料,第五节 粗骨料,第六节 拌和水,第一节 水泥,一、硅酸盐水泥熟料的化学成分及矿物组成,凡由硅酸盐水泥熟料、0%5%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硅酸盐水泥。(也称波特兰水泥)。,硅酸盐水泥的定义,型硅酸盐水泥,，代号,P,，,不掺混合材料；,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,水泥重,5%,的,石灰石或粒化高炉矿渣混合材料,。,氧化钙（,CaO,），一般范围为,60-67,二氧化硅（,SiO,2,），一般范围为,19-25,三氧化二铝（,Al,2,O,3,）一般范围为,3-7,三氧化二铁（,Fe,2,O,3,），一般范围为,2-6%,硅酸盐水泥熟料的主要化学成分,通常在熟料中占,95,以上,同时含有,5,以下的少数氧化物，如氧化镁（,MgO,）、硫酐（,SO,3,）、碱（,K,2,O+Na,2,O,）等。,硅酸盐水泥熟料的矿物组成,原料,化学成分,矿物成分,矿物化学式,简式,含量,(%),CaO(C,),硅酸三钙,3,CaO_SiO,2,C,3,S,40,55,SiO,2,(S),硅酸二钙,2,CaO_SiO,2,C,2,S,20,3,0,Al,2,O,3,(A),铝酸三钙,3,CaO_Al,2,O,3,C,3,A,2.5,15,Fe,2,O,3,(F),铁铝酸四钙,4,CaO_Al,2,O,3,_Fe,2,O,3,C,4,AF,101,9,主要成分,硅酸盐水泥熟料的矿物组成,少量成分,MgO,含量多时会使水泥安定性不良，发生膨胀性破坏。,SO,3,掺量合适时能调节水泥凝结时间；但过量时会使水泥快硬，而且水泥性能变差,(,规定,SO,3,含量不得超过,3.5,),。,游离,CaO,为有害成分，含量超过,2,时，可能使,水泥安定性不良,。,碱分,(K,2,O,，,Na,2,O),含量多时会与活性骨料作用引起,碱骨料反应,，使体积膨胀，导致混凝土产生裂缝。,二、硅酸盐水泥的凝结和硬化机理,凝结：水泥加水拌和后，最初形成具有塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去塑性，这一过程称为凝结。,硬化：此后，强度逐渐增加而变成坚固的石状物体,水泥石，这一过程称为硬化。,水泥凝结与硬化过程是一系列复杂的化学反应及物理化学反应过程。,了解,H,2,O,3,CaO,SiO,2,CaO-SiO,2,-H,2,O+nCa(OH),2,H,2,O,2CaO,SiO,2,CaO-SiO,2,-H,2,O+nCa(OH),2,水化硅酸钙(,C-S-H,凝胶),氢氧化,钙,(CH),硅酸盐水泥凝结硬化的化学过程,1. 硅酸三钙、硅酸二钙的水化,2. 铝酸三钙（,C,3,A）,的水化,铝酸三钙与水反应迅速，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。,常温下，,C,3,A,在纯水中的水化反应：,2(3,CaOAl,2,O,3,)+27H,2,O=4CaOAl,2,O,3,19H,2,O+,2CaOAl,2,O,3,8H,2,O,简写为：,2,C,3,A+27H=C,4,AH,19,+C,2,AH,8,2,C,3,A+27H=C,4,AH,19,+C,2,AH,8,相对湿度低于85,C,4,AH,13,片状晶体，常温下处于介稳状态，,有向,C,3,AH,6,等轴晶体转化的趋势。,上述反应随温度升高而加速。在温度高于35，或液相,CaO,浓度达到饱和时，,C,3,A,会直接生成,C,3,AH,6,。,C,4,AH,13,+C,2,AH,8,=2C,3,AH,6,+9H,晶型的转变，造成孔隙率增加，同时,C,3,AH,6,本身强度较低，,C,3,A,水化后强度很低。,水化铝酸钙,硅酸盐水泥浆体中，,C,3,A,实际上是在,Ca(OH),2,存在的环境中水化的，,C,3,A,在,Ca(OH),2,饱和溶液中的水化反应为：,C,3,A+CH+12HC,4,AH,13,室温下稳定存在，数量增长很快,水泥粉磨时，需加入适量,石膏以调整其凝结时间,水泥浆体,碱性介质,水泥浆体产生瞬时凝,结的主要原因之一,三硫型水化硫铝酸钙,4,CaO,A1,2,O,3,13H,2,O,+,3,（,CaSO,4,2H,2,O,）,+14H,2,O,=,3CaO,A1,2,O,3,3CaSO,4,32H,2,O,Ca(OH),2,C,3,A+CH+12HC,4,AH,13,石膏消耗完毕，还有未完全水化,C,3,A,3CaOAl,2,O,3,3CaSO,4,32H,2,O,+2（4CaOA1,2,O,3,13H,2,O）,=3,（,3CaO,Al,2,O,3,SO,4,12H,2,O,）,+2Ca(OH),2,20H,2,O,单硫型水化硫铝酸钙,在石膏、氢氧化钙同时存在的条件下,石膏,C,4,AH,13,3. 