建筑膠凝材料知識課件

1、膠凝材料 重慶大學(xué)材料學(xué)院 白 冷1、定義： 膠凝材料是指在物理、化學(xué)作用下，能從漿體變成堅(jiān)固石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)。 2、分類： 氣硬性膠凝材料：水硬性膠凝材料：拌水后既能在空氣中硬化又能在水中硬化拌水后只能在空氣中硬化不能在水中硬化有機(jī)膠凝材料：無機(jī)膠凝材料：如：瀝青、 各種樹脂如：石灰、石膏如：水泥發(fā)展史 膠凝材料的發(fā)展可分為四個(gè)時(shí)期：天然粘土：新石器時(shí)代，距今400010000年石膏-石灰：公元前20003000年石灰-火山灰：公元初人工配料制得水硬性膠凝材料：1756年以后天然水泥硅酸鹽水泥多品種水泥（無機(jī)）氣硬性膠凝材料石膏石灰水玻璃菱苦土（鎂質(zhì)膠凝材料）

2、石膏及其裝飾材料1 石膏原料 二水石膏（天然石膏或含硫酸鈣的化工副產(chǎn)品和廢渣）生產(chǎn) 煅燒、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而成的。 1.1 建筑石膏1.1.1 建筑石膏的生產(chǎn)反應(yīng)式如下： 半水石膏的晶粒較為細(xì)小，稱為型半水石膏，將此熟石膏磨細(xì)得到的白色粉末即為建筑石膏。 水化 建筑石膏加適量的水拌和后，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（簡稱）。反應(yīng)式如下： 1.1.2 建筑石膏的水化凝結(jié)硬化凝結(jié)過程水化和蒸發(fā)，漿體也逐漸變稠，。硬化過程二水石膏晶體繼續(xù)大量形成、長大，晶體之間互相交錯(cuò)連生，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，使?jié){體變硬，并具有強(qiáng)度水化硬化的特點(diǎn)凝結(jié)硬化快 須加緩凝劑：常用檸檬酸體積微膨脹 制品飽滿、無收縮裂縫需水量大 硬化體孔隙率

3、大 強(qiáng)度較低建筑石膏各等級的強(qiáng)度和細(xì)度數(shù)值 項(xiàng)目優(yōu)等品一等品合格品備注 抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa） 2.54.92.13.91.82.9表中強(qiáng)度值為2h的強(qiáng)度值 細(xì)度(0.02mm方孔篩篩余)() 5.010.015.0凝結(jié)硬化快體積微膨脹 孔隙率大，強(qiáng)度較低、體積密度小，保溫、吸聲性較好 具有一定的調(diào)溫和調(diào)濕性能 防火性好，但耐火性較差 耐水性差1.1.4 建筑石膏的特性與應(yīng)用型半水石膏高強(qiáng)石膏主要用于室內(nèi)高級抹灰、各種石膏板、嵌條、大型石膏浮雕畫等，摻入防水劑后，還可生產(chǎn)高強(qiáng)防水石膏及制品。 1.3 高強(qiáng)石膏二水石膏或無水石膏經(jīng)煅燒，其生成物(-CaSO4.1/2H2O和型CaS

4、O4)單獨(dú)或兩者混合后摻入外加劑，也可加入集料制成的膠結(jié)料。粉刷石膏按用途分為：粉刷石膏（M）底層粉刷石膏（D）保溫層粉刷石膏（W）1.4 粉刷石膏2 石膏裝飾制品以半水石膏和護(hù)面紙為主要原料，摻加適量纖維、膠粘劑、促凝劑、緩凝劑，經(jīng)料漿配制、成型、切割、烘干而成的輕質(zhì)薄板。護(hù)面紙板（專用的厚質(zhì)紙）主要起到提高板材抗彎、抗沖擊的作用。 2.1 普通紙面石膏板普通紙面石膏板圖3.1普通紙面石膏板的棱邊 普通紙面石膏板具有質(zhì)輕、抗彎和抗沖擊性高，防火、保溫隔熱、抗震性好，并具有較好的隔聲性和可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度等優(yōu)點(diǎn)。 普通紙面石膏板的耐火極限一般為515min。普通紙面石膏板還具有可鋸、可釘、可刨等良

5、好的可加工性。 性質(zhì)以建筑石膏為主要原料，摻入適量耐水外加劑構(gòu)成耐水芯材，并與耐水的護(hù)面紙牢固粘結(jié)在一起的輕質(zhì)建筑板材。 2.2 耐水紙面石膏板耐水紙面石膏板以建筑石膏為主，摻入適量無機(jī)耐火纖維增強(qiáng)材料構(gòu)成芯材，并與護(hù)面紙牢固地粘結(jié)在一起的耐火輕質(zhì)建筑板材。 2.3 耐火紙面石膏板以建筑石膏為膠凝材料，加入適量的纖維增強(qiáng)材料、膠粘劑、改性劑等輔料，與水拌和成料漿，經(jīng)成型、干燥而成的不帶護(hù)面的裝飾板材。具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、圖案飽滿、細(xì)膩、色澤柔和、美觀、吸音、防火、隔熱、變形小及可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度等優(yōu)點(diǎn)，并具有施工方便，加工性能好，可鋸、可釘、可刨、可粘貼等特點(diǎn)，是較理想的頂棚吸音板及墻面裝飾板材。

