第二节 掺混合材的硅酸盐水泥
《土木工程概论》课程教学大纲
《土木工程概论》课程教学大纲（An Introduction to Civil Engineering）一、开课学院：建筑学院二、学时：18学时；学分：1学分三、适用专业：土木工程，水利水电工程四、课程的性质和任务：该课程是土木工程和水利水电工程专业一门基础课程，也是土木工程专业的必修课程，课程的对象是一年级新生，课程的任务是概括性地介绍土木工程的对象及任务和土木工程的成就，土木工程的发展趋势，使学生对土木工程有一个概念性的认识，激发学生的学习热情。
五、课程内容与基本要求：课程内容：介绍土木工程的历史、土木工程材料、基本结构形式、工程结构，公路、铁路、隧道，水利工程、市政工程的基本概念和当前发展水平，成就，标志性建筑等，以及一些基本名词的英语表达。
基本要求：了解土木工程的基本概念和相关学科，掌握一些基本的英语名词。
六、学时安排七、实验内容和要求：无。
八、作业要求：无。
九、说明：本课程要求使用多媒体教室，建议参考书为《土木工程总论》，丁大钧、蒋永生编，中国建筑工业出版社出版。
十、课程负责人：莫海鸿；教学大纲执笔人：莫海鸿《土木工程材料》课程教学大纲Materials for Civil Engineering一、开课学院：建筑学院二、学时：51学时学分：3分三、适用专业：土木工程专业、水利水电工程专业四、课程的性质与任务：本课程是土木工程专业、水利水电工程专业学生必修的一门专业基础课。
该课程的任务是使学生具有土木工程材料的基本知识和试验技能，在土木工程实践中具有正确选择与合理使用土木工程材料的基本能力，并为今后学习钢筋混凝土及砖石结构、钢木结构、房屋建筑学、新型工程材料与土木工程施工技术等有关课程提供必要的基础知识。
五、课程内容与基本要求(一)、《绪论》课程内容：了解工程材料内部结构与性能之间的关系，材料的分类及适用范围，以及材料的现状和今后的发展。
基本要求：（1）了解工程材料在国民经济建设中的作用与地位。
第10讲掺混合材水泥
（二）普通硅酸盐水泥强度要求
普通硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GBl75—1999) 强度 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 3d 28d 3d 28d 等级 32.5 11.0 32.5 2.5 5.5 32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5 42.5 16.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5 52.5 22.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 26.O 52.5 5.O 7.0
硫酸盐激发剂：二水石膏和半水石膏（必须有碱 性激发剂的条件下作用得以发挥。
二、普通硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥定义
技术要求
强度要求 技术性能和应用
（ 一）普通硅酸盐水泥定义
6%-15%混合材料
磨 细
硅酸盐水泥熟料
水硬性胶凝材料
普通水泥
P· O
适 量 石 膏
普通硅酸盐水泥是一种水硬性的胶凝材料； 混合材料的最大量≯ 15%，允许掺≯5%窑灰
3、三种水泥的区别
粉煤灰水泥
早期强度、水化热更低；
适用于大体积工程。
干缩小，抗裂性好。
粉煤灰表面致密的球形颗粒，流动性好，吸水量少。
四、 复合硅酸盐水泥
两种及以上混合材
磨 细
复合酸盐水泥 水硬性胶凝材料 P· Ｃ
硅酸盐水泥熟料
适 量 石 膏
通用水泥的主要品种之一； 混合材总掺量为15% ～ 50%； 允许≯8%的窑灰代替部分混合材。
（四）三种水泥的技术性质和应用
1、与硅酸盐水泥或普通水泥的性质及应用的差异： 性能差异：
凝结硬化速度较慢，早期强度发展慢，强度低；后期发 展较快，强度高。原因是掺混合材水泥的水化分两步进
建材ch5(水泥)
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土木工程材料
第五章
Faculty of Civil Engineering and Geosciences
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8
土木工程材料
第五章
Faculty of Civil Engineering and Geosciences
3、粉煤灰硅酸盐水泥
• 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细 制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥， 简称粉煤灰水泥，代号为P·F