铁铝酸四钙（,C,4,AF）,的水化,水化铝酸三钙,水化铁酸一钙凝胶,（简式,CFH,）,H,2,O,4,CaO,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO,-,Al,2,O,3,-,H,2,O +,CaO,-,Fe,2,O,3,-,H,2,O,C,4,AF,的水化反应与,C,3,A,相似，而水化速率较,C,3,A,略慢，水化热、水化产物强度较低，即使单独水化也不会引起快凝。,熟料,05%混合材,石膏,组成,矿物组成,水化产物,C,3,A,C,3,S,C,4,AF,C,2,S,C-S-H（70%）,CH,（20%）,C-F-H,AFt(AFm)（7%）,矿物名称,特 性,强 度 发 展,水 化 热,水化,速度,耐腐蚀,能力,早 期,后 期,C,3,S,最高,最高,大,快,较差,C,2,S,低,高,小,慢,最好,C,3,A,低,低,最大,最快,最差,C,4,AF,中,中,中,中,中等,水泥熟料单矿物的水化特性,三、水泥的品种,通用硅酸盐水泥,品种,代号,硅酸盐水泥,PI,P,普通硅酸盐水泥,PO,矿渣硅酸盐水泥,PSA,PSB,火山灰质硅酸盐水泥,PP,粉煤灰硅酸盐水泥,PF,复合硅酸盐水泥,PC,组成通式,硅酸盐水泥熟料,混合材料,石膏,+,+,掺加量,品种,6大品种,代号,组 分,粒化高炉,矿渣,火山灰质,混合材料,粉煤灰,石灰石,PI,-,-,-,-,P,5,-,-,-,-,-,-,5,PO,5且20,-,PSA,20且50,-,-,-,PSB,50且70,-,-,-,PP,-,20且40,-,-,PF,-,-,20且40,-,PC,两种或两种以上规定的混合材料 20且50*,*活性或非活性，其余为活性,1 密度、堆积密度,2 细度,3 需水性,4 凝结时间,5 安定性,6 强度等级,7 水化热,8 化学组成,强制性条款,选择性条款,基础性质,国家标准,GB175-2007,四、水泥的品质指标及检验标准,硅酸盐水泥：3.03.2,g/cm,3,普通水泥、复合水泥略低,普通水泥：3.1,3.2,g/cm,3,矿渣水泥：2.,9,3.,1g/cm,3,火山灰、粉煤灰水泥：2.7,3.0g/cm,3,1. 密度、堆积密度,密度,松散堆积密度9001200,kg/m,3,紧密时可达1600,kg/m,3,堆积密度,堆积密度除与组成、细度有关外，主要取决于,堆积的紧密程度。,堆积密度主要用于计算水泥的贮运量。,密度除与组成有关外，还与存放时间、环境以及熟料的煅烧状况有关。,密度主要用于计算混凝土、砂浆的材料配合比。,检验方法：,水泥密度测定方法,(GB,T 20894),表示：,标准筛,的筛余、,比表面积,、,粒度分布,80,m,或45,m,2. 细度,定义,：,细度是指水泥颗粒的粗细程度,。,cm,2,/g,或,m,2,/kg,单位质量表面积,不同尺寸颗粒分布的质量百分比,检验方法,GB 13452005,水泥细度检验方法 筛析法,负压筛析,仪,称取试样,W,（,80,m25g,或45,m,10g,），置于洁净的负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖，开动筛析仪连续筛析,2min,，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击筛盖，使试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物,R,t,。,水泥试样的筛余百分数,F,：,F=,（,R,t,/W,）*,100,水泥颗粒过粗不利于水泥活性的发挥。一般认为，水泥颗粒小于,40,m,才具有较高的活性，大于,100,m,活性就很小了。,细度对水泥性质的影响：,细度对水泥的,水化速度、水泥的需水量、放热速度以及强度,都有较大影响。,水泥颗粒愈细：水化反应越快而且充分，水泥早期强度也越高,；但是，,需水量越大，其发热量也越大，而且放热速度快，体积收缩率大,。,GB1752007,：,矿渣硅酸盐水泥,、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细度：,4,5,m,方孔筛余,30%,或,80,m,方孔筛余,10%,。,水泥获得一定稠度所需水量多少的性质。,标准稠度,测定水泥凝结时间、安定性，为使其具有准确的可比性，水泥净浆以标准方法测试所达到的统一规定的浆体可塑性程度.,标准稠度需水量,3. 