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1、无机气硬性胶凝材料pptConvertor第三章 无机胶凝材料 一胶凝材料的定义 在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质，称为胶凝材料。又称胶结料 胶凝材料的定义和分类第一节 概述二、分类 胶凝材料气硬性胶凝材料：有机胶凝材料：沥青、胶水、合成树脂等水硬性胶凝材料：水泥石灰石膏水玻璃 *镁质胶凝材料无机胶凝材料第二节气硬性胶凝材料一石灰 生石灰和熟石灰的统称。（一）石灰的生产与分类过火石灰：由于块体过大、温度过高、煅烧时间过长，而生成的颜色较深、结构致密的石灰称过火石灰。欠火石灰：由于块体小、温度过低、煅烧时间不足，而使得CaCO3不

2、能完全分解，生成欠火石灰。石灰分类1、按MgO含量大小分白云石质石灰 24% MgO 30%镁质石灰 5%MgO24%钙质石灰 MgO5%2按加工方法不同分 生石灰熟石灰块状石灰粉状石灰：块状石灰磨细而成消石灰粉：生石灰经适量水消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2石灰膏:块状石灰用过量水消化，或将消石灰粉和水拌和，所得具一定稠度的膏状物。（二）石灰的水化熟化与硬化1石灰的熟化反应特点：反应可逆，超过547逆向进行保持反应温度不要太高水化热大，水化速度大注意安全水化过程体积增大1.5-2倍有利、有蔽石灰陈伏： 由于过火石灰的存在，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬的石灰体

3、的隆起鼓包和开裂，为了消除过火石灰的危害，将石灰浆置于消化池内23周，即陈伏。陈伏期间，石灰浆表面保持一层水，以隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。AB石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下：CaCO3 CaO(生石灰)+CO2 在煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将会生成“欠火石灰”。如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在

4、贮存池中放置21天以上，称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。 2石灰的硬化 两个作用： 1）碳化作用： 2）干燥硬化： Ca(OH)2晶体析出 硬化特点： 非常缓慢（三）石灰的技术要求和技术指标1、石灰的技术要求1）有效氧化钙和氧化镁的含量2）生

5、石灰产浆量3）二氧化碳的含量4）消石灰粉游离含水量5）细度2、石灰的技术指标1）建筑生石灰、建筑生石灰粉2）建筑熟石灰粉（四）石灰的技术性质1、石灰的性质1）可塑性好2）凝结硬化快、强度低3）硬化时体积收缩大4）耐水性差5）细度：筛余率2、石灰的应用3、石灰的储存（五）建筑石灰的特性1、优点 1可塑性、保水性好 2价廉2、缺点 1硬化慢 2强度低 3耐水性差 4硬化时体积收缩大 （六）石灰的应用及应用注意事项1、应用 1、制作石灰乳涂料 2、配制石灰砂浆 3、配制石灰土和三合土 4、生产硅酸盐制品 5、制造静态膨胀剂和膨胀剂2、注意事项二、石膏 石膏：以CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料 建

6、筑石膏：将半水石膏CaSO40.5 H2O磨细而成。 （一）石膏的原材料、生产、及品种1、石膏的原材料2、石膏的生产及品种（二）建筑石膏的凝结与硬化（三）建筑石膏的技术要求（四）建筑石膏的性质、应用及储存1、建筑石膏的性质（重点）1）凝结硬化快2）凝结硬化是体积微膨胀3）硬化后孔隙率较高4）防火性能好5）可加工性能较好缺点： 1强度低 2耐水性差 3石膏制品，耐沾污性差应用及应用注意事项 1、粉刷石膏 2、石膏板材 3、石膏花饰（五）建筑石膏的特性三、水玻璃1定义以碱金属硅酸盐为主要成分的气硬性胶凝材料，又称泡花碱。通式：R2OnSiO2 RK, Na等，n模数A SiO2的百分含量（%）DN

