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1、道路建筑材料道路建筑材料 第四章第四章 水泥与石灰水泥与石灰主要内容主要内容硅酸盐水泥硅酸盐水泥4.1石灰石灰4.232.1.1 水泥的基本概念水泥的基本概念2.1.2 硅酸硅酸盐盐水泥水泥矿矿物物组组成及化学成分成及化学成分2.1.3 硅酸硅酸盐盐水泥的技水泥的技术术性性质质与技与技术标术标准准第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2.1.1 2.1.1 水泥的基本概念水泥的基本概念（P145/P161P145/P161）水泥是重要的建筑材料之一，发展历史悠久1824年，英国人Aspdin发明了波特兰水泥，并获得专利权，在水泥发展史上具有里程碑意义自此胶凝材料进入了一个崭新的发展时代广泛用于公路
2、工程及其构造物主要用于砂、石材料的胶结或混凝土的生产水泥的水硬性水泥与水混合后，经过一系列的物理化学作用，由可塑性浆体变成坚硬的石状体。既可以在空气中硬化，也可以在水中硬化。所以水泥材料既可以用在地上工程，也可以用在地下工程。硅酸盐水泥定义：硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉矿渣（混合材料）、适量石膏共同磨细得到的一种水硬性胶凝材料。 不掺加混合料的称为不掺加混合料的称为型硅酸型硅酸盐水泥，水泥，P ; 掺加不超加不超过5%水泥水泥质量的量的混合料的称为混合料的称为型硅酸型硅酸盐水泥，水泥，P ;普通硅酸盐水泥定义：硅酸盐水泥熟料、6%-15%混合材料、适量石膏共同磨细得到的一种水硬性
3、胶凝材料，代号PO。2.1.1 2.1.1 水泥定义及分类水泥定义及分类（1）水泥原料与生料化学组成）水泥原料与生料化学组成 原原 料：料：石灰质原料石灰质原料 提供提供CaO-(C) （63-67%） 粘土质原料粘土质原料 提供提供SiO2 -(S) （21-24%） Al2O3 -(A) （4-7%） Fe2O3-(F) （2-4%） 生料生料配制：配制：确定比例、确定比例、 磨细混合（干法及湿法）磨细混合（干法及湿法） 生料：各种原料按适当比例配合，在磨机上磨细。生料：各种原料按适当比例配合，在磨机上磨细。 干法：原料先烘干后磨细；干法：原料先烘干后磨细； 湿法：原料加水后在磨机中磨成生
4、料浆；湿法：原料加水后在磨机中磨成生料浆； 水泥生产工艺：水泥生产工艺：“两磨一烧两磨一烧”硅酸盐水泥矿物组成及化学成分（硅酸盐水泥矿物组成及化学成分（P145/P164P145/P164）（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成及化学成分矿矿 物物 组组 成成化化 学学 组组 成成常常 用用 缩缩 写写大大 致致 含含 量（量（%）硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2C3S3565硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2C2S1040铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3C3A015铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF515硅酸盐水泥矿物组成及化学
5、成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分 石灰石石灰石 磨细磨细 1450 粘粘 土土 生料生料熟料熟料 铁矿粉铁矿粉 石膏石膏 磨细磨细水泥成品水泥成品硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点矿物组成主 要 特 点C3S硅酸盐水泥中最主要的矿物成分，对硅酸盐水泥性质有重要影响。遇水反应速度较快，水化热高，水化产物对水泥早期和后期强度起主要作用C2S硅酸盐水泥中的主要矿物成分，遇水反应速度较慢，水化热很低，水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用，耐化学侵蚀性和干缩性较好C3A含量通常在15以下，是四种主要矿物组成中遇水反应速度最快，水化热最高的组分。它的含量
6、决定水泥的凝结速度和释热量，它与为调节水泥凝结速度而掺入的石膏形成的水化产物对水泥早期强度起一定作用。耐化学侵蚀性差，干缩性大C4AF含量5-10%，遇水反应较快，水化热较高。强度较低，但对水泥抗折强度起重要作用。耐磨性、耐化学侵蚀性好，干缩性小（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分水化程度：水化程度：C3AC3SC4AFC2S水化热：水化热：C3AC3SC4AFC2S强度强度 早期强度：早期强度：C3SC3A