需水性,定义,检验方法,GBT1346,水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法,将拌制好的水泥净浆装入试模，插捣、振动、抹平；将试摸移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝,1s,2s,后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆,30s,时记录试杆距底板之间的距离。,以试杆沉人净浆并距底板,6mm1mm,的水泥净浆为标准稠度净浆,。其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量。,维卡仪,标准法,拌和水量按经验找水，,拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装人锥模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆；抹平后迅速放到试锥下面固定的位置上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝,1-2s,后，突然放松，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。到试锥停止下沉或释放试锥,30s,时记录试锥下沉深度。整个操作应在搅拌后,1.5min,内完成。,以试锥下沉深度,28mm,土,2mm,时的净浆为标准稠度净浆。,其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量。如下沉深度超出范围需另称试样，调整水量，重新试验，直至达到,28mm2mm,为止。,代用法,调整水量法,到试锥停止下沉或释放试锥,30s,时记录试锥下沉深度。根据测得的试锥下沉深度,S(mm,),按下式（或仪器上对应标尺）计算得到标准稠度用水量,P(,）。,P=33.4-0.185S,代用法,不变水量法,熟料的矿物组成,混合材的品种、数量,水泥细度,一般来讲，水泥颗粒细有利于提高水泥的水化速度及充分水化，从而有利于强度，特别是早期强度。,但水泥颗粒过细，比表面积过大，水泥浆体达到相同流动度的需水量过多，反而影响了水泥的强度。,影响,需水性,的因素,是为,测定水泥凝结时间和安定性做准备，使其具有准确的可比性。,完全失去可塑性,t,2,加水拌和,t,0,开始失去可塑性,t,1,初凝,终凝,可塑性浆体,固体，并逐渐具有强度,从水泥和水到水泥浆,开始,失去塑性的时间,从水泥和水到水泥浆,完全,失去塑性的时间,4.,凝结时间,水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间，分为,初凝和终凝,。,水泥的初凝不宜过早，以便施工时有足够的时间来完成混凝土、砂浆的搅拌、运输、密实成型或砌筑等操作；,对凝结时间的要求,水泥的终凝不宜过迟，以便使混凝土能尽快的硬化、达到一定的强度，以利于下一道工序的进行。,国家标准,GB1752007：,硅酸盐水泥初凝不得早于,45min,，终凝不得迟于,390min,（,6.5h,）。,检验方法,GBT1346,水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法,试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝 1s2s 后，突然放松，试针垂直自由地沉人水泥净浆。观察试针停止下沉或释放试针 30s 时指针的读数。当试针沉至距底板 4,m,m,1,m,m,时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加人水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间,。,初凝试针,在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体翻转,180,，,直径大端向上，小端向下，放入湿气养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔,15min,测定一次。当试针沉人试体,0.5mm,时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加人水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间。,终凝试针,矿物组成,石膏掺量：,延缓,C,3,A,水化,细度：影响水化速度,水灰比：水灰比过大，水化速度加快，但水泥颗粒间距离加大，凝结时间反而延长。,混合材,环境条件：温度、湿度,影响凝结时间的因素,水灰比越大，混凝土凝结时间越短？,5.,安定性,定义,水泥浆体在硬化后体积变化的稳定性。,安定性不良,水泥硬化后体积变化不稳定，产生不均匀的体积变化，即所谓安定性不良。,安定性不良会使混凝土产生膨胀性裂纹，降低工程质量。