《道路建筑材料配套教学课件王修山 第2章 无机胶凝材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《道路建筑材料配套教学课件王修山 第2章 无机胶凝材料（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 概述 凡能经过一系列物理 化学作用凡能经过一系列物理 化学作用 在由可塑浆体变成坚硬石状体在由可塑浆体变成坚硬石状体 的过程中 能把散粒状或块状材料胶结成一个整体 且具有一定的过程中 能把散粒状或块状材料胶结成一个整体 且具有一定 机械强度的材料 统称为胶凝材料 机械强度的材料 统称为胶凝材料 2 水泥 水泥水泥 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 不仅能在空气中硬化 还能更好地在水中硬化不仅能在空气中硬化 还能更好地在水中硬化 保持并继续增长其强度 保持并继续增长其强度 主要内容主要内容 qq 水泥的矿物组成及其技术特性水泥的矿物组成及其技术特性 qq 水泥的技术性质水泥的技术性质 2 1 水
2、泥的矿物组成及其特性 2 1 1 硅酸盐水泥熟料 v硅酸盐水泥 硅酸盐水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 石膏 v 硅酸盐水泥类型 型硅酸盐水泥 代号P I 不掺混合材料 型硅酸盐水泥 代号P II 掺加不超过水泥质量5 的 混合材料 2 1 1 1 硅酸盐水泥的原料与熟料 1 原料 生料 主要化学成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 生产工艺 二磨一烧 石灰石 磨细 1450 粘 土 生料 熟料 铁矿粉 石膏 2 熟料 主要矿物 硅酸三钙 3CaO SiO2 简写C3S 硅酸二钙 2CaO SiO2 简写C2S 铝酸三钙 3CaO Al2O3 简写C3A 铁铝酸四钙 4CaO
3、Al2O3 Fe2O3 简写C4AF 磨细 水泥成品 2 1 1 2 硅酸盐水泥熟料中主要矿物组成的技术特性 水化程度 C3A C3S C4AF C2S 图2 1 几种矿物的水化程度 释热量 C3A C3S C4AF C2S 图2 2 几种矿物的水化释热量 强度 早期强度 C3S C3A C4AF C2S 后期强度 C3S C2S C3A C4AF 图2 3 几种矿物强度发展特征 图2 1 几种矿物的水化速率 C3A C3S C4AF C2S 24h 大约有65 的C3A水化 C3S水化50 左右 90d 四种矿物的水化程度已经接近 图2 2 几种矿物的水化释热量 C3A C3S C4AF C
4、2S 图2 3 几种矿物强度发展特征 2 1 2 2 1 2 水泥混合材料及其特性水泥混合材料及其特性 混合材料 改善水泥性质 降低水化热 提高防腐性能 调节水泥标号 提高水泥产量 节约水泥原料 如 天然砂砾 火山灰或工业废渣 矿渣 炉渣 粉煤灰 等 2 1 2 1 活性混合材料 活性 能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应 生成水硬性化合物 粒化高炉矿渣 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 含量 90 火山灰质混合材料 活性SiO2和活性Al2O3 粉煤灰 SiO2和Al2O3 含量 60 2 1 2 2非活性混合材料 品种 磨细石英砂 石灰石 粘土 慢冷矿渣等 掺加目的 调节水泥标号 提高产量
5、 降低水化热 2 1 3 石膏 CaSO4 2H2O 掺量 3 5 作用 缓凝 调节凝结速度 2 1 4 水泥中的有害物质 游离氧化钙 f CaO 氧化镁 f MgO 三氧化硫 SO3 碱含量 碱 集料反应 2 1 5 常用硅酸盐水泥品种 1 硅酸盐水泥P I P II 硅酸盐水泥熟料 0 5 混合材 石膏 2 普通硅酸盐水泥P O 硅酸盐水泥熟料 6 15 混合材 石膏 3 矿渣硅酸盐水泥P S 水泥熟料 20 70 粒化高炉矿渣 石膏 4 火山灰质硅酸盐水泥P P 水泥熟料 20 50 火山灰质材料 石膏 5 粉煤灰硅酸盐水泥P F 水泥熟料 20 40 粉煤灰 石膏 道路硅酸盐水泥 道路
