土木工程材料水泥概述共65页文档
土木工程材料 水泥
三、硅酸盐水泥的主要技术性能
1. 密度
2. 细度(分散度) 3. 需水量 4. 泌水性和保水性 5. 凝结时间(★) 6. 体积安定性(★) 7. 强度等级(★) 8. 水化热 9. 碱含量 10. 氯离子含量
1．密度 (Density)
一般在3.05~3.2间，其测试注意介质。与密度有关的因素：①
C-S-H（水化硅酸钙）
CH（氢氧化钙）
2. C3A的水化
C3A的水化反应能力最强，早期水化快，放热
量大。对水泥的早期凝结硬化有重大的影响。 水化产物：水化铝酸钙
3. C4AF的水化
水化速度快于C2S，但慢于C3S和C3A
水化产物：水化铝酸钙和水化铁酸钙
（二）石膏对水泥水化作用的影响
采用软练法定水泥标号的测定方法与塑性混凝土的相关 性较好。根据我国的国情，又通过大量的试验，制定了 一套软练标准的试验方法（GB175－92）。为了使我国 在加入世界贸易组织后，水泥强度检验方法能与国际标 准接轨，参考ENV 197-1：1995欧洲水泥试行标准，我国 于1999年7月30日批准发布了第5次修订的的水泥标准， 即：《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）， 并已于2001年4月1日正式实施，原GB175-92已于2000年 12月1日起废止。
9.
水泥的碱含量 (alkali content) ——碱—集料反应问题
若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，
水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表
示不得大于0.6％ 。
10. 氯离子含量 (Chloride content)
Cl-的危害 Cl-含量: 要求不大于0.06%
建筑材料之水泥
建筑材料之水泥凡是在一定条件下。
经过自身的物理、化学作用后，能由液体或半固体(泥膏状)变为坚硬的固体。
并能把块状或散粒状材料胶结成整体的材料称为胶凝材料。
胶凝材料根据化学组成分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。
无机胶凝材料报据硬化条件又可分为气硬性与水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，并保持或继续增长强度、如石灰、石膏、水玻璃及镁质胶凝材料(如菱苦土)等。
水硬性胶凝材料不仅能在空气中。
而且能更好地在水中凝结硬化、并保持或继续增长强度，如水泥。
气硬性胶凝材料宜用于地面上干燥环境的建筑物。
不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
水硬性胶凝材料可用于地上、地下、水下的建筑物，一石灰1、石灰的煅烧锻烧温度一般以1000℃为宜。
煅烧温度过低时，则产生有效成分少。
核心成分为不能熟化的欠火石灰。
欠火石灰中CaO含量低，降低石灰利用率。
锻烧温度过高时。
CaO与原料所带杂质（粘土)中的某些成分反应，生成熟化速度很慢的过火石灰。
过火石灰如用于建筑上，会在已经硬化的砂浆中吸收水分而继续熟化，产生体积膨胀，引起局部爆裂或脱落，影响工程质量。
所以，石灰在生产过程中，要严格控制缎烧温度。
石灰熟化过程中，放出大量的热，且体积膨胀1-2.5倍。
煅烧良好、CaO含量高的石灰熟化较快，放热量与体积增大也较多。
1）制石灰膏石灰膏是建筑工程中砌筑砂浆和抹面砂浆常用的材料之一，它可用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆。
石灰膏的表观密度为1300-1400kg/m3，1L生石灰可熟化成1.5-3L 石灰膏。
2)制消石灰粉这种方法是将生石灰加适量水熟化成消石灰粉。
生石灰熟化成消石灰粉的理论需水量为生石灰质量的32.1%，由于熟化时放热，一部分水分蒸发，所以实际加水量常为生石灰质量的60-80%。
加水量以既能充分熟化、又不过湿成团为度。
工地上常用喷壶分层法进行消化。
2、石灰的质量标准建筑生石灰技术指标（JC/T479-1992）建筑生石灰粉技术指标（JC/T480-1992）3、用途1）制作石灰乳涂料用石灰膏和沙子（或麻刀、纸筋等)配制成石灰砂浆(或麻刀灰、纸筋灰)用于内端、顶棚的抹面;将石灰膏、水泥和沙子配制成混合砂浆用于砌筑和抹面;将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量水稀释成石灰乳用于内墙和顶棚的粉刷。
建筑材料之水泥概述
建筑材料之水泥概述介绍水泥是一种建筑材料，被广泛应用于建造各种建筑物、道路和基础设施等工程项目。
它是由石灰石、粘土和其他材料经过高温煅烧制成的粉状物质。