• 粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%~40%
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白水泥等级
白度级别
优等品
特级
一等品
一级 二级
合格品
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二级 三级
土木工程材料
第五章
Faculty of Civil Engineering and Geosciences
标号
625 525 525 425 525 425 425 325
325 16
四.膨胀水泥 膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性
一、混合材料
• 混合材料一般为天然矿物材料或工业废料 • 根据其性能分为： • 1. 活性混合材料 • 能起化学反响，凝结硬化后具有强度 • 常用活性混合材: • 粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料和粉煤灰 • 2. 非活性混合材料〔又称为填充材料〕 • 不能与水泥起化学反响或化学作用很小，仅能起调节水泥强度、
能的水泥。
工程应用
在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面 或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、修补裂缝及管道接 头等工程。
*
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土木工程材料
第五章
Faculty of Civil Engineering and Geosciences
第11章 胶凝材料-水硬性胶凝材料 PPT课件
硅酸盐水泥的应用
常用于： • 重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程 • 要求凝结快的现场浇注的混凝土工程 • 冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程 不宜用于： • 受流动的软水和有水压作用的工程 • 受海水和矿物水作用的工程 • 大体积工程 • 耐热、耐酸工程
八、 硅酸盐水泥的储存
• 存放地点：防潮、防水 • 堆放高度：袋装一般不超过10袋 • 存放时间：
C2S
C3A
C4AF
与水反应速度 中
慢
快
中
水化热
中
低
高
中
对强度 早期 高
低
高
高
的作用
后期 高
高
低
低
耐化学侵蚀
中
良
差
优
干缩性
中
小
大
小
三、水泥的水化、凝结、硬化
• 1、水化－水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于 水中并与水发生化学反应，生成水化产物并放出 热量。 • 2、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为凝结。 • 3、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。 水泥＋水（流体）－可塑性浆体（塑性体）－ 水泥石(固体)
• 定义－水泥石在外界侵蚀性介质（软 水、含酸、含盐、含碱等）的作用下 结构受到破坏，强度降低的现象称为 水泥石的腐蚀。
• 表现形式： 体积膨胀－膨胀型腐蚀 体积收缩－溶出型腐蚀
1.软水的腐蚀
软水－重碳酸盐(HCO3)-含量比较低的水（如雨水、雪水、 内陆河水、湖水）
腐蚀机理： 氢氧化钙及其他水化物的分解、溶解，导致水泥石孔隙 增大，强度下降，以致全部溃裂
• 胶体－水化硅酸钙（C-S-H） 50％ 水化铁酸钙
水泥教学ppt课件
后得到水泥
“两磨一烧
〞
1.硅酸盐水泥熟料的烧成：
消费硅酸盐水泥熟料的原料：
石灰石：主要提供CaO;
粘土：主要提供SiO2,Al2O3, Fe2O3;
铁矿石： 是含有铁元素或铁化合物的矿石都 可以叫做铁矿石。(主要有磁铁矿Fe3O4 、赤 铁矿Fe2O3 、褐铁矿Fe2O3．H2O 、菱铁矿
教学难点
硅酸盐水泥、掺混合料的硅酸盐水泥的技术 性质及运用,各种水泥的运用。
教学内容
• 第一节 硅酸盐水泥 • 第二节 掺混合资料的硅酸盐水泥 • 第三节 公用水泥 • 第四节 特性水泥 • 第五节 水泥的运输和保管
• 水泥：是一种粉末状资料，加水拌和成塑 性浆体后，在常温下，能将散粒状资料或 块状资料胶结为整体，既能在空气中也能 在水中硬化，并且能继续坚持、开展其强 度的一种资料。
• 开展趋势： • 在水泥种类方面，将加速开展快硬、高强、
