道路建筑材料第二章石灰和水泥.ppt

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第二章石灰和水泥,知識(shí)教學(xué)點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求,知識(shí)教學(xué)點(diǎn)石灰（石灰的生產(chǎn)與分類、消化和硬化過程、技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、石灰的應(yīng)用和儲(chǔ)存）硅酸鹽水泥（定義與生產(chǎn)，熟料礦物組成及特性，水泥的水化、凝結(jié)硬化，水泥的主要技術(shù)性質(zhì)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及硅酸鹽水泥的腐蝕與防止）摻混合材料水泥其他品種水泥學(xué)習(xí)要求了解石灰的種類，掌握石灰水化硬化機(jī)理，熟悉石灰的技術(shù)要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用和儲(chǔ)存。了解硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝及腐蝕及防止的技術(shù)措施，重點(diǎn)掌握硅酸鹽水泥的礦物組成及其特性，掌握硅酸鹽水泥主要技術(shù)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)。熟悉水泥混合材的主要種類，重點(diǎn)掌握混合材對水泥性能的作用和影響機(jī)理，掌握摻混合材硅酸鹽水泥主要技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用范圍等。了解其他品種水泥的生產(chǎn)及性能特點(diǎn)。,1、膠凝材料（結(jié)合料）定義:,散粒狀材料(砂、石)塊狀材料(磚、石塊),第二章石灰和水泥,,2、膠凝材料分類有機(jī)氣硬性—只能在空氣中硬化，保持并繼續(xù)提高強(qiáng)度。無機(jī)水硬性—不僅能在空氣中硬化，而且能更好的在水中硬化，保持并繼續(xù)提高強(qiáng)度。,,,分類的意義：氣硬性膠凝材料——耐水性差，只能用于干燥環(huán)境。水硬性膠凝材料——耐水性好，可用于潮濕環(huán)境。,第一節(jié)石灰,石灰吟（明）于謙千錘萬鑿出深山，烈火焚燒若等閑。粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間。,第一節(jié)石灰一、原料、生產(chǎn)及分類原料含碳酸鈣質(zhì)礦石（石灰石，白堊，白云質(zhì)石灰石），電石渣。成分：CaCO3，MgCO3(little)，粘土(<8%)生產(chǎn)分類加工工藝MgO的含量鈣質(zhì)和鎂質(zhì)煅燒溫度和煅燒時(shí)間,塊狀生石灰,生石灰粉,粉磨,+H2O,,消石灰粉,石灰膏,欠火石灰：未燒透的內(nèi)核，利用率低過火石灰：內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，鼓包、隆起、開裂等正火石灰,,（1）石灰的消化,二、石灰的消化與硬化,粉狀－消石灰：只用少量水(約70％)(理論值為32.1%)漿狀－石灰漿：加過量水(2.5~3倍),,石灰在消解的期間應(yīng)嚴(yán)格控制加水量和加水速度，防止出現(xiàn)“過燒”或“過冷”現(xiàn)象。,“陳伏”兩星期,（2）石灰的硬化,晶體交錯(cuò)生長,,干燥(空氣中),CO2+H2O(空氣中),石灰漿體,硬化漿體,Ca(OH)2結(jié)晶析出,CaCO3結(jié)晶析出,,,,,結(jié)晶作用與碳化作用,二、石灰的消化與硬化,請觀察圖中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。,石灰砂漿A為凸出放射性裂紋，這是由于石灰漿的陳伏時(shí)間不足，致使其中部分過火石灰在石漿砂漿制作時(shí)尚未水化，導(dǎo)致在硬化的石灰砂漿中繼續(xù)水化成Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹，從而形成的膨脹性裂紋。石灰砂漿B為網(wǎng)狀干縮性裂紋，是因石灰砂漿在硬化過程中干燥收縮所致。尤其是水灰比過大，石灰過多，易產(chǎn)生此類裂紋。,石灰砂漿A,石灰砂漿B,三、石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),,,優(yōu)等品、一等品和合格品,四、石灰的應(yīng)用與儲(chǔ)存,,,原料石灰砂漿和石灰水泥砂漿加固軟土地基石灰土和三合土石灰穩(wěn)定土和石灰粉煤灰穩(wěn)定土儲(chǔ)存防水防碳化,石灰石CaCO3生石灰CaO熟石灰Ca(OH)2+水成品Ca(OH)2CaCO3,,,復(fù)習(xí),干燥,第二節(jié)水泥,1.