《道路建筑材料》
第二章 无机结合料
主要内容
2.1 石灰 2.2 粉煤灰 2.3 水泥
主要内容
石灰、水泥：
原材料丰富、成本低（就地取材） 耐久性好 粘结其他材料的能力强
无机结合料：气硬性
水硬性
4
第一节 石灰
2.1.1 原料及组成 2.1.2 水化及强度形成机理 2.1.3 技术性质及标准
2.1.1 原料及组成
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫酸盐水泥
按技术特性，可分为：
快硬水泥 低热水泥 耐高温水泥
• 激发粉煤灰活性最简单的化学方法是与石灰拌合使用，但石灰 效果有限。更加有效的手段是采用化学外加剂，常用外加剂碳 酸钠、无水硫酸钠.
2.2.3 粉煤灰活性及其激发
抗压强度（MPa） 抗压强度（MPa）
下图为利用碱性外加剂碳酸钠、无水硫酸钠.激
发粉煤灰活性的例子。
4 灞桥粉煤灰 开封粉煤灰
3 新乡粉煤灰 2
（1）石灰原材料及烧制
• 用于烧制石灰的原料是富含碳酸钙的一类物质，如石灰石、 白云石等。（属于哪类岩石？）
• 加工成一定规格的原料在石灰窑中高温加热，通过化学反应 ，烧制成生石灰，其中的化学反应式可表示为：
Ca石C灰O石3
CaO+CO2
贝壳
• 烧制过程中，由于石灰窑炉温偏差或波动，造成窑内温度过
高过温度偏低，温度过高时烧成过烧石灰，而偏低则烧成欠
• 采用石灰、水泥或综合方式对粉煤灰进行稳定加固， 作为路面基层或底基层材料使用。道路基层或底基层 中应用粉煤灰是提高道路性能和减轻粉煤灰环境负担 的一个非常有效的技术方法。通常粉煤灰以石灰粉煤 灰土或石灰粉煤灰碎石形式作为路面基层材料，其中 粉煤灰最大掺量可达整个基层材料的50~60%；
• 用于填筑路堤，大大降低道路结构自重，提高路基稳 定性.
火力发电厂
静电法干排灰
湿排灰
2.2.1 粉煤灰组成及分类
• 粉煤灰化学组成 除未燃尽的碳之外，其主要成分是SiO2、Al2O3，以及一定量的
Fe203，以及少量CaO、MgO 和SO3 等，其中SiO2、Al2O3和Fe203 总量通常超过80%； • 粉煤灰矿物组成
70%以上属铝硅玻璃体，是粉煤灰活性物质的主要来源。 碳不利用粉煤灰的利用 • 粉煤灰的形态 粉煤灰颗粒存在一些空心球体，是粉煤灰中一些性能比较活跃的部分 。粉煤灰粒径通常约为1～100μm，通常在20μm以下，具有极高的 比表面积，约为300～500m2/kg.
生成的产物是水硬性胶凝物质，相应显微图如下：
2.2.3 粉煤灰活性及其激发
• 提高粉煤灰活性也就是提高粉煤灰参与化学反应能力的方法可 以是物理方法，也可以是化学方法。这些方法的核心： —— 一是充分发挥出粉煤灰已有的活性潜力，比如加大粉煤 灰的细度，通过磨细过程，粉碎粗大多孔的玻璃体，解除玻璃 体颗粒的粘连，使粉煤灰颗粒表面可溶物数量增加，提高参与 反应能力； —— 二是通过化学方法，改变粉煤灰玻璃体结构，使阻碍粉 煤灰活性的高聚合度发生解聚，降为聚合度较低的低聚合度玻 璃体结构，因而从根本上改变粉煤灰原有性能；
化学性质
细 度
含
有
二
水 量
效
氧
残
钙
化
渣
镁
碳
量
含
含
量
量
2.1.3 石灰的技术性质及其Fra bibliotek准• 石灰发挥无机胶凝效果取决于石灰中的有 氧化钙和有效氧化镁，这类氧化物含量越 高，石灰的质量越好；
• 石灰中钙和镁物质并非都具有胶凝功能， 只有那些游离的（独立存在的）氧化钙和 氧化镁才能发挥这样的作用，所以称之为 有效钙镁；
个主影要响原因因素.：燃烧充分，煤粉，
Ca增加，抗压强度增加
2.2.2 粉煤灰技术性质及要求
技术要求——不同应用领域采用不同标准
• 用于水泥混凝土粉煤灰，根据各指标的高低不同，将粉煤灰 分成三个等级，I级灰的质量最好。主要技术标准包括： 0.045mm筛余量、需水量比、烧失量、含水率、SO3和游 离CaO含量，以及安定性等；
定义：硅酸盐熟料、适量石膏及少量混合材共同
磨细得到的一种水硬性胶凝材料
不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持 并继续增长其强度
分类：按性能和用途不同，可分为： 通用水泥（大量用于一般土木工程） 专用水泥（专门用途） 特种水泥（性能突出）
2.3.1 水泥定义及分类
分类：按矿物组成，可分为：
＜12
＜5
II级灰 III级灰
＜20 ＜45
＜8 ＜15
• 美国CaO——C类F类
2.2.2 粉煤灰技术性质及要求
粉煤灰技术性质
粒度
密度
击实 特性
抗压 强度
含水 率
烧失 量
需水 量比
