道路建筑材料

下一页,上一页,道路建筑材料,主讲：,水泥,水泥混凝土路面,拉法基水泥厂一角,拉法基水泥厂一角,拉法基水泥厂一角,思考：,什么叫水泥,?,水泥有些什么技术要求,?,水泥品种如何选择,?,内容提要及知识要点,本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、凝结硬化机理和技术性质。同时也简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。,通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、凝结硬化的机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。,第一节 概述,水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。,水泥的分类,按化学成分分类,按用途和性能分类,硅酸盐类水泥,铝酸盐类水泥,硫铝酸盐类水泥,铁铝酸盐类水泥,氟铝酸盐类水泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,通用水泥是指土木建筑工程中大量使用的具有一般用途的水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥。,返回前页,专用水泥则指具有专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥、油井水泥、大坝水泥等。,返回前页,特性水泥是某种性能比较突出的一类水泥，如快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。,返回前页,第二节 硅酸盐水泥的生产,1.,硅酸盐水泥,的生产工艺可概括为三个阶段：,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,1450,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。,生产示意图（含化学成分及矿物组成）,现行国家标准,GB 175,1999,定义：凡由硅酸盐水泥熟料、,0,5,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硅酸盐水泥,(,波特兰水泥,),。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称,I,型硅酸盐水泥，代号,P-I,。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量,5,的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称,II,型硅酸盐水泥，代号,P,II,。,返回前页,硅酸盐水泥生产流程示意图,石灰质原料,粘土质原料,校正原料,生料,按比例混合,磨细,煅烧,熟料,石膏,石灰石或粒,化高炉矿渣,硅酸盐水泥,由上图，硅酸盐水泥生产工艺可以概括为：“两磨一烧”,返回,（,CaO,）,（,SiO,2,、,Al,2,O,3,）,（,Fe,2,O,3,）,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO,SiO,2,2.,硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成,2.1,硅酸盐水泥的矿物组成,生料主要化学成分：，和。,经高温煅烧后，以上四种化学成分化合为,熟料中的主要矿物组成,：,硅酸三钙,简式为,硅酸二钙,简式为,铝酸三钙,简式为,铁铝酸四钙,简式为,2.2,主要组成矿物的性质,2.2.1,水泥中主要矿物组成，含量通常为,50,左右，对硅酸盐水泥影响大。,水化速度较快，水化热高，早期强度大。,2.2.2,水化速度较慢，水化热很低。,早期强度较低而后期强度较高（但仍然低于）。,耐化学侵蚀和干缩性较好。,2.2.3,水化反应速度最快，水化热最高。,耐化学腐蚀性差，干缩性大。,（注：的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成的水化产物）。,2.2.4,遇水反应较快，水化热较高。,强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。,耐化学腐蚀性好，干缩性小。,（注：道路水泥应提高的含量）,2.3,水泥熟料主要矿物组成的性质比较,）水化反应速度,）水化热,）抗压强度早期,后期,可见，和是水泥强度的主要来源。,）对抗折强度有利。,）耐化学腐蚀性,）干缩性,第三节 硅酸盐水泥的技术性质和技术标准,1.,细度,(,理论,),2.,标准稠度用水量,(,理论,),3.,凝结时间,(,理论,),4.,体积安定性,(,理论,),5.,强度,(,理论,),凡氧化镁、三氧化硫、凝结时间、安定性中任一项不符合标准规定,(,表,2,8),时，均为,废品水泥,。,凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为,不合格品,。,水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于,不合格品,。,废品水泥严禁在工程中使用。,细度,是指水泥颗粒的粗细程度。,一般情况下，水泥颗粒越细，其总表面积越大，与水反应时接触的面积也越大，水化反应速度就越快，所以相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结硬化速度越快，早期强度越高。一般认为，水泥颗粒粒径小于,40,微米时才具有较大的活性。,但水泥颗粒太细，在空气中的硬化收缩也较大，使混凝土发生裂缝的可能性增加，此外，水泥颗粒细度提高会导致粉磨能耗增加，生产成本提高。,为充分发挥水泥熟料的活性，改善水泥性能，同时考虑能耗的节约，要合理控制水泥细度。,返回前页,在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使其测定结果具有可比性，必须采用,标准稠度的水泥净浆,进行测定。,现行国家标准,(GB,T 1346-2001),规定，以标准法维卡仪,(,图,2,4),的试杆沉人净浆距底板的距离为,6,1mm,时的水泥浆的稠度作为,标准稠度,。水泥净浆达到标准稠度时所需的拌和水量称为,标准稠度用水量,。,返回前页,凝结时间,是指水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。,凝结时间分初凝时间和终凝时间。