,水泥熟料煅烧过程中，当水泥中含有的高温下生成的,f-CaO,、,f-MgO,的量过多时，在水泥硬化后水泥石会产生体积膨胀。,引起安定性不良的原因,水泥粉磨时所掺石膏超量，,过量的石膏,在水泥硬化后，会继续与固态的水化铝酸钙（,C,4,AH,3,）反应生成水化硫铝酸钙（,Aft,），产生体积膨胀。,这三种物质造成的膨胀均会导致水泥安定性不良,沸煮法,(,雷氏法，试饼法,),：沸煮能加速,f-CaO,水化,GB175-2007,规定硅酸盐水泥用沸煮法检验安定性,。,安定性的检验和控制,GBT1346,水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法,沸煮法,的判别,雷氏夹法：,测量雷氏夹指针尖端的距离，当两个试件煮后指针尖端增加距离的平均值不大于,5.0mm,时，即认为该水泥安定性合格，当两个试件的结果相差超过,4.0mm,时，应用同 一样品立即重做一次试验。再如此，则认为该水泥为安定性不合格。,试饼法：沸煮结束后，目测试饼未发现裂缝，用钢直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。,压蒸法,：,f-MgO,的水化比,f-CaO,更缓慢，沸煮法已不能检验。,GB175-2007,规定硅酸盐水泥,MgO,含量不得超过,5.0%,，若经水泥压蒸法检验合格，则,MgO,含量可放宽到,6.0%,。,安定性的检验和控制,水泥压蒸安定性试验方法,(GB,T 75092),水泥,净浆试件（,25mm25mm280mm,，,2,条）先沸煮、再进行压蒸试验。,水泥净浆试件的膨胀率以百分数表示，取二条试件的平均值，当试件的膨胀率与平均值相差超过,10,时应重做。,当普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的水泥净浆试件的压蒸膨胀率不大于,0.50,，硅酸盐水泥压蒸膨胀率不大于,0.80,时，为体积安定性合格，反之为不合格。,沸煮安定性检验合格,SO,3,含量：由石膏造成的安定性不良，需经长期浸在常温水中才能发现，不便于检验。,GB175-2007,规定普通,/,硅酸盐水泥中的,SO,3,含量不得超过,3.5%,。,安定性的检验和控制,水泥在硬化过程中强度是逐渐增长的。,水泥的强度等级是以不同龄期的抗压和抗折强度来划分。,6.,强度等级,水泥胶砂强度检验方法,水泥胶砂强度检验方法,(ISO,法,)GB/T17671 99,试验室条件：,试件成型室温度,202,相对湿度应不低于,50%,。,养护箱温度,201,相对湿度应不低于,90%,。,以,标准胶砂试件,强度来表示水泥的强度。,40mm40mm160mm,棱柱试体,水泥：中国,ISO,标准砂：水,=1,：,3,：,0.5,行星搅拌机搅拌、振实台上成型,带模湿汽养护,24h,后，脱模在水中,标准养护,至强度试验,龄期,3d,、,28d,。,试验时，将试体从水中取出，先进行,抗折强度,试验，折断后每截再进行,抗压强度,试验。,结果判定,抗折强度：,以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。当三个强度值中有超 出平均值,10%,时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。,抗压强度：,以一组三个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值作为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的,10%,，就应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数,10%,的，则此组结果作废。,强度等级,抗 压 强 度,，,MPa,抗 折 强 度,，,MPa,3,d,28,d,3,d,28,d,42.5,17.0,42.5,3.5,6.5,42.5,R,22.0,4.0,52.5,23.0,52.5,4.0,7.0,52.5,R,27.0,5.0,62.5,28.0,62.5,5.0,8.0,62.5,R,32.0,5.5,各强度等级、各龄期的强度不得低于标准规定的数值,如有一项指标低于表中的数值，则为不合格品。,不溶物,烧失量,SO,3,MgO,Cl,-,碱含量,Na,2,O+0.658K,2,O,砼耐久性,水泥安定性,盐酸,处理,-氢氧化钠处理-,盐酸中和、过滤后的残渣经,高温灼烧所剩的物质。含量高影响水泥质量。,灼减量，水泥经高温灼烧质量损失的百分数。水分、有机杂质排出、碳酸盐分解出,CO,2,，,硫酸盐分解出,SO,2,。,限制石膏和混合材中杂质含量。,7.,化学指标,选择性指标,水泥化学分析方法,（,GB/T176-2008,）,