1、道路建筑材料道路建筑材料 第四章第四章 水泥與石灰水泥與石灰主要內容主要內容硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥4.1石灰石灰4.232.1.1 水泥的基本概念水泥的基本概念2.1.2 硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分2.1.3 硅酸鹽水泥的技術性質與技術標準硅酸鹽水泥的技術性質與技術標準第一節第一節 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥2.1.1 2.1.1 水泥的基本概念水泥的基本概念（P145/P161P145/P161）水泥是重要的建筑材料之一，發展歷史悠久1824年，英國人Aspdin發明了波特蘭水泥，并獲得專利權，在水泥發展史上具有里程碑意義自此膠凝材料進入了一個嶄新的發展時代廣泛用于公路

2、工程及其構造物主要用于砂、石材料的膠結或混凝土的生產水泥的水硬性水泥與水混合后，經過一系列的物理化學作用，由可塑性漿體變成堅硬的石狀體。既可以在空氣中硬化，也可以在水中硬化。所以水泥材料既可以用在地上工程，也可以用在地下工程。硅酸鹽水泥定義：硅酸鹽水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高爐礦渣（混合材料）、適量石膏共同磨細得到的一種水硬性膠凝材料。 不摻加混合料的稱為不摻加混合料的稱為型硅酸鹽水泥，型硅酸鹽水泥，P ; 摻加不超過摻加不超過5%水泥質量的水泥質量的混合料的稱為混合料的稱為型硅酸型硅酸鹽水泥，鹽水泥，P ;普通硅酸鹽水泥定義：硅酸鹽水泥熟料、6%-15%混合材料、適量石膏共同磨細得到的

3、一種水硬性膠凝材料，代號PO。2.1.1 2.1.1 水泥定義及分類水泥定義及分類（1）水泥原料與生料化學組成）水泥原料與生料化學組成 原原 料：料：石灰質原料石灰質原料 提供提供CaO-(C) （63-67%） 粘土質原料粘土質原料 提供提供SiO2 -(S) （21-24%） Al2O3 -(A) （4-7%） Fe2O3-(F) （2-4%） 生料生料配制：配制：確定比例、確定比例、 磨細混合（干法及濕法）磨細混合（干法及濕法） 生料：各種原料按適當比例配合，在磨機上磨細。生料：各種原料按適當比例配合，在磨機上磨細。 干法：原料先烘干后磨細；干法：原料先烘干后磨細； 濕法：原料加水后在磨

4、機中磨成生料漿；濕法：原料加水后在磨機中磨成生料漿； 水泥生產工藝：水泥生產工藝：“兩磨一燒兩磨一燒”2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分（硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分（P145/P164P145/P164）（2）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及化學成分礦礦 物物 組組 成成化化 學學 組組 成成常常 用用 縮縮 寫寫大大 致致 含含 量（量（%）硅酸三鈣硅酸三鈣3CaOSiO2C3S3565硅酸二鈣硅酸二鈣2CaOSiO2C2S1040鋁酸三鈣鋁酸三鈣3CaOAl2O3C3A015鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3C4AF

5、5152.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分 石灰石石灰石 磨細磨細 1450 粘粘 土土 生料生料熟料熟料 鐵礦粉鐵礦粉 石膏石膏 磨細磨細水泥成品水泥成品硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成的特點硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成的特點礦物組成主 要 特 點C3S硅酸鹽水泥中最主要的礦物成分，對硅酸鹽水泥性質有重要影響。遇水反應速度較快，水化熱高，水化產物對水泥早期和后期強度起主要作用C2S硅酸鹽水泥中的主要礦物成分，遇水反應速度較慢，水化熱很低，水化產物對水泥早期強度貢獻較小，但對水泥后期強度起重要作用，耐化學侵蝕性和干縮性較好C3A含量通常在15以下，是四種主要礦物

6、組成中遇水反應速度最快，水化熱最高的組分。它的含量決定水泥的凝結速度和釋熱量，它與為調節水泥凝結速度而摻入的石膏形成的水化產物對水泥早期強度起一定作用。耐化學侵蝕性差，干縮性大C4AF含量5-10%，遇水反應較快，水化熱較高。強度較低，但對水泥抗折強度起重要作用。耐磨性、耐化學侵蝕性好，干縮性小（2）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分（2）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分 水化程度：水化程度：C3AC3SC4A