7、C4AFC2S 后期强度：后期强度：C3SC2SC3AC4AF硅酸盐水泥的强度主要来自硅酸盐水泥的强度主要来自C3S、C2S，因此取名为硅酸盐水泥因此取名为硅酸盐水泥（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分干缩性：干缩性：C3AC3SC4AFC2S耐化学腐蚀性：耐化学腐蚀性： C4AF C3SC2S C3A矿物组成硅酸三钙（C3S）硅酸二钙（C2S）铝酸三钙（C3A）铁铝酸四钙（C4AF）与水反应速度中慢快中水化热中低高中对强度的作用早期良差良良后期良优中中耐化学侵蚀性中良差优干缩性中小大小 各组分比例不同，水泥技术性质发
8、生相应变化，可根据工程需要，改变组分可制备不同性能的水泥。硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分性能指标性能指标指标在使用上的意义指标在使用上的意义氧化镁氧化镁容易引起体积膨胀，水泥容易引起体积膨胀，水泥安定性不良安定性不良的重要诱因，的重要诱因， 5.0%三氧化硫三氧化硫容易引起体积膨胀，水泥容易引起体积膨胀，水泥安定性不良安定性不良的重要诱因，的重要诱因， 3.5%碱碱（Na2O+K2O）容易产生碱容易产生碱集料反应，含碱量集料反应，含碱量 0.6%硅酸盐
9、水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分（3）水泥中的有害成分及其危害水泥中的有害成分及其危害硅酸盐水泥是一种多种矿物的聚集体硅酸盐水泥是一种多种矿物的聚集体显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片（4）熟料矿物结构）熟料矿物结构硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分C3S-为光亮的棱角形晶体；C2S-为深色倒圆角的晶体；C3A-一般呈不规则的微晶体，如点滴状、矩形或柱状，由于反光能力弱，在反光镜下呈暗灰色，常称为黑色中间相；C4AF-呈棱柱状或圆粒状，反光能力强，在反光镜下呈亮白色，称为白色中间相。 （4）熟料矿物结构）熟料矿物结构硅酸盐水
10、泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分C3S结构特征 C3S称为阿利特或A矿，其晶体断面为六角形和棱柱形（4）熟料矿物结构）熟料矿物结构硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分具有热力学不稳定性；结构中的钙离子具有较高活性；C3S结构中进入了Al3与Mg2离子并形成固溶体，固溶程度越高，活性越大；结构中存在大尺寸的“空穴”，使其具有较大的水化速度。 C2S结构特征 C2S称为贝利特或B矿，C2S以-C2S的形式存在-C2S结构具有热力学不稳定性；-C2S结构中的钙离子具有较高活性；-C2S结构中，杂质和稳定剂的存在提高了其结构活性；-C2S结构中没有大的“空穴”，水化
11、速度较慢。C3A结构特征 C3A在9001100开始形成，11001200时大量生成，且只有当化学成分Al2O3和Fe2O3的重量比大于0.64时才能形成。（4）熟料矿物结构）熟料矿物结构硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分结构中的铝离子、钙离子具有较高活性；结构中存在较大的“空穴”，水化速度快。C4AF结构特征C4AF称为才利特或C矿。在透射光下，呈黄褐色或褐色的晶体，有很高的折射率。高温时形成一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格稳定性降低。玻璃体水泥熟料中的重要组成部分。组成不固定，主要成分有Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量的MgO，是熟料烧纸部分熔融时部分液
12、相冷却时来不及结晶的结果，具有热力学不稳定性。游离CaO及 MgO 指未与其他矿物结合的以游离状态存在的CaO、 MgO 。 形成原因：配料不当、煅烧不良。 作用及危害：少量的MgO，有利于熟料形成；MgO过量，可引起安定性不良。（4）熟料矿物结构）熟料矿物结构硅酸盐水泥矿物组成及化学成分硅酸盐水泥矿物组成及化学成分细度：水泥颗粒的粗细程度p细度对水泥性能的影响水化硬化速度（细度 ，水化 ）需水量（细度 ，需水量 ）和易性（细度 ，和易性 ）强度（细度 ，强度发展 ）研究指出：水泥颗粒d75m，水化不完全（1）物理性质）物理性质 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准（P151/