6、2.4 裝飾石膏板表面細(xì)膩，色彩、花紋圖案豐富，浮雕板和孔板具有較強(qiáng)的立體感，質(zhì)感親切，給人以清新柔和感，并且具有質(zhì)輕、強(qiáng)度較高、保溫、吸聲、防火、不燃、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度等特點(diǎn)。廣泛用于賓館、飯店、餐廳、禮堂、影劇院、會議室、醫(yī)院、幼兒園、候機(jī)（車）室、辦公室、住宅等的吊頂、墻面等。 性質(zhì)與應(yīng)用分為平板、孔板、浮雕板。如在具有一定穿透孔洞的嵌裝式裝飾石膏板的背面復(fù)合吸聲材料，使之成為具有較強(qiáng)吸聲性的板材，則稱為嵌裝式裝飾吸聲石膏板（代號QS），簡稱嵌裝式吸聲石膏板。 2.5 嵌裝式裝飾石膏板嵌裝式裝飾石膏板規(guī)格為600mm600mm，邊厚大于28mm；500mm500mm，邊厚大于25mm。板材的

7、邊長（L）、鋪設(shè)高度（H）、厚度（S）及構(gòu)造見圖3.2。 嵌裝式裝飾石膏板的構(gòu)造示意圖 與裝飾石膏板的性能相同，此外，它也具有各種色彩、浮雕圖案、不同孔洞形式（圓、橢圓、三角形等）及其不同的排列方式。主要用于吸聲要求高的建筑物裝飾，如影劇院、音樂廳、播音室等。 性質(zhì)與應(yīng)用以石膏板為基材，板兩面均有護(hù)面紙或保護(hù)膜，面層又經(jīng)印花等工藝而成，具有較好的裝飾性。 2.6 印刷石膏板以裝飾石膏板、紙面石膏板為基板，在其上設(shè)置孔眼而成的輕質(zhì)建筑板材。吸聲用穿孔石膏板按基板的不同和有無背覆材料（貼于石膏板背面的透氣性材料）分類按基板的特征還可分為普通板、防潮板、耐水板等。 2.7 吸聲用穿孔石膏板吸聲用穿孔

8、石膏板具有較高的吸聲性能，其平均吸聲系數(shù)可達(dá)0.110.65。以裝飾石膏板為基板的還具有裝飾石膏板的各種優(yōu)良性能，以防潮、耐水和耐火石膏板為基材的還具有較好的防潮性、耐水性和遇火穩(wěn)定性。吸聲用穿孔石膏板的抗彎、抗沖擊性能及斷裂荷載較基板低，使用時(shí)應(yīng)予以注意。性質(zhì)吸聲用穿孔石膏板主要用于播音室、音樂廳、影劇院、會議室以及其他對音質(zhì)要求高的或?qū)υ肼曄拗戚^嚴(yán)的場所，作為吊頂、墻面等的吸聲裝飾材料。 表面不再進(jìn)行裝飾處理的，其基板應(yīng)為裝飾石膏板；需進(jìn)一步進(jìn)行飾面處理的，其基板可選用紙面石膏板。 應(yīng)用以建筑石膏的芯材內(nèi)摻多種添加劑，板面上復(fù)合專用玻璃纖維氈（其質(zhì)量為100120g/m2），生產(chǎn)工藝與紙面

9、石膏板相似。 屬于A級建筑材料。板面可絲網(wǎng)印刷、壓滾花紋。板面上有1.5mm2.0mm的透氣孔，吸聲系數(shù)為0.34。適用于防火等級要求高的建筑物或重要的建筑物，作為吊頂、墻面、隔斷等的裝飾材料。 2.8 特種耐火石膏板裝飾石膏線角、花飾、造型等石膏藝術(shù)制品可統(tǒng)稱為石膏浮雕裝飾件。它可劃分為平板、浮雕板系列，浮雕飾線系列（陰型飾線及陽型飾線），藝術(shù)頂棚、燈圈、角花系列，藝術(shù)廊柱系列，浮雕壁畫、畫框系列，藝術(shù)系列及人體造型系列。 2.9 裝飾石膏線角、花飾、造型 裝飾石膏線角、花飾、造型斷面形狀似為一字形或L形的長條狀裝飾部件，多用高強(qiáng)石膏或加筋建筑石膏制作，用澆注法成型。其表面呈現(xiàn)雕花型和弧型。

10、規(guī)格尺寸很多，線角的寬度一般為45300mm，長度一般為18002300mm。它主要在室內(nèi)裝修中組合使用。線角的安裝固定多用石膏粘合劑直接粘貼。 2.9.1 裝飾石膏線角一般在燈座處及頂棚和角花多為雕花型或弧線型石膏飾件，燈圈多為圓形花飾，直徑0.92.5mm，美觀、雅致。 2.9.2 藝術(shù)頂棚、燈圈、角花仿照歐洲建筑流派風(fēng)格造型，分上、中、下三部分。上部為柱頭，有盆狀、漏斗狀或花籃狀等，中部為空心圓柱體，下部為基座。多用于營業(yè)門面、廳堂及門窗洞口處。 2.9.3 藝術(shù)廊柱有的形體為1/2球體，可懸置空中，上插花束而呈半球花籃狀。又可為1/4球體貼墻面而掛，或1/8球體置于墻壁陰角。 2.9.

