建筑材料与检测 - 教学大纲

建筑材料教案

年）?预应力混凝土（1929年）?外加剂混凝土（1935年）?聚合物水泥混凝土（20世纪50年代）?高强混凝土（20世纪70年代）?高性能混凝土（20世纪90年代）。

二、水泥的定义、分类和发展趋势

1，定义

水泥是一种水硬性的胶凝材料，呈粉末状，加水拌和后成浆体后，能胶结砂、石等散粒材料，并能在空气和水中硬化并保持、发展其强度。

2,分类

（1）按其组成成分分类，可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫酸盐系水泥和硫铝酸盐系水泥等。

（2）按其性能及用途可分为三类：通用水泥：用于一般土木建筑工程的水泥；专用水泥：专门用途的水泥；特性水泥：某种性能比较突出的水泥。

（3）按掺和了的不同，可分为普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥和火山灰水泥。 3，发展趋势：

1) 在水泥品种方面，将加速发展快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥； 2) 大力发展水泥外加剂； 3) 大力发展高标号水泥；

4.1 硅酸盐水泥

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（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，代号P?I。在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P?Ⅱ。

一，硅酸盐水泥熟料的烧成

1）生产原料：石灰质原料 （如石灰岩）、粘土质原料 （如粘土、粘土质页岩） 和少量辅助原料（如铁矿粉）；

二，硅酸盐水泥熟料的矿物组成及水化特性

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表4-1 硅酸盐水泥熟料矿物组成

名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 矿物成分 3CaO2SiO2 2CaO?SiO2 3CaO?Al2O3 4CaO?Al2O3?Fe2O3 简称 C3S C2S C3A C4AF 含量（%） 37～60 15～37 7～15 10～18 密度（g/cm） 3.25 3.28 3.04 3.77 3

表4-2 硅酸盐水泥熟料矿物的基本特性 铁铝酸四钙C4AF 硅酸三钙C3S 硅酸二钙C2S 铝酸三钙C3A 快 水化反应速度 慢 最快 水化热 大 小 最大 强度 高 早期低晚期高 低 耐化学侵蚀性 中 良 差 干 缩 中 小 大 [例题] 挡墙开裂与水泥的选用

快 中 较低 优 小 现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：

C3S

61% C2S 14% C3A 14% C4AF 11% 分析讨论：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。

[课堂练习] 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的硬化速度、水化热和强度有何差异？ 熟料矿物成分（％） 生产厂家 C3S C2S C3A C4AF 甲 56 17 12 15 16 乙 42 35 7

答: 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、２８d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。

三，硅酸盐水泥的凝结硬化过程

水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称

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为凝结。

硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。

影响水泥凝结硬化的因素主要有：熟料矿物成分、水泥的细度、用水量、养护时间、石膏掺量、温度和湿度和外加剂等。

思考题：简述石膏在水泥中的主要作用？ 答：石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。

纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不便使用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（3%左右）的石膏，石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用，生成了难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓了水泥的凝结时间。石膏的掺量主要取决于铝酸三钙和SO3的含量

四，硅酸盐水泥的技术要求

1，密度、堆积密度：

3

在进行混凝土配合比的设计中，一般水泥密度取3.1g/cm3,堆积密度取1300kg/m

2，细度：是指水泥颗粒的粗细程度。 （1）细度对水泥的影响：

细度直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度和水化热； 一般水泥颗粒限制在7~200um范围内。 （2）细度测定的方法：

方法一：比表面积法（适合硅酸盐水泥）

以1kg水泥所具有的总的表面积（m2/kg)表示；（一般硅酸盐水泥>300 m2/kg） 方法二：筛析法（适合其他种类水泥）

包括负压筛析法（0.045mm筛)、水筛法(0.08mm筛)和手工干筛法(0.08mm筛) 。

[思考题] 为什么水泥必须具有一定的细度？

分析： 在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。

（3）凝结时间

初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。

硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。

原因：初凝时间过早，下一道工序无充足的施工时间，终凝时间过迟，会拖延整个工程的施工工期；

水泥凝结时间的测定：凝结时间测定仪

【思考题】现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外）。

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分析 取相同质量的四种粉末，分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。放热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉；在５～３０分钟内凝结硬化并具有一定强度的为建筑石膏；在４５分钟到１２小时内凝结硬化的为白色水泥；加水后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉。

（4）体积安定性

安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

引起水泥安定性不良的原因有三个：①熟料中游离氧化镁过多；②石膏掺量过多；③熟料中游离氧化钙过多。

测试方法可以用试饼法也可用雷氏法，本书实验部分介绍了这两种方法，有争议时以雷氏法为准。

（5）强度及强度等级

水泥强度是采用软练胶砂法测定：

该方法是由按质量计的一份水泥、三份ISO标准砂，用0.5的水灰比拌制成40mm*40mm*160mm的试件，分别测定试件3d和28d的抗压强度及抗折强度，根据测定结果， 按P38 表4.2确定水泥的强度等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。R表示该水泥的早期强度。

[例题]有一组试件，用电动抗折机试验测得读数为62N、65N、80N。求此组试

件的抗折强度？ 解：

求平均值：（62+65+80）/3＝69(N)； 误差判断：69的?10%为76-62（N）；

可见这这组试件的三个读数中80N超过了这个范围，应舍去，取其中62和65的平均值63.5代表这组试件的平均值Q；

则，抗折强度为：R折＝0.00234P=0.00234350Q=0.117*63.5=7.4(MPa)

（6）碱含量

水泥中碱含量按Na2O＋0.653K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。 （7）水泥的不合格品和废品的含义：

废品：国家标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》还规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。

不合格品：凡细度、终凝时间中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。

五，水泥石的腐蚀与防止

水泥制品在一般使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些侵蚀介质（如软水、含酸或盐的水等）作用下，强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。

（1）软水腐蚀；（2）酸性腐蚀；（3）盐类腐蚀；（4）强碱的腐蚀

4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥

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