道路工程材料-第二章-石灰、水泥、稳定土讲课讲稿.ppt

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,*,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,*,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,项目二,石灰、水泥、稳定土,胶凝材料,浆体,石状体,散粒、块状的材料,胶凝材料的分类,气硬性胶凝材料：石灰、石膏,无机胶凝材料,水硬性胶凝材料：水泥,有机胶凝材料:沥青、树脂,1.石灰,内容提要,石灰的生产工艺,石灰的分类,生石灰的熟化,熟石灰的硬化,石灰的技术要求和技术标准,石灰的应用和贮存,学习重点：,过火石灰的危害和消除方法,生石灰的熟化特点和熟石灰的硬化特点,石灰的应用,一、,生产工艺（建筑生石灰的生产）,1、原料,2、过程,3、生产中存在的问题,1、原料：,以碳酸钙为主要成分的岩石、矿物：,石灰岩、白垩、白云质石灰石、贝壳等。CaCO3 少量的MgCO3 SiO2 Al2O3,化工副产品,原料：,石灰石,白云质石灰石,白 垩,贝 壳,2、生产过程：,石灰窑,900,CaCO,3,CaO+CO,2,（块状生石灰）,（疏松多孔）,土窑,立窑,河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2019年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑,竖窑,唐山三丰集团2019年10月建成投产4140m,3,气烧石灰竖窑,3、生产中存在的问题(煅烧不良）,欠火石灰：,原因：尺寸大、温度较低、温度不均匀、时间短、碳酸钙没有完全分解。,特点：（颜色发青、密度大），,但对工程无害，,质量不好，,有效成分低。,过火石灰,原因：温度过高，时间过长,特点：颜色发黑、体积收缩、结构密实、,消化慢、对工程有害。,过火石灰的危害和消除方法:,过火石灰结构致密-孔少-与水反应速度慢-用到工程中继续熟化-体积膨胀-使已经凝结硬化的砂浆开裂或隆起.,注意：欠火石灰和过火石灰都是不合格品,消除方法:陈伏法,正火石灰,二、石灰的分类,1、根据加工方法不同分,块状生石灰,生石灰粉,消石灰粉,石灰浆,2、按化学成分分（MgO含量),表2-1,生石灰、生石灰粉以5%为界，消石灰粉以4%为界。,三、(生)石灰的熟化（消化）,CaO+H,2,OCa(OH),2,+64.9KJ,(熟石灰、消石灰),1.,熟化特点,（1）放热；,（2）,体积膨胀：,12.5,倍,2.,熟化方法,（1）,淋灰法消石灰粉,（2）,陈伏法熟石灰膏,石灰陈伏示意图,石灰浆要陈伏半个月左右再使用,。,四、,熟石灰的硬化,1.,硬化过程,两个同时进行的过程(结晶过程、碳化过程）,1）,结晶过程：（物理过程）,石灰浆：,Ca(OH),2,+H,2,O,析晶,蒸发,(,吸收,),2）,碳化过程：（化学过程）,Ca(OH),2,+CO,2,+nH,2,O=CaCO,3,+(n+1)H,2,O,水不能去掉！,硬化过程慢！,碳化只处于表层，以结晶硬化为主！,问题,：熟石灰硬化后的成分？,少量的碳酸钙，大量的氢氧化钙,CaCO3,Ca(OH),2,2.,硬化特点,1）硬化收缩大，易产生裂缝；,2）硬化慢、强度低,？,五、石灰的技术要求和技术标准,1、技术要求,有效氧化钙和氧化镁含量,主要指标,生石灰产浆量和未消化残渣的含量,二氧化碳的含量,CaCO3 CaO+CO,2,反映没有分解的碳酸盐的含量,消石灰游离水含量（消石灰粉）,水（结合水、蒸发、残留）,细度,0.9mm和0.125mm筛,2、技术标准,根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。,表,2-2,生石灰技术指标,(JC/T 479-92),表2-3生石灰粉的技术指标(JC/T 480-92),表,2-4,消石灰粉的技术指标,六、石灰的应用和贮存,、,石灰砂浆,、加固软土地基,1、石灰的应用,、石灰配制石灰土或三合土(作垫层),灰土：石灰+粘土 2：8 3：7,三合土：石灰+粘土+砂（碎石、砖）,强度高、密实度大、耐水性好。,、制成稳定土材料（石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土）基层,2、石灰的贮存,生石灰粉要储存在干燥的仓库中，注意防潮、防水。,如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。,总 结,石灰的生产工艺生石灰的消化和熟石灰的硬化石灰的技术要求、技术标准石灰的应用和贮存,作 业,课后思考题 1、2,石灰三角,CaCO,3,碳酸鈣.石灰石,Ca(OH)2,氢氧化钙.熟石灰,加高溫,加CO,2,加水,CaO,氧化鈣.(生)石灰,2.水 泥,水 泥,发 展 史,水泥分类：,（1）按矿物组成，水泥可分为：,硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫酸盐系列、铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列等。,（2）按用途和特性可分为：,通用水泥,：目前建筑工程中常用七大水泥：P、P、PO、PS、PP、PF（粉煤灰）、PC、PL（石灰石）。,专用水泥,：专门用途水泥、低热水泥、道路水泥等。,特性水泥,：有比较特殊性能水泥：如快硬硅酸 盐水泥，抗硫酸水泥，膨胀水泥等,。,一、硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、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,在国际上分为两种类型：不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为,P.I,；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量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，其代号为,.II,。,一.硅酸盐水泥的生产,生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。,生产水泥的基本工序可以概括为：“两磨一烧”：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即,得到硅酸盐水泥,。,二.硅酸盐水泥熟料的矿物组成及特性,硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:,（）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4560。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。,）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1530。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。