11、4 石膏花臺石膏壁畫是集雕刻藝術(shù)與石膏制品于一體的飾品。整幅圖面可大到1.8m4m，畫面有山水、松竹、騰龍、飛鶴等。它是由多塊小尺寸預(yù)制件拼合而成的。 2.9.5 石膏壁畫單獨(dú)或配合廊柱用的人或動物造型也常采用石膏材料制成?？傊?，石膏線角、燈飾、花飾、造型等，充分利用了石膏制品質(zhì)輕、細(xì)膩、高雅而又方便制作、成本不高的特點(diǎn)，并已構(gòu)成系列產(chǎn)品，它們在建筑室內(nèi)裝飾中有著較為廣泛的應(yīng)用。 2.9.6 石膏造型石 灰品種： 生石灰：塊狀生石灰；磨細(xì)生石灰粉 熟石灰：消石灰粉 ；石灰漿 原料： 以CaCO3為主的巖石，如石灰?guī)r、大理石白云石、白堊、貝殼等 主要成分是碳酸鈣(CaCO3)和碳酸鎂(MgCO3

12、)。工藝：煅燒1 石灰的生產(chǎn)與品種煅燒產(chǎn)品的組成：正火石灰欠火石灰 顏色發(fā)青，內(nèi)部有未燒透的內(nèi)核，使用時(shí)不能完全消化，有效氧化鈣和氧化鎂含量低，缺乏粘結(jié)力；降低了石灰的利用率過火石灰 表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，塊體密度大，消化緩慢，用于建筑結(jié)構(gòu)物中仍能繼續(xù)消化，以致引起體積膨脹，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫等破壞現(xiàn)象，危害極大。2 石灰的熟化生石灰加水生成氫氧化鈣的過程，稱為石灰的熟化或消解過程。其反應(yīng)式如下：石灰熟化時(shí)放出大量的熱，其體積膨脹12.5倍，熟化后的產(chǎn)物Ca(OH)2稱熟石灰或消石灰。 熟化過程的特點(diǎn)（1）速度快 煅燒良好的CaO與水接觸時(shí)幾秒鐘內(nèi)即反應(yīng)完畢。（2）

13、體積膨脹 CaO與水反應(yīng)生成Ca（OH）2時(shí)，體積增大1.52.0倍。（3）放出大量的熱 1克分子CaO熟化生成1克分子Ca（OH）2約產(chǎn)生64.9kJ熱量。去除過火石灰方法陳伏在熟化過程中，利用篩網(wǎng)除掉較大尺寸過火石灰顆粒，而較小的過火石灰顆粒在儲灰坑中至少存放二周以上，使其充分熟化，此即所謂的“陳伏”。陳伏時(shí)為防止石灰炭化，石灰膏的表面須保存有一層水。表3.2 生石灰熟化速度分類 石灰種類熟化時(shí)間 快熟石灰中熟石灰慢熟石灰 熟化速度在10min以內(nèi)熟化速度在1030min之間熟化速度在30min以上根據(jù)熟化速度分為快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：干燥結(jié)晶 多余水分蒸發(fā)或被砌

14、體吸收，Ca(OH) 2逐漸從飽和溶液中析出結(jié)晶。碳化過程 Ca(OH) 2和空氣中的CO2化合，生成碳酸鈣晶體。反應(yīng)式如下： 3、石灰的硬化石灰凝結(jié)硬化過程的特點(diǎn)速度慢 水分從內(nèi)部遷移到表層被蒸發(fā)或被吸收的過程本身較慢，若表層Ca（OH）2被碳化，生成的CaCO3在石灰表面形成更加致密的膜層，使水分子和CO2的進(jìn)出更加困難。因此，石灰的凝結(jié)硬化過程極其緩慢，通常需要幾周的時(shí)間。加快硬化速度的簡易方法有加強(qiáng)通風(fēng)和提高空氣中CO2的濃度。體積收縮大 容易產(chǎn)生收縮裂縫。按MgO的含量分：鈣質(zhì)生石灰和鎂質(zhì)生石灰建筑消石灰粉 鈣質(zhì)消石灰粉(MgO含量小于4%)； 鎂質(zhì)消石灰粉(MgO含量在4%24%)

15、； 白云石消石灰粉(MgO含量在24%30%)， 4石灰的技術(shù)性質(zhì)和特性4.1 石灰的技術(shù)性質(zhì)良好的可塑性及保水性 凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低 耐水性差 體積收縮大 吸濕性強(qiáng) 4.2 石灰的特性保水性與可塑性好 Ca（OH）2顆粒極細(xì)，比表面積很大，每一顆粒均吸附一層水膜，使石灰漿具有良好的保水性和塑性。工程中常用來改善水泥砂漿保水性和塑性差的缺陷。凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低 石灰漿凝結(jié)硬化時(shí)間一般需要數(shù)周，硬化后的強(qiáng)度一般小于1MPa。如1:3的石灰砂漿強(qiáng)度僅為0.20.5MPa。但通過人工碳化，可使強(qiáng)度大幅度提高。耐水性差 石灰漿在水中或潮濕環(huán)境中沒有強(qiáng)度，在流水中還會溶解流失。但固化后的石灰制品經(jīng)人工碳

