道路建筑材料

主講：水泥

水泥混凝土路面拉法基水泥廠一角拉法基水泥廠一角拉法基水泥廠一角思索：什么叫水泥?水泥有些什么技術要求?水泥種類如何選擇?內(nèi)容提要及知識要點本章重點論述了硅酸鹽水泥熟料的礦物組成、凝結硬化機理和技術性質(zhì)。同時也簡要引見了摻混合料的硅酸鹽水泥和其他種類水泥。經(jīng)過學習，要求學生應掌握石灰消化、硬化過程，質(zhì)量評定方法；重點掌握硅酸鹽水泥熟料各礦物成分特性、凝結硬化的機理和技術性質(zhì)的檢驗測定方法，以及其他水泥的特性和運用。第一節(jié)概述水泥是一種水硬性膠凝資料，也是建筑工程中用量最大的建筑資料之一。水泥的分類按化學成分分類按用途和性能分類硅酸鹽類水泥鋁酸鹽類水泥硫鋁酸鹽類水泥鐵鋁酸鹽類水泥氟鋁酸鹽類水泥通用水泥公用水泥特性水泥

通用水泥是指土木建筑工程中大量運用的具有普通用途的水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥等五大種類水泥。前往前頁

公用水泥那么指具有專門用途的水泥，如道路硅酸鹽水泥、油井水泥、大壩水泥等。前往前頁

特性水泥是某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、膨脹水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等。前往前頁第二節(jié)硅酸鹽水泥的消費1.硅酸鹽水泥的消費工藝可概括為三個階段：1.1生料制備。以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料(有時需參與校正原料)，將其按一定比例配合、磨細，制得具有適當化學成分、質(zhì)量均勻的生料。1.2熟料煅燒。將生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)1450℃高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。1.3水泥粉磨。將熟料加適量石膏和0—5％的石灰石或?；郀t礦渣共同磨細，即得到硅酸鹽水泥。

消費表示圖〔含化學成分及礦物組成〕

現(xiàn)行國家規(guī)范GB175—1999定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0—5％的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝資料稱為硅酸鹽水泥(波特蘭水泥)。硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合資料的稱I型硅酸鹽水泥，代號P-I。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超越水泥質(zhì)量5％的石灰石或粒化高爐礦渣混合資料的稱II型硅酸鹽水泥，代號P．II。前往前頁硅酸鹽水泥消費流程表示圖石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料校正原料生料按比例混合磨細煅燒熟料石膏石灰石或?；郀t礦渣硅酸鹽水泥由上圖，硅酸鹽水泥消費工藝可以概括為：“兩磨一燒〞前往〔CaO〕〔SiO2、Al2O3〕〔Fe2O3〕Al2O3Fe2O3CaOSiO22.硅酸鹽水泥的化學成分和礦物組成2.1硅酸鹽水泥的礦物組成生料主要化學成分：，，和。經(jīng)高溫煅燒后，以上四種化學成分化合為熟料中的主要礦物組成：硅酸三鈣簡式為硅酸二鈣簡式為鋁酸三鈣簡式為鐵鋁酸四鈣簡式為

2.2主要組成礦物的性質(zhì)2.2.1水泥中主要礦物組成，含量通常為50﹪左右，對硅酸鹽水泥影響大。水化速度較快，水化熱高，早期強度大。2.2.2水化速度較慢，水化熱很低。早期強度較低而后期強度較高〔但依然低于〕。耐化學侵蝕和干縮性較好。

