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1、1,1,土木工程材料 The materials of Ciliv Engineering,土木工程系 结构工程教研室中心,第二章 无机胶凝材料 授课教师: 姚 运,土木工程系结构工程教研室,1,2,无机胶凝材料,土木工程系结构工程教研室,胶凝材料 胶凝材料是指经过一系列物理化学变化，能将散粒材料或块状材 料粘结成整体的材料。 无机胶凝材料 气硬性无机胶凝材料 材料只能在空气中硬化，不能在水中硬化。例如石灰、石膏等。 水硬性无机胶凝材料 材料不仅能在空气硬化，也能在水中硬化。例如水泥。 有机胶凝材料-沥青、树脂,1,3,石 灰,土木工程系结构工程教研室,石灰的生产与种类 生产 石灰石(CaCO
2、3)-900-1100度-生石灰(CaO) 种类 欠火灰-降低石灰的利用率 正火灰 过火灰-过火灰的水化在正火灰水化之后进行的。,1,4,石 灰,土木工程系结构工程教研室,来源 块状石灰-CaO 消石灰-Ca(OH)2 石灰膏 石灰粉石灰水化与硬化 水化 CaO+H2O-Ca(OH)2 水化特点 反应过程中放热量大。 体积大大膨胀-2.5倍 实际需水量大-大于两倍的需水量,1,5,石 灰,土木工程系结构工程教研室,硬化 干燥硬化-自由水挥发 结晶硬化-Ca(OH)2 结晶 碳化硬化-Ca(OH)2+H2O+CO2-CaCO3应用 由于石灰保水性好，吸湿性好，能与水泥、砂浆混合使用。 石灰收缩大
3、，不能单独使用。 石灰耐水性差，不能用于潮湿环境。 用于拌制石灰土(石灰、粘土)和三合土(石灰、粘土、砂石)。,1,6,石 灰,土木工程系结构工程教研室,工程实例：某工地急需配制石灰砂浆，当时就立即购 买生石灰，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。 使用数日后，石灰砂浆表面出现众多凸出的膨胀性裂缝。 分析引起该建筑质量的原因。,分析：制作石灰浆需要陈伏两周以上，主要是消除过火 灰的影响，而在该工程中由于没有达到规定的陈伏时间， 过火灰水化膨胀引起墙体表面开裂。,1,7,石 膏,土木工程系结构工程教研室,石膏的生产 石膏矿(CaSO4.2H2O)-97-建筑石膏(CaSO4.0.5H2O)石膏
4、的水化 CaSO4.0.5H2O+1.5H2O-CaSO4.2H2O 水化特点 凝结硬化快 体积微膨胀 实际需水量较大石膏的硬化 CaSO4.2H2O失水结晶,1,8,石 膏,土木工程系结构工程教研室,石膏的特性 孔隙率较大，导热系数小 强度较低 耐水性与抗冻性差 吸水吸湿性强 防火性能好 体积微膨胀 石膏颜色好可装饰,1,9,石 膏,土木工程系结构工程教研室,工程实例：石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的 天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半个小时完工。几天 后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落。,分析：由于石膏凝结较快，施工时间较长，超过了石膏 的初凝时间，石膏的凝结能力得到较大的降低，因此石 膏
5、饰条坠落。,1,10,硅酸盐水泥,土木工程系结构工程教研室,硅酸盐水泥的分类 按化学组成分类 硅酸盐水泥 硫酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 按用途分类 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 复合硅酸盐水泥 道路水泥、大坝水泥,1,11,硅酸盐水泥,土木工程系结构工程教研室,硅酸盐水泥的生产与矿物组成 硅酸盐水泥是将硅酸盐水泥熟料与0-5%的石灰石或粒化高炉矿渣， 再与适量的石膏共同磨细得到的水硬性胶材。 硅酸盐水泥的生产,石灰石 粘土 铁矿粉,按比例磨细 得到生料,1450高温煅烧 水泥熟料,加入0-5%的 石灰石或高炉矿渣,加入适量石膏,磨细得到 水泥,1
6、,12,硅酸盐水泥,土木工程系结构工程教研室,水泥窑的形式 立窑-制成的水泥质量部好，出厂的水泥必须检验，建水泥厂 成本低。 回转窑-制成额水泥质量可靠，建厂成本高。,1,13,硅酸盐水泥的矿物组成,土木工程系结构工程教研室,矿物组成 C3S 3CaO.SiO2 硅酸三钙 37%-60% C2S 2CaO.SiO2 硅酸二钙 15%-37% C3A 3CaO.Al2O3 铝酸三钙 7%-15% C4AF 4CaO.Al2O3.Fe2O3 铁铝酸四钙 10%-18%单矿物水化的特性,1,14,硅酸盐水泥的水化与硬化,土木工程系结构工程教研室,水化 C3S+H2O-C-S-H+3CH 水化硅酸钙
7、C2S+H2O-C-S-H+CH 水化硅酸钙 C3A+H2O-C3AH6 水化铝酸三钙 C4AF+H2O-C3AH6+C-F-H 水化铁酸钙 C3AH6+CaSO4+H2O-AFt 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 钙矾石硬化 水泥加水拌合后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性， 但尚不具有强度的过程，成为水泥的“凝结”。随后产生明显的强 度并逐渐发展而成为坚强的人造石-水泥石，这一过程为水泥的“ 硬化”。,1,15,硅酸盐水泥的水化与硬化,土木工程系结构工程教研室,水泥水化的影响因素 矿物组成-C3AC4AFC3SC2S 水泥的细度越细，水泥的水化越快 温度越高，水泥水化
