無機凝膠材料16770PPT課件

.,1,第三章無機膠凝材料,3.1氣硬性膠凝材料3.2通用硅酸鹽水泥3.3其他品種水泥3.4水泥的應用,膠凝材料的定義和分類,膠凝材料的定義經(jīng)過一系列物理化學變化，能夠凝結硬化，將塊狀或粉狀材料膠結起來，形成一個整體的材料。,膠凝材料的分類,一、石灰二、石膏三、水玻璃,3.1氣硬性膠凝材料,一、石灰,生產(chǎn)工藝煅燒石灰生產(chǎn)過程，是石灰石煅燒過程。根據(jù)煅燒程度可分為欠火石灰、正火石灰、過火石灰。,1.石灰的生產(chǎn)原材料生產(chǎn)石灰的原材料包括天然石灰石和化工副產(chǎn)品。主要成分為CaCO3。,一、石灰,2.石灰的熟化硬化過程、石灰的品種生石灰的熟化熟化的過程生石灰+水熟石灰熟化的方式淋灰熟石灰粉（消石灰粉）化灰熟石灰膏熟化過程的特點放出大量的熱；體積膨脹1.53.5倍。,MgO+H2O=Mg（OH）2CaO+H2O=Ca（OH）2+64.83kj,一、石灰,生石灰的熟化熟化過程的注意事項熟石灰在使用前必須陳伏兩周以上防止過火石灰的危害；在化灰池表面保留一層水防止石灰碳化。石灰的硬化Ca(OH)2從飽和溶液中析出，晶體互相交叉連生，從而提高強度。（干燥硬化）Ca(OH)2與空氣中CO2發(fā)生反應，形成CaCO3使石灰的強度逐漸提高。（碳化硬化）,一、石灰,石灰的品種按石灰中的氧化鎂含量的高低分：按成品的加工方法分：塊狀生石灰；磨細生石灰粉；消石灰粉；石灰膏；石灰乳等。,一、石灰,3.石灰的技術性質及應用石灰的質量等級建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO的含量，可分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。石灰的特性1.可塑性好；2.生石灰吸濕性強，保水性好；3.凝結硬化慢、強度低；4.硬化后體積收縮大，易開裂；5.耐水性差。,石灰的應用配制石灰砂漿和石灰乳；配制三合土和灰土；制作碳化石灰板；生產(chǎn)硅酸鹽制品；加固地基。,一、石灰,4.石灰的儲存生石灰儲存時間不宜過長，一般不超過一個月。作到“隨到隨化”。不得與易燃、易爆等危險液體物品混合存放和混合運輸。熟石灰在使用前必須陳伏兩周以上，以防止過火石灰對建筑物產(chǎn)生的危害。,1.石膏的原材料、生產(chǎn)及品種石膏膠凝材料的生產(chǎn)通常是把二水石膏在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過煅燒、脫水，再經(jīng)磨細而成。在不同的煅燒溫度下，得到的產(chǎn)品是不同的。具體過程如下所示：建筑工程中常用建筑石膏;高強石膏用于生產(chǎn)建筑石膏制品。,二、石膏,二、石膏,2.建筑石膏的凝結與硬化建筑石膏加水后，與水發(fā)生的化學反應如下：CaSO40.5H2O+1.5H2O=CaSO42H2O建筑石膏的凝結硬化過程可以表示如下：建筑石膏凝結過程，是一個溶解、反應、沉淀、結晶的過程；硬化過程則是二水石膏晶體之間，結晶結構網(wǎng)的形成過程。晶體之間互相交叉連生，形成網(wǎng)狀結構；隨著反應的繼續(xù)進行，結晶結構網(wǎng)逐漸密實，從而使石膏晶體逐漸硬化。,二、石膏,3.建筑石膏的技術要求建筑石膏按其細度、強度、凝結時間等指標，劃分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個等級。,二、石膏,建筑石膏的技術性質表觀密度小，強度較低；凝結硬化快；孔隙率大，熱導率小；凝結時體積產(chǎn)生微膨脹；吸濕性強，耐水性差；具有較好的防火性能。,建筑石膏的應用室內(nèi)抹灰與粉刷；生產(chǎn)建筑石膏制品；生產(chǎn)水泥時作為緩凝劑加入水泥中。,4.建筑石膏的性質及應用,三、水玻璃,水玻璃又稱泡花堿，是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成。是一種能夠溶解于水的硅酸鹽材料。1.水玻璃的生產(chǎn)濕法生產(chǎn)濕法是將石英砂加入到氫氧化鈉溶液中，進行蒸壓使其直接反應生成液態(tài)水玻璃。干法生產(chǎn)干法是把石英砂和碳酸鈉按比例混合磨細，在3001400高溫的熔爐內(nèi)熔化，生成固態(tài)水玻璃。,三、水玻璃,1.水玻璃的生產(chǎn)水玻璃的硅酸鹽模數(shù)水玻璃的模數(shù)n：指硅酸鈉中氧化硅和氧化鈉的分子數(shù)之比，一般在1.53.5之間。水玻璃硅酸鹽模數(shù)值n的大小決定水玻璃的品質及其應用性能：模數(shù)低的水玻璃，晶體組分較多，粘結性能較差（也易溶于水）；模數(shù)升高，膠體組分相應增加，粘結能力增強。,三、水玻璃,1.水玻璃的生產(chǎn)水玻璃的硅酸鹽模數(shù),三、水玻璃,2.水玻璃的硬化液體水玻璃吸收空氣中的二氧化碳，形成無定型硅酸凝膠，并逐漸干燥硬化，具體反應式如下：為了加速水玻璃的硬化，可加熱或摻入13%15%的促硬劑氟硅酸鈉。,三、水玻璃,3.水玻璃的性質與應用水玻璃的性質粘結力強耐酸性好耐熱性好水玻璃的應用涂刷或浸漬材料，提高其抗風化性能；配制耐酸砂漿和耐酸混凝土；配制耐熱砂漿和耐熱混凝土；配制防水劑，用于修補裂縫、堵漏；加固地基。