,初凝时间是从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间。,终凝时间是从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间。,凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间表示。,水泥的凝结时间，对水泥混凝土的施工具有十分重要的意义。水泥的初凝时间不宜过短，以便在施工过程中有足够的时间对混凝土进行搅拌、运输、浇筑和振捣等操作；终凝时间不宜过长，以使混凝土能尽快硬化，产生强度，提高模具周转率，加快施工进度。,现行国家标准,(GB 175-1999),规定，,硅酸盐水泥初凝不得早,45min,，终凝不得迟于,6,5h,。普通硅酸盐水泥初凝不得早于,45min,，终凝不得迟于,10h,。,返回前页,水泥的,体积安定性,是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。,各种水泥在凝结硬化过程中，都可能产生不同程度的体积变化。如果这种体积变化是轻微的均匀的，则对建筑物的质量没什么影响，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化，则会在建筑物内部产生破坏应力，导致建筑物的强度降低。若破坏应力发展到超过建筑物的强度，则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故，这种现象称为水泥的,体积安定性不良,。,（,引起体积安定性不良的原因,）,返回前页,引起水泥体积安定性不良的原因,水泥中含有过多的游离,CaO,和,MgO,当水泥原料比例不当或煅烧工艺不正常时，会产生较多的处于游离状态的,CaO,和,MgO,，它们和熟料一起，同样经历了,1450,的高温煅烧，属严重过火的,CaO,和,MgO,，水化反应速度极慢，在水泥凝结硬化很长时间后才进行水化，生成,ca(0H),2,和,Mg(0H),2,，在已经硬化的水泥石中膨胀，使水泥石出现开裂、翘曲、疏松和崩溃等现象。,石膏掺量过多,水泥粉磨时，若掺人过量的石膏，当水泥硬化后，这些多余的石膏还会继续与,C,3,AH,6,反应生成钙矾石，体积膨胀，引起水泥石开裂。,返回前页,强度,是水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度，此外还与水灰比、试验方法、试验条件、养护龄期等因素有关。,根据我国现行标准,水泥胶砂强度检验方法（,ISO,法）,，以水泥,3d,、,28d,的抗折强度和抗压强度划分硅酸盐水泥的强度等级。,硅酸盐水泥强度指标,普通硅酸盐水泥强度指标,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥技术指标,返回前页,硅酸盐水泥强度指标,品种,强度等级,抗压强度,(,MPa,),抗折强度,(,MPa,),3d,28d,3d,28d,硅酸盐水泥,42.5,42.5R,17.0,22.0,42.5,42.5,3.5 4.0,6.5,6.5,52.5,52.5R,23.0,27.0,52.5,52.5,4.0 5.0,7.0,7.0,62.5,62.5R,28.0,32.0,62.5,62.5,5.0 5.5,8.0 8.0,硅酸盐水泥分两种型号：普通型和早强型,(,也称,R,型,),。早强型水泥早期强度发展较快，,3d,强度可达到,28d,强度的,50,，可用于早期强度要求高的工程中。路面水泥混凝土中，为防止路面发生温度裂缝，除低温天气、有快通要求的路段可采用,R,型水泥外，一般情况均宜使用普通型水泥。,返回前页,硅酸盐水泥强度指标,品种,强度等级,抗压强度,(,MPa,),抗折强度,(,MPa,),3d,28d,3d,28d,普通硅酸盐水泥,32.5,32.5R,11.0,16.0,32.5,32.5,2.5 3.5,5.5,5.5,42.5,42.5R,16.0,21.0,42.5,42.5,3.5 4.0,6.5,6.5,52.5,52.5R,22.0,26.0,52.5,52.5,4.0 5.0,7.0,7.0,硅酸盐水泥分两种型号：普通型和早强型,(,也称,R,型,),。早强型水泥早期强度发展较快，,3d,强度可达到,28d,强度的,50,，可用于早期强度要求高的工程中。路面水泥混凝土中，为防止路面发生温度裂缝，除低温天气、有快通要求的路段可采用,R,型水泥外，一般情况均宜使用普通型水泥。,返回前页,硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的技术标准,序号,项目,品质指标,1,不溶物,I,型硅酸盐水泥不超过,0.75,；,II,型硅酸盐水泥不超过,1.5,2,氧化镁,熟料中氧化镁的含量不得超过,5.0,。如水泥经压蒸安定性试验合格，则允许放宽到,6.0,3,三氧化硫,水泥中三氧化硫的含量不得超过,3.5,4,烧失量,I,型硅酸盐水泥不大于,3,，,II,型硅酸盐水泥不大于,3.5,，普通水泥不大于,5,5,细度,硅酸盐水泥比表面积大于,300 m,2,kg,，普通硅酸盐水泥,80,微米方孔筛筛余不得超过,10.0,6,凝结时间,初凝时间不得早于,45min,，终凝时间，硅酸盐水泥不得迟于,6.5h,，普通硅酸,盐水泥不得迟于,10h,7,安定性,用沸煮法检验，必须合格,8,强度,各龄期强度不低于表,2-7,中规定的数值,9,碱含量,水泥中碱含量按,Na20+o,658K20,计算值表示。若使用活性骨料，用户要求,提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于,0.60,或由供需双方商定,返回前页,第四节 水泥石的腐蚀与防止,硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低，甚至完全破坏。这种现象称为水泥石的腐蚀。,4.1,水泥石的腐蚀类型,4.2,水泥石的腐蚀原因,4.2,防止水泥石腐蚀的措施,1.,淡水侵蚀,（,具体内容,）,2.,硫酸盐侵蚀,（,具体内容,）,3.,镁盐侵蚀,（,具体内容,）,4.,碳酸盐侵蚀,（,具体内容,）,返回前页,淡水侵蚀,又称溶析性侵蚀，是指硬化后混凝土中的水泥水化产物被淡水溶解而带走，从而造成混凝土孔隙率增大、强度降低的一种侵蚀现象。,水泥石中的各种水化物与水作用时，,Ca(OH),2,溶解度最大，首先被溶出。在静水或无水压的情况下，由于周围的水会被,Ca(OH),2,所饱和，使溶出作用停止，因此，溶出仅限于表层，对整体水泥石影响不大。但在流水及压力水的作用下，溶出的,Ca(OH),2,不断被流水带走，水泥石中的,Ca(OH),2,就会不断被溶析，使混凝土的孔隙