低热等特种和多用途的水泥；
• 大力开展水泥外加剂；
• 水泥的分类
硅酸盐系水泥
铝酸盐系水泥
1、按照水泥主要矿物成分
硫酸盐系水泥 硫铝酸盐系水泥
FeA1酸盐系水泥
FA1酸盐系水泥等
通用水泥：用于一般土
木工程的水泥。
硅酸盐水泥：料含量
5 % 普通硅酸水泥：混合料
★凝结－水泥加水拌和初期构成具有可塑性的 浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为 凝结。
硬化－水化、凝结之后，浆体的强度逐渐提高 并变成巩固的石状固体〔水泥石〕，这一过程 称为硬化。
1.硅酸盐水泥的水化
〔1〕水化反响式
不溶于水的凝胶体
晶体
2(3CaO·SiO2 ) + 6H2O → 3CaO·2Si02 ·3H2O + 3Ca(OH) 2
建筑材料复习-硅酸盐类水泥
建筑材料复习-硅酸盐类水泥学习指导本章学习主要围绕着由水泥的生产到最终形成水泥石这一过程来进行的。
在这一过程中主要讲述了水泥熟料的矿物组成和掺混合材的水化特性及反应对生成的水泥性质的影响，从而掌握通用水泥的特性，如何用通过水泥的技术性质来控制水泥的质量，水泥石的腐蚀及防腐。
在掌握通用水泥的基础上了解其它品种的硅酸盐水泥。
同时要求了解铝酸盐类水泥。
一、解释名词1.水硬性胶凝材料2.硅酸盐类水泥3.水泥的初凝和终凝4.体积安定性5.活性混合材 6.火山灰性7.潜在水硬性8.标准稠度需水量9.水化热10.水泥的风化11.水泥的细度12.非活性混合材13.水泥的废品及不合格品14.水泥标号富余系数。
二、填空1．通用水泥中，硅酸盐水泥为＿、＿，普通水泥为＿，矿渣水泥为＿，火山灰水泥为＿，粉煤灰水泥为＿。
2．硅酸盐水泥水泥熟料的矿物组成为＿、＿、＿、＿，简写为＿、＿、＿、＿。
3．变硅酸盐水泥的矿物组成可制得具有不同特性的水泥，提高＿含量，可制得＿，提高＿和＿，可制得快硬水泥，降低＿和＿的含量，提＿的含量，可制得中、低热水泥；提高＿含量降低＿含量可制得道路水泥；降低＿含量可制得白水泥。
4．在硅酸盐水泥矿物组成中，水化放热量最大且最快，为＿，其次＿，＿水化放热量最小，最慢的为＿。
对前期强度起决定性影响的为＿。
对后期强度提高有较大影响的为＿。
5．石膏在硅酸盐水泥中起到＿的作用，在矿渣水起到＿和＿的作用。
6．常用的活性混合材为＿、＿、＿，活性混合材料的主要化学成分是＿和＿，这些活性成分能与引起水泥腐蚀的水化产物＿反应，生成＿和＿而参与水泥凝结硬化。
7．在水泥矿物组成中反应速度最快的为＿，其次为＿，最慢的为＿。
8．水泥矿物组成与水化反应后，生成的主要水化产物有＿凝胶、＿凝胶、＿晶体、＿晶体、＿晶体，其中＿约占70％，＿约占20％。
9．在火山灰水泥生产加人石膏，生成钙矾石晶体，它不仅在水泥初期起到一定作用，而且会起＿的作用。
掺混合材的水泥
活性混合材常用的激发剂
➢碱性激发剂：硅酸盐水泥熟料和石灰 ➢硫酸盐激发剂：各类天然石膏或以CaSO4为
主要成分的化工副产品，如氟石膏、磷石 膏等。
非活性混合材是指活性指标达不到活性混合材 要求的矿渣、火山灰材料、粉煤灰以及石灰石 、砂岩、生页岩等材料。
➢ 对水泥性能无害； ➢ 有些非活性混合材不仅仅起填充作用，可与水
掺混合材的水泥
8.1 混合材料的分类
按照它的性质分为活性和非活性两大类 凡是天然的或人工的矿物质材料，磨成细粉，
加水后本身不硬化(或有潜在水硬活性)，但与激 发剂混合并加水拌和后，不但能在空气中而且能 在水中继续硬化者，称为活性混合材料.
按照成分和特性的不同，活性混合材料可分为三 大类：（1）各种工业炉渣(粒化高炉矿渣、钢渣、 化铁炉渣、磷渣等) （2）火山灰质混合材料（3） 粉煤灰
化中学前组三成者：占含 90有％S以i上O2、。A另l2外03还、含Ca有O、少M量gO的等M氧gO化、物Fe，O和其 一些硫化物，如CaS、MnS、FeS等。在个别情况下，还 可能含有TiO2、P205和氟化物等。
矿（硅（物 酸C2aC组一OaO成 钙·A·：(lCM2铝OagO3O方···柱2S2SSi石iOOiO2（2)2），2）C、M、ag硅OO镁含酸·橄A量二l榄2多O钙石时3（·（还S2i有2OCM2a镁）OgO方、··柱S钙SiO石i长O2 2）石）、
➢掺30％粉煤灰的水泥3个月抗压强度增进率才相当硅 酸盐水泥28d的增进率，也说明粉煤灰活性此时才明显 地发挥出来 。
水泥抗压强度增进率/%
水泥
28天 3月
6月 1年
硅酸盐水泥 88.8
98.2
99.3 100
掺30%粉煤灰 63.4
土木工程材料——水泥
第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 4.铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸 钙凝胶.