16、化處理后，耐水性大大提高。干燥收縮大 石灰漿體中游離水，特別是吸附水蒸發(fā)，引起硬化時(shí)體積收縮、開裂。碳化過程也引起體積收縮。因此，石灰一般不宜單獨(dú)使用，通常摻入砂子、麻刀、紙筋等以減少收縮或提高抗裂能力。配制石灰砂漿和石灰乳 配制灰土與三合土 生產(chǎn)硅酸鹽制品生產(chǎn)碳化石灰板 5 石灰的應(yīng)用石灰乳涂料和抹面 石灰乳通常采用石灰漿（膏）加入大量水調(diào)制 成稀漿，用于要求不高的室內(nèi)粉刷。 石灰膏摻入麻刀或紙筋作為墻面抹面材料，也稱之為黃灰，過去較常用。目前主要采用石灰膏與 水泥、砂或直接與砂配制成混合砂漿或石灰砂漿抹面。石灰混合砂漿 石灰、水泥和砂按一定比例與水配制成混合砂漿，用于砌筑和抹面。石灰土和三

17、合土 消石灰粉和粘土拌合后稱為石灰土。 石灰土中再加入砂和石屑、爐渣等即為三合土。 由于Ca（OH）2能和粘土中少量的活性SiO2和Al2O3反應(yīng)生成具有水硬性的產(chǎn)物，使密實(shí)度、強(qiáng)度和耐水性得到改善。因此廣泛用于建筑物的基礎(chǔ)和道路墊層。如石灰樁加固地基等。 但是，目前更常用的方法是石灰、粉煤灰和石子混合成“三合土”作為道路墊層，其固結(jié)強(qiáng)度高于粘土（因粉煤灰中活性SiO2和Al2O3的含量高），且利用廢渣。用于生產(chǎn)硅酸鹽制品 硅酸鹽制品主要包括粉煤灰混凝土、粉煤灰磚、硅酸鹽砌塊、灰砂磚、加氣混凝土等等。 硅酸鹽制品主要以石英砂、粉煤灰、礦渣、爐渣等為原料，其中的SiO2、Al2O3與石灰在蒸汽養(yǎng)

18、護(hù)或蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水硬性產(chǎn)物，產(chǎn)生強(qiáng)度。若沒有Ca（OH）2參與反應(yīng)，則強(qiáng)度很低。水 玻 璃1、水玻璃的組成 水玻璃通常采用石英粉（SiO2）加上純堿（NaCO3），在13001400的高溫下煅燒生成固體，再在高溫或高溫高壓水中溶解，制得溶液狀水玻璃產(chǎn)品。 水玻璃分為鈉水玻璃和鉀水玻璃兩類，俗稱泡花堿。鈉水玻璃為硅酸鈉水溶液；鉀水玻璃為硅酸鉀水溶液。 土木工程中主要使用鈉水玻璃。當(dāng)工程技術(shù)要求較高時(shí)也可采用鉀水玻璃。 優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為無色透明的粘稠液體，溶于水。當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色或青灰色。水玻璃的模數(shù) 水玻璃分子式中的n稱為水玻璃的模數(shù)，代表x2O和SiO2的分

19、子數(shù)比。 n值越大，水玻璃的粘性和強(qiáng)度越高，但水中的溶解能力下降。n值越小，水玻璃的粘性和強(qiáng)度越低，越易溶于水。故土木工程中常用模數(shù)n為2.62.8，既易溶于水又有較高的強(qiáng)度。 土木工程中常用水玻璃的密度一般為1.361.50g/cm3，相當(dāng)于波美度38.448.3。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。 2、水玻璃的硬化 水玻璃在空氣中的凝結(jié)固化與石灰的凝結(jié)固化非常相似，主要通過碳化和脫水結(jié)晶固結(jié)兩個(gè)過程實(shí)現(xiàn)。 隨著碳化反應(yīng)的進(jìn)行，硅膠含量增加，接著自由水分蒸發(fā)和硅膠脫水成固體SiO2而凝結(jié)硬化，其特點(diǎn)是：1速度慢 空氣中CO2濃度低，故碳化反應(yīng)及整個(gè)凝結(jié)固化過程緩慢。2體積收縮3強(qiáng)度低 為加

20、速水玻璃的凝結(jié)固化速度和提高強(qiáng)度，水玻璃使用時(shí)一般要求加入固化劑氟硅酸鈉。 氟硅酸鈉的摻量一般為12%15%。摻量少，凝結(jié)固化慢，且強(qiáng)度低；摻量太多，則凝結(jié)硬化過快，不便施工操作，而且硬化后的早期強(qiáng)度雖高，但后期強(qiáng)度明顯降低。因此，使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制固化劑摻量，并根據(jù)氣溫、濕度、水玻璃的模數(shù)、密度在上述范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。3 水玻璃的性質(zhì)1 粘結(jié)力和強(qiáng)度較高 水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠和固體，比表面積大，因而具有較高的粘結(jié)力。但水玻璃自身質(zhì)量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對強(qiáng)度有顯著影響。2 耐酸性好 可以抵抗除氫氟酸（HF）、熱磷酸和高級脂肪酸以外的幾乎所有無機(jī)和有機(jī)酸。3 耐熱性好 硬化后形成的二氧