水泥的定義—國外稱硅酸鹽水泥為波特蘭水泥（PortlandCement）2.水泥的分類(1)水泥按用途和性能分類,2.1硅酸鹽水泥的定義2.2硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及成分2.3硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化2.4硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.5硅酸鹽水泥的腐蝕與防止,第二節(jié)硅酸鹽水泥,2.1硅酸鹽水泥的定義與代號,混合材料含量,代號,第二節(jié)硅酸鹽水泥,硅酸鹽水泥熟料,混合材料,石膏,磨細(xì)為成品,+,+,,《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007,2.2硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及成分,兩磨一燒,,硅酸鹽水泥熟料,硅酸鹽水泥熟料的主要礦物名稱、代號及含量硅酸鹽水泥熟料的特性,,Additionofwater,Startofhydration,Setting,Hardening,2.3硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化,1、硅酸鹽水泥的水化,2.3硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化,1.硅酸鹽水泥的水化——混合材料少,主要為熟料礦物和石膏的水化,熟料礦物,C3S,C2S,C3A,C4AF,H2O,+,C-S-H凝膠(水化硅酸鈣),C-A-H晶體(水化鋁酸鈣),CH晶體(氫氧化鈣),C-F-H凝膠(水化鐵酸鈣),+,,C-A-H晶體(水化鋁酸鈣),+,+,H2O,,H2O,+,,,C-S-H水化硅酸鈣凝膠,CHCrystal氫氧化鈣晶體,電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖,水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期）,C-S-H,鈣礬石,,,水化反應(yīng)的基本特點(diǎn),反應(yīng)是需水的?！鄳?yīng)用時(shí)必須提供足夠水分。反應(yīng)是放熱的?！鄳?yīng)用時(shí)必須注意溫度應(yīng)力。溫度越高，反應(yīng)越快。——水泥應(yīng)用時(shí)必須注意季節(jié)的影響。反應(yīng)自水泥顆粒表面開始，由表及里?！磻?yīng)需要時(shí)間，水泥應(yīng)足夠細(xì)。,初始反應(yīng)期誘導(dǎo)期凝結(jié)期硬化期,,,,2.3硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化,2.硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,水泥的凝結(jié)：水泥加水拌和最初形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。水泥的硬化：水泥失去可塑性后強(qiáng)度逐漸提高并變成具有一定強(qiáng)度的固體－水泥石的過程稱為硬化。水泥的凝結(jié)硬化過程分為四個(gè)階段：,凝結(jié)硬化的影響因素,細(xì)度：細(xì)度細(xì)，硬化快，但干燥收縮大溫度：溫度高，硬化快濕度：濕度高，硬化快養(yǎng)護(hù)時(shí)間：養(yǎng)護(hù)是溫度、濕度的保證水泥礦物組成加水量：提供水化用水，決定顆粒間距,2.4硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鋼筋銹蝕,堿-骨料反應(yīng),（5）強(qiáng)度——水泥膠結(jié)能力的體現(xiàn)影響因素:礦物組成、細(xì)度、水灰比、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件和齡期等。標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法：水泥膠砂強(qiáng)度法（C:S:W=1:3:0.5）規(guī)定的試件尺寸4040160mm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期分別測試試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。