水泥是建筑业中必不可少的基础材料之一，具有塑性强、耐久性好等特点，因此在建筑工程中占有重要地位。
本文将对水泥的原料、制造过程和用途进行概述。
水泥的原料水泥的主要原料是石灰石和粘土。
石灰石是一种含钙碳酸盐的岩石，粘土是一种含有粘土矿物的软黏土。
除了石灰石和粘土之外，水泥的制造过程中还需要添加其他材料，如硅酸盐、铁铝酸盐和石膏等，以调节水泥的性能。
水泥的制造过程1.石灰石和粘土的开采：首先，石灰石和粘土需在采矿场进行开采，然后经过破碎和研磨等工艺处理，使其粒度均匀。
2.原料的混合：石灰石和粘土被混合在一起，按照一定的比例进行混合。
在混合过程中，根据需要，可以添加其他材料来改变水泥的性能。
3.熟料的煅烧：将混合好的原料送入旋转窑中，在高温下进行煅烧。
煅烧过程中，原料中的碳酸盐会分解，释放出二氧化碳，并且形成新的化合物，如三钙硅酸盐、二钙铝酸盐等。
4.烧熟熟料的研磨：煅烧后得到的熟料经过研磨，使其粒度更加细小，以提高水泥的活性。
5.水泥的包装和储存：经过研磨的水泥被包装成袋子或储存在散装堆场中，待使用。
水泥的用途水泥在建筑工程中有广泛的应用。
以下是几个主要的用途：1.水泥混凝土：水泥是混凝土的主要成分之一，混合水和骨料（如砂石）可以形成坚固的混凝土结构。
混凝土广泛应用于建筑物的基础、柱子、墙壁等。
2.水泥砂浆：水泥与砂浆配合使用，可以用于砌砖和粘贴瓷砖等。
水泥砂浆可以提供强大的粘附力和耐久性，使建筑物更加牢固。
3.水泥板材：水泥与一些纤维材料（如玻璃纤维）混合，经过加工制成水泥板材。
这种材料具有耐火性和抗渗透性，常用于建筑物的外墙或屋顶。
4.水泥管道：水泥可以用于制造管道，用于输送液体或气体。
水泥管道在供水系统、排水系统和公共建筑中得到广泛应用。
5.水泥装饰品：由于水泥具有良好的塑性，可以制作各种装饰品，如花盆、雕塑等。
土木工程材料第二讲水泥
烧失量≤
氧化镁 三氧化硫≤
3.0%
3.5%
≤5.0%
/
/
/
/
≤5.0%，若压蒸安定性试验合格， 则≤6.0% 3.5% 3.5%
熟料中MgO≤5.0%，若压蒸安定性 试验合格，则≤6.0% 4.0% 3.5%
比表面积＞
细度 凝结 时间 80μm方孔 筛筛余≤ 初凝
300m2/kg
/
/
10.0%
/
10.0% ≥45min
/
10.0%
/
10.0%
/
10.0%
终凝
安定性
≤6.5h
沸煮法检验合格
≤10h
强度等级 碱 （若使用活性骨料）
42.5、42.5R、52.5、 42.5、42.5R、 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、 52.5R、62.5、 52.5、52.5R 52.5R 62.5R 用户要求提供低碱水泥时， ≤0.60%或由供需双方商定 由供需双方商定
初凝：标准稠度净浆开始失去可塑性； 终凝：标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度； 初凝时间不能过短，终凝时间不能过长； 测定水泥凝结时间采用标准稠度的水泥净浆。
初凝时间太短，没有足够的时间进行搅拌、运输、浇 筑、振捣、成型或砌筑；终凝时间太长，会拖延整个 工程的施工工期。 初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定 者为不合格品。
硅酸盐水泥
定义：凡由硅酸盐水泥熟料，０～５％石灰石或
粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝
材料，称为硅酸盐水泥（国外通称波特兰水泥）。
分类： 不掺混合材 掺≤5%混合材料 Ⅰ型硅酸盐水泥（Ｐ·Ⅰ） Ⅱ型硅酸盐水泥（Ｐ·Ⅱ ）
土木工程材料第章-水泥教材课件 (一)
土木工程材料第章-水泥教材课件 (一)土木工程材料第一章-水泥教材课件土木工程材料中，水泥是不可或缺的一部分，它被广泛使用在各种工程中，如建筑、道路、桥梁、隧道等。
水泥能够使各种材料形成牢固的结构，给人们带来很大的便利和安全。
一、水泥的概述1. 水泥的历史自古以来，人们就有利用石灰堆积物制作建筑物的经验。
直到19世纪初，英国人泰勒发明了水泥烧结炉，才真正开创了水泥的工业生产。
2. 水泥的分类水泥按照生产工艺、化学成分和用途等方法，可以进行多种分类，如硅酸盐水泥、半水化石膏水泥、反应矾土水泥等。
二、水泥的组成水泥是由主要成分、次要成分、自然杂质、工业杂质等四种成分组成的。
1. 主要成分水泥的主要成分是硅酸盐系的黏土和石灰石，在水泥生产过程中，它们经过破碎、混合、烧成等多道工序形成水泥熟料，然后通过磨粉机制成细度适宜的水泥。
2. 次要成分水泥的次要成分有助于水泥生产过程中的化学反应。
例如，石膏是使硅酸盐水泥硬化的必需物质，水泥减水剂可以使混凝土具有更好的流动性。