7、FC2S 水化熱：水化熱：C3AC3SC4AFC2S 強度強度 早期強度：早期強度：C3SC3AC4AFC2S 后期強度：后期強度：C3SC2SC3AC4AF硅酸鹽水泥的強度主要來自硅酸鹽水泥的強度主要來自C3S、C2S，因此取名為硅酸鹽水泥因此取名為硅酸鹽水泥（2）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分 干縮性：干縮性：C3AC3SC4AFC2S 耐化學腐蝕性：耐化學腐蝕性： C4AF C3SC2S C3A礦物組成硅酸三鈣（C3S）硅酸二鈣（C2S）鋁酸三鈣（C3A）鐵鋁酸四鈣（C4AF）與水反應速度中慢

8、快中水化熱中低高中對強度的作用早期良差良良后期良優中中耐化學侵蝕性中良差優干縮性中小大小 各組分比例不同，水泥技術性質發生相應變化，可根據工程需要，改變組分可制備不同性能的水泥。硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成的特點硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成的特點（2）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的礦物組成2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分性能指標性能指標指標在使用上的意義指標在使用上的意義氧化鎂氧化鎂容易引起體積膨脹，水泥容易引起體積膨脹，水泥安定性不良安定性不良的重要誘因，的重要誘因， 5.0%三氧化硫三氧化硫容易引起體積膨脹，水泥容易引起體積膨脹，水泥安定性

9、不良安定性不良的重要誘因，的重要誘因， 3.5%堿堿（Na2O+K2O）容易產生堿容易產生堿集料反應，含堿量集料反應，含堿量 0.6%2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分（3）水泥中的有害成分及其危害水泥中的有害成分及其危害硅酸鹽水泥是一種多種礦物的聚集體硅酸鹽水泥是一種多種礦物的聚集體顯微鏡下觀察到的水泥熟料拋光薄片顯微鏡下觀察到的水泥熟料拋光薄片（4）熟料礦物結構）熟料礦物結構2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分C3S-為光亮的棱角形晶體；C2S-為深色倒圓角的晶體；C3A-一般呈不規則的微晶體，如點滴狀、矩形

10、或柱狀，由于反光能力弱，在反光鏡下呈暗灰色，常稱為黑色中間相；C4AF-呈棱柱狀或圓粒狀，反光能力強，在反光鏡下呈亮白色，稱為白色中間相。 （4）熟料礦物結構）熟料礦物結構2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分C3S結構特征 C3S稱為阿利特或A礦，其晶體斷面為六角形和棱柱形（4）熟料礦物結構）熟料礦物結構2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分 具有熱力學不穩定性； 結構中的鈣離子具有較高活性； C3S結構中進入了Al3與Mg2離子并形成固溶體，固溶程度越高，活性越大； 結構中存在大尺寸的“空穴”，使其具有較大的水化速

11、度。 C2S結構特征 C2S稱為貝利特或B礦，C2S以-C2S的形式存在 -C2S結構具有熱力學不穩定性； -C2S結構中的鈣離子具有較高活性； -C2S結構中，雜質和穩定劑的存在提高了其結構活性； -C2S結構中沒有大的“空穴”，水化速度較慢。C3A結構特征 C3A在9001100開始形成，11001200時大量生成，且只有當化學成分Al2O3和Fe2O3的重量比大于0.64時才能形成。（4）熟料礦物結構）熟料礦物結構2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分 結構中的鋁離子、鈣離子具有較高活性； 結構中存在較大的“空穴”，水化速度快。C4AF結構特征C4A

