工程材料基本知識無機膠凝材料2

《市政工程質量員》課件

壹第一節(jié)無機膠凝材料貳第二節(jié)混凝土叁第三節(jié)工程質量的政府監(jiān)督管理叁第三節(jié)砂漿肆第四節(jié)石材、砌墻磚、砌塊和墻用板材第二章工程材料的基本知識伍第五節(jié)建筑鋼材1.1無機膠凝材料膠凝材料是指能將散粒材料或物體粘結成為整體，并具有所需強度的材料。膠凝材料按化學成分分為有機膠凝材料和無機膠凝材料兩大類。有機膠凝材料以天然或合成的有機高分子化合物為基本成分，如瀝青、樹脂等;無機膠凝材料是以無機化合物為主要成分，無機膠凝材料按硬化條件不同可分為氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料兩類。氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中繼續(xù)保持或發(fā)展其強度的材料，如建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。水硬性膠凝材料是指不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強度的材料，如各種水泥。氣硬性膠凝材料一般只適用于地上干燥環(huán)境，而水硬性膠凝材料則可在地上、地下或水中使用。壹第一節(jié)無機膠凝材料1.1.1氣硬性膠凝材料1.石灰石灰的原料是石灰?guī)r。它的主要成分是碳酸鈣和碳酸鎂。石灰?guī)r經(jīng)過高溫煅燒分解成為生石灰，其主要成分為氧化鈣，次要成分為氧化鎂。當石灰?guī)r煅燒溫度過低或時間不足時，碳酸鈣不能完全分解，這類石灰稱為欠火石灰。欠火石灰產(chǎn)漿量少，有效利用率低。當石灰?guī)r煅燒溫度過高或時間過長時，部分塊狀石灰的表層會被煅燒成十分致密的釉狀物，這類石灰稱為過火石灰。過火石灰與水反應熟化的速度較慢，往往要在石灰固化后才開始水化熟化，從而產(chǎn)生局部體積膨脹(爆灰)，影響工程質量。由于過火石灰在生產(chǎn)中很難避免，因此石灰青在使用前必須經(jīng)過“陳伏”，即將石灰漿在貯灰池中放置兩周以上的時間，然后再使用。建筑用石灰有:生石灰(塊灰)、生石灰粉、熟石灰粉(又稱消解石灰粉、水化石灰)和石灰膏等幾種形態(tài)。(1)生石灰的熟化(消解)。在使用時，需將生石灰加水消解成熟石灰(氫氧化鈣)，該過程特點是放熱量大，體積急劇膨脹(體積可增大1~2.5倍左右)。根據(jù)加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。(2)石灰漿的硬化。石灰漿在空氣中逐漸硬化是由兩個作用過程來完成的:一是結晶作用即石灰漿中游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶;二是碳化作用即氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合形成結晶，釋放出水分并被蒸發(fā)。(3)石灰的技術性質:1)保水性好。在水泥砂漿中摻加石灰膏配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。2)硬化速度慢，強度低，1:3石灰砂漿28d抗壓強度通常只有0.2~-0.5MPa。3)耐水性差。