7、a2O的百分含量（%）1.032SiO2和Na2O的分子量之比水玻璃2分类n2.8难溶性水玻璃1.8n2.8微溶性水玻璃按模数分n300m2/kg 2）筛析法：0.080mm方孔筛，筛余 10%负压筛水筛法手工干筛法2细度对性能的影响5、水泥的水化热：水化热：水泥在凝结硬化过程中因水化反应所放出的热量，称为水泥的水化热 。大部分水化热是伴随着强度的增长在水化初期放出的。水泥的水化热大小和释放速率主要与水泥熟料的矿物组成、混合材料的品种与数量、水泥的细度及养护条件等有关，另外，加入外加剂可改变水泥的释热速率。大型基础、水坝、桥墩、厚大构件等大体积混凝土构筑物，由于水化热聚集在内部不易散发，内部温

8、升可达5060，内外温差产生的应力和温降收缩产生的应力常使混凝土产生裂缝，因此大体积混凝土工程不宜采用水化热较大、放热较快的水泥，如硅酸盐水泥，因为它含熟料最多。但国家标准未就该项指标作具体的规定。6、密度与堆积密度（一）硅酸盐水泥的水化1水化速率快 C3A C3S C4AF C2S2水化热大 C3A C3S C4AF C2S3早期强度高 C3S C3A C4AF C2S4后期强度 C3S C2S C4AFC3A5耐腐蚀性差6抗冻性好7耐热性差四、通用硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化结论：1)钙矾石的生成使水泥石致密2)生产水泥时石膏加入量要适量3)石膏对水泥具有缓凝作用缓凝机理 ：（二）硅酸盐水

9、泥的凝结硬化过程水泥的凝结是指水泥加水拌和后，成为塑性的水泥浆，其中的水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但还不具有强度的过程。硬化是指凝结的水泥浆体随着水化的进一步进行，开始产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬水泥石的过程。凝结和硬化是人为地划分的，实际上是一个连续复杂的物理化学变化过程。硅酸盐水泥的凝结硬化过程分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4阶段。1初始反应期。水泥与水接触后立即发生水化反应，在初始的510min内，放热速率剧增，可达此阶段的最大值，然后又降至很低。这个阶段称为初始反应期。在此阶段硅酸三钙开始水化，生成水化硅酸钙凝胶，同时释放

10、出氢氧化钙，氢氧化钙立即溶于水中，钙离子浓度急剧增大，当达到过饱和时，则呈结晶析出。同时，暴露于水泥熟料颗粒表面的铝酸三钙也溶于水，并与已溶解的石膏反应，生成钙矾石结晶析出，附着在颗粒表面，在这个阶段中，水化的水泥只是极少的一部分。2潜伏期。在初始反应期后，有相当长一段时间（约12h），水泥浆的放热速率很低，这说明水泥水化十分缓慢。这主要是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接触。在此期间，由于水泥水化产物数量不多，水泥颗粒仍呈分散状态，所以水泥浆基本保持塑性。 3、凝结、硬化期。在潜伏期后由于渗透压的作用，水泥颗粒表面的膜层破裂，水泥继续水化，放热速

11、率又开始增大，6h内可增至最大值，然后又缓慢下降。在此阶段，水化产物不断增加并填充水泥颗粒之间的空间，随着接触点的增多，形成了由分子力结合的凝聚结构，使水泥浆体逐渐失去塑性，这一过程称为水泥的凝结。此阶段结束约有15%的水泥水化。4、在凝结期后，放热速率缓慢下降，至水泥水化24h后，放热速率已降到一个很低值，约4.0J/gh以下，此时，水泥水化仍在继续进行，水化铁铝酸钙形成；由于石膏的耗尽，高硫型水化硫铝酸钙转变为低硫型水化硫铝酸钙，水化硅酸钙凝胶形成纤维状。在这一过程中，水化产物越来越多，它们更进一步地填充孔隙且彼此间的结合亦更加紧密，使得水泥浆体产生强度，这一过程称为水泥的硬化。硬化期是一

12、个相当长的时间过程。水泥石强度发展的一般规律是：37天内强度增长最快，28天内强度增长较快，超过28天后强度将继续发展但增长较慢。（三）影响硅酸盐水泥凝结硬化、性能的主要因素 1熟料矿物组成的影响 2水泥细度 3拌合加水量 4养护制度（温度和湿度） 5养护龄期 6外加剂 7贮存与运输影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 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、凝结硬化过程及强度等的主要因素。 硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（ C2S）、 铝酸三钙（ C3A）、铝酸四钙 （C4AF ）、四种主要熟料矿物：C3A是决定性因素，是强度的主要来源。 改变熟料中矿物组成的相对含量，