6、硅酸盐水泥熟料 0 10 活性混合材 石膏 2 2 水泥的技术性质 2 2 1 2 2 1 新拌水泥浆体的凝结硬化过程新拌水泥浆体的凝结硬化过程 2 2 1 1 2 2 1 1 硅酸盐水泥的凝结硬化过程硅酸盐水泥的凝结硬化过程 1 初始反应期 水泥熟料颗粒初始水解和水化 约5 10min 放热 7J g h 水泥水化过程 2 潜伏期 水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚 约1 2h 放热 4J g h 3 凝结期 膜层破裂 水泥颗粒进一步水化 约6h 放热20J g h 4 硬化期 水化物进一步发展 填充毛细孔 约6 h 若干年 图2 4 水泥的凝结硬化过程示意图 凝结硬化机理小结 水泥熟料水化生成
7、紧密 相互交结的水化物体系而凝聚产生强度 硬化水泥石由水化物 未水化水泥熟料颗粒 水及孔隙所组成 水泥熟料颗粒初始水解和水化 硅酸三钙 C3S H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2 水化硅酸钙 硅酸二钙 C2S H2O 水化硅酸钙 Ca OH 2 铝酸三钙 在纯水中 C3A H2O C4AH13 C4AH19 C3AH6 水泥瞬凝的原因 水化铝酸钙 在石膏溶液中 C3A Ca OH 2 H2O C4AH13 C4AH13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O 三硫型水化铝酸钙 钙矾石 当石膏耗尽后 C4AH13 钙矾石 3CaO Al2
8、O3 CaSO4 12H2O 单硫型水化硫铝酸钙 水泥熟料颗粒初始水解和水化 铁铝酸四钙 在纯水中 C4AF H2O C4AH13 C4FH13 水化铝酸四钙 水化铁酸四钙 缩写C4 A F H13 在石膏溶液中 C4AF Ca OH 2 H2O C4 A F H13 C4 A F H13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 Fe2O3 3CaSO4 32H2O 三硫型水化铁铝酸钙 当石膏耗尽后 同铝酸三钙 生成单硫型水化硫铁铝酸钙 水泥水化小结 生 料 熟 料 水泥石 主要化学成分主要矿物成分主要水化产物 比例 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 C3S C2S C3A
9、 C4AF CaSO4 2H2O 水化硅酸钙 70 Ca OH 2 20 三硫型水化铝酸钙 钙矾石 7 硫型水化铝酸钙 三硫型水化铁铝酸钙 单硫型水化铁铝酸钙 图2 4 水泥的凝结硬化过程示意图 2 2 1 2 掺混合材料水泥的凝结硬化过程 1 反应条件 具有质 活性SiO2和活性Al2O 具有活性物活性激发剂 激发活性材料潜在活性的物质 Ca OH 2溶液 碱性激发剂 CaSO4 2H2O溶液 硫酸盐激发剂 2 反应机理 二次反应 又称火山灰反应 SiO2 Ca OH 2 H2O CaO SiO2 mH2O 不定型水化硅酸钙 凝胶 Al2O3 Ca OH 2 H2O CaO Al2O3 nH
10、2O 不定型水化铝酸钙 凝胶 Al2O3 CaSO4 2H2O 水化硫铝酸钙 钙矾石 2 2 1 2 掺混合材料水泥的凝结硬化过程 3 对水泥性质的影响 水化速度慢 早期强度低 后期强度发展 化学稳定性较高 抗腐蚀 淡水 硫酸盐 水化热低 适应大体积工程 2 2 2 硬化水泥石的腐蚀 腐蚀原因 水泥石中存在着引起腐蚀的成分 Ca OH 2 约20 水化铝酸钙 有侵蚀性介质存在 各种盐类 硫酸盐类及酸类物质 水泥石本身不密实 2 2 2 1 水化物Ca OH 2的溶失与置换 1 溶析性侵蚀 淡水腐蚀 Ca OH 2在动水或有压力水中直接溶失 2 盐类腐蚀 MgCl2 Ca OH 2 CaCl2
11、易溶 Mg OH 2 3 酸类腐蚀 碳酸腐蚀 CO2 H2O Ca OH 2 CaCO3 H2O CO2 H2O CaCO3 Ca HCO3 2 盐酸腐蚀 HCl Ca OH 2 CaCl2 易溶 H2O 2 2 2 2 硫酸盐腐蚀 在Ca OH 2存在的情况下 水化铝酸钙C4A H13 钙矾石 体积比水化铝酸钙增加1 5倍 Ca OH 2 Na2SO4 CaSO4 2H2O NaOH H2O 水中 Ca OH 2 Mg SO4 CaSO4 2H2O Mg OH 2 水中 Ca OH 2 H2SO4 CaSO4 2H2O H2O 水中 CaSO4 2H2O C4A H13 Ca OH 2 3C