21、化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降很小，當(dāng)采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土?xí)r，耐熱度可達(dá)1000。因此水玻璃混凝土的耐熱度，也可以理解為主要取決于骨料的耐熱度。4 耐堿性和耐水性差 因和均溶于堿，故水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用。同樣由于、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對已硬化水玻璃進(jìn)行酸洗處理，提高耐水性。4、水玻璃的應(yīng)用1 涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力 水玻璃溶液涂刷或浸漬材料后，能滲入縫隙和孔隙中，固化的硅凝膠能堵塞毛細(xì)孔通道，提高材料的密度和強(qiáng)度，從而提高材料的抗風(fēng)化能力。但水玻璃不得用來涂刷或浸漬石膏制品。因?yàn)樗Ａc石膏反應(yīng)生成硫酸鈉（Na2SO4），在制

22、品孔隙內(nèi)結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致石膏制品開裂破壞。2 加固土壤 將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入土壤中，兩種溶液迅速反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，使土壤的強(qiáng)度和承載能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，稱為雙液注漿。3 配制速凝防水劑 水玻璃可與多種礬配制成速凝防水劑，用于堵漏、填縫等局部搶修。這種多礬防水劑的凝結(jié)速度很快，一般為幾分鐘，其中四礬防水劑不超過1min，故工地上使用時(shí)必須做到即配即用。 多礬防水劑常用膽礬（硫酸銅）、紅礬（重鉻酸鉀，K2Cr2O7）、明礬（也稱白礬，硫酸鋁鉀）、紫礬等四種礬。4 配制耐酸膠凝、耐酸砂漿和耐酸混凝土 耐酸膠凝是用水玻璃和耐酸粉料（常用石

23、英粉）配制而成。與耐酸砂漿和混凝土一樣，主要用于有耐酸要求的工程。如硫酸池等。5 配制耐熱膠凝、耐熱砂漿和耐熱混凝土 水玻璃膠凝主要用于耐火材料的砌筑和修補(bǔ)。水玻璃耐熱砂漿和混凝土主要用于高爐基礎(chǔ)和其他有耐熱要求的結(jié)構(gòu)部位。 水 泥Cement 水硬性膠凝材料 水泥的歷史 cement一詞由拉丁文caementum發(fā)展而來，是碎石及片石的意思。 5,000 年前，水泥的一些形式已經(jīng)被人們所使用。 埃及人用石灰砂漿建造金字塔， 羅馬人用水凝水泥建造羅馬圓形大劇場及一樣著名的眾神廟和古壁石道。19世紀(jì)初 英、法等國將粘土化的石灰（或泥灰?guī)r）經(jīng)燒結(jié)成為水硬性材料，當(dāng)其中氧化鋁和氧化硅含量之和達(dá)到20

24、35時(shí)，稱為天然水泥。這種水泥的燒成溫度低，不控制成分 水泥的歷史 1824年 英國人J.阿斯普丁用石灰石和粘土的人工混合物燒成一種水硬性的膠凝材料，它在凝結(jié)硬固后的顏色、外觀和當(dāng)時(shí)英國用于建筑的優(yōu)質(zhì)波特蘭石頭相似，故稱之為波特蘭水泥。燒成溫度低而質(zhì)量不夠好。 1850年 英國人I.C.約翰孫制造真正類似于現(xiàn)在的波特蘭水泥，從此開始了波特蘭水泥工業(yè)。 中國 1889年于唐山建立了第一座水泥廠，1906年在唐山成立啟新洋灰股份有限公司 水泥分類 根據(jù)生產(chǎn)的原料性質(zhì)： 天然水泥； 有熟料水泥； 用石灰石和粘土按所需成分配合，在較高溫度下煅 燒得到的產(chǎn)物稱為熟料 無熟料水泥； 利用粉煤灰、高爐礦渣等

25、工業(yè)廢料或天然火山灰與石灰、水玻璃等堿性激發(fā)劑以及石膏按比例磨細(xì),不經(jīng)煅燒而制得的水泥水泥分類按用途及性能分為 ： 通用水泥 用于一般土木建筑工程，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，礦渣、火山灰質(zhì)、粉煤灰、混合硅酸鹽水泥等 專用水泥 用于某種專用工程，如油井水泥、道路水泥、砌筑水泥、型砂水泥等 特種水泥 用于對混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、水工水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥、自應(yīng)力水泥等。 水泥分類根據(jù)水泥中主要化學(xué)成分 硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥(高鋁水泥) 磷酸鹽水泥 氟鋁酸鹽水泥 硫鋁酸鹽水泥 鐵鋁酸鹽水泥1 硅酸鹽水泥定義 : 硅酸鹽水泥熟料; 05石灰石或?；郀t礦渣; 適量石膏