,（）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6 12。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。,（）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68。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献不大，主要对抗折强度贡献较大。,矿物组成中，,3S,和,C2S,总含量大约占75%以上,C3,和,4AF,约占25左右。硅酸盐占绝大部分，故名硅酸盐水泥。,水泥熟料是以上四种矿物的混合物，其中每种矿物单独水化都具有一定的特点。如果改变熟料中矿物成分的比例，水泥的性质也将随着改变。,C3S,C2S,C3A,C4AF,凝结硬化速度,快,小,最快,中,强度,早期强度高,后期强度高,对早期强度贡献,中,水化热,大,最小,最大,中,抗腐蚀,小,稍大,最小,中,干缩,中,小,大,小,思考题：,1、甲、乙厂水泥的特点或差异,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,甲,56,28,10,6,乙,41,42,8,6,2、制备早强、低水化热水泥时，矿物成分的调整,3.硅酸盐水泥的水化,硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。,硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙,硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙,铝酸三钙 水水化铝酸三钙,铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙,水泥中的,石膏,也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体：,水化硫铝酸钙（钙矾石）,经过上述水化反应后，水泥浆中不断增加的水化产物主要有：水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等新生矿物。,4.硅酸盐水泥的凝结和硬化,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,。,由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。,当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。,随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。,随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。,实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。,5.影响水泥凝结硬化的主要因素,（）孰料矿物组成,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，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.,（）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。,（3）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。,（4）水泥的细度及粒形,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。,（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，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。,（6）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。,6.硅酸盐水泥的技术要求,（）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。,国家标准GB175-2019规定，水泥的细度可用比表面积或0.08 mm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（cm,2,/g 或 m,2,/kg）。,一般大于300m,2,/kg。,凡细度不符合规定者为不合格品。,（）标准稠度用水量,稠度是水泥浆达到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2433之间。,（3）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完全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。,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6h 30min。,（）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。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雷氏法或试饼沸煮法检验。,（5）强度,强度是评价硅酸盐水泥质量的又一个重要指标。水泥的强度是按照GB/T17961-2019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201C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表3-3。,（6）水化热,水泥在水化过程中放出的热量称为水化热。水化热的大小主要与水泥细度、矿物组成有关。大部分水化热集中在早期放出。,在实际工程中应消除水化热的危害。,（7）密度与堆积密度,密度,=3.1,3.2g/cm,3,松散堆,积密度,=900,1300kg/m,3,紧密堆积密度,=1400,1700kg/m,3,(8)碱含量,在水泥中含,碱,是引起混凝土产生碱-骨料反应的条件，为了避免碱-骨料反应的发生，国标中规定若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量（按氧化钠+0.658氧化钾计算）不得大于0.60%。,(9),不溶物 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%；型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。,(10),烧失量 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%，型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5%。