12、3A 3CaSO432H2O 水泥石中 钙矾石 腐蚀的危害 水泥石密度下降 强度降低 混凝土开裂与崩解 2 2 2 3 水泥石腐蚀的防止 1 合理选择水泥品种 根据侵蚀环境特点选择 2 提高水泥石的密实程度 合理降低水灰比 使用减水剂 3 加作保护层 2 2 3 水泥的技术指标 主要指标 细 凝 安 强 以强为主 2 2 3 1 细度 意义 细度愈大 早期强度愈高 凝结速度愈块 析水量减少 过细 生产成本高 在空气中硬化收缩大 不宜保存 图2 5 水泥细度与干缩率 指标 比表面积法 m2 kg 筛析法 80 m方孔筛上的筛余量百分率 2 2 3 2 凝结时间 定义 初凝 水泥加水拌和起至水泥浆
13、开始失去塑性所需时间 终凝 水泥加水拌和时起至水泥浆完全失去塑性所需时间 测定方法 图2 6 水泥凝结时间测试示意图 2 2 3 3 体积安定性 意义 水泥浆在硬化后因体积膨胀不均匀而变形的情况 测定方法 沸煮法 压蒸法图2 7 压蒸法测试示意图 图2 5 水泥细度与干缩率的关系 图2 6 水泥凝结时间测试示意图 图2 7 压蒸法模具示意图 2 2 3 4 强度等级和标号 意义 强度是水泥的重要技术性质之一 也是划分水泥强度等级的主要依据 强度等级 强度试验条件 水泥 标准砂 1 3 水灰比 0 5 试件 4 4 16 标准养护 测定3d与28d抗压强度与抗折强度 型号 早强型R和普通型 根据
14、3d强度 强度等级 硅酸盐水泥 42 5 42 5R 52 5 52 6R 62 5 62 5R 普通水泥 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 6R 表1硅酸盐水泥各龄期强度值 影响强度等级因素 熟料矿物 C3S C2S 强度 细度大 水化反应快并充分 强度高 硅酸盐水泥各龄期强度值 GB175 1999 强度等级强度等级 抗压强度抗压强度 MPa MPa抗折强度抗折强度 MPa MPa 3d3d28d28d3d3d28d28d 42 542 517 017 042 542 53 53 56 56 5 42 5R42 5R22 022 042 542 54 04 06
15、56 5 52 552 523 023 052 552 54 04 07 07 0 52 5R52 5R27 027 052 552 55 05 07 07 0 62 562 528 028 062 562 55 05 08 08 0 62 5R62 5R32 032 062 562 55 55 58 08 0 2 2 3 5 干缩率和磨损量 1 干缩性 抗裂 抗渗 抗冻 抗腐蚀 矿物组成 C3A 干缩性 C4AF 收缩量 抗裂性最好 细度 干缩性 2 耐磨性 熟料矿物 C4AF C3S C3A 耐磨性 抗冲击性及各类强度 抗压强度 耐磨性 2 3 常用硅酸盐水泥 2 3 1和2 3 2五大品
16、种水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 2 3 3 道路硅酸盐水泥 1 作用和使用要求 用途 供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求 抗折强度高 干缩性小 耐磨性好 2 3 3 道路硅酸盐水泥 2 矿物组成对技术性能的影响 抗折强度高 C3S C4AF C3A f CaO 干缩性小 抗渗 抗冻 C3A C4AF 耐磨性好 C4AF C3S C3A 强度高 2 3 3 道路硅酸盐水泥 3 化学品质要求 高铁低铝 C3S 51 60 以提高早期强度 尽早放开交通 C2S 不宜过多 其早期强度过低 C3A 5 考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF 16 提高水泥的抗折强度 控制碱含量 2 4 其它水泥 2 4 1 高铝水泥 以石灰石和矾土为主要原料 配制成适当 成分的生料 经煅烧所得的以铝酸一钙 为主要矿物的熟料 再经磨细而成的水 硬性胶凝材料 2 4 1 1 高铝水的主要成分及特性 铝酸一钙 CaO Al2O3 简写CA 特点 凝结不快 硬化迅速 为高铝水泥强度 的主要来源 二铝酸一钙 CaO 2Al2O3 简写CA2 特点 水化硬化
