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黎明职业大学土木建筑工程系第4章无机胶凝材料的检测与应用胶凝材料的定义和分类胶凝材料的定义经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个具有一定强度整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料石灰、石膏、水玻璃通称为“水泥”无机胶凝材料气硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，继续保持或增长其强度。如各种水泥。§4－1石膏一、石膏胶凝材料的生产石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：二水石膏CaSO4·2H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4·0.5H2O107～170℃加热、脱水125℃0.13MPa蒸压锅β型建筑石膏α型高强石膏一、石膏胶凝材料的生产β-CaSO4·0.5H2O晶粒细小，此表面积大，需水量大，强度低。α-CaSO4·0.5H2O晶粒粗大，此表面积小，需水量小，强度高。建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。二、建筑石膏的凝结硬化建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：β-CaSO4·0.5H2O+1.5H2O=CaSO4·2H2O建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏+水浆体凝结硬化二、建筑石膏的凝结硬化建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。三、建筑石膏的等级与技术性质建筑石膏的质量等级建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：技术指标名称优等品一等品合格品强度抗折强度≥2.52.11.8抗压强度≥4.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余）≤5.010.015.0凝结时间初凝不早于6min，终凝不迟于30min四、建筑石膏的技术性质空隙率高，表观密度小，强度较低；凝结硬化快(一般在30min内可安全凝结)；有较好的功能性(导热系数小，隔热保温好，吸光性强，具有一定调温调湿性)；凝结时体积产生微膨胀；吸湿性强，耐水性和抗冻性差；具有较好的防火性能。具有良好的装饰性。五、建筑石膏的应用室内抹灰与粉刷生产建筑石膏制品生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中§4－2石灰一、石灰的生产原材料生产石灰的原材料包括以碳酸钙为主要成分的天然岩石和化工副产品。主要成分为CaCO3，其含量≮90%，粘土杂质≯8%。生产工艺——煅烧CaCO3=====CaO+CO2MgCO3=====MgO+CO21000-1200℃750-850℃生石灰一、石灰的生产石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。欠火石灰(温度过低或时间不足)，降低石灰利用率。过火石灰(温度过高，时间过长)保质石灰使用后产生膨胀引起崩裂或隆起现象。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种生石灰的熟化熟化的过程:生石灰+水熟石灰熟化的方式:淋灰——生石灰粉（消石灰粉）化灰——熟石灰膏MgO+H2O==Mg（OH）2CaO+H2O==Ca（OH）2+65KJ二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种熟化过程的特点熟化速度快，放出大量的热；体积膨胀1.5～3.5倍；又是可逆的熟化过程的注意事项•熟石灰在使用前必须陈伏14d以上——防止过火石灰的危害；•在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种石灰的硬化•Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，从而提高强度。•Ca（OH）2空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种石灰的品种•按石灰中的氧化镁含量的高低分•按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。生石灰钙质石灰镁质石灰白云质石灰MgO≤5%MgO为5%~20%MgO为20%~40%三、石灰的技术性质石灰的质量等级建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材。石灰的特性1.保水性和可塑性好；2.凝结硬化慢、强度低；3.硬化后体积收缩大，易开裂；4.耐水性差。四、石灰的应用配制石灰砂浆和石灰乳；配制三合土和灰土(石灰占灰土总重的10-30%，即一九、二八及三七灰土)；制作碳化石灰板；生产无熟料水泥和硅酸盐制品。四、石灰的储存生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。做到“随到随化”。(以防止碳化)不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输，(受潮熟化放出大量热量)。熟石灰在使用前必须陈伏14d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。§4－3水玻璃一、水玻璃的硬化和性质水玻璃的概念水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。一、水玻璃的硬化和性质水玻璃的硬化液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，具体反应式如下：Na2O•nSiO2+CO2+mH2O＝Na2CO3+nSiO2•mH20为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%~15%的促硬剂氟硅酸钠。水玻璃的性质1.粘结力强2.耐酸性好3.耐热性好4.强度高二、水玻璃的应用涂刷或浸渍材料；加固地基；修补裂缝、堵漏；配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐热砂浆和耐热混凝土。§4－4菱苦土菱苦土菱苦土的生产镁质胶凝材料是将菱镁矿或白云石经煅烧、磨细而制成。煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末。苛性白云石为白色粉末。菱苦土的水化硬化一般与MgCl2溶液按一定比例混合，硬化快，强度高。但吸湿性强，耐水性差。形成的水化产物主要为氯氧化镁和氢氧化镁。菱苦土菱苦土的应用生产木屑地板、木丝板、刨花板等。菱苦土板材用于机械包装材料，可以节约大量木材。只能用于干燥状态下，而不能受潮、遇水或酸性介质侵蚀的部位。§5－5硅酸盐水泥水泥的特点和适用范围水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。水泥的分类按性能和用途分水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等水泥的分类按主要水硬性物质分水泥种类主要水硬性物质主要品种硅酸盐水泥硅酸钙通用水泥、专用水泥和特性水泥等铝酸盐水泥铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸二钙氟铝酸盐水泥等以潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥活性二氧化硅活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料•石灰质原料:天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。•粘土质原料:主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。•校正原料:采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。硅酸盐水泥的生产工艺——“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种；硅酸盐水泥分为：Ⅰ型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和Ⅱ型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺石灰石粘土铁矿粉生料石膏硅酸盐水泥混合材料熟料按比例混合磨细1350℃～1450℃煅烧磨细二、熟料的矿物组成及其特性熟料的矿物组成水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙铝酸三钙硅酸三钙2CaO•SiO2，C2S4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AF3CaO•Al2O3，C3A3CaO•SiO2，C3S化学式及简写二、熟料的矿物组成及其特性水泥熟料矿物的主要特性熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙含量范围（质量％）37～6015～377～1510～18水化反应速度快慢最快快强度高早期低，后期高低低（含量多时对抗折强度有利）水化热较高低最高中三、硅酸盐水泥的凝结和硬化凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化熟料矿物的水化反应硅酸三钙2（3CaO·SiO2）＋6H2O==3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca（OH）2硅酸二钙2（2CaO·SiO2）＋4H2O==3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca（OH）2铝酸三钙3CaO·Al2O3＋H2O==3CaO·Al2O3·6H2O3CaO·Al2O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋19H2O==3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O==3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O(C-S-H)(C-S-H)(C-A-H)(AFt)(C-A-H)(C-F-H)三、硅酸盐水泥的凝结和硬化熟料矿物的水化反应过程水化初期•熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化水化中期•以水化硅酸钙（C－S－H）和氢氧化钙的快速形成为特征。水化后期•由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D——未水化的水泥颗粒水泥石的结构水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。DABC四、硅酸盐水泥的主要建筑性能1.密度、堆积密度和各成分含量建筑性能质量标准密度，kg/m33100～3200堆积密度，kg/m31300～1600不溶物Ⅰ型：不溶物不得超过0.75％；Ⅱ型：不溶物不得超过1.50％烧失量Ⅰ型：烧失量不得大于3.0％；Ⅱ型：烧失量不得大于3.5％氧化镁水泥中氧化镁含量不宜超过5.0％。如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0％三氧化硫3.5％碱含量水泥中碱含量按Na2O＋0.658K2O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