,国标规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任何一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限度和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。,7.水泥石的腐蚀,7.1 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。,(2),酸性腐蚀,1）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：,）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：,2HCl+Ca(OH),2,=CaCl,2,+2H,2,O,H,2,SO4+Ca(OH),2,=CaSO,4,2H,2,O,3）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，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。,此外，有些其它物质也能腐蚀水泥石，如镁盐、强碱、糖类、脂肪等。,（3）盐类的腐蚀,镁盐的腐蚀(海水或地下水),原理：,水泥石受到侵蚀性介质的作用后；生成易溶性的盐或无胶结能力的化合物，导致水泥石的孔隙增加，强度降低或破坏,。,MgCl,2,+Ca(OH),2,=CaCl+Mg(OH),2,MgSO,4,+Ca(OH),2,+2H,2,O=CaSO,4,2H,2,O+Mg(OH),2,（,四）强碱的腐蚀,3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。,7.2 防止水泥石腐蚀的方法,（）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，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。,（）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。,8.硅酸盐水泥的性能特点与应用,（）凝结硬化快，,早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。,（2）抗冻性好,，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。,（3）耐腐蚀性差,，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。,（4）水化热高,，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工,。,（5）抗碳化性好,。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。,（6）耐热性差,。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。,（7）耐磨性好,，适用于高速公路、道路和地面工程。,二、普通硅酸盐水泥,1.定义：,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胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO，水泥中混合材料掺量按质量百分比计。,2.混合料的掺入：,掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10%。,1）混合材料,混合材料一般为天然矿物材料或工业废料，根据其性能分为活性混合材料和非活性混合材料。,a.活性混合材料 这类混合材料掺入硅酸盐水泥后，能与水泥水化产物氢氧化钙起化学反应，生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度并能改善硅酸盐水泥的某些性质，常用的有粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料和粉煤灰。,b.非活性混合材料 这类混合材料又被称为填充材料，它不能与水泥起化学反应或化学作用很小，仅能起调节水泥标号，增加产量，降低水化热等作用，常用的有：磨细的石英砂，石灰石、黏土等。,C.窑灰也是一种混合材料，它是从水泥的回转窑窑尾废气中收集的粉尘，其性能介于活性混合材料和非活性混合材料之间。,3、技术要求,（1）细度：,用80m方空筛，筛余量不得超过10.0%,（2）,凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h,（3）,普通水泥的标号的范围比较宽，使用范围也比较广，其标号分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。,各种标号水泥在各个龄期的强度见表,其余技术要求与硅酸盐水泥相同,。,4、普通硅酸盐水泥的性能特点与应用,1）早期强度略低,2）水化热略低,3）耐腐蚀性略有提高,4）耐热性稍好,5）抗冻性、耐磨性、抗碳化性略低,例1.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏？,解,水泥熟料中的铝酸三钙遇水后，水化反应的速度最快，会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。,评注在有石膏存在的条件下，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。,例2.何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥应如何处理？,解,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。导致水泥安定性不良的主要原因是：,（1）由于熟料中含有的的游离氧化钙、游离氧化镁过多；,（2）掺入石膏过多；,其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的因素。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，也导致水泥石开裂。,体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥，应判为废品，不得在工程中使用。,评注 水泥的体积安定性用雷氏法或试饼法检验。沸煮后的试饼如目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲，表明安定性合格。反之为不合格。雷式夹两试件指针尖之间距离增加值的平均值不大于5.0时，认为水泥安定性合格。沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害。游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者的含量，并低于标准规定的数量。