26、 磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為Portland Cement. P. P.1.1原料與生產(chǎn)生產(chǎn)原料原料： ）石灰質(zhì)原料 主要提供，）粘土質(zhì)原料 主要提供 以及。3）校正原料 補(bǔ)充兩種原料中所缺少的鐵。生產(chǎn)工藝 兩磨一燒石灰質(zhì)材料黏土質(zhì)材料其它材料粉磨生料煅燒熟料水泥石膏粉磨緩凝1.2硅酸鹽礦物一.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成與特性1.硅酸鹽水泥熟料: 煅燒產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成一些以硅酸鹽為主的化合物2.四種熟料礦物: 硅酸三鈣(C3S)； 硅酸二鈣(C2S)； 鋁酸三鈣(C3A)； 鐵鋁酸四鈣(C4AF)硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性礦物組成硅酸三鈣C3S硅酸二鈣C2S鋁酸三鈣C3A鐵鋁酸四鈣C4AF與

27、水反應(yīng)速度中慢快中水化熱中低高中對強(qiáng)度的作用早期良差良良后期良優(yōu)中中耐化學(xué)侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小3.四種礦物的比例對水泥性質(zhì)的影響: 提高C3S的含量,可得到高強(qiáng)硅酸鹽水泥 提高C3S和C3A的含量,即可制得快硬硅酸鹽水泥 降低C3S和C3A的含量,提高的含量可的低熱或中熱硅酸鹽水泥.1.3水化及硬化水化 物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆?凝結(jié) 水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程 硬化 此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體（水泥石）水化產(chǎn)物C-S-H凝膠（水化硅酸鈣凝膠）氫氧化鈣晶體水化硫鋁酸鈣晶體（低硫型、高硫型）水化鋁酸鈣晶體水化

28、鐵酸鈣凝膠1.4 水 泥 石 1.水泥石的組成 未水化水泥顆粒 水化產(chǎn)物晶體、膠體 毛細(xì)孔、毛細(xì)水 2.影響水泥石結(jié)構(gòu)的因素 石膏的摻量 養(yǎng)護(hù)時(shí)間 溫度和濕度 水灰比1.5 硅酸鹽水泥的技術(shù)要求(一)密度、細(xì)度 密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆積密度：1.3 g/cm3 細(xì)度：用篩余或比表面積表示（300350 m2/kg），影響水泥的水化速度、收縮等性質(zhì) 粒徑： 40 m 水化非常緩慢，接近惰性(二) 凝 結(jié) 時(shí) 間a.初凝時(shí)間（t初） 水泥開始加水拌和至水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間 b.終凝時(shí)間（t終） 水泥開始加水拌和至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。

29、c. 規(guī)定： t初45min t終6.5h (三)體積安定性定義: 是水泥硬化后因體積膨脹而產(chǎn)生不均勻變形 的性質(zhì)。 體積安定性不良的水泥嚴(yán)禁用于工程。 原因: 熟料中含游離氧化鈣（f-CaO)過多 熟料中含游離氧化鎂（f-MaO)過多 石膏過多游離氧化鈣、鎂膨脹原因a.熟料中f-CaO、f-MgO都是過燒的， 結(jié)構(gòu)致密，水化很慢； b.水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 c.體積膨脹97以上，從而引起不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。測定體積安定性的方法沸煮法： 測定游離氧化鈣引起的壓蒸法： 測定游離氧化鎂引起的長期浸水，觀察 測定石

30、膏引起的（四）膠砂強(qiáng)度 強(qiáng)度是水泥技術(shù)要求中最基本的指標(biāo)，也是水泥的重要技術(shù)性質(zhì)之一。 法規(guī)定： 以的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂（標(biāo)準(zhǔn)砂滿足級配要求），采用.的水灰比，用標(biāo)準(zhǔn)制作方法制成的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，達(dá)到規(guī)定齡期（，）時(shí)，按國家標(biāo)準(zhǔn)（）規(guī)定的最低強(qiáng)度值來確定其強(qiáng)度等級（五）水化熱 水化釋放的熱量 主要C3A、C3S由水化釋放，另外與細(xì)度有關(guān) 大體積混凝土必須注意控制（六）堿含量（七）不溶物和燒失量1.6 水泥石的腐蝕 水泥石在外界侵蝕性介質(zhì)（軟水、含酸、含鹽、含堿等）的作用下結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。 表現(xiàn)形式： 體積膨脹膨脹型腐蝕 體積收縮溶出型腐蝕 貴州鋁廠柱開脹嘉裕

31、關(guān)結(jié)構(gòu)梁腐蝕破壞墻面高架橋墩化工廠橋柱(一)水泥石腐蝕的類型軟水侵蝕 硫酸鹽腐蝕 鎂鹽腐蝕 碳酸腐蝕 一般酸腐蝕 強(qiáng)堿腐蝕糖、氨、鹽、動物脂肪、純酒精、含環(huán)浣酸的石油產(chǎn)品等對水泥石也有一定的侵蝕作用。 1軟水侵蝕不含或僅含少量重碳酸鹽的水稱為軟水，如雨水、雪水、及部分江水、湖水水泥石中的氫氧化鈣微溶于水 與靜止或無壓力的軟水接觸 水泥石周圍的軟水迅速被溶出的氫氧化鈣所飽和，溶出作用很快停止。因溶出量不大或溶出僅限于表面，所以對水泥石的影響不大 在流動或有壓力的軟水中 水流不斷將氫氧化鈣溶出并帶走，降低了水泥石內(nèi)部氫氧化鈣的濃度，且水泥石的孔隙率增加，隨著氫氧化鈣的不斷溶出，水泥石的孔隙率進(jìn)一步