石灰不宜在潮濕環(huán)境中使用，也不宜單獨用于建筑物基礎。4)硬化時體積收縮大。工程上通常需加入砂、紙筋、麻刀等，以減小收縮，防止開裂。5)生石灰吸濕性強。生石灰儲存不僅要防潮，而且不宜存放時間過長。(4)石灰的應用1)配制石灰砂漿、石灰乳。石灰砂漿可用于砌筑、抹面，石灰乳可用作涂料。2)配制石灰土、三合土。石灰士(石灰+黏士)和三合士(石灰+黏土+砂石或礦渣、碎磚等填料》，分層夯實，可用作磚基礎的墊層等。3)生產(chǎn)灰砂磚、炭化石灰板?；疑按u是將磨細生石灰或消石灰粉與天然砂配合拌句，加水攪拌，再經(jīng)陳伏、加壓成型和壓燕處理而成;炭化石灰板是將磨組生石灰粉、纖維狀填料(如玻璃纖維)或輕質集料(如礦渣)攪拌成型，然后進行人工炭化制成的一種輕質板材。2.建筑石膏石膏的主要成分是硫酸鈣，根據(jù)硫酸鈣所含結晶水的數(shù)量不同，石膏分為二水石膏、半水石膏和無水石膏生產(chǎn)建筑石膏的主要原料是天然二水石膏(又稱軟石膏或生石膏)。二水石膏經(jīng)煅燒(107~170℃)可成半水石膏，再經(jīng)磨細后，即為建筑石膏(1)建筑石育的水化、凝結、硬化。建筑石育加水拌合后，與水發(fā)生水化反應生成二水硫酸鈣的過程稱為水化。隨著水化反應的不斷進行，二水硫酸鈣生成量不斷增加，水分逐漸減少，漿體開始失去可塑性稱為初凝;而后漿體繼續(xù)變稠，顆粒之間的摩擦力和粘結力增加，完全失去可塑性稱為終凝。石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長大、互相搭接、交錯、共生，結構中孔隙率逐漸減小，石膏強度也不斷增長，直至剩余水分完全蒸發(fā)后，強度才停止發(fā)展，形成硬化的石膏結構，即為硬化。(2)建筑石膏的性質:凝結硬化快。國家標準規(guī)定，建筑石膏的初凝時間不小于6min，終凝時間不超過30min。石膏漿體在室內(nèi)自然干燥條件下，一星期左右完全硬化。2)硬化后體積微膨脹。因此石青制品表面光滑、細膩，外形飽滿，裝飾性好。3)硬化后孔隙率大。因此其強度較低(與水泥相比)，表觀密度較小，導熱性較低，吸聲性和吸濕性較強。4)耐水性與抗凍性較差。建筑石膏硬化后晶體在水中有一定的溶解度，因此耐水性差，軟化系數(shù)低。吸水后受凍，將因孔隙中水分結冰而崩裂，因此抗凍性差。5)防火性好但耐火性差。二水石膏在火災時能放出結晶水，可阻止火勢蔓延，同時表面生成的無水物為良好的熱絕緣體，因此防火性好。但二水石膏脫水后強度下降，故耐火性差。(3)建筑石育的應用。建筑石膏應用十分廣泛:建筑石膏加水、砂及緩凝劑拌合成石膏砂漿，可用于室內(nèi)抹灰:建筑石膏加水及緩凝劑拌合成石膏漿體，可用于室內(nèi)粉刷:建筑石膏還可以制成各種石膏板、建筑藝術配件及石膏砌塊和人造大理石，用于隔墻、內(nèi)墻、頂棚以及吸聲、防火、裝飾等。3.水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的能溶于水的一種金屬硅酸鹽物質。建筑工程中常用的水玻璃是硅酸鈉(Na2O?nSiO2,)的水溶液，也稱的水玻璃，簡稱水玻璃。n為二氧化硅與堿金屬氧化物的摩爾數(shù)的比值，稱為水玻璃的模數(shù)。水玻璃溶解的難易程度與水玻璃的模數(shù)n的大小有關。n值越大，水玻璃的黏度越大，粘結能力越強，越難溶解，但較易分解、硬化。(1)