8、越快 湿度越大，水泥水化越快 养护的龄期越长，水泥水化越完全。 水灰比越大，水泥水化越快 石膏用量 石膏用量较少，水泥水化快 加入3%-5%的石膏，水化适中 石膏用量较大，造成水泥假凝,1,16,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,根据国家标准硅酸盐水泥(GB175-1999)对硅酸盐水泥技术 要求有密度、细度、凝结时间、安定性、强度和水化热等。密度 在进行混凝土配合比计算和储运水泥时，需要知道水泥的密度和堆 积密度，硅酸盐水泥的密度为3.03.15g/cm3，平均取3.10g/cm3。其 堆积密度按松紧程度在10001600kg/m3之间。细度 定义-水泥颗粒的平均粒径。 指标-筛余、
9、比表面积 测试方法 筛余法 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g-过0.8mm的筛子， 再称取筛子上水泥的质量m-计算筛余=m/500100%(GB10%),1,17,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,比表面积法 比表面积法是根据一定量空气通过空隙率和厚度的水泥层时，所 受阻力不同而引起流速得到变化来测定水泥的比表面积(单位质量 的粉末所具有的总表面积)，以m2/kg表示。硅酸盐水泥的比表面 应大于300m2/kg。,1,18,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,标准稠度及标准稠度用水量 定义：水泥净浆的标准用水量 标准稠度的用水量：P%=W/C 测试方法 固定用水量
10、水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g，并用量筒量取水 142.5ml-净浆搅拌机-水泥净浆-装入标准稠度测定仪-测试 圆锥下沉得深度S(S13mm)-代入到公式P=33.4-0.185S,得到标 准用水量为5P,1,19,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,调整水量法 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g-先加水135ml-水 泥净浆搅拌机-标准稠度仪测定下降值S 若26135ml； 若S30，减水重做，W标135ml。注意：对于固定水量法，下降高度必须大于13，否则测试结果无 效；对于固定水量法，下降高度为任何值均可。,1,20,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教
11、研室,凝结时间 定义：硅酸盐水泥标准规定，初凝时间不得早于45min，终凝时 间不得迟于6.5h。 水泥+水-水泥净浆(开始失塑)-完全失塑产生强度初凝 终凝 测试方法-凝结时间测定仪 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g，加入标准稠度的水 量-净浆搅拌机得到净浆-装模-测定初凝时间-测定终凝时间 注意事项 水泥砂浆的养护条件为标准条件：温度为19-21度，湿度大于95% 测试频率为：先较长时间测一次，后来较短时间测一次，最后每 5分钟测一次(凝结时间一般为5分钟的倍数),1,21,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,体积安定性 定义：由于水泥体积膨胀而产生水泥破裂，从而失去安
12、定性 引起安定性的原因 游离的氧化钙 游离的氧化镁 硫酸根离子，易形成钙矾石 测试方法 试饼法-定性描述 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g，加入标准量的水- 水泥净浆搅拌机得到净浆-成型为两个试饼-标准养护24h-沸煮 箱沸煮3.5h-观察试饼的外观-若试饼上有裂纹、翘曲，安定性不 合格,1,22,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,雷氏夹法-定量描述 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥500g，加入标准量的水- 水泥净浆搅拌机得到净浆-制作两个雷氏夹试件-标准养护24h- 测定雷氏夹得初值A1,A2-沸煮3.5h-测定雷氏夹得终值C1,C2 代入到公式：(C1-A1)
13、+(C2-A2)/25.0 安定性合格(C1-A1)-(C2-A2)4.0 误差范围内,1,23,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,强度等级-水泥标号 定义：水泥的标号-425，425R，525，525R，625，625R 抗折强度(3d,7d,14d,28d);抗压强度(3d,7d,14d,28d) 测试方法 水泥烘干-过0.9mm的筛子-称取水泥450g，标准砂1350g，加入 水225ml-胶砂搅拌机搅拌得到水泥砂浆-成型为三联试模-标准 养护1天-拆模编号-养护2天或27天-测定3天或28的强度,1,24,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,数据处理 抗折强度：f1,f2
14、,f3 求f=1/3(f1+f2+f3) 比较(fi-f)/f是否小于10% 判断：若三个均小于10%，平均强度即为三者的平均值；若一个 大于10%，平均强度为剩下两个的平均值；若两个大于10%，实验 失败。抗压强度：f1,f2,f3,f4,f5,f6 求f=1/6(f1+f2+f3+f4+f5+f6) 比较(fi-f)/f是否小于10% 判断：若六个均小于10%，平均强度为六个的平均值；若一个大 于10%，平均强度为剩下五个的平均值；若多余一个大于10%，实 验失败。,1,25,水泥的技术指标,土木工程系结构工程教研室,水化热 定义：水泥在水化的过程中释放的热量。 测试水化热小结： 废品-初凝、安定性不合格的 水泥，不能使用 不合格品-细度、终凝、标号 不合格的水泥,1,26,拌混合材料的硅酸盐水泥,土木工程系结构工程教研室,1,27,拌混合材料的硅酸盐水泥,土木工程系结构工程教研室,1,28,End of Lecture 2 Questions?,土木工程系 结构工程教研室中心,土木工程系结构工程教研室,
