2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件

第二章无机胶凝材料1、胶凝材料定义:

物理化学作用（能胶结其它物料）坚强固体塑性浆体2、胶凝材料作用散粒材料(砂、石等)块状材料(砖、石块)胶结整体3、胶凝材料分类有机不饱和树脂、沥青、

气硬性－只能在空气中硬化无机

水硬性－不仅能在空气中硬化,而且能在水中硬化。分类的意义：气硬性胶凝材料(石灰、石膏、菱苦土、水玻璃)——耐水性差，只能用于干燥环境水硬性胶凝材料（水泥）——耐水性好，可用于潮湿环境。§2-1石灰一、原料及生产原料：石灰石（主要成份CaCO3）生产：CaCO3CaO（生石灰）＋CO2↑900℃二、石灰熟化与硬化1、熟化CaO＋H2OCa(OH)2(熟石灰)＋64.9KJ/Mol

粉状－消石灰：只用少量水(约70％)(理论值为31.2%)

浆状－石灰浆：加过量水(2.5～3倍)熟石灰过烧石灰危害：熟化缓慢，浆体硬化后仍在熟化，体积膨胀，导致硬化浆体开裂。消除危害方法：“陈伏”两星期2、石灰硬化晶体交错生长干燥(空气中)CO2+H2O(空气中)塑性浆体硬化浆体Ca(OH)2结晶析出CaCO3结晶析出石灰碳化的条件与作用条件：CO2，湿度

Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O作用：形成CaCO3晶体并相互共生，或与Ca(OH)2共生，构成结构紧密交织的结晶网，强度提高。

特点：缓慢，因表层碳化膜阻碍了空气中CO2的进入，也阻碍了内部水分的蒸发三、石灰技术性质

1、质量评定指标2、石灰性质①可塑性好②凝结硬化慢、强度低③耐水性差④体积收缩大四、石灰应用1、石灰乳 粉刷2、石灰膏 砌筑、抹灰3、消石灰 石灰土、三合土4、生石灰粉 碳化石灰板、硅酸盐制品石灰石CaCO3生石灰CaO熟石灰Ca(OH)2成品

Ca(OH)2CaCO3煅烧熟化碳化结晶石灰的强度不高，为什么会使用其作为地基材料？§2-2石膏一、原料和生产

二水石膏（生石膏）破碎加热处理磨细半水石膏（熟石膏）原料：天然二水石膏与工业副产品，按二水石膏含量分五级：特，95%、85%、75%‥55%

加热处理方式煅烧蒸炼普通建筑石膏高强建筑石膏(107~170℃，干燥)(125℃，1.3atm，有液态水)水化需水大60-80%水化需水小35-45%α、β半水石膏→→无水半水石膏→→可溶性硬石膏→→不溶性硬石膏→→高温煅烧石膏（地板石膏）180-210℃320-360℃400-750℃800-1200℃结构无显著变化水化凝结快、放热需水大、强度低结构紧密难溶于水，凝结硬化需加激发剂部分分解为CaO,有水化凝结（慢）能力，硬化后强度高、耐磨耐水性较好二、石膏水化硬化1、物理化学变化半水石膏(晶体)半水石膏(饱和溶液)溶解二水石膏(过饱和溶液)水化二水石膏(针状晶体)结晶促进8.16g/l20℃2.05g/l20℃石膏凝结硬化示意图2、浆体性状变化

流动性可塑性有部分可塑性具有强度硬化浆体应≥6min≤30min开始失去塑性完全失去塑性终凝初凝加水3、硬化浆体结构特征——多孔性理论需水量(用于水化)18.6%多余水分蒸发实际需水量(便于操作)35~80%内部留下孔隙

