建筑材料是一门重要的专业基础课精品文档

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特性 1） 生产原料：石灰质原料 （如石灰岩）、粘土质原料 （如粘土、粘土质页岩） 和少量辅助原料（如铁矿粉）； 2） 生产过程：两磨一 烧。 建筑材料教案 第 14 页 共 69 页 表 41 硅酸盐水泥熟料矿物组成 名称 矿物成分 简称 含量 （ %） 密度 （ g/cm3） 硅酸三钙 3CaO178。 SiO2 C3S 37～ 60 硅酸二钙 2CaO•SiO2 C2S 15～ 37 铝酸三钙 3CaO•Al2O3 C3A 7～ 15 铁铝酸四钙 4CaO•Al2O3•Fe2O3 C4AF 10～ 18 表 42 硅酸盐水泥熟料矿物的基本特性 硅酸三钙 C3S 硅酸二钙 C2S 铝酸三钙 C3A 铁铝酸四钙 C4AF 水化反应速度 快 慢 最快 快 水化热 大 小 最大 中 强度 高 早期低晚期高 低 较低 耐化学侵蚀性 中 良 差 优 干 缩 中 小 大 小 [例题 ] 挡墙开裂与水泥的选用 现象： 某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。 该工程使用某立窑水泥厂生产 Ⅱ 型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下： C3S C2S C3A C4AF 61% 14% 14% 11% 分析讨论： 由于该工程所使用的水泥 C3A 和 C3S 含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境 温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。 [课堂练习 ] 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的硬化速度、水化热和强度有何差异。 生产厂家 熟料矿物成分（％） C3S C2S C3A C4AF 甲 56 17 12 15 乙 42 35 7 16 答 : 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、２８ d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。 三，硅酸盐水泥的凝结硬化过程 水化 －物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 凝结 －水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称建筑材料教案 第 15 页 共 69 页 为凝结。 硬化 －此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。 影响水泥凝结硬化的因素主要有：熟料矿物成分、水泥的细度、用水量、养护时间、石膏掺量、温度和湿度和外加剂等。 思考题：简述石膏在水泥中的主要作用。 答：石膏在水泥硬化中起 缓凝剂 的作用。 纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不 便使用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（ 3%左右）的石膏，石膏与凝结速度最快的 铝酸三钙 作用，生成了难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓了水泥的凝结时间。 石膏的掺量主要取决于 铝酸三钙和 SO3的含量 四，硅酸盐水泥的技术要求 1，密度、堆积密度： 在进行混凝土配合比的设计中，一般水泥密度取 ,堆积密度取 1300kg/m3 2，细度： 是指水泥颗粒的粗细程度。 （ 1） 细度对水泥的影响： 细度直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度和水化热； 一般水泥颗粒限制在 7~200um 范围内。 （ 2）细度测定的方法： 方法一：比表面积法 （适合硅酸盐水泥） 以 1kg 水泥所具有的总的表面积（ m2/kg)表示；（一般硅酸盐水泥 300 m2/kg） 方法二：筛析法 （适合其他种类水泥） 包括 负压筛析法 （ 筛 )、水筛法 ( 筛 )和手工干筛法 ( 筛 )。 [思考题 ] 为什么水泥必须具有一定的细度。 分析： 在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越彻底。 相应地水泥凝结硬 化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。 但其 28d 水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越大。 另外要把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。 因此水泥应具有一定的细度。 （ 3）凝结时间 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。 硅酸盐水泥初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得迟于 6h30min。 原因 ： 初凝时间过早，下一道工序无充足的施工时间，终凝时间过迟，会拖延整个工程的施工工期； 水泥凝结时间的测定 ： 凝结时间测定仪 【思考题】 现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外）。 建筑材料教案 第 16 页 共 69 页 分析 取相同质量的四种粉末，分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。 放热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉；在５～３０分钟内凝结硬化并具有一定强度的为建筑石膏；在４５分钟到１２小时内凝结硬化的为白色水泥；加水后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉。 （ 4）体积安定性 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：①熟料中游离氧化镁过多；②石膏掺量过多；③熟料中游离氧化钙过多。 测试方法可以用试饼法也可用雷氏法，本书实验部分介绍了这两种方法，有争议时以雷氏法为准。 （ 5）强度及强度等级 水泥强度是采用 软练胶砂法 测定： 该方法是由按质量计的一份水泥、三份 ISO 标准砂，用 的水灰比拌制成40mm*40mm*160mm 的试件，分别测定试件 3d 和 28d 的抗压强度及抗折强度，根据测定结果， 按 P38 表 确 定水泥的强度等级： 、 、 、 、 、。 R 表示该水泥的早期强度。 [例题 ]有一组试件，用电动抗折机试验测得读数为 62N、 65N、 80N。 求此组试件的抗折强度。 解： 求平均值：（ 62+65+80） /3＝ 69(N)； 误差判断： 69的  10%为 7662（ N） ； 可见这这组试件的三个读数中 80N 超过了这个范围，应舍去，取其中 62 和65的平均值 代表这组试件的平均值 Q； 则，抗折强度为： R 折 ＝ =179。 50Q=*=(MPa) （ 6）碱含量 水泥中碱含量按 Na2O＋ 计算值来表示。 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 %或由供需双方商定。 （ 7）水泥的不合格品和废品的含义： 废品 ：国家标准 GB1751999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》还规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。 