12、F稱為才利特或C礦。在透射光下，呈黃褐色或褐色的晶體，有很高的折射率。 高溫時形成一種固溶體，在鋁原子取代鐵原子時引起晶格穩定性降低。玻璃體水泥熟料中的重要組成部分。組成不固定，主要成分有Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量的MgO，是熟料燒紙部分熔融時部分液相冷卻時來不及結晶的結果，具有熱力學不穩定性。游離CaO及 MgO 指未與其他礦物結合的以游離狀態存在的CaO、 MgO 。 形成原因：配料不當、煅燒不良。 作用及危害：少量的MgO，有利于熟料形成；MgO過量，可引起安定性不良。（4）熟料礦物結構）熟料礦物結構2.1.22.1.2硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分硅酸鹽水泥礦物組成及化學成分

13、細度：水泥顆粒的粗細程度p細度對水泥性能的影響水化硬化速度（細度 ，水化 ）需水量（細度 ，需水量 ）和易性（細度 ，和易性 ）強度（細度 ，強度發展 ）研究指出：水泥顆粒d75m，水化不完全（1）物理性質）物理性質 2.1.32.1.3硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準（P151/P172P151/P172）p太細存在的問題不經濟，磨機產量需水量保管困難收縮大，容易開裂，抗凍性活性細度：水泥顆粒的粗細程度（1）物理性質）物理性質 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準篩析法有爭議時，以負壓篩為準負壓篩分儀負壓篩分儀細度測試方法細度測試方法方

14、法一：篩析法細度測試方法細度測試方法篩析法方法原理：采用45m方孔標準篩和80m方孔標準篩對水泥試樣進行篩析試驗，用篩網上所得篩余物的質量百分數來表示水泥樣品的細度；負壓篩析法：用負壓篩析儀，通過負壓源產生的恒定氣流，在規定篩析時間內使試驗篩內的水泥達到篩分。水篩法：將試驗篩放在水篩座上，用規定壓力的水流，在規定時間內使試驗篩內的水泥達到篩分。手工篩析法：將試驗篩放在接料盤（底盤）上，用手工按照規定的拍打速度和轉動角度，對水泥進行篩析試驗。比表面積儀比表面積儀GB規定：p硅酸鹽水泥細度，比表面積300m2/kgp其他四大水泥，80m篩上篩余90%不能振動不能振動貫入孔間距貫入孔間距1cm距孔壁

15、距孔壁1cm1cmp影響凝結時間的因素水泥品種水泥漿體含水量凝結時間凝結時間（1）物理性質）物理性質 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準GB規定：硅酸鹽水泥 初凝時間45min 終凝時間45min 終凝時間5mm，不合格（1）物理性質）物理性質 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準測定方法有雷氏夾法和試餅法測試方法測試方法標準凈漿制成標準凈漿制成6個試餅個試餅濕養濕養24h放入蒸煮箱放入蒸煮箱30min恒沸恒沸3h觀察觀察試餅法裂縫裂縫彎曲彎曲碎斷碎斷（1）物理性質）物理性質 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標

16、準硅酸鹽水泥的技術性質與標準強度是 的重要依據評價水泥質量確定水泥標號砼配合比設計強度測定可將水泥制成凈漿 （不能反映對砂石的膠結力）砂漿 （國際通用）砼 （砂石難以統一，復雜性）GB規定：采用ISO法評定水泥的強度等級 ISO標準砂：由德國標準砂公司制備的SiO2含量不低于98%的天然的圓形硅質砂組成，濕含量小于0.2%。 中國 ISO標準砂：完全符合ISO標準砂顆粒分布和濕含量規定。可單級分包裝，也可混合包裝。（1）強度）強度 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準L水泥膠砂強度檢驗方法（ISO ）測試方法測試方法Ffhb 水泥:砂=1: 3 W/C=0.

17、5 小梁4416cm 標養至規定齡期(3d,28d) 50N/s10N/s31.5ffF LRb三分點小梁抗折強度Rf （1）強度）強度 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準抗壓強度Rc取斷塊進行抗壓強度試驗測試方法測試方法Fc 斷塊 2400N/s200N/sccFRA（1）強度）強度 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準水泥型號：普通型和早強型(R)R型，型，3d Rc提高提高1024%，達同等普通型的，達同等普通型的50%路面盡量選用路面盡量選用R型，減小養護，提早通車型，減小養護，提早通車強度等級：按規定齡期的Rc

18、和Rf劃分，按28d Rc命名3個強度等級個強度等級六種類型六種類型42.552.562.542.5R52.5R62.5R（2）強度）強度 2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的強度指標要求強度等級強度等級抗壓強度（抗壓強度（MPa）/不低于不低于抗折強度（抗折強度（MPa）/不低于不低于3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0（2）強度）強度 2.