,一、通用硅酸鹽水泥的定義、分類及生產(chǎn)概況二、通用硅酸鹽水泥的組成材料三、通用硅酸鹽水泥的技術要求四、通用硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化與性能五、通用硅酸鹽水泥的選用六、水泥石的腐蝕與防止,3.2通用硅酸鹽水泥,水泥的特點及適用范圍,水泥的特點水泥是一種粉末狀材料，加水后拌合均勻形成的漿體，不僅能夠在干燥環(huán)境中凝結硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或發(fā)展其強度，形成堅硬的人造石材。水泥適用范圍不僅適合用于干燥環(huán)境中的工程部位，而且也適合用于潮濕環(huán)境及水中的工程部位。,水泥的分類,按性能和用途分,水泥的分類,按主要水硬性物質分,適用于GB175-2007通用硅酸鹽水泥的相關標準,GB175-2007通用硅酸鹽水泥取代了：GB175-1999硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、GB1344-1999礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、GB12958-1999復合硅酸鹽水泥三個標準。被GB175-2007通用硅酸鹽水泥引用的相關標準GB/T176-1999水泥化學分析方法(eqvISO680:1990）;GB/T203-1994用于水泥中的?；郀t礦渣;GB/T750-1992水泥壓蒸安定性試驗方法；,適用于GB175-2007通用硅酸鹽水泥的相關標準,被GB175-2007通用硅酸鹽水泥引用的相關標準GB/T1345-2005水泥細度檢驗方法（篩析法）;GB/T1346-2001水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法(eqvISO9597:1989);GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰;GB/T2419-2005水泥膠砂流動度測定方法;GB/T2847-2005用于水泥中的火山灰質混合材料;,適用于GB175-2007通用硅酸鹽水泥的相關標準,被GB175-2007通用硅酸鹽水泥引用的相關標準GB/T5483-1996石膏和硬石膏;GB/T8074-2008水泥比表面積測定方法(勃氏法);GB9774-2002水泥包裝袋;GB12573-1990水泥取樣方法;GB/T12960-2007水泥組分的定量測定;GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）(idtISO679:1989);,適用于GB175-2007通用硅酸鹽水泥的相關標準,被GB175-2007通用硅酸鹽水泥引用的相關標準GB/T18046-2000用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉;JC/T420-2006水泥原料中氯離子的化學分析方法;JC/T667-2004水泥助磨劑;JC/T742-1984(1996)摻入水泥中的回轉窯窯灰。,一、通用硅酸鹽水泥的定義、分類及生產(chǎn)概況,通用硅酸鹽水泥的定義通用硅酸鹽水泥（CommonPortlandCement）是指以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。通用硅酸鹽水泥的分類通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。,通用硅酸鹽水泥的分類,通用硅酸鹽水泥的分類,通用硅酸鹽水泥的分類,通用硅酸鹽水泥的組分表的相關說明,一、通用硅酸鹽水泥的定義、分類及生產(chǎn)概況,生產(chǎn)概況“兩磨一燒”工藝,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,1.硅酸鹽水泥熟料熟料礦物加水，均能單獨與水發(fā)生化學反應。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,2.石膏天然石膏：應符合GB/T5483中規(guī)定的G類或M類二級（含）以上的石膏或混合石膏。工業(yè)副產(chǎn)石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。采用前應經(jīng)過試驗證明對水泥性能無害。3.活性混合材料所謂活性混合材料是指這類材料磨成粉末后，與石灰、石膏或硅酸鹽水泥加水拌合后能發(fā)生水化反應，在常溫下能生成具有水硬性的膠凝物質。符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材料。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,3.活性混合材料粒化高爐礦渣：是在高爐冶煉生鐵時，為了使鐵礦石易于熔融，常加入一定量的石灰石作為助熔劑。在高溫下石灰石分解出的氧化鈣與鐵礦石中的粘土質廢渣化合，生成含有硅酸鹽和鋁酸鹽的熔融礦渣，浮在鐵水的表面，這些礦渣經(jīng)驟冷處理，可成為質地疏松、多孔的細小顆粒，稱為?；郀t礦渣。?；郀t礦渣的主要化學成分為SiO2、Al2O3和CaO，大約占90%以上，另外還有少量的MgO和Fe2O3及其他雜質。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,3.