32、增加，且水泥石內(nèi)部氫氧化鈣的濃度進(jìn)一步降低，會引起部分水化產(chǎn)物發(fā)生分解，從而造成水泥石結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。 2 硫酸鹽腐蝕在已硬化的水泥類材料中，有兩種反應(yīng)： 第一種反應(yīng)： 硫酸鹽介質(zhì)與水泥水化物中的鋁酸鈣作用，生成硫鋁酸鈣，其結(jié)晶物含有31個(gè)結(jié)晶水，固相體積較反應(yīng)前的物質(zhì)體積增加227%. 第二種反應(yīng)： 硫酸鹽介質(zhì)與水泥水化物中的氫氧化鈣產(chǎn)生反應(yīng)，生成石膏，固相體積較反應(yīng)前的物質(zhì)體積增加124%.后果： 產(chǎn)生很大的膨脹壓力3 鎂鹽腐蝕氯化鎂和硫酸鎂 與水泥石中的氫氧化鈣起復(fù)分解反應(yīng)，生成無膠結(jié)能力的氫氧化鎂及易溶于水的氯化鎂或生成石膏導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞硫酸鎂對水泥石起鎂鹽與硫酸鹽雙重侵蝕作用

33、。 在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水及流經(jīng)高爐礦渣或煤渣的水中常含鉀、鈉、銨等硫酸鹽；在海水及地下水中常含有大量的鎂鹽，主要是硫酸鎂和氯化鎂。4 碳酸侵蝕水泥石中的Ca（OH）2與溶有CO2的水反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣；接著碳酸鈣又再與碳酸水反應(yīng)生成易于水的碳酸氫鈣。 5、一般酸腐蝕水泥的水化產(chǎn)物呈堿性，酸類對水泥石一般都會有不同程度的侵蝕作用侵蝕作用最強(qiáng)的是無機(jī)酸中的鹽酸、氫氟酸、硝酸、硫酸及有機(jī)酸中的醋酸、蟻酸和乳酸等 與水泥石中的Ca（OH）2反應(yīng)后的生成物，或者易溶于水，或者體積膨脹，都對水泥石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。 6 強(qiáng)堿侵蝕水泥石本身具有相當(dāng)高的堿度，因此弱堿溶液一般不會

34、侵蝕水泥石，但是，當(dāng)鋁酸鹽含量較高的水泥石遇到強(qiáng)堿（如氫氧化鈉）作用后出會被腐蝕破壞。氫氧化鈉與水泥熟料中未水化的鋁酸三鈣作用，生成易溶的鋁酸鈉： 3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca（OH）2 當(dāng)水泥石被氫氧化鈉浸潤后又在空氣中干燥，與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈉，它在水泥石毛細(xì)孔中結(jié)晶沉積，會使水泥石脹裂。 注意在實(shí)際工程中，水泥石的腐蝕常常是幾種侵蝕介質(zhì)同時(shí)存在、共同作用所產(chǎn)生的；但干的固體化合物不會對水泥石產(chǎn)生侵蝕，侵蝕性介質(zhì)必須呈溶液狀且濃度大于某一臨界值。 (二)水泥石腐蝕的原因內(nèi)因 水泥石存在不穩(wěn)定的Ca(OH)2和介穩(wěn)的水化硫鋁酸鈣；外因 環(huán)境中有害介

35、質(zhì)（軟水、酸、鹽等）的存在； 聯(lián)系 水泥石中的孔縫系統(tǒng)，產(chǎn)生有害介質(zhì)的侵蝕、交換作用。 長期性、后期加劇性(三)水泥石腐蝕的防止根據(jù)侵蝕介質(zhì)的類型，合理選用水泥品種。 如采用水化產(chǎn)物中Ca（OH）2含量較少的水泥，可提高對多種侵蝕作用的抵抗能力； 采用鋁酸三鈣含量低于5%的水泥，可有效抵抗硫酸鹽的侵蝕； 摻入活性混合材料，可提高硅酸鹽水泥抵抗多種介質(zhì)的侵蝕作用。提高水泥石的密實(shí)度。 水泥石（或混凝土）的孔隙率越小，抗?jié)B能力越強(qiáng)，侵蝕介質(zhì)也越難進(jìn)入，侵蝕作用越輕。在實(shí)際工程中，可采用多種措施提高混凝土與砂漿的密實(shí)度。設(shè)置隔離層或保護(hù)層。 當(dāng)侵蝕作用較強(qiáng)或上述措施不能滿足要求時(shí)，可在水泥制品（混凝