3. 自然杂质水泥中的自然杂质主要是指黏土和石灰石中所含的杂质，它们可能会影响水泥的性能和质量。
4. 工业杂质水泥中的工业杂质主要是指生产过程中的固体、液体和气体废物，它们可能会对水泥的性能和质量造成影响。
三、水泥的使用水泥作为一种建筑材料，被广泛地应用于各种工程中。
1. 水泥的特性水泥具有硬化速度快、强度大、硬度高、耐久性好等特点。
2. 水泥的应用水泥的应用范围非常广泛，包括混凝土结构、砖墙体、石材建筑、道路、桥梁、隧道等。
其中最典型的应用是混凝土结构，在混凝土结构中，水泥是最重要的材料之一，它能使混凝土具有坚固的结构、流动性、耐久性和美观性。
四、水泥的质量控制为了确保水泥的质量和安全，需要通过严格的质量控制手段来保证水泥的各项性能符合标准和规定。
这些手段包括人工检验、物理和化学测试、光谱分析等。
除此之外，还需要对原材料、生产工艺和环境等方面进行严格的监测。
土木工程概论建筑材料 水泥
量表示，其筛余量不得超过10.0%。
（2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐
水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。 颗粒愈细，与水接触的比表面积愈大，因而水化速度加快，水 泥石的早期强度高，但硬化收缩较大，水泥易受潮而降低活性。 因此水泥细度应适当，凡水泥细度不符合规定者为不合格品。
2.终凝时间（Final setting time） •自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时 间称为终凝时间。
•水泥的终凝时间不宜过迟，以免拖延工期。国家标准规定了硅 酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。
•凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格 品。
•水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法《水泥稠度用水量、 凝结时间、安定性检验方法》（GB1346）进行。 •它是以标准稠度的水泥净浆（水泥+水），在规定温度和湿度下， 用凝结时间测定仪来测定。 •3.标准稠度用水量 •标准稠度是为测定水泥的凝结时间、体积安定性等性能时，对水泥 净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑性程度时的稠度。
3.水化后期，硬化 •更长时间 •水化反应减慢——水化产物 填充由水占据的空间——晶 体相互搭接——整体——水 泥石——硬化 •硬化：浆体的强度逐渐提高 并变成坚硬的石状固体—— 水泥石
水泥石的组成：凝胶体（C—S—H） 未水化的水泥颗粒内核 多相（固、液、气） 毛细孔和凝胶孔 多孔体系 晶体粒子（Ca（OH）2） 水泥石的工程性质决定于水泥石的结构组成，即决定于 水泥的品种 水化物的类型 取决于 水化物的相对含量 孔的大小、形状和分布状态 水化程度
1.熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥熟料矿物组成，是影响水泥的水化速度、凝结硬化过 程及产生强度等的主要因素。
土木工程材料——水泥
水 泥
目 录
基本要求 简介 4.1
硅酸盐水泥 4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥
基本要求
本章课时：课时 5，实验 2 内容 主要介绍水泥的分类、优点及生产。 主要介绍硅酸盐水泥及掺加混合料的硅酸盐水 泥，包括：定义、组成、水化、凝结与硬化、 实验和技术性质、腐蚀与防护、特性和应用。 重点 6种硅酸盐水泥的定义 硅酸盐水泥的矿物组成 水泥水化、凝结与硬化机理 技术性质及测试方法
3CaO· 2O3+H2O Al
3CaO· 2O3· 2O Al 6H
铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝 胶 该水化反应的速度和水化放热量均属中等。
4CaO· 2O3· 2O3+H2O Al Fe 3CaO· 2O3· 2O+CaO· 2O3· 2O Al 6H Fe H
石膏调节凝结时间的原理
Clay （粘土）
Bleeding 1450℃ Grinding
Raw material
Grinding
Clinker
Gypsum
PⅠ PⅡ
Iron ore
powder
（铁矿石）
Mixing materials
图1 硅酸盐水泥的生产过程
硅酸盐水泥的矿物组成及特性
