建筑材料第2章(石灰和水泥)

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1、第二章 石灰和水泥,学习要点：本章介绍了石灰的化学组成、消化、硬化机理及技术性质。重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、水化特性、技术性质和技术标准。同时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、水化、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。,胶凝材料 定义能以自身的物理化学作用，从浆体变为坚固的石状体，并能将松散材料（如碎石、砂等）胶结成为具有一定强度的整体结构的材料。 分类按化学成分不同分：,无机胶凝材料 如石膏、石灰、水泥,有机胶凝材料 如沥青、天然（合成）树脂,

2、无机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,只能在空气中硬化， 如石灰、石膏。,既可以在空气中，也可在水中硬化， 如水泥。,2.1 石灰,石灰是一种气硬性胶凝材料，它是将碳酸钙为主要成分的材料（主要为石灰石）经过9001200的高温煅烧，尽可能的分解与排出CO2，得到以CaO主要成份的生石灰，它是一种多孔结构材料。,一、 石灰的原料及生产,石灰在烧制过程中由于尺寸过大，或窑内温度不均等原因，便得石灰中含有未烧透的内核，称为“欠火石灰”。另一种情况是过火而形成的“过火石灰”。,二、石灰的消化和硬化 1.消化,石灰的消化过程有两个特点： 水化反应进行速度快，放热量大； 消化时体积急剧膨胀。,为降

3、低“过火石灰”危害，石灰消化后，应将其在水中继续“陈伏”15d以上。,将块状生石灰研磨成粉状，得到的磨细生石灰在适宜的水灰比 和消化温度下，可控制其体积膨胀。还可提高“过火石灰” 的利用率。,2、石灰的硬化,（1）干燥硬化和结晶硬化 石灰中水分不断挥发，形成熟石灰结晶。 在该过程中，石灰强度增长不明显 （2）碳化硬化 该反应必须有水分存在时才能进行，且仅限于表面，反应速度缓慢。,三、 石灰的技术要求,1石灰的分类,（1）根据成品加工方法的不同，分为： 块状生石灰，生石灰粉，消石灰（熟石灰），石灰浆。 （2）按氧化镁的含量分,按氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类,2石灰的技术性质 （1）有效

4、氧化钙和氧化镁含量 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙 f - CaO和氧化镁 f -MgO ，它们的含量是评价石灰质量的主要指标。 （2）生石灰产浆量和未消解残渣含量 产浆量是指单位质量生石灰消解后生成的石灰浆体积，产浆量越高说明石灰的质量越好。 未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣试样的百分率。能综合反映石灰中“过火石灰”和“欠火石灰”数量。,（3）CO2含量 石灰中CO2含量反映了石灰中“欠火石灰”数量。 （4）细度 以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制磨细石灰粉和消石灰粉的细度。 石灰越细，石灰的活性越大。 （5）游离水含量 游离水含量指消石灰粉

5、中化学结合水以外的含水量。 （6）体积安定性 消石灰粉在消化、硬化过程中体积变化的均匀性。,3石灰的技术标准 我国建材行业标准根据有关指标，将建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级。 见书45表2-12-3。,四、石灰的应用和储存 石灰原料分布广，生产工艺简单，成本低廉，硬化后强度不高，在潮湿环境中，石灰遇水会溶解溃散，强度会降低。 主要用于配制建筑砂浆、抹面灰浆；以石灰稳定土、石灰工业废渣稳定土的形式应用于道路工程中的路面基层或垫层结构中；不宜在长期潮湿的环境或有水环境中使用。,2.2 硅酸盐水泥,一、概述 定义：水泥是一种多级分的人造矿物粉料，与水拌和后

6、成为塑性胶体，既能在空气中硬化，也能在水中硬化，并能 将砂石等材料的结合成具有一定强度的整体，水泥是水硬性 无机胶凝材料。,水泥,2. 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,3. 硅酸盐水泥,硅酸盐系水泥品种 硅酸盐水泥（P） 普通硅酸盐水泥（PO） 掺混合材的硅酸盐水泥（ PS, PP, PF ） 特性硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、05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(即国外通称的Portland Cement)。 又根据混合料的掺量分为P和P

7、两类。,4. 通用硅酸盐水泥,通用硅酸盐水泥包括： 硅酸盐水泥（P） 普通硅酸盐水泥（PO） 掺混合材的硅酸盐水泥（ PS, PP, PF ） 复合硅酸盐水泥（PC）,通用硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料和适量石膏及规定的混合材制成的水硬性胶凝材料。,原 料： 粘土质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 石灰质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2 制造工艺： 原料经粉磨混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料 水泥熟料石膏(或再混合材）一起经粉磨混合后得到水泥,“两磨一烧”,二、 硅酸盐水泥熟料的生产、矿物组成及水化特性 1、