水玻璃的硬化。水玻璃在空氣中與二氧化碳作用，析出二氧化硅凝膠，凝膠因干燥而逐漸硬化。該硬化過程很慢，為加速硬化，可摻人適量的固化劑，如氟硅酸鈉或氯化鈣。加人氟硅酸鈉后，水玻璃的初凝時間可縮短到30~60min,終凝時間可縮短到240~360min，7d

基本達到最高強度。

(2)水玻璃的性質:1)粘結強度高。水玻璃有良好的粘結能力，硬化時析出的硅酸凝膠有堵塞毛細孔隙而防止水滲透的作用。2)耐熱性好。水玻璃不能燃燒，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，但強度并不降低，甚至有所增加。3)耐酸性強。水玻璃能經(jīng)受除氡氟酸、過熱(300C以上)磷酸、高級脂肪酸或油酸以外的幾乎所有的無機酸和有機酸的作用。4)耐堿性和耐水性較差。水玻璃硬化時不完全，仍有一定量的水玻璃，由于水玻璃可溶于堿，且溶于水，因此水玻璃硬化后不耐堿、不耐水。(3)水玻璃的應用:1)用于配制快凝防水劑。以水玻璃為基料，加人2種、3種或4種礬配制成二礬、三礬或四礬快凝防水劑。這種防水劑凝結迅速，一般不超過1min。2)用于配制耐熱砂漿、耐熱混凝土、耐酸砂漿和耐酸混凝士。3)用于涂刷建筑材料的表面，提高材料的抗?jié)B和抗風化能力。4)用于加固地基，提高地基的承載力和不透水性。1.1.2水硬性膠凝材料1.硅酸鹽水泥《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)規(guī)定，凡由硅酸鹽水泥熟料、0%~5%石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥分為兩類:不摻加石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號P?I，摻加不超過水泥質量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P?Ⅱ.在生產(chǎn)水泥時，需要加入水泥質量3%左右的石膏，其目的是延緩水泥的凝結，便于施工。(1)硅酸鹽水泥的技術性質?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》(GB175-2007)規(guī)定，硅酸鹽水泥有不溶物、氧化鎂、三氧化硫、燒失量、氯離子、細度、凝結時間、安定性、強度和堿含量十項技術要求。其中影響水泥性質的主要物理指標有細度、凝結時間、安定性與強度四項。細度（1）定義：水泥顆粒的粗細程度。（2）細度與性質關系：細度決定了水泥與水接觸的表面積，從而影響水泥的凝結時間和性質。細度與水接觸面積凝結硬化速度性質＜40μ大高早強高過細很大很高硬化收縮大，易受潮而降低活性；成本高＞100μ小低強度低水泥細度和性質關系（3）指標（GB175-2007）比表面積：是指單位質量的水泥粉末所具有的表面積的總和（m2/kg，cm2/g）

——勃氏法（適用于硅酸鹽水泥比表面積＞300m2/kg）篩余量:通過0.08mm方孔篩的篩余量不得查過10%（%）

注意細度不合格者為不合格品勃氏透氣儀篩分儀凝結時間（1）定義：水泥加水拌和起至水泥漿失去可塑性所需的時間,稱為凝結時間（2）兩種狀態(tài)初凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿剛剛失去可塑性

所需的時間——初凝時間終凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿完全失去可塑性所需的時間——終凝時間初凝時間不得早于45min，終凝不得遲于390min（6.5h）初凝時間不符合規(guī)定者為廢品；終凝時間不符合規(guī)定者為不合格品。（3）標準要求水泥的初凝時間不宜過早，以便施工時有充分時間攪拌、運輸、澆注和砌筑等操作；否則在施工前已失去流動性和塑性而無法施工。水泥的終凝不宜過遲，以便施工完畢后盡快硬化，達到一定的強度，以利于下一步施工工藝的進行；否則將延長施工進度和模板的周轉率。（4）工程意義（5）凝結時間測定儀器：采用凝結時間測定儀（維卡儀）水泥漿體：采用水泥標準稠度凈漿。初凝時間：試針距底板距離為4mm±1mm。終凝時間：當試針沉入試體0.5mm時，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時。注意初凝不合格者為廢品；終凝不合格者為不合格品體積安定性（1）定義：

安定性：水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性。

體積安定性不良：水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化（裂縫）（2）安定性不良的原因：熟料中f-CaO過多熟料中f-MgO過多石膏摻量過多：硬化后，仍有CaSO4存在，則CA、水化鋁酸鈣與之反應，形成鈣礬石（水泥桿菌），體積膨脹1.5倍，引起水泥石開裂。