四、石膏技术性质1、质量评定指标①强度——抗折、抗压②细度③凝结时间——初凝、终凝2、性质特征①凝结硬化快②早期强度高③微膨胀性④孔隙率高⑤耐水性差⑥耐火性强四、石膏应用1、室内抹灰、粉刷2、建筑装饰制品3、石膏板煅烧水化硬化生石膏熟石膏成品复习§2-3菱苦土原料制备：MgCO3→MgO+CO2↑成分：MgO水化：MgO+H2O→Mg(OH)2mMgO+nMgCl26·H2O→mMgO·nMgCl2·qH2O分4-1-8，2-1-8等，或用MgSO2·7H2O,FeCl3,FeSO4·H2O作调和剂性质特点：抗压强度大、吸湿性强、碱性低应用：制作地板、木屑板、绝热材料等§2-4水玻璃制备：Na2CO3+nSiO2→→Na2O·nSiO2+CO2↑组成：Na2O·nSiO2SiO2/

Na2O=n模数硬化：Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O2(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6+mH2O→6NaF+(2n+1)SiO2·mH2O性能特点：与水任意调和、粘接性好、耐酸性好、耐热性好应用：涂刷材料、沙土固化、堵漏材料、配制耐酸、耐热混凝土等。

n↑粘结性↑难溶于水↑1300-1400℃2.5水泥水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后经物理化学反应可由塑性浆体变为坚硬的石状体，不仅可在空气中而且可更好的在水中硬化并继续发展保持其强度。水泥分类通用水泥（主体结构）：硅酸盐水泥P.Ⅰ,P.Ⅱ普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥特种水泥：

特种用途水泥或非硅酸盐类水泥，如高铝水泥、硫铝酸盐水泥、白水泥、膨胀水泥、快凝水泥等石灰石粘土辅料生料石膏熟料混合磨细煅烧水泥磨细§1通用水泥

§1-1硅酸盐水泥一、生产水泥熟料二、熟料矿物及其特性名称成分简写含量(%)水化速度水化热强度硅酸三钙（3CaO·SiO2）C3S37~60快多早高后高硅酸二钙（2CaO·SiO2）C2S15~37慢少早低后高铝酸三钙（3CaO·Al2O3）C3A7~15最快最多早高后低铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）C4AF10~18快中早低后低矿物组成水泥性能应用C3S↑高强结构工程C3A、C3S↓,C2S↑水化热低大体积砼C3S、C3A↑快硬高强抢修工程三、水化硬化1、铝酸盐水化C3A+H→3CaO·Al2O3·6H2O石膏存在时:C3A+CaSO4·H2+H→C3A·3(CaSO4)·H322、硅酸盐水化2C3S+6H→C3S2H3+3CH2C2S+4H→C3S2H3+CH3、凝结硬化

影响因素：初凝加水可塑浆体具流动性≥45min诱导期终凝稠硬浆体塑性渐失≤10h凝结期后期强度缓慢增长稳定期硬化浆体强度增长硬化期温度、湿度、养护时间4、水泥石⑴水泥石组成⑵水化产物组成(充分水化时)

⑶孔隙组成

孔隙率决定因素：＝水化产物＋未水化熟料颗粒＋孔隙＝C-S-H凝胶＋Ca(OH)2晶体＋水化(硫)铝酸钙70%20%7％＝凝胶孔＋毛细孔＋气孔水灰比、水化程度四、品质要求1、凝结时间⑴分类：⑵影响因素：⑶不正常凝结：初凝、终凝矿物组成、细度、加水量、环境温湿度假凝、闪凝2、强度——水泥胶结能力的体现⑴影响因素⑵强度检验

⑶强度标号矿物组成、细度、温湿度、龄期①固定的胶砂比和水灰比，②规定的试件尺寸、水养护温度，以28d抗压强度划分的强度等级。3、体积安定性——水泥硬化后体积变化的均匀性水泥安定性检验：试饼法合格不合格水泥安定性检验：雷氏夹法初值A养护24h后终值C沸煮3h后安定性评定：C－A≤5.0mm合格C－A＞5.0mm不合格4、细度作用：检测方法：细度↑→水化快、充分→强度↑

比表面积、筛分析

5、水化热

利：

弊：影响因素：改善水化热的水泥品种冬季施工大体积砼开裂

矿物组成、细度中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥2m×2m×2m水泥石100℃(两昼夜)6、烧失量烧失量对硅酸盐水泥（3-3.5%）、普通水泥(5.0%)作规定、7、碱含量定义：水泥中Na2O和K2O的含量（0.6%）。危害：碱—骨料反应，混凝土开裂。废品：MgO、SO3、f-CaO、初凝时间不合格五、水泥石的腐蚀与防止1、腐蚀种类