13、P172P151/P172）p太细存在的问题不经济，磨机产量需水量保管困难收缩大，容易开裂，抗冻性活性细度：水泥颗粒的粗细程度（1）物理性质）物理性质 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准干筛干筛干筛干筛水筛水筛水筛水筛负压筛负压筛负压筛负压筛筛析法有争议时，以负压筛为准负压筛分仪负压筛分仪细度测试方法细度测试方法方法一：筛析法细度测试方法细度测试方法筛析法方法原理：采用45m方孔标准筛和80m方孔标准筛对水泥试样进行筛析试验，用筛网上所得筛余物的质量百分数来表示水泥样品的细度；负压筛析法：用负压筛析仪，通过负压源产生的恒定气流，在规定筛析时间内使试验筛内的水泥达到筛分。水筛法
14、：将试验筛放在水筛座上，用规定压力的水流，在规定时间内使试验筛内的水泥达到筛分。手工筛析法：将试验筛放在接料盘（底盘）上，用手工按照规定的拍打速度和转动角度，对水泥进行筛析试验。比表面积仪比表面积仪GB规定：p硅酸盐水泥细度，比表面积300m2/kgp其他四大水泥，80m筛上筛余90%2.不能振动不能振动3.贯入孔间距贯入孔间距1cm4.距孔壁距孔壁1cm1cmp影响凝结时间的因素水泥品种水泥浆体含水量凝结时间凝结时间（1）物理性质）物理性质 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准GB规定：硅酸盐水泥 初凝时间45min 终凝时间45min 终凝时间5mm，不合格（1）物理性质）
15、物理性质 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准测定方法有雷氏夹法和试饼法测试方法测试方法1.标准净浆制成标准净浆制成6个试饼个试饼2.湿养湿养24h3.放入蒸煮箱放入蒸煮箱30min4.恒沸恒沸3h5.观察观察试饼法裂缝裂缝弯曲弯曲碎断碎断（1）物理性质）物理性质 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准强度是 的重要依据评价水泥质量确定水泥标号砼配合比设计强度测定可将水泥制成净浆 （不能反映对砂石的胶结力）砂浆 （国际通用）砼 （砂石难以统一，复杂性）GB规定：采用ISO法评定水泥的强度等级 ISO标准砂：由德国标准砂公司制备的SiO2含量不低于98%的天然的圆形
16、硅质砂组成，湿含量小于0.2%。 中国 ISO标准砂：完全符合ISO标准砂颗粒分布和湿含量规定。可单级分包装，也可混合包装。（1）强度）强度 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准L水泥胶砂强度检验方法（ISO ）测试方法测试方法Ffhb水泥:砂=1: 3W/C=0.5小梁4416cm标养至规定龄期(3d,28d)50N/s10N/s三分点小梁抗折强度Rf （1）强度）强度 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准抗压强度Rc取断块进行抗压强度试验测试方法测试方法Fc断块2400N/s200N/s（1）强度）强度 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准水
17、泥型号：普通型和早强型(R)R型，型，3d Rc提高提高1024%，达同等普通型的，达同等普通型的50%路面尽量选用路面尽量选用R型，减小养护，提早通车型，减小养护，提早通车强度等级：按规定龄期的Rc和Rf划分，按28d Rc命名（2）强度）强度 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的强度指标要求强度等级强度等级抗压强度（抗压强度（MPa）/不低于不低于抗折强度（抗折强度（MPa）/不低于不低于3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.5
18、28.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0（2）强度）强度 硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准（3）技术标准）技术标准硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥的技术性质与标准硅酸盐水泥技术标准技术技术性能性能细度细度比表面积比表面积(m2/kg)凝结时间凝结时间(min)安定性安定性沸煮法沸煮法不溶物不溶物不大于不大于/%MgO/%不大于不大于SO3/%不大于不大于烧失量烧失量不大于不大于/%碱含量碱含量Na2O+0.658K2O /%初凝初凝终凝终凝I型型II型型I型型II型型指标指标30045390必须必须合格合格0.751.505.03.53.03.