2.2.3水化反響速度最快，水化熱最高。耐化學腐蝕性差，干縮性大。〔注：的含量決議水泥的凝結速度和釋放熱量，通常為調(diào)理水泥凝結速度，需摻加石膏或硅酸三鈣與石膏構成的水化產(chǎn)物〕。2.2.4遇水反響較快，水化熱較高。強度較低，對水泥抗折強度和抗沖擊性能起重要作用。耐化學腐蝕性好，干縮性小?！沧ⅲ旱缆匪鄳岣叩暮俊?.3水泥熟料主要礦物組成的性質(zhì)比較１〕水化反響速度２〕水化熱３〕抗壓強度早期后期可見，和是水泥強度的主要來源。４〕對抗折強度有利。５〕耐化學腐蝕性６〕干縮性第三節(jié)硅酸鹽水泥的技術性質(zhì)和技術規(guī)范1.細度(實際)2.規(guī)范稠度用水量(實際)3.凝結時間(實際)4.體積安定性(實際)5.強度(實際)

凡氧化鎂、三氧化硫、凝結時間、安定性中任一項不符合規(guī)范規(guī)定(表2—8)時，均為廢品水泥。凡細度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任一項不符合規(guī)范規(guī)定或混合資料摻加量超越最大限量和強度低于商品強度等級的目的時為不合格品。水泥包裝標志中水泥種類、強度等級、消費者稱號和出廠編號不全的也屬于不合格品。廢品水泥嚴禁在工程中運用。

細度是指水泥顆粒的粗細程度。普通情況下，水泥顆粒越細，其總外表積越大，與水反響時接觸的面積也越大，水化反響速度就越快，所以一樣礦物組成的水泥，細度越大，凝結硬化速度越快，早期強度越高。普通以為，水泥顆粒粒徑小于40微米時才具有較大的活性。但水泥顆粒太細，在空氣中的硬化收縮也較大，使混凝土發(fā)生裂痕的能夠性添加，此外，水泥顆粒細度提高會導致粉磨能耗添加，消費本錢提高。為充分發(fā)揚水泥熟料的活性，改善水泥性能，同時思索能耗的節(jié)約，要合理控制水泥細度。前往前頁

在測定水泥的凝結時間和安定性時，為使其測定結果具有可比性，必需采用規(guī)范稠度的水泥凈漿進展測定?，F(xiàn)行國家規(guī)范(GB／T1346--2001)規(guī)定，以規(guī)范法維卡儀(圖2—4)的試桿沉人凈漿距底板的間隔為6±1mm時的水泥漿的稠度作為規(guī)范稠度。水泥凈漿到達規(guī)范稠度時所需的拌和水量稱為規(guī)范稠度用水量。前往前頁

凝結時間是指水泥從加水時至水泥漿失去可塑性所需的時間。凝結時間分初凝時間和終凝時間。初凝時間是從水泥加水至水泥漿開場失去可塑性所閱歷的時間。終凝時間是從水泥加水至水泥漿完全失去可塑性所閱歷的時間。凝結時間以試針沉入水泥規(guī)范稠度凈漿至一定深度所需的時間表示。水泥的凝結時間，對水泥混凝土的施工具有非常重要的意義。水泥的初凝時間不宜過短，以便在施工過程中有足夠的時間對混凝土進展攪拌、運輸、澆筑和振搗等操作；終凝時間不宜過長，以使混凝土能盡快硬化，產(chǎn)生強度，提高模具周轉率，加快施工進度。現(xiàn)行國家規(guī)范(GB175--1999)規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝不得早45min，終凝不得遲于6．5h。普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。前往前頁

水泥的體積安定性是指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻程度。各種水泥在凝結硬化過程中，都能夠產(chǎn)生不同程度的體積變化。假設這種體積變化是細微的均勻的，那么對建筑物的質(zhì)量沒什么影響，但是假設混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生了猛烈的、不均勻的體積變化，那么會在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生破壞應力，導致建筑物的強度降低。假設破壞應力開展到超越建筑物的強度，那么會引起建筑物開裂、崩塌等嚴重質(zhì)量事故，這種景象稱為水泥的體積安定性不良。〔引起體積安定性不良的緣由〕前往前頁引起水泥體積安定性不良的緣由