硅酸盐水泥的主要矿物组成包括： 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 矿物组成的技术特性见表1
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§4.1 硅酸盐水泥
1、硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成 2、硅酸盐水泥的凝结和硬化 3、硅酸盐水泥的技术性质 4、硅酸盐水泥的腐蚀与防护 5、硅酸盐水泥的特性与应用
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何为硅酸盐水泥？
Mixing （混合料） materials
土木工程材料第三章水泥
第18页/共51页
五、硅酸盐水泥的技术性质
6、水泥胶砂强度：按规定方法测定得到的水泥强度。 硅酸盐水泥---普通水泥- 矿.火.粉.水泥-复合水泥
18
第19页/共51页
六、水泥石 的腐蚀及其防止
• 水泥石的腐蚀：水泥石在某些腐蚀性介质作用下，结构逐渐 遭到破坏，强度下降以致全部溃裂的现象。
• 主要内容：
未水化水泥
0
水化程度
1.0
13
图2.
第14页/共51页
五、硅酸盐水泥的技术性质
• 1、细度：密度---决定于水泥熟料的矿物组成，取3.10g/cm3
堆密度---决定于水泥熟料的矿物组成、细度、堆积紧密程度 1 一般计算时取1300Kg/m3
细度---水泥颗粒的粗细程度 2 规定：比表面积大于300m2/Kg
减少侵蚀性介质的侵入 • 3、加做保护层
27
第28页/共51页
七、硅酸盐水泥的特性和应用
• 1、强度较高，重要用于重要结构的高强混凝土和
预应力混凝土工程
• 2、凝结硬化快，耐冻性好，抗碳化性、耐磨性好，
干缩小，用于要求混凝土凝结硬化快，早期
强度高，冬季施工及严寒地区遭受反复冻融循环
的工程。
• 3、含有较多的氢氧化钙，耐软水和耐化学腐蚀性差，
C3S 37~60%
快 多 高 高 中
熟料矿物
硅酸二钙
铝酸三钙
C2S 15~30%
慢 少 低 高 中
C3A 7~15%
最快 最多 低 低 差
铁铝酸四 钙
C4AF 10~18%
快 中 低 低 好
5
第6页/共51页
水泥熟料熟化时强度增长曲线
6
土木工程材料第3章水泥
Construction Materials
凝结时间的工程意义
水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足 够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和 砌筑等工作。
水泥的终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期。
部分水化铝酸钙与石膏反应生成高硫型水化硫 铝酸钙（AFt，称为钙矾石(ettringite)），石膏消耗 完后，部分高硫型水化硫铝酸钙与C3A、C4AF反应 生成低硫型水化硫铝酸钙（AFm）。在充分水化的 水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，氢氧化钙约占 20%，AFt和Afm约占7%。
Construction Materials
水泥的水化硬化会延续数年，但前3个月即完成约70%。 水泥石结构(structure of hardened cement paste)是由未水 化的水泥颗粒、水化产物、水、孔隙组成。示意如下。
Construction Materials
水泥水化产物
晶体－氢氧化钙 20～25％ 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙（为了调节水泥的凝结时间，在
火山灰质硅酸盐水泥：P.P；(pozzolanic portland cement)
粉煤灰硅酸盐水泥：P.F；(fly ash portland cement)
复合硅酸盐水泥：P.C；(composite portland cement)
Construction Materials
输 水 管
内 径 6.6 m 外 径 CMoantsetrruiacltsion7.5
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
Construction
电镜下的水泥M水ate化ria产ls 物图
土木工程材料(04水泥1)
土
木
工
程
材
料
水 泥
二、水泥的凝结和硬化原理
2(3CaO SiO2 ) 6H 2O 3CaO SiO2 3H 2O 3Ca(OH ) 2
硅酸三钙
水 水
水化硅酸钙 水化硅酸钙
氢氧化钙 氢氧化钙
凝 结 和 硬 化
2(2CaO SiO2 ) 4H 2O 3CaO 2SiO2 3H 2O 3Ca(OH ) 2