活性混合材料粉煤灰：是火力發(fā)電廠以煤粉作燃料，煤粉在鍋爐中燃燒后，由收塵器從煙氣中收集的灰分，它屬于火山灰質混合材料的一種，為密實球形玻璃質結構，其化學成分主要是活性SiO2和活性Al2O3，其性質與火山灰質混合材料基本相同。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,3.活性混合材料火山灰質混合材料：凡天然或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的物質材料，本身磨細加水拌合并不硬化，但與氣硬性的石灰混合后，再加水拌合，則不但能在空氣中硬化，而且在水中繼續(xù)硬化的，稱為火山灰質混合材料。天然的火山灰質混合材料有火山灰、凝灰?guī)r、浮石、沸石巖、硅藻土和硅藻石等；人工的火山灰質混合材料有燒粘土、煤矸石、粉煤灰、煤渣、頁巖灰、硅質渣等。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,4.非活性混合材料凡不具有活性或活性很低的人工或天然的礦物質材料，磨成細粉后與石灰、石膏或硅酸鹽水泥加水拌合后，不能或很少生成水硬性的膠凝物質的材料，稱為非活性混合材料。常用的非活性混合材料有：活性指標分別低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847標準要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的三氧化二鋁含量應不大于2.5%。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,4.非活性混合材料摻加非活性混合材料的目的主要是:起填充作用、增加水泥產(chǎn)量、調(diào)節(jié)水泥強度等級、降低水泥成本和水化熱、改善水泥的某些性質等。,二、通用硅酸鹽水泥的組成材料,5.窯灰窯灰是從水泥回轉窯窯尾廢氣中收集的粉塵，應符合JC/T742的規(guī)定。窯灰的性能介于活性混合材料與非活性混合材料之間，主要組成物質是碳酸鈣、脫水粘土、玻璃態(tài)物質、氧化鈣，另外還有少量的熟料礦物、堿金屬硫酸鹽和石膏等。技術性質符合JC/T742的規(guī)定。6.助磨劑在水泥粉磨時加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑。水泥粉磨時允許加入助磨劑，其加入量應不大于水泥質量的0.5%，應符合JC/T667的規(guī)定。,三、通用硅酸鹽水泥的技術要求,三、通用硅酸鹽水泥的技術要求,三、通用硅酸鹽水泥的技術要求,2.堿含量(選擇性指標)堿含量是指水泥中氧化鈉(Na2O)和氧化鉀(K2O)的含量。近些年來，在混凝土施工中發(fā)現(xiàn)了許多堿集料反應，即水泥中的堿和集料中的活性二氧化硅反應，生成膨脹性的堿硅酸鹽凝膠，導致混凝土開裂。因此，當使用活性骨料時，要使用低堿水泥。水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量應不大于0.60%或由買賣雙方協(xié)商確定。,3.物理指標,標準稠度用水量標準稠度：為測定水泥凝結時間、體積安定性等性能，為使其具有可比性，對水泥漿以標準方法測試所達到統(tǒng)一規(guī)定的漿體的可塑性程度。標準稠度用水量：水泥漿達到規(guī)定的“標準稠度”時所需的加水量。表示方法：用“拌和水量占水泥質量的百分比”表示。測試方法：“固定水量法”或“調(diào)整水量法”。,3.物理指標,凝結時間凝結時間分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是從加水至水泥漿開始失去塑性的時間；終凝時間是從加水至水泥漿完全失去塑性的時間。水泥初凝時間不宜過早，終凝時間不宜過遲。凝結時間規(guī)定：硅酸鹽水泥：初凝45min，終凝390min。普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復合水泥：初凝45min，終凝600min。,3.物理指標,安定性安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。水泥在硬化過程中體積變化不穩(wěn)定，即為體積安定性不良。水泥安定性不良的原因：熟料中含有過量的游離氧化鈣（fCaO），或含有過量的游離氧化鎂（fMgO）；生產(chǎn)水泥時摻入的石膏過量。通用硅酸鹽水泥安定性用沸煮法檢驗必須合格。安定性不良的水泥嚴禁用于工程中。,3.物理指標,細度(選擇性指標)細度是指水泥顆粒的粗細程度。水泥顆粒的粗細，直接影響其水化反應速度、活性和強度。水泥細度的檢驗方法有：篩析法、比表面積法。硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細度以比表面積表示，其比表面積不小于300m2/kg；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥的細度以篩余表示，其80m方孔篩篩余不大于10%或45m方孔篩篩余不大于30%。,3.物理指標,強度膠砂配合比水泥：標準砂=1：3(質量比)，水灰比0.5。但火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥和摻火山灰質混合材料的普通硅酸鹽水泥在進行膠砂強度檢驗時，其用水量按0.50水灰比和膠砂流動度不小于180mm來確定。