①水泥中含有過多的游離CaO和MgO當水泥原料比例不當或煅燒工藝不正常時，會產(chǎn)生較多的處于游離形狀的CaO和MgO，它們和熟料一同，同樣閱歷了1450℃的高溫煅燒，屬嚴重過火的CaO和MgO，水化反響速度極慢，在水泥凝結硬化很長時間后才進展水化，生成ca(0H)2和Mg(0H)2，在曾經(jīng)硬化的水泥石中膨脹，使水泥石出現(xiàn)開裂、翹曲、疏松和解體等景象。②石膏摻量過多水泥粉磨時，假設摻人過量的石膏，當水泥硬化后，這些多余的石膏還會繼續(xù)與C3AH6反響生成鈣礬石，體積膨脹，引起水泥石開裂。前往前頁

強度是水泥技術要求中最根本的目的，它直接反映了水泥的質(zhì)量程度和運用價值。水泥的強度越高，其膠結才干也越大。硅酸鹽水泥的強度主要取決于熟料的礦物組成和水泥的細度，此外還與水灰比、實驗方法、實驗條件、養(yǎng)護齡期等要素有關。根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范<水泥膠砂強度檢驗方法〔ISO法〕>，以水泥3d、28d的抗折強度和抗壓強度劃分硅酸鹽水泥的強度等級。硅酸鹽水泥強度目的普通硅酸鹽水泥強度目的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥技術目的前往前頁

硅酸鹽水泥強度目的品種強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0硅酸鹽水泥分兩種型號：普通型和早強型(也稱R型)。早強型水泥早期強度開展較快，3d強度可到達28d強度的50％，可用于早期強度要求高的工程中。路面水泥混凝土中，為防止路面發(fā)生溫度裂痕，除低溫天氣、有快通要求的路段可采用R型水泥外，普通情況均宜運用普通型水泥。前往前頁

硅酸鹽水泥強度目的品種強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸鹽水泥32.532.5R11.016.032.532.52.53.55.55.542.542.5R16.021.042.542.53.54.06.56.552.552.5R22.026.052.552.54.05.07.07.0硅酸鹽水泥分兩種型號：普通型和早強型(也稱R型)。早強型水泥早期強度開展較快，3d強度可到達28d強度的50％，可用于早期強度要求高的工程中。路面水泥混凝土中，為防止路面發(fā)生溫度裂痕，除低溫天氣、有快通要求的路段可采用R型水泥外，普通情況均宜運用普通型水泥。前往前頁硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的技術規(guī)范

序號項目品質(zhì)指標1不溶物I型硅酸鹽水泥不超過0.75％；II型硅酸鹽水泥不超過1.5％2氧化鎂熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0％。如水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗合格，則允許放寬到6.0％3三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超過3.5％4燒失量I型硅酸鹽水泥不大于3％，II型硅酸鹽水泥不大于3.5％，普通水泥不大于5％5細度硅酸鹽水泥比表面積大于300m2／kg，普通硅酸鹽水泥80微米方孔篩篩余不得超過10.0％6凝結時間初凝時間不得早于45min，終凝時間，硅酸鹽水泥不得遲于6.5h，普通硅酸鹽水泥不得遲于10h7安定性用沸煮法檢驗，必須合格8強度各齡期強度不低于表2-7中規(guī)定的數(shù)值9堿含量水泥中堿含量按Na20+o．658K20計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60％或由供需雙方商定前往前頁第四節(jié)水泥石的腐蝕與防止硅酸鹽水泥硬化后構成的水泥石，在正常環(huán)境條件下將繼續(xù)硬化，強度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣體的長期作用下，水泥石就會遭到不同程度的腐蝕，嚴重時會使水泥石強度明顯降低，甚至完全破壞。這種景象稱為水泥石的腐蝕。