19、3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準（3）技術標準）技術標準2.3.42.3.4硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥的技術性質與標準硅酸鹽水泥技術標準技術技術性能性能細度細度比表面積比表面積(m2/kg)凝結時間凝結時間(min)安定性安定性沸煮法沸煮法不溶物不溶物不大于不大于/%MgO/%不大于不大于SO3/%不大于不大于燒失量燒失量不大于不大于/%堿含量堿含量Na2O+0.658K2O /%初凝初凝終凝終凝I型型II型型I型型II型型指標指標30045390必須必須合格合格0.751.505.03.53.03.50.60GB 175-2007規定：p 凡氧化

20、鎂、燒失量、不溶物、三氧化硫、凝結時間、安定凡氧化鎂、燒失量、不溶物、三氧化硫、凝結時間、安定性和強度任一指標不符合要求，即為不合格性和強度任一指標不符合要求，即為不合格p 不合格水泥嚴禁在工程中使用。不合格水泥嚴禁在工程中使用。402.2.1 原料及組成原料及組成2.2.2 水化及強度形成機理水化及強度形成機理2.2.3 技術性質及標準技術性質及標準第二節第二節 石灰石灰P164/P182（1）石灰原材料及燒制）石灰原材料及燒制用于燒制石灰的原料是富含碳酸鈣的一類物質，如石灰石、白云石等。加工成一定規格的原料在石灰窯中高溫加熱，通過化學反應，燒制成生石灰，其中的化學反應式可表示為：燒制過程中

21、，由于石灰窯爐溫偏差或波動，造成窯內溫度過高過溫度偏低，溫度過高時燒成過燒石灰，而偏低則燒成欠火石灰.2.2.1 2.2.1 原料及組成原料及組成CaCO3 CaO+CO2石灰石石灰石白云石白云石貝殼貝殼石灰產品種類有： 塊狀生石灰 生石灰粉 熟石灰粉由于石灰僅能夠在空氣中在水的參與下凝結硬化，而不能在水中硬化，所以稱石灰為氣硬性膠凝材料.2.2.1 2.2.1 石灰產品石灰產品生石灰塊生石灰塊生石灰粉生石灰粉消石灰粉消石灰粉石灰加水，通過水化反應由生石灰轉化為熟石灰，這一過程稱為石灰的消化。該過程用化學式可表示為： 由于過燒石灰在日后的凝結硬化滯后帶來的消極影響，消化后的石灰往往要“陳伏”一

22、段時間，用于消除過燒石灰造成的危害，陳伏時間通常大約為15d左后.石灰的消解石灰的消解2.2.2 2.2.2 石灰的水化及強度形成機理石灰的水化及強度形成機理CaO +H2O Ca(OH) 2+石灰的硬化石灰的干燥結晶硬化：隨著石灰中水分的蒸發損失，石灰逐漸形成結晶體，晶體狀石灰的水溶性明顯降低，形成晶體硬化。 石灰的碳酸化：石灰在水的參與下，與空氣中的CO2作用，形成碳酸鈣。新的產物具有顯著的水不溶性，起著膠凝和硬化的作用。2.2.2 2.2.2 石灰的水化及強度形成機理石灰的水化及強度形成機理Ca(OH)2 +nH2O Ca(OH)nH2OCa(OH)2 +H2O + CO2 CaCO3 +( n-1)H2O2.2.3 2.2.3 石灰的技術性質及其標準石灰的技術性質及其標準殘殘渣渣量量細細度度含含水水量量有有效效鈣鈣鎂鎂含含量量二二氧氧化化碳碳含含量量 物理性質物理性質 化學性質化學性質 石灰主要技術性質石灰主要技術性質 2.2.3 2.2.3 石灰的技術性質及其標準石灰的技術性質及其標準石灰發揮無機膠凝效果取決于石灰中的有氧化鈣