4CaO· Al2O3· Fe2O3+H2O 3CaO· Al2O3· 6H2O+CaO· Fe2O3· H2O
该水化反应的速度和水化放热量均属中等。
水泥熟料水化后的主要水化产物有：
水化硅酸钙(70%)
（含量＞90％） • 火山灰质混合材料：活性SiO2和活性Al2O3 • 粉煤灰：SiO2和Al2O3（含量＞60％）
（2）非活性混合材料
非活性：不能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应。
• 品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等
• 掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热
活性混合材 水淬矿渣
粉煤灰 干排粉煤灰（电收尘器） 湿排粉煤灰
通用硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和 混合材料三部分组成。 （一）硅酸盐水泥熟料 以适当成分的生料煅烧至aO
3CaO· SiO2
生料
800℃左右 分解反应
SiO2
800～1450℃ 化合反应
2CaO· SiO2
Al2O3
Fe2O
掺量：
取决于 C3A ，一般 3 ～ 5 ％；过多起不到调整
凝结作用，过多易引起体积安定性不良。
（三）混合材料
作用：
①改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）；
②调节水泥标号；
③提高水泥产量（节约水泥原料）
按性能不同 （1）活性混合材料 活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化 合物
• 粒化高炉矿渣：CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3
当时英国建造 灯塔的材料有两种： 木材和“罗马砂 浆”。
为解决航运安全问题，寻找抗海水侵蚀材料和 建造耐久的灯塔成为18世纪50年代英国经济发展中 的当务之急。
第四章 水泥
一、水泥的品种：
硅酸盐水泥（P） 普通硅酸盐水泥（P·O）
掺混合材的硅酸盐水泥（ P·S, P·P, P·F ）
特性硅酸盐水泥 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Portland Cement)。 又根据混合料的掺量分为 P· Ⅰ和P· Ⅱ两类。
C4AF 快 中 小 低 低
抗硫酸盐腐蚀性
中
最好
差
好
在水泥中的相对含量改变时，水泥的技术性
质也随之改变。
2. 石膏的加入 为调节水泥的凝结速度，需掺入适量的石膏，因 此石膏也称作水泥的缓凝剂。水泥中石膏掺量主要
决定于 C A 的含量，也与混合材料的种类和数量有关
3
若不掺石膏或石膏掺量不足时，水泥会发生 瞬凝现象。这是由于铝酸三钙在溶液中电离出 （Al3+），它与硅酸钙凝胶的电荷相反，促使 胶体凝聚。加入石膏后，会使水泥颗粒表面上 形成保护膜，阻碍水化延缓了水泥的凝结。当 掺量超过一定的范围时，还会在后期引起水泥 石的膨胀而开裂破坏。
七. 硅酸盐水泥的腐蚀与及防治方法 （1）水泥石的腐蚀类型 淡水侵蚀（溶析性侵蚀） 盐类侵蚀 酸类侵蚀 碱类侵蚀 （2）水泥石腐蚀的原因 外因：腐蚀介质种类及浓度、水压、流 速水位、水温、干湿交替 内因：水泥石不密实，腐蚀物渗入
水泥石受硫酸盐（盐类） 侵蚀后，内部形成膨胀性 结晶产物
水泥石受硫酸盐侵蚀后，因 膨胀性结晶产物引起的开裂
养护条件： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾 室或养护箱中24h，然后脱模； 龄 期：
3d和28d；
强度等级划分
根据水泥胶砂的3天和28天强度测试结果划分的级别称为
水泥混合材料的分类
5.5
3.5
5.5
3.5
6.5
4.0
6.5
4.0
7.0
5.0
7.0
生产: 与P·Ⅱ同
性能：
1、凝结硬化较快，早强较 高；
2、抗冻性较好； 3、水化热偏高； 4、耐酸、碱、硫酸盐类化 学侵蚀差。
用途 1、配制较高标号混凝土； 2、无腐蚀性水中的受冻工程；3、 在低温条件下需要强度发展较快 的工程； 4、一般地上工程和不受侵蚀的 地下工程。
1、地下、水中和海水中工程，以及经 常受高水压的工程； 2、大体积混凝土工程； 3、蒸汽养护的工程； 4、一般地上工程。 5.受热车间（200℃以下） 不适：早强、低温、冻融
提高矿渣水泥质量的主要途径
1、选择适当的熟料的矿物组成表
10.16
2、控制矿渣的质量和加入量表10.17 3、提高水泥的粉磨细度表10.18 4、增加石膏的加入量。
水泥胶砂28d抗 压强度比
大于和等于75 ％的为活性混 合材料；
小于75％的为 非活性混合材 料。
§10-2 普通硅酸盐水泥
定义：凡由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混
合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材 料。
掺活性混合材料时：最大15%，其中允 许用≤5%的窑灰或≤10%的非活性混合材 料来代替。
硬化：早期慢，后期增进（矿渣活性的激发） 湿热
性
能 256图10.3
1、对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较好；
2、耐热性较好；
3、水化热较低；
4、在蒸汽养护中强度发展较快；
5、在潮湿环境中后期强度增进率较大；
6、早强较低，凝结较慢，在低温环境下尤甚；
7、抗冻性较差；
8、干缩性较大，有泌水现象。