4.1水泥石的腐蝕類型4.2水泥石的腐蝕緣由4.2防止水泥石腐蝕的措施

1.淡水侵蝕〔詳細內(nèi)容〕2.硫酸鹽侵蝕〔詳細內(nèi)容〕3.鎂鹽侵蝕〔詳細內(nèi)容〕4.碳酸鹽侵蝕〔詳細內(nèi)容〕前往前頁淡水侵蝕

又稱溶析性侵蝕，是指硬化后混凝土中的水泥水化產(chǎn)物被淡水溶解而帶走，從而呵斥混凝土孔隙率增大、強度降低的一種侵蝕景象。水泥石中的各種水化物與水作用時，Ca(OH)2溶解度最大，首先被溶出。在靜水或無水壓的情況下，由于周圍的水會被Ca(OH)2所飽和，使溶出作用停頓，因此，溶出僅限于表層，對整體水泥石影響不大。但在流水及壓力水的作用下，溶出的Ca(OH)2不斷被流水帶走，水泥石中的Ca(OH)2就會不斷被溶析，使混凝土的孔隙率增大，強度降低，而且水泥石液相中Ca(OH)2的濃度降低，還會導致水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的不斷分解，使水泥石內(nèi)部不斷遭到破壞，強度不斷降低，最終能夠?qū)е抡麄€構造物的破壞。前往前頁硫酸鹽侵蝕經(jīng)過海灣、沼澤或跨越污染河流的線路，沿線橋涵墩臺，有時會遭到海水、沼澤水、工業(yè)污水的侵蝕，這時如水中含有堿性硫酸鹽，就會與水泥石中的Ca(OH)2作用構成硫酸鈣，硫酸鈣會結晶析出，并與水泥石中的水化鋁酸鈣發(fā)生反響，生成鈣礬石，體積膨脹，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，使混凝土強度降低，呵斥構造物的破壞。前往前頁鎂鹽侵蝕在海水或地下水中，常含有較多的鎂鹽，主要以氯化鎂、硫酸鎂形狀存在。鎂鹽與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用，生成強度低無膠結才干的氫氧化鎂，液相中氫氧化鈣濃度降低，還會引起水泥石中氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等強度組分的分解，導致水泥石的破壞。此外，氯化鈣易溶于水，二水石膏能引起硫酸鹽的破壞作用。前往前頁碳酸侵蝕在工業(yè)污水或地下水中常溶解有較多的CO2，這種水對水泥石有侵蝕作用。CO2與水泥石中的Ca(OH)2作用，可生成碳酸鈣，碳酸鈣再與水中的碳酸作用，生成可溶的碳酸氫鈣，從而使水泥石的強度降低。前往前頁

水泥石的腐蝕緣由：1.水泥石內(nèi)存在易受腐蝕的成分，如氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，它們極易與外界侵蝕性介質(zhì)發(fā)生化學反響生成易溶于水的物質(zhì)、無膠結力的物質(zhì)或結晶嘭脹物質(zhì)，引起水泥石的破壞。2.水泥石存在孔隙，腐蝕介質(zhì)容易進入水泥石內(nèi)部與其成分相互作用，加劇腐蝕。前往前頁