2、腐蚀原因

3、防止措施

①溶出性②离子交换③膨胀性

①水泥中存在CH、C3AH6，本身不密实②周围存在侵蚀性介质①水泥组成②密实度③保护层离子交换溶出性膨胀性盐类易溶物酸类松软物+CH→软CH其他水化水溶出产物溶出→

→钢筋锈蚀内应力↑硫酸盐→CaSO4→石膏

CH钙凡石C3AH6碱度↓孔隙率↑侵蚀加速强度↓变形开裂渗透性↑六、硅酸盐水泥应用

1、适应环境

2、适用工程

3、不适应工程

干燥、潮湿环境，水中，严寒地区。快硬、高强、抗渗、耐磨混凝土工程大体积混凝土、海工混凝土、高温环境七、水泥的风化

1、受潮风化机理⑴f-CaO+H2O→Ca(OH)2有利⑵C3SC-S-H+Ca(OH)2

H2O+CaCO3

2、储运注意事项⑴防水防潮⑵不宜久存H2O(空气中)CO2(空气中)不利§1-2掺混合材的硅酸盐水泥一、混合材1、种类

活性——

非活性——2、活性成分水淬矿渣、火山灰、粉煤灰慢冷矿渣、磨细石英砂等SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3

a.粉煤灰原灰b.玻璃质微珠c.富铁微珠3、作用原理⑴潜在活性

⑵激发剂种类①本身水化活性极小②在激发剂作用下，具有较好的水化活性。——氢氧化钙、石膏二、掺混合材的水泥1、水泥品种普通硅酸盐水泥(混合材掺量：6～15％)、火山灰水泥(20～50)、矿渣水泥(20～70)粉煤灰水泥(20～40)、复合水泥(15～50)

★普通硅酸盐水泥的性能接近于硅酸盐水泥2、掺混合材水泥的水化过程⑴⑵激发剂活性混合材水水化硅(铝)酸钙水化硫铝酸钙熟料矿物水化粉煤灰水泥水化28d粉煤灰表面已有一层水化产物3、掺混合材水泥的共性⑵水化热较低——适用于大体积混凝土⑶抗软水、硫酸盐侵蚀能力强——适用于水工、海港工程⑷抗冻性差、抗碳化能力差——不宜用于受冻部位，注意钢锈⑴早期强度低，后期强度增长较大，——宜蒸汽养护，不宜低温施工4、掺混合材水泥的个性⑴矿渣水泥

⑵火山灰水泥

⑶粉煤灰水泥

⑷复合水泥泌水性、干缩性较大，养护不当易开裂。耐热性较好——可用于耐热混凝土干缩大易开裂——不宜用于干燥环境；抗渗性好——适用于抗渗混凝土。干缩性小，抗裂性好常用水泥技术性能（总结）水泥品种强度等级细度凝结时间安定性SO3MgO烧失量%质量评定硅酸盐ⅠⅡ42.4-62.5R>300/Kg>45分<6.5h煮沸合格<3.5%<5%~<6%Ⅰ<3.0Ⅱ<3.5废：初凝，安定性SO3,MgO任一项普通硅酸盐32.5-52.5R80μm<10%>45分<10h同上<3.5%同上<5.0不合格：其他项及掺合料超量矿渣水泥同上同上同上同上<4.0%同上——同上粉煤灰同上同上同上同上<3.5%同上——同上火山灰同上同上同上同上<3.5%同上——同上复合水泥同上同上同上同上<3.5%同上——同上§2特种水泥一、高铝水泥

1、原料

2、熟料矿物

3、特性

——石灰石、矾土——铝酸盐CA,CA2,C12A7,C2S,C2AS①快硬高强②水化热大、且集中在早期③耐高温④抗硫酸盐⑤抗冻性与不透水性均好4、铝酸盐水泥的水化与硬化