當流動度小于180mm時，須以0.01的整倍數(shù)遞增的方法將水灰比調(diào)整至膠砂流動度不小于180mm。,3.物理指標,強度膠砂試件：40mm40mm160mm的標準試件。標準養(yǎng)護條件：1d溫度為201，相對濕度90以上的空氣中帶模養(yǎng)護；1d以后拆模，放入201的水中養(yǎng)護下養(yǎng)護。齡期及強度：分別測定3d、28d齡期的抗折強度和抗壓強度，即為水泥的膠砂強度。,3.物理指標,強度,3.物理指標,水化熱水泥的水化熱是指在水化過程中的放熱量，單位為kJ/kg。水化熱的高低與熟料礦物的相對含量有關。鋁酸三鈣、硅酸三鈣的水化熱高，而鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣的水化熱較低。因此要降低水化熱，可適當減少鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量。,3.物理指標,水化熱水化熱對工程的影響對大體積砼工程：易產(chǎn)生溫度裂縫。(應選擇水化熱較低的水泥，或者采取特殊措施降低水化熱的危害。)對普通砼工程：能促進水泥的水化和水泥的強度發(fā)展。,3.物理指標,密度與堆積密度硅酸鹽水泥的密度一般為3.13.2g/cm3，普通硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥略低，礦渣硅酸鹽水泥為2.83.0g/cm3，火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥為2.72.9g/cm3。水泥堆積密度除與礦物組成、細度有關外，主要取決于堆積的緊密程度。一般堆積密度為9001200kg/m3，緊密狀態(tài)下可達1600kg/m3。水泥的密度、堆積密度是比較重要的兩個物理指標，在進行混凝土、砂漿配合比設計和水泥貯運時都必須用到。,三、通用硅酸鹽水泥的技術要求,合格品與不合品的判定檢驗結果不符合化學指標、凝結時間、安定性、強度中的任何一項技術要求時，為“不合格品”。檢驗結果符合化學指標、凝結時間、安定性、強度的規(guī)定，為“合格品”。,四、通用硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化與性能,硅酸鹽水泥的水化2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2C3S水化硅酸鈣氫氧化鈣2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2C2S水化硅酸鈣氫氧化鈣3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2OC3A水化鋁酸鈣4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2OC4AF水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O水化硫鋁酸鈣,四、通用硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化與性能,硅酸鹽水泥的凝結硬化凝結水泥加水拌合而成的漿體，經(jīng)過一系列物理化學變化，漿體逐漸變稠失去可塑性而成為水泥石的過程。硬化水泥石強度逐漸發(fā)展的過程稱為硬化。水泥的凝結硬化過程一個連續(xù)復雜的物理化學變化過程。,四、通用硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化與性能,水泥石的結構,A凝膠體（水化硅酸鈣凝膠，及少量水化鐵酸鈣）；B晶體（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣）；C孔隙（毛細孔、凝膠孔、氣孔等）；D未水化的水泥顆粒,水泥石是由水化產(chǎn)物(凝膠體、晶體)、未水化的水泥顆粒和毛細孔隙(水、空氣)等組成的不均勻結構體。水泥石各組成成分的相對含量取決于“水泥的水化程度”和“水灰比”。,四、通用硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化與性能,影響水泥凝結硬化的因素水泥礦物成分水泥細度石膏摻量養(yǎng)護條件(溫度和濕度)、養(yǎng)護齡期拌合用水量(水灰比)外加劑,通用硅酸鹽水泥的特性及應用,1.硅酸鹽水泥凝結硬化快，強度高適用于有早強要求的工程?？箖鲂院眠m合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。耐磨性好適用于高速公路、道路和地面工程?？固蓟院谩Ｒ蛩髿溲趸}含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護作用強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。,通用硅酸鹽水泥的特性及應用,1.硅酸鹽水泥耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。水化熱高不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。,通用硅酸鹽水泥的特性及應用,2.普通硅酸鹽水泥早期強度略低，后期強度高。水化熱略低。抗?jié)B性好，抗凍性好，抗碳化能力強?？骨治g、抗腐蝕能力稍好。耐磨性較好；耐熱