水泥的強(qiáng)度等級及水泥的標(biāo)號,2.4硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),石灰石CaCO3生石灰CaO熟石灰Ca(OH)2+水成品Ca(OH)2CaCO3,,,復(fù)習(xí),干燥,復(fù)習(xí)思考題——4、6、9,2.3硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化,1.硅酸鹽水泥的水化——混合材料少,主要為熟料礦物和石膏的水化,熟料礦物,C3S,C2S,C3A,C4AF,H2O,+,C-S-H凝膠(水化硅酸鈣),C-A-H晶體(水化鋁酸鈣),CH晶體(氫氧化鈣),C-F-H凝膠(水化鐵酸鈣),+,,C-A-H晶體(水化鋁酸鈣),+,+,H2O,,H2O,+,,,A——凝膠體（C－S－H凝膠，水化鐵酸鈣凝膠）；B——晶體（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣）；C——孔隙（毛細(xì)孔、凝膠孔、氣孔等）；D——未水化的水泥顆粒,水泥石的結(jié)構(gòu)水泥石主要由凝膠體、晶體、孔隙、水、空氣和未水化的水泥顆粒等組成，存在固相、液相和氣相。因此硬化后的水泥石是一種多相多孔體系。水泥石的結(jié)構(gòu)（水化產(chǎn)物的種類及相對含量、孔的結(jié)構(gòu)）對其性能影響最大。,,水泥漿體——水泥石,2.5水泥石的腐蝕與防止,?軟水腐蝕—不含或僅含少量鈣、鎂可溶性鹽的水。?水泥石長期與軟水(流動(dòng)或有壓力的水)接觸,CH會(huì)被溶出,導(dǎo)致水泥石堿度降低，導(dǎo)致其它水化物分解溶失，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞。?硫酸鹽腐蝕—海水、污水中含有鈉、鉀等硫酸鹽?Na2SO4+Ca(OH)2?CaSO4?2H2O+NaOHCaSO4?2H2O+C-A-H?AFt(高硫型水化硫鋁酸鈣,又名水泥桿菌)?硫酸鹽濃度高時(shí),CaSO4?2H2O直接在孔隙中結(jié)晶,體積膨脹。?鎂鹽腐蝕—海水、污水中含有大量鎂鹽,如硫酸鎂和氯化鎂MgSO4+Ca(OH)2?CaSO4?2H2O+Mg(OH)2松軟無膠結(jié)力MgCl2+Ca(OH)2?CaCl2+Mg(OH)2?CaCl2易溶于水,?CaSO4?2H2O引起硫酸鹽腐蝕故硫酸鎂對水泥石有雙重腐蝕?酸的腐蝕,,,,,,腐蝕類型,水泥桿菌,硫酸鹽腐蝕,水泥石腐蝕的原因,基本原因水泥石(水化物)中存在CH晶體和C-A-H晶體腐蝕原因水泥石本身不密實(shí)外在因素介質(zhì)、溫度、流速、壓力等。水泥石的腐蝕是一個(gè)極為復(fù)雜的物理化學(xué)過程，水泥石的腐蝕很少僅是單一的侵蝕作用，而是幾種侵蝕同時(shí)存在，互相影響，共同作用。?合理選擇水泥品種提高耐腐蝕的措施?提高水泥石的密實(shí)度?做保護(hù)層—石料、玻璃、陶瓷、瀝青等,,,,,,,第三節(jié)摻混合材料水泥,,資源、能源和環(huán)境問題,3.1混合材料,1.定義?在水泥生產(chǎn)過程中，摻入的人工的或天然的礦物材料。2.分類,活性混合材料,與石灰和水拌合后,常溫下能使石灰成為水硬性膠凝材料的礦物材料,非活性混合材料,與石灰和水拌合后,常溫下不能使石灰成為水硬性膠凝材料的礦物材料,粒化高爐礦渣,火山灰質(zhì)混合材料,粉煤灰,,,,,磨細(xì)石英砂、石灰石粉、慢冷礦渣等,,,活性SiO2、活性Al2O3,玻璃體結(jié)構(gòu),,,,粒化高爐礦渣,火山灰質(zhì)混合材料,粉煤灰,呈實(shí)心或空心玻璃態(tài)的球狀顆粒表面的結(jié)構(gòu)致密,疏松多孔、內(nèi)比表面積大、易吸水,,,3.活性混合材料的水化,SiO2,C-S-H凝膠(水化硅酸鈣),Al2O3,C-A-H晶體(水化鋁酸鈣),H2O,Ca(OH)2,+,+,CaSO4?2H2O,+,Aft晶體(高硫型水化硫鋁酸鈣),C-A-H,,H2O,Ca(OH)2,+,+,,,堿性激發(fā)劑,,,硫酸鹽激發(fā)劑,,混合材料含量,代號,第三節(jié)摻混合材料水泥,硅酸鹽水泥熟料,混合材料,石膏,磨細(xì)為成品,+,+,,《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007,4.礦渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化——混合材料多,熟料礦物少——水化分兩次（步）進(jìn)行,熟料礦物水化,一次水化,CH晶體,,混合材料水化,二次水化,火山灰反應(yīng),,,激發(fā)劑,,5.