13、即可配制成具有不同特性的硅酸盐水泥。 提高C3S的含量 ，可制得快硬高强水泥；减少C3A和C3S的含量，提高C2S的含量，可制得水化热低的低热水泥； 降低C3A的含量，适当提高C4AF的含量，可制得耐硫酸盐水泥。2. 水泥细度的影响 水泥的细度即水泥颗粒的粗细程度。水泥越细，凝结速度越快，早期强度越高。但过细 时，易与空气中的水分及二氧化碳反应而降低活性，并且硬化时收缩也较大，且成本高。因此，水泥的细度应适当，硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。3. 石膏的掺量水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。掺入少量石膏，可延缓水泥浆体的凝结硬化速度，但石膏掺量不能过多，过多的石膏不仅缓凝作

14、用不大，还会引起水泥安定性不良。一般掺量约占水泥重量的35，具体掺量需通过试验确定。4. 养护条件的影响 （1）湿度应保持潮湿状态 ，保证水泥水化所需的化学用水。混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护。 （2）温度提高温度可以加速水化反应。如采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。 5. 养护龄期的影响 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程 ，随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。水泥在314d内强度增长较快，28d后增长缓慢。水泥强度的增长可延续几年，甚至几十年。6、拌合用水量的影响 水灰比（水与水泥的质量比W/C）：为使水泥浆体具有塑性和流动性，加入的水量通常超过水泥充分水

15、化时所需的水量，多余的水在水泥石内形成毛细孔隙，W/C越大，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水泥石的强度降低。7、外加剂的影响（四）硅酸盐水泥的特性与应用1凝结硬化快，早期强度与后期强度均高。这是因为硅酸盐水泥中硅酸盐水泥熟料多，即水泥中C3S多。因此适用于现浇混凝土工程、预制混凝土工程、冬季施工混凝土工程、预应力混凝土工程、高强混凝土工程等。2抗冻性好。硅酸盐水泥石具有较高的密实度，且具有对抗冻性有利的孔隙特征，因此抗冻性好，适用于严寒地区遭受反复冻融循环的混凝土工程。3水化热高。硅酸盐水泥中C3S和C3A含量高，因此水化放热速度快、放热量大，所以适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土工程。4耐腐

16、蚀性差。硅酸盐水泥石中的氢氧化钙与水化铝酸钙较多，所以耐腐蚀性差，因此不适用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水及其他侵蚀性介质作用的工程。5耐热性差。水泥石中的水化产物在250300时会产生脱水，强度开始降低，当温度达到7001000时，水化产物分解，水泥石的结构几乎完全破坏，所以硅酸盐水泥不适用于耐热、高温要求的混凝土工程。但当温度为100250时，由于额外的水化作用及脱水后凝胶与部分氢氧化钙的结晶对水泥石的密实作用，水泥石的强度并不降低。6抗碳化性好。水泥石中氢氧化钙与空气中CO2的作用称为碳化。硅酸盐水泥水化后，水泥石中含有较多的氢氧化钙，因此抗碳化性好。7干缩小。硅酸盐水

17、泥硬化时干燥收缩小，不易产生干缩裂纹，故适用于干燥环境。五硅酸盐水泥石的选用六、水泥石的腐蚀与防止（一）水泥混凝土的腐蚀1内因： 1）结构本身（多孔） 2）化学组成（含有可被侵蚀的组分） 2外因： 1）侵蚀性介质。 2）较快流速的介质 3）较高的温度。 （二）腐蚀的主要方式1软水溶蚀2盐蚀1）硫酸盐侵蚀“水泥杆菌”示意图2）镁盐侵蚀3酸蚀4强碱侵蚀5有机质（二）防止水泥石腐蚀的措施水泥石被腐蚀的基本内因为：一是水泥石中存在有易被腐蚀的组分，如Ca（OH）2与水化铝酸钙；二是水泥石本身不致密，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部。因此，针对具体情况可采取下列措施防止水泥石的腐蚀。1根据侵蚀介质的类型，合理选用水泥品种。如采用水化产物中Ca（OH）2含量较少的水泥，可提高对多种侵蚀作用的抵抗能力；采用铝酸三钙含量低于5%的水泥，可有效抵抗硫酸盐的侵蚀；掺入活性混合材料，可提高硅酸盐水泥抵