,例3.某些体积安定性不合格的水泥，在存放一段时间后变为合格，为什么？,解,某些体积安定性轻度不合格水泥，在空气中放置4周以上，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空气中的水蒸汽而水化（或消解），即在空气中存放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，因而水泥的体积安定性可能由轻度不合格变为合格。,评注 必须注意的是，这样的水泥在重新检验并确认体积安定性合格后方可使用。若在放置上段时间后体积安定性仍不合格则仍然不得使用。安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号，按标定的标号值使用。,例4。影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？,解,影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量及水泥的细度。硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。,水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。,评注 水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。水泥水化热的大小及放热的快慢，主要取决于熟料的矿物组成和水泥细度。铝酸三钙C3的水化热最大，硅酸三钙3S的水化热也很大。通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之，凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。,例5.为什么流动的软水对水泥石有腐蚀作用？,解,水泥石中存在有水泥水化生成的氢氧化钙。氢氧化钙Ca（OH）2可以微溶于水。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并流失，从而引起水泥石孔隙率增加。当水泥石中游离的氢氧化钙Ca（OH）2浓度减少到一定程度时，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，所以流动的软水或具有压力的软水对水泥石有腐蚀作用。,评注 造成水泥石腐蚀的基本原因有：,（1）水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，主要有氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸三钙C3AH6等。,（2）水泥石本身不密实，内部含有大量毛细孔，腐蚀性介质易于渗入和溶出，造成水泥石内部也受到腐蚀。,工程环境中存在有腐蚀性介质且其来源充足。,例6 既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？,解,硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在变形能力很小的水泥石内产生的，因而造成水泥石破坏，对水泥石具有腐蚀作用。生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝酸钙C3AS3H31，但该水化物主要在水泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少。由于此时水泥浆还未凝结，尚具有流动性及可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔含量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用，只起到了缓凝的作用。,评注 硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。,二 掺混合材料的硅酸盐水泥,掺混合材料的硅酸盐水泥，是用硅酸盐熟料加入一定比例一的混合材料和适量石膏，经过共同磨细而制成的。加入混合料后，可以改善水泥的性能，调节水泥的标号，增加品种，提高产量和降低成本，同时可以综合利用工业废料和地方材料。这类水泥根据掺入的混合材料的数量和品种的不同有: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,。,一、活性混合材料,1.定义：,火山灰性,：,指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。,潜在的水硬性,：,指将磨细的材料与水拌合后，在有少量激发剂的情况下，具有水硬性的性能。,活性混合材料：,具有较高的火山灰性或潜在的水硬性或两者兼有，性能符合有关国家标准的矿物材料。氢氧化钙、石膏称为激发剂,2.常用的活性混合材料：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。,3.粒化高炉矿渣,粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经急速冷却而成的松软颗粒，其粒径一般为0.55mm。,4.火山灰质混合材料,凡是天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分，具有火山灰性的矿物材料，称为火山灰质混合材料。,5.粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发电厂从其锅炉烟气中收集下来的粉末，又称飞灰。粉煤灰属火山灰质混合材料的一种。,“粉煤灰效应”,A、活性效应：因含SiO,2,、Al,2,O,3,具有活性，与,Ca(OH),2,反应，生成生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙，可作为胶凝材料的一部分而起增强作用。,B、颗粒形态效应：煤粉在高温燃烧过程中形成的煤粉炭颗粒，绝大部分为玻璃微珠，掺入混凝土中可减小内摩擦力，从而可减少混凝土的用水量，起减水作用。,C、微粒料效应：粉煤灰中微细颗粒均匀分布在水泥浆内，充填孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大密度。,二、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,1.定义：,矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，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胶凝材料，代号PS；,火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，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，代号PP；,粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，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，代号PF；,2.