19、50.60GB 175-2007规定：p凡氧化镁、烧失量、不溶物、三氧化硫、凝结时间、安定性凡氧化镁、烧失量、不溶物、三氧化硫、凝结时间、安定性和强度任一指标不符合要求，即为不合格和强度任一指标不符合要求，即为不合格p不合格水泥严禁在工程中使用。不合格水泥严禁在工程中使用。402.2.1 原料及原料及组组成成2.2.2 水化及水化及强强度形成机理度形成机理2.2.3 技技术术性性质质及及标标准准第二节第二节 石灰石灰P164/P182（1）石灰原材料及烧制）石灰原材料及烧制用于烧制石灰的原料是富含碳酸钙的一类物质，如石灰石、白云石等。加工成一定规格的原料在石灰窑中高温加热，通过化学反应，烧制成
20、生石灰，其中的化学反应式可表示为：烧制过程中，由于石灰窑炉温偏差或波动，造成窑内温度过高过温度偏低，温度过高时烧成过烧石灰，而偏低则烧成欠火石灰. 原料及原料及组组成成CaCO3 CaO+CO2石灰石石灰石白云石白云石贝壳贝壳石灰产品种类有： 块状生石灰 生石灰粉 熟石灰粉由于石灰仅能够在空气中在水的参与下凝结硬化，而不能在水中硬化，所以称石灰为气硬性胶凝材料. 石灰产品石灰产品生石灰块生石灰块生石灰粉生石灰粉消石灰粉消石灰粉石灰加水，通过水化反应由生石灰转化为熟石灰，这一过程称为石灰的消化。该过程用化学式可表示为： 由于过烧石灰在日后的凝结硬化滞后带来的消极影响，消化后的石灰往往要“陈伏”一
21、段时间，用于消除过烧石灰造成的危害，陈伏时间通常大约为15d左后.石灰的消解石灰的消解2.2.2 2.2.2 石灰的水化及强度形成机理石灰的水化及强度形成机理CaO +H2O Ca(OH) 2+ 石灰的硬化石灰的干燥结晶硬化：随着石灰中水分的蒸发损失，石灰逐渐形成结晶体，晶体状石灰的水溶性明显降低，形成晶体硬化。石灰的碳酸化：石灰在水的参与下，与空气中的CO2作用，形成碳酸钙。新的产物具有显著的水不溶性，起着胶凝和硬化的作用。 石灰的水化及强度形成机理石灰的水化及强度形成机理Ca(OH)2 +nH2O Ca(OH)nH2OCa(OH)2 +H2O + CO2 CaCO3 +( n-1)H2O
22、石灰的技术性质及其标准石灰的技术性质及其标准残残渣渣量量细细度度含含水水量量有有效效钙钙镁镁含含量量二二氧氧化化碳碳含含量量 物理性质物理性质 化学性质化学性质 石灰主要技术性质石灰主要技术性质 2.2.3 2.2.3 石灰的技术性质及其标准石灰的技术性质及其标准石灰发挥无机胶凝效果取决于石灰中的有氧化钙和有效氧化镁，这类氧化物含量越高，石灰的质量越好；石灰中钙和镁物质并非都具有胶凝功能，只有那些游离的（独立存在的）氧化钙和氧化镁才能发挥这样的作用，所以称之为有效钙镁；准确的有效钙镁含量可以采取化学分析的方法进行测定. 石灰的技术性质及其标准石灰水溶液石灰水溶液酚酞指示剂 酸碱中和反应 反应后
23、溶液n 石灰有效钙镁含量检测方法采用的是酸碱滴定法，也就是利用已知浓度的盐酸（HCl）与一定数量的石灰进行反应，根据反应过程中所消耗的盐酸量(ml) ，通过计算得出石灰中有效钙镁含量；n 含量检测原理n 结果计算式中：N盐酸当量浓度； V滴定终点盐酸消耗量（ml）; W测定时所用石灰质量（g）; 0.028氧化钙毫克当量. 石灰的技术性质及其标准石灰的技术性质及其标准石灰的技术标准是根据石灰属钙质和镁质石灰两种类型加以制定；由于钙质石灰性能优于镁质石灰，应用时优先考虑钙质石灰。石灰在道路工程中的主要用途是用来稳定土、砂石及工业废渣（如粉煤灰、煤矸石）等材料，铺筑道路基层和底基层，即所谓的半刚性基层.455镁质石灰455钙质石灰消石灰粉生石灰粉生石灰 品 种氧化镁含量(%)类 别 石灰的技术性质及其标准石灰的技术性质及其标准石灰品种项 目钙质石灰镁质石灰IIIIIIIIIIII生石灰有效（CaO+MgO）(%) 858070807565残渣含量（4.75mm筛余）（%）71117101420消石灰粉有效（CaO+MgO）(%) 656055605550含水率（%） 444444细度0.90mm方孔筛筛余 0110110.125mm方孔筛筛余 1320-1320-道路工程用石灰技术标准