1.根據(jù)環(huán)境特點，合理選擇水泥種類〔詳細內(nèi)容〕2.提高水泥石的密實度，降低孔隙率〔詳細內(nèi)容〕3.在水泥石外表設置維護層〔詳細內(nèi)容〕前往前頁根據(jù)環(huán)境特點，合理選擇水泥種類當水泥石蒙受淡水侵蝕時，可運用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量少的水泥；假設水泥石蒙受硫酸鹽的腐蝕，可選擇C2A含量小的水泥；在水泥消費時摻入適當?shù)幕旌腺Y料，可以降低水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2含量，提高水泥的抗腐蝕才干。前往前頁提高水泥石的密實度，降低孔隙率在施工過程中，合理選擇水泥混凝土的配合比，降低水灰比，改善集料級配，摻加外加劑等措施均可使水泥石的密實度提高。另外，在水泥石外表進展碳化處置或采取其他的外表密實措施，也可以提高水泥石的外表密實度，從而減少腐蝕介質(zhì)進入水泥石內(nèi)部，起到防腐作用。前往前頁在水泥石外表設置維護層當腐蝕作用較強時，可在混凝土外表敷設一層耐腐蝕性強且不透水的維護層，如陶瓷、玻璃、塑料、瀝青、耐酸巖石等，可以隔斷腐蝕介質(zhì)與水泥石接觸，維護水泥石不受腐蝕。當水泥石處于多種介質(zhì)同時侵蝕時，應分析清楚對水泥石侵蝕最嚴重的介質(zhì)，采取相應措施，提高水泥石的耐腐蝕性。前往前頁第五節(jié)摻混合料的硅酸鹽水泥在水泥消費過程中加人的人工的或天然的礦物資料稱為水泥混合資料。為改善硅酸鹽水泥的某些性能，同時到達添加產(chǎn)量降低本錢的目的，在硅酸鹽水泥熟料中摻加適量的各種混合資料與石膏共同磨細制得的水硬性膠凝資料，稱為摻混合資料水泥。5.1水泥混合資料5.2摻混合資料的硅酸鹽水泥的水化特點5.3幾種主要的摻混合料的硅酸鹽水泥5.4幾種主要的摻混合料的硅酸鹽水泥性質(zhì)比較

混合資料按其在水泥中所起的作用，分為活性混合資料和非活性混合資料。1.活性混合資料在常溫條件下，能與Ca(OH)2或水泥發(fā)生水化反響的混合資料稱為活性混合資料?；钚曰旌腺Y料能參與水泥的水化反響，明顯改善水泥的性能。常用的活性混合資料有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合資料和粉煤灰。2.非活性混合資料在常溫條件下，不能與Ca(OH)2或水泥發(fā)生水化反響的混合資料稱為非活性混合資料。非活性混合資料不參與水泥的水化反響，僅起到提高產(chǎn)量、降低本錢、調(diào)整水泥強度等級、降低水化熱和改善新拌混凝土和易性的作用，所以也稱為填充性混合資料。磨細的石灰石、石英砂、粘土、慢冷礦渣及各種廢渣都屬于非活性混合資料。前往前頁

摻活性混合資料的硅酸鹽水泥與水拌和后，首先是水泥熟料水化，然后水化生成的ca(OH)2再與活性混合資料中的活性組分發(fā)生二次水化反響生成相應的水化產(chǎn)物。由該水化過程和活性混合資料的水化特點可知，摻活性混合資料的水泥較硅酸鹽水泥的凝結硬化速度慢、早期強度低。前往前頁

1.普通硅酸鹽水泥2.礦渣硅酸鹽水泥3.火山灰硅酸鹽水泥4.粉煤灰硅酸鹽水泥前往前頁

第六節(jié)其他種類水泥1.道路硅酸鹽水泥2.快硬硅酸鹽水泥3.膨脹水泥

隨著我國高等級道路的迅速開展，水泥混凝土路面已成為主要路面類型之一。道路硅酸鹽水泥是專供公路、城市道路和機場道面用的一種水泥。1.定義以適當成分生料燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸四鈣的硅酸鹽水泥熟料，加0～10％活性混合資料和適量石膏磨細制成的水硬性膠凝資料，稱為道路硅酸鹽水泥(簡稱道路水泥)。2.礦物組成2.1鋁酸三鈣道路水泥熟料中鋁酸三鈣含量不得大于5．0％。2.2鐵鋁酸四鈣道路水泥熟料中鐵鋁酸四鈣的含量不得小于16．0％。3.特性與運用道路硅酸鹽水泥強度高，特別是抗折強度高，耐磨性好，干減少，抗沖擊性好，抗凍性好，抗硫酸鹽腐蝕性能好。適用于道路路面、機場跑道道面、城市廣場等工程。前往前頁

1.定義由硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細制成，以3d抗壓強度表示強度等