料
水 泥
二、水泥的凝结和硬化原理
水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶 的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体：
3(CaSO 2 H 2O) 3CaO Al2O3 6 H 2O 19H 2O 4 3CaO Al2O3 3CaSO 31H 2O 4
凝 结 ２、硅酸盐水泥的“凝结” 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中 和 硬 起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在 化 溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表
技 术 性 质
土
木
工
程
材
料
水 泥
三、水泥的主要技术性质
５、强度及标号（强度等级）
技 术 性 质
成型 破型
水泥胶砂强度标准试验
土
木
工
程
材
料
水 泥
三、水泥的主要技术性质
表3-1硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求 (GB175-1999)
强度 等级 抗压强度（MPa） 3d 28d 17.0 42.5 22.0 42.5 23.0 52.5 27.0 52.5 28.0 62.5 32.0 62.5 抗折强度（MPa） 3d 28d 3.5 6.5 4.0 6.5 4.0 7.0 5.0 7.0 5.0 8.0 5.5 8.0
3水泥土木工程材料
石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤 灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石 灰石粉、磨细石英砂等）。
一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺
硅酸盐水泥的生产工艺——―两磨一烧”工艺
石灰石
按比例混合
石 膏
磨细
粘 土 铁矿粉
生 料
1350℃～ 1450℃
煅烧
熟 料
混合材料
硅酸盐水泥
磨细
生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑 生产两种 ；
硅酸盐水泥分为：Ⅰ型硅酸盐水泥P.I（不掺混合材 料）和Ⅱ型硅酸盐水泥P.II（掺不超过5%混合材料）。
二、熟料的矿物组成及其特性
熟料的矿物组成
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 3CaO•SiO2，C3S 2CaO•SiO2，C2S 3CaO•Al2O3，C3A
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
无水硫铝酸钙 硅酸二钙
铁相、无水硫铝酸 钙、硅酸二钙
有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝 酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等
有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸 盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等
氟铝酸盐水泥
以火山灰或潜在水硬性 材料以及其他活性材料 为主要组分的水泥
氟铝酸钙、硅酸二 钙
活性二氧化硅 活性氧化铝
主要特性
（1）早期强度略低，后期强度高。
（2）水化热略低。 （3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。 （4）抗侵蚀、抗腐蚀能力较差。 （5）耐磨性较好；耐热性能较差。
应用
普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。
3、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥
定义
熟料
20%～70%粒化 高炉矿渣
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61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
土木工程材料水Biblioteka 概述6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