对于湿排灰，其含水率会有很大的变化 ，应用时要加以控制。如粉道煤路灰工的程相控对制密由度于大粉约煤在灰1持.9水~2性.6较之大间，所比以相粉同煤成灰分击的实矿过程中接近最 在大约粉9煤50灰℃含上水下率粉，不煤粉应灰煤超细灰过度会3越产物5%高生要粉.，一轻煤其定一灰可数些和利量。水用的密大的的质度干混机量的密合会损大度物越失小时达大，与，到。其含某通玻水一常璃量流根体会动据含有度不量一的同和个空较心明球显体的数变化。粉煤灰最 称 多 量之 少 越为 。 高烧所，失以工量烧程，失实由，比该量际于但土排0.量越应粉当要0放7取高用煤采高4方-决，时灰用许2式m于表需颗一多，m粉 明 要粒 定 ，其的量 灰煤 粉 对间 的 这粒颗多 的灰 煤 该情 越的 加 是度粒少 密中 灰 量况 小粘 固 粉会约相 度未 中 加下 ，聚 稳 煤有占关 就燃 有 以所 相性 定 灰一4， 高0尽 害 限需 应很 措 能些%玻 。大 点 大的 成 制的 的低 施 在差，璃 粉干 密 的碳 分用 工.， 后 土异干体 煤密 切 减的 碳水 程自 ， 木，湿含 灰度 相 轻量 利数 的身 其 工但排量 密比 关， 用量 数的 形 程基灰高 度一 。粉 价抗 成 大本区， 越般 所煤 值压 的 量状别空 大的 以灰 就强 抗 应态不心 ，土 用的 越度 压 用是大球 则明 粉需 高很 强 的，；其体显 煤水.低 度 一质比偏灰量量例小填相低，筑对，这路越则与基好粉等粉；煤构煤造灰物自自身重颗有粒较特
品种
氧化镁含量(%) 类别
钙质石灰 镁质石灰
生石灰
≤5 ＞5
生石灰粉
≤5 ＞5
消石灰粉 ＜4 ≥4
• 由于钙质石灰性能优于镁质石灰，应用时优先考虑钙质石 灰。
• 石灰在道路工程中的主要用途是用来稳定土、砂石及工业 废渣（如粉煤灰、煤矸石）等材料，铺筑道路基层和底基 层，即所谓的半刚性基层.
2.1.3 石灰的技术性质及其标准
课堂讨论
• 石灰久臵会带来什么问题？ • 粉煤灰是否属于所谓（无机）胶凝材料？
第三节 水泥
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2.3.1 水泥定义及分类 2.3.2 硅酸盐水泥矿物组成及化学成分 2.3.3 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 2.3.4 硅酸盐水泥的技术性质与技术标准 2.3.5 硅酸盐水泥的腐蚀与防止 2.3.6其他水泥
火石灰. （各自危害）
白云石
2.1.1 石灰产品
• 石灰产品种类有： ——块状生石灰 ——生石灰粉 ——熟石灰粉
生石灰块 消生石石灰灰粉粉
• 由于石灰仅能够在空气中在水的参与下凝结 硬化，而不能在水中硬化，所以称石灰为气 硬性胶凝材料.
2.1.2 石灰的水化及强度形成机理
• 石灰加水，通过水化反应由生石灰转化为熟石灰， 这一过程称为石灰的消化。该过程用化学式可表示 为：
2.2.3 粉煤灰活性及其激发
• 粉煤灰活性反应
粉煤灰活性是指在碱性条件下，粉煤灰可以发生一系列化学反应，包 括离子交换反应、碳酸化反应以及火山灰反应等。其中作用效果最显 著的是粉煤灰中氧化硅和氧化铝与石灰的火山灰反应，其化学反应式 可表示为：
SiO2 + xCa(OH)2 + (n-x)H2O = xCaO〃SiO2〃nH2O Al2O3 + xCa(OH)2 + (n-x)H2O = xCaO〃Al2O3〃nH2O
• 粉煤灰用于道路基层，技术要求包括：SiO2、Al2O3和 Fe2O3含量不低于70%、烧失量不大于20%、比表面积大于 2500cm2/g.
2.2.3 粉煤灰活性及其激发
• 特别关注活性 • 活性定义：
粉煤灰活性是指在碱性条件下，粉煤灰可以与水发生化学反应，生成 水硬性胶凝物质的性质； • 影响粉煤灰的活性因素 影响粉煤灰活性因素众多， • 外因有粉煤灰的排放的热历史、粉煤灰存放条件等； • 内因有粉煤灰中有效氧化物含量，更重要的是粉煤灰中玻璃体结构特 点。通常粉煤灰玻璃体大多以一种稳定的多聚体结构存在，其活性程 度不高，需要在一定条件下才能得以释放，显示其活性效果. • 活性评价方法 目前还没有一种能够全面评价粉煤灰活性方法，大多是从一个侧面说 明其活性。其中包括：石灰吸收法、水泥强度比较法等.
酸碱中和反应 酚酞指示剂
反应后溶液
结果计算
石灰有效含量（CaO）% = N V 0.028100% W
式中：N——盐酸当量浓度； V——滴定终点盐酸消耗量（ml）; W——测 定时所用石灰质量（g）; 0.028——氧化钙毫克当量.
2.1.3 石灰的技术性质及其标准
• 石灰的技术标准是根据石灰属钙质和镁质石灰两种类型加 以制定；
CaO +H2O
Ca(OH) 2+△
• 由于过烧石灰在日后的凝结硬化滞后带来的消极影
响，消化后的石灰往往要“陈伏”一段时间，用于
消除过烧石灰造成的危害，陈伏时间通常大约为
15d左右.
石灰的消解
2.1.2 石灰的水化及强度形成机理
石灰的硬化