8、硅酸盐水泥熟料的生产,生料主要化学成分： ， ， 和 。,粘土质 (SiO2、Al2O3),石灰质 (CaO),1450,调节原料 （Fe2O3）,石膏,石膏,水 泥,生 料,熟 料,混合材,水泥制造的“两磨一烧”工艺流程,粉 磨,煅 烧,粉 磨,2. 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 经高温煅烧后，生料中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,硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成范围,（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。 2(3CaOSiO2)6H2O = 3CaO2SiO23H2O3Ca(OH

9、)2 水化速度较快，水化热高，早期强度大。,硅酸盐水泥熟料矿物的水化及特征 1、 四种矿物的技术特性,（2） 2(2CaOSiO2)4H2O = 3CaO2SiO23H2OCa(OH)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。 耐化学侵蚀较高，干缩性较小。,（3） 3CaOAl2O3H2O = 3CaOAl2O36H2O 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！ 3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）20H2O = 3CaOAl2O33CaSO432H2O 水化反应速度最快，水化热最高。 早期强度较高，但强度绝对值小。 耐化学腐蚀性差，干缩性大。 （注： 的含量决

10、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）。,（4） 4CaOAl2O3Fe2O37H2O = 3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O 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。,2、主要矿物组成的性质比较 （1）水化反应速度 （2）水化热 （3）抗压强度 早期 后期 可见， 和 是水泥强度的主要来源。 （4） 对抗折强度和抗冲击强度有利。 （5）耐化学腐蚀性 （6）干缩性,硅酸盐水泥主要矿物组成与特性,为调节水泥的凝结速度，需掺入适量的石膏，因此石膏也称作水泥的缓凝剂，

11、一般是二水石膏或无水石膏。 水泥中石膏掺量主要决定于 的含量，也与混合材料的种类和数量有关。,石膏,避免水泥浆的闪凝和假凝现象。 调节水泥的凝结时间。 导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。,三、 硅酸盐水泥的凝结、硬化,水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体。,水泥加入适量水调成水泥浆后，经过一段时间因本身物理变化会逐渐变稠，失去塑性，这一过程称为初凝，开始具有强度称为终凝。 由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结，终凝以后强度逐渐提高，并形成人造石，这称“硬化”。,水泥颗粒,水,水泥水化物膜层,水泥的凝结硬化过程,先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区

12、域沉积初始期； 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入诱导期； 因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期； 随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结； 由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。,（1）水泥矿物组成 （2）水泥细度 （3）养护条件（温度、湿度）与时间 （4）拌合用水量 （5）水泥中的混合材 （6）水泥外加剂,水泥凝

13、结硬化的主要影响因素：,水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数： R(t) = f(C3S)f(细度)f(T)f(W/C),C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。 细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。 提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化 。 水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。 掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。 有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。,氧化镁含量 三氧化硫含量 不溶物含量 烧失量 碱含量 氯离子含量,化学性质,物理性质,密度 细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安

14、定性 水化热,力学性质抗压强度和抗折强度,四、 硅酸盐水泥的技术性质,化学性质,1、氧化镁含量 2、三氧化硫含量 3、不溶物含量 不溶物来自原料中的粘土和二氧化硅，由于燃烧不佳、化学反应不充分而未参与形成熟料矿物。 4、烧失量 水泥中烧失量的大小，一定程度上反映水泥熟料燃烧质量，同时也反映混合材料掺量是否适当，以及水泥受潮情况。,5、碱含量 水泥中的碱含量以Na2O计，K2O按0.658系数换算成Na2O。 6、氯离子含量 水泥中的氯离子是由原材料、燃料、掺合料引入的，氯 离子含量达到一定量时会引起混凝土中钢盘的锈蚀破坏。,物理性质 1、密度,密度 2.83.1，混凝土配合比计算时，一般取3.

15、10。 堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3 。 密度的测量方法 密度瓶法或李氏密度瓶法，用煤油作为测量液体。,2、细度,定义 细度是指水泥粉体的粗细程度或水泥分散度的指标。 测量方法 筛析法 以80m或45m方孔筛的筛余量表示； 负压筛法、水筛法、干筛法，当有争议时，以负压筛法为准。 比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。,国标GB 175-2007要求： 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的比表面积应不小于300m2/kg。 矿渣、火山灰质、粉煤灰、复合硅酸盐水泥的细度以 筛余质量百分率表示，其80m方孔筛的筛余不大于10.0% 或4

16、5m方孔筛的筛余不大于30.0%。,3、标准稠度用水量,标准稠度： 水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。,标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21%28%。,测试方法： 标准法：试杆法 以标准试杆沉入净浆，并距离底板6 mm1mm时水泥净浆为标准稠度净浆。 代用法：试锥法（调整用水量和不变用水量） 调整用水量法 试锥下沉深度301mm时的水泥净浆的稠度； 不变用水量法 根据实测试锥下沉深度，按公式计算标准稠度用水量。当试锥下沉深度小于13mm时，应入用调整水量法测定。 P=33.40.185S (S13mm) P水泥的标准稠度用水量，；