混合材料的掺入量：,PS：水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为2070。允许石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8，代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20；,PP：水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2050；,PF：水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为2040。,3.强度等级：,32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和52.5R六个强度等级。,4.检测：,细度，凝结时间，安定性与普通硅酸盐水泥相同。,5.凝结硬化的特点（相对于硅酸盐水泥）,.,二次水化反应或二次反应,:,.水化热小，凝结硬化较慢，早期强度较低，后期强度高。,.需要特殊养护：,.抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力强，抗碳化能力较差。,.抗冻性和耐磨性较差。,6.三种水泥的特点：,.,矿渣水泥的特点,：抗渗性差，干缩较大，较高的耐热性。,.,火山灰水泥特点：较高的密实度和抗渗性，不宜用于处在干燥环境。,.火山灰水泥的抗硫酸盐腐蚀能力与掺入的火山灰质混合材料种类有关。当掺入烧粘土质混合材料时，则耐硫酸盐腐蚀能力较差。,.,粉煤灰水泥特点：干缩性小，抗裂性较高,。,三、复合硅酸盐水泥,1.定义：,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PC。,2.混合材料的掺入量：,水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15，不超过50。允许用不超过8的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。,3.强度等级：,32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5和52.5R六个强度等级。,4.氧化镁含量：,复合硅酸盐水泥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，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0。水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5。,5.检测：,细度，凝结时间，安定性与普通硅酸盐水泥相同。,3.稳定土材料,一、概述,稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的一种材料。适用于路面的基层及底基层，不适用于路面的面层。,二、稳定土的组成材料,（一）稳定土的基本材料土,一般规定土的液限不大于40%，塑性指数不大于20%，且级配良好。,（二）稳定土的外掺材料,1、石灰,各种化学组成的石灰均可用于稳定土，石灰的最佳剂量，对粘性土和粉性土为干土重的8%16%，对砂性土为干土重的10%18%。,石灰的稳定效果：可使土粒胶结成整体，密实性提高，水稳定性提高，强度提高。,2、水泥,各种水泥均可都可用于稳定土，通常情况下硅酸盐水泥比铝酸盐水泥的稳定效果好。在保证质量的前提下，应尽可能降低水泥的用量。,3、粉煤灰,粉煤灰加入土中既能起填充的作用，又能与石灰反应，生成起胶结作用的产物，从而达到改善稳定土的水稳定性、提高强度与密实度的目的。,三、稳定土的性质,（一）强度,1、强度形成原理,1）离子交换作用,2）碳酸化作用,Ca(OH),2,+CO,2,+nH,2,OCaCO,3,+(n+1)H,2,O,3）结晶作用,Ca(OH),2,+nH,2,OCa(OH),2,.nH,2,O,4）火山灰反应,mCa(OH),2,+SiO,2,+(n-1)H,2,O mCaO.SiO,2,.nH,2,O,mCa(OH),2,+Al,2,O3+(n-1)H,2,O mCaO.Al,2,O,3,nH,2,O,5）硬凝反应,6）吸附作用,2、影响稳定土强度的因素,1）土质,对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，用塑性指数为10%20%的粘性土较适宜，不适宜用塑性指数小于10%的低塑性土及重粘土。,对于水泥稳定土，可用各种砂砾、粉土和粘土，但级配良好的粗、中颗粒的土比单纯粘性土较适宜。,2）稳定剂品种及用量,当采用石灰稳定剂时，必须测定石灰中有效氧化钙和氧化镁的含量，宜用技术等级为3级以上的石灰。,用水泥稳定时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好一些，不宜采用快硬或早强水泥。,水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的强度则存在一个最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰稳定土的强度则降低。,3）含水量,最佳含水量,4）密实度,5）施工时间长短的影响,主要针对水泥稳定土，要求其从开始加水到完全压实的时间尽可能短，一般不要超过6h。,6）养生条件,稳定土必须在适当的温度、湿度下养护，其强度才会不断提高。,（二）稳定土材料的变形性能,1、缩裂特性,1）干缩,2）温缩,2、裂缝防治措施,1）改善土质：稳定土用土越粘，则缩裂越严重。,2）控制压实含水量及压实度,3）掺加粗粒料,（三）稳定土材料的疲劳特性,石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾,（四）稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性,用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。,影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素 有：,土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。,四、稳定类材料组成设计,（一）、设计标准：主要考虑强度和耐久性。,（二）、材料组成设计步骤,、原材料试验,、拟定混合料配合比,（）选定不同的稳定料剂量，制备同一种土样的混合料试件若干个。,（）通过击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干密度。,（）按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行强度试验,、试件的强度试验,、选定石灰或水泥剂量。,五、通用水泥质量等级的评定,优等品：国际先进，近5年内,一等品：国际一般,合格品：我国现行水泥产品标准,