不合格品： 凡细度、终凝时间中的任一项不符合本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。 五，水泥石的腐蚀与防止 水泥制品在一般使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些侵蚀介质（如软水、含酸或盐的水等）作用下，强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。 （ 1）软水腐蚀；（ 2）酸性腐蚀；（ 3）盐类腐蚀；（ 4）强碱的腐蚀 掺混合材料的硅酸盐水泥 建筑材料教案 第 17 页 共 69 页 一，掺混合材料的硅酸盐水泥的定义、分类 1 定义： 在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料的硅酸盐水泥。 2 分类： （ 1）普通硅酸盐水泥；（ 2）矿渣硅酸盐水泥；（ 3）火山灰质硅酸盐水泥；（ 4）粉煤灰硅酸盐水泥；（ 5）复合硅酸盐水泥。  水泥混合材料 ①粒化高炉矿渣： 凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣，简称矿渣。 ②粉煤灰 ：从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰。 ③火山灰质混合材料： 凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料，本身磨细加水拌和并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和，则不单能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的，称为火山灰混合材料。 二、几大水泥的特性及选择 1，六大水泥的特性与选用 **  六大水泥的特性，见教材  六大水泥的选用，见教材 2， 几种通用水泥的组成与技术要求 ①普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料， 6％～ 15％混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，成为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）代号 P•O，水泥中混合材料掺加量按质量百分比计。 与硅酸盐水泥相比，早期硬化速度稍慢，其 3d 的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性能也稍差。 在应用性能方面，普通水泥与硅酸盐水泥也相似，广泛应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。 ②矿渣水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号 P•S。 水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为 20％～70％。 ③火山灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥）。 代号 P•P。 水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为 20％～ 50％。 ④粉煤灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥）。 代号Ｐ •Ｆ。 水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为 20～ 40％。 ⑤复合水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号 P•C。 水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于 15％，但不超过 50％。 特性水泥和专用水泥 一，高铝水泥 建筑材料教案 第 18 页 共 69 页 以铝酸钙为主、氧化铝含量约 50%的熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。 高铝水泥的特点 ：（ 1） 强度发展非常迅速， 24h 内几乎可达到最高强度，标号以 3d 抗压强度来表示。 该水泥分 42 52 62 725 四个标号。 其 28d 强度不得低于 3d 强度指标。 （ 2） 是在低温（ 5～ 10℃ ）也能很好硬化，而在高温（ 30℃ ）养护时强度剧烈下降。 因此高铝水泥使用温度不得超过 30℃ ，更不宜采用蒸汽养护。 高铝水泥抗硫酸盐性能好，对碳酸和稀酸（ pH 不小于 4）也有很好的稳定性，但对浓酸和浓碱的耐蚀性不好。 目前高铝水泥主要用于配制膨胀水泥、自应力水泥和耐热混凝土。 二，快硬硫铝酸盐水泥 以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量的石膏磨细的具有早期强度高的特点 的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥。 强度发展很快，早期强度高，且结构致密，孔隙率小，抗渗性高，水化产物中 Ca(OH)2的含量少，抗硫酸盐侵蚀能力强。 因此快硬硫铝酸盐水泥主要用于配制早强、抗渗、抗硫酸盐侵蚀的混凝土工程。 可用于冬季施工、抢修、堵漏等工程。 三， 道路硅酸盐水泥 由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料， 0～ 10%活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥 ， 简称道路水泥。 对道路水泥（ Portland cement for road）的性能要求是：耐磨性好、收缩小、 抗冻性好、抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的耐久性。 四， 其它水泥 除上述水泥外，还有 快硬 硅酸盐 水泥 、 抗硫酸盐 硅酸盐 水泥 、 膨胀 铁铝酸盐水泥、 自应力水泥 、 中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、 油井水泥 、 砌筑水泥、 白色 硅酸盐 水泥和彩色水泥 等。 下面仅介绍其中几种。 ⑴ 白色 硅酸盐 水泥和彩色水泥 ⑵ 抗硫酸盐硅酸盐水泥 抗硫酸盐水泥适用于一般受硫酸盐侵 蚀的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础等工程设施。 ⑶ 砌筑水泥 一般不用于钢筋混凝土结构和构件，主要用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、内墙抹面砂浆，也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝土砌块。 ⑷ 膨胀和自应力水泥 ⑸ 中热水泥和低热矿渣水泥 主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。 第 5 章 混 凝 土 教学要求 ： 1， 掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用 ； 2， 熟练掌握各种组成材料各项性质的要求，测定方法及对混凝土性能的影响 ； 3， 熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法 ； 4， 熟练掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性及其影响因素。 5， 熟练掌握普通混凝土。