綜上所述，忽略次要成分,通用硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)(產(chǎn))物,水化（產(chǎn)）物,凝膠,晶體,C-S-H凝膠,C-F-H凝膠,,,,,CH晶體,C-A-H晶體,Aft晶體、Afm晶體,,,,,通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求,通用硅酸鹽水泥的特性,第四節(jié)其他品種水泥,水泥按用途和性能分類,適當(dāng)改變熟料中礦物成分的含量,,加入一定量的混合材料,,4.1道路硅酸鹽水泥,1.定義?凡由道路硅酸鹽水泥熟料（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），0~10%活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。2.特點(diǎn)?具有較高的抗折和抗壓強(qiáng)度、較高的耐磨和抗凍性、較小的收縮性。3.應(yīng)用?公路路面、機(jī)場跑道等工程，要求較高的工廠地面及停車場等工程。,機(jī)場跑道,收縮裂紋,4.2快硬硅酸鹽水泥,（1）定義—凡以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，加入適量石膏，經(jīng)磨細(xì)制成的具有早期強(qiáng)度增進(jìn)率較快的水硬性膠凝材料，稱快硬硅酸鹽水泥，簡稱快硬水泥。措施：提高熟料中C3A和C3S的含量，適當(dāng)增加石膏的摻量，并提高水泥的粉磨細(xì)度。（2）特性?凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度增進(jìn)率快。?強(qiáng)度與標(biāo)號：快硬水泥以3d抗壓強(qiáng)度確定。其標(biāo)號：32.5、37.5、42.5（3）應(yīng)用配制早強(qiáng)混凝土適用于緊急搶修工程、低溫施工工程、制作砼預(yù)制構(gòu)件。**易受潮變質(zhì)，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)，必須注意防潮，存放期一般不超過一個(gè)月。,1.特點(diǎn)?水泥硬化過程中不但不發(fā)生收縮，而且有不同程度的膨脹的水泥。2.分類?自應(yīng)力值?2MPa的稱為膨脹水泥，自應(yīng)力值?2MPa的稱為自應(yīng)力水泥；或自由膨脹率?3%的稱為膨脹水泥,自由膨脹率?3%的稱為自應(yīng)力水泥。3.應(yīng)用?補(bǔ)償收縮砼、抗?jié)B砼、接縫或管道接頭、結(jié)構(gòu)加固與修補(bǔ)、砼壓力管等。,4.3膨脹水泥和自應(yīng)力水泥,低配筋微膨脹混凝土,作業(yè),思考題:4，6，9，12。習(xí)題:1,12、硫酸鹽對水泥有腐蝕作用，為什么在水泥生產(chǎn)過程中還要加入石膏（CaSO4?2H2O）?,參考答案：水泥熟料中的硅酸三鈣與水反應(yīng)十分迅速，使得水泥熟料加水后迅速凝結(jié)，導(dǎo)致來不及施工。所以為調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，通常在水泥中加入適量石膏，這樣，水泥加水后石膏迅速溶解與水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)針狀的鈣釩石晶體沉積在水泥顆粒表面形成保護(hù)膜，延緩了水泥凝結(jié)時(shí)間。在摻混合材料水泥中，石膏即起到了調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的作用,又起到了硫酸鹽激發(fā)劑的作用。,習(xí)題一:進(jìn)場32.5MPa普通硅酸鹽水泥，檢驗(yàn)28d強(qiáng)度結(jié)果如下：抗壓破壞荷載：54.0KN，53.5KN，56.0KN，52.0KN，55.0KN，54.0KN?？拐燮茐暮奢d：2.83KN，2.81KN，2.82KN。問該水泥28d試驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)到原強(qiáng)度等級？若該水泥存放期已超過三個(gè)月，可否憑以上試驗(yàn)結(jié)果判定該水泥仍按原強(qiáng)度等級使用？,解：Rf1＝6.63MPaRf2＝6.59MPaRf3＝6.61MPaRf＝6.61MPa單值無超過平均值10％。Rc1＝33.75MPaRc2＝33.44MPaRc3＝35.0MPaRc4＝32.5MPaRc5＝34.38MPaRc6＝33.75MPaRc＝33.80MPa單值無超過平均值10％。該水泥28d強(qiáng)度達(dá)到原強(qiáng)度等級的要求。該水泥存放期超過三個(gè)月，該水泥應(yīng)重新檢驗(yàn)其強(qiáng)度。,