（3）測定方法（沸煮法——加速實驗法）雷氏夾法：測量水泥石煮沸后的膨脹值安定性不合格的水泥是廢品，不能用于任何工程中。雷氏夾法雷氏夾試件的成型：標準稠度水泥凈漿。測量A：取下試件，測量雷氏夾指針尖端間的距離A。沸煮測量C沸煮后，冷卻，取出試件測量雷氏夾指針尖端的距離C。結果判定當兩個試件煮后增加距離C-A平均值≯5.0mm時，安定性合格；當兩個試件C-A值相差超過4.0mm時，應重做一次試驗。再如此，則認為該水泥安定性不合格。強度(1)試驗方法（ISO法）水泥的強度是按照GB/T17961-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO）法》的方法制作的水泥膠砂試件，在標準養(yǎng)護條件下，養(yǎng)護到規(guī)定齡期時檢測的強度值抗壓強度C：S：W=1：3：0.5標準試件40mm×40mm×160mm20±1°C的水養(yǎng)護養(yǎng)護3d、28d抗折強度JJ-55ISO行星式攪拌機水泥膠砂三聯(lián)試模

水泥膠砂試體成型振實臺

水泥電動抗折機

(2)硅酸鹽水泥的特點及應用:1)凝結硬化快，早期強度與后期強度均較高。適用于有早強要求的現(xiàn)澆混凝土工程、預制混凝土工程、冬期施工混凝土工程、預應力混凝土工程及高強混凝士工程。2)抗凍性好。適用于嚴寒地區(qū)遭受反復凍融循環(huán)的混凝土工程。3)水化熱高。適用于冬期施工，不適用于大體積混凝土工程。4)耐腐蝕性差。不適用于受流動軟水和壓力水作用的工程，也不宜用于受海水及其他侵蝕性介質作用的工程。5)耐熱性差。不適用于耐熱、高溫要求的混凝土工程。6)抗碳化性好。適用于空氣中二氧化碳濃度較高的環(huán)境。7)干縮小。適用于干燥環(huán)境。生產(chǎn)水泥時加入的天然的和人工的礦物材料改善水泥性能

降低成本

調(diào)節(jié)水泥強度等級2.摻混合材料的硅酸鹽水泥（1）混合料摻入

混合材料的作用提高產(chǎn)量降低成本改善水泥性能調(diào)節(jié)水泥強度等級降低水化熱減少堿骨料反應擴大應用范圍充分利用工業(yè)廢渣保護環(huán)境

（1）礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料粒化高爐礦渣適量石膏磨細水硬性膠凝材料礦渣硅酸鹽水泥P·S通用水泥的主要品種之一?；郀t礦渣摻量為20%～70%?？捎檬沂?、窯灰、粉煤灰和火山灰質混合材料中的一種代替礦渣，代替數(shù)量≯水泥質量的8%，代替后水泥中?；郀t礦渣≮２0%。

（2）火山灰質硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料火山灰質混合材適量石膏磨細水硬性膠凝材料火山灰質硅酸鹽水泥P·P通用水泥的主要品種之一火山灰質混合材摻量為20%～５0%。

（3）粉煤灰硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料粉煤灰適量石膏磨細水硬性膠凝材料通用水泥的主要品種之一粉煤灰摻量為20%～４0%。粉煤灰硅酸鹽水泥P·Ｆ礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥根據(jù)3d、28d抗折強度與抗壓強度劃分強度等級，其強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R.52.5、52.5R.初凝時間不得早于45min,終凝時間不得遲于6min。安定性要求與硅酸鹽水泥相同。細度以篩余表示，其80um方孔篩篩余不大于10%或45um方孔篩篩余不大于30%。礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的性質與硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥相比，它們的共同特點是:1)早期強度較低，后期強度增長較快。不適用于早期強度要求高的混凝土工程，如冬期施工的混凝土工程。2)環(huán)境溫度、濕度對水泥凝結硬化的影響較大，故適于采用蒸汽養(yǎng)護。3)水化熱較低，放熱速度慢。適用于大體積混凝土工程。4)抗軟化及硫酸鹽侵蝕的能力較強。適用于有硫酸鹽、鎂鹽、軟水等侵蝕作用的環(huán)境，如水工、海港、碼頭等混凝土工程。5)抗凍性、抗碳化性與耐磨較差。不適用于二氧化碳濃度較高的工業(yè)廠房，如鑄造、翻砂車間等。以上三種水泥與硅酸鹽水泥，普