36、土、砂漿等）表面設(shè)置耐腐蝕性高且不透水的隔離層或保護(hù)層。 1.7硅酸鹽水泥的應(yīng)用常用于： 重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土工程 要求凝結(jié)快的現(xiàn)場澆注的混凝土工程 冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程 不宜用于： 受流動的軟水和有水壓作用的工程 受海水和礦物水作用的工程 大體積工程 耐熱、耐酸工程2 摻混合材的硅酸鹽水泥 凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量的石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材的硅酸鹽水泥。 摻入目的： a.改善水泥的性能 b.增加品種 c.提高產(chǎn)量 d.節(jié)約熟料， e.降低成本2.1 混合材料的種類及質(zhì)量要求一、混合材料的分類:活性混合材料：非活性混合

37、材料：主要包括?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰包括活性指標(biāo)不符合要求的砂巖、石灰石、塊狀的高爐礦渣?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰火山灰性或潛在水硬性的材料不具有潛在水硬性?；郀t礦渣形成：高爐冶煉生鐵時(shí)所得以硅酸鈣為主要成分的熔融物，經(jīng)冷淬?；蟮漠a(chǎn)品。組成：化學(xué)成分：CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3硫化物90%其中Al2O3 12% CaO 40%的活性較好火山灰質(zhì)混合材定義：是具有火山灰性的天然的或人工的礦質(zhì)物料。包括： 天然的火山灰、凝灰?guī)r、浮石、硅藻土； 人工的燒粘土、燒矸石。主要化學(xué)成分： SiO2、Al2O3石灰粉煤灰產(chǎn)出：從煤粉爐煙道氣體中收集的粉塵（1億T）成分：

38、以SiO2,Al2O3為主，另有少量 Fe2O3、CaO等活性：取決于化學(xué)成分玻璃體含量燒失量細(xì)度其他混合材料化鐵爐渣精煉鉻鐵渣JC41791?；姞t磷渣GB664586粒化高爐鈦礦渣JC41891增鈣液態(tài)渣JC45492鋼渣YB/ T022-92沸騰爐渣赤泥窯灰ZBQ12001水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度比大于和等于75的為活性混合材料；小于75的為非活性混合材料。 （二）非 活 性 混 合 材a.這類材料本身不具有潛在的水硬性或火山灰性，與水泥礦物組成不起化學(xué)作用 b.摻入目的：擴(kuò)展水泥等級、調(diào)節(jié)強(qiáng)度、降低水化熱c.常用的有： 石英砂、石灰石粉 慢冷的高爐礦渣、尾礦粉2.2 摻混合材的硅酸鹽水泥

39、普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、6%15%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。 摻活性混合材料時(shí)：最大15%，其中允許用5%的窯灰或10%的非活性混合材料來代替。 摻非活性混合材料時(shí)：最大10%代號：PO強(qiáng)度等級：32.5 42.5 52.5 32.5R 42.5R 52.5R生產(chǎn): 與P同性能：1、凝結(jié)硬化較快，早強(qiáng)較高；2、抗凍性較好；3、水化熱偏高；4、耐酸、堿、硫酸鹽類化學(xué)侵蝕差。用 途1、配制較高標(biāo)號混凝土；2、無腐蝕性水中的受凍工程；3、在低溫條件下需要強(qiáng)度發(fā)展較快的工程；4、一般地上工程和

40、不受侵蝕的地下工程。礦渣硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料和20%70%?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。 允許用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種材料代替礦渣，代替數(shù)量8%，替代后水泥中?；郀t礦渣不得少于20%代號：PS 性 能1、對硫酸鹽類侵蝕的抵抗能力及抗水性較好；2、耐熱性較好；3、水化熱較低；4、在蒸汽養(yǎng)護(hù)中強(qiáng)度發(fā)展較快；5、在潮濕環(huán)境中后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大；6、早強(qiáng)較低，凝結(jié)較慢，在低溫環(huán)境下尤甚；7、抗凍性較差；8、干縮性較大，有泌水現(xiàn)象。用 途1、地下、水中和海水中工程，以及經(jīng)常受高水壓的工程；2、大體積混凝土工程；3、蒸汽養(yǎng)護(hù)的工程；4、一般地上工程

41、。5.受熱車間（200以下）不適：早強(qiáng)、低溫、凍融火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥定義： 它是由硅酸鹽水泥熟料和2050火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。代號：PP火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥性能1、對硫酸鹽類侵蝕的抵抗能力較強(qiáng)；2、抗水性較好；3、水化熱較低；4、在濕潤環(huán)境中后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大；5、在蒸汽養(yǎng)護(hù)中強(qiáng)度發(fā)展較快；6、早期強(qiáng)度較低，凝結(jié)較慢，在低溫環(huán)境中尤甚；7、抗凍性差；8、吸水性大； 9、干縮性較大。用 途地下、水中工程及經(jīng)常受較高水壓的工程；受海水及含硫酸鹽類溶液侵蝕的工程；大體積混凝土工程；蒸汽養(yǎng)護(hù)的工程；遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)纳皾{和混凝土；不適用于：早強(qiáng)、凍融、干燥、高溫粉煤灰硅酸鹽水泥

42、定義： 凡由硅酸鹽水泥熟料和20%40%粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。 粉煤灰摻量為代號：PF技術(shù)要求：同火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥性能(1)需水量少，和易性好(2)干縮小，抗裂性好(3)水化熱低(4)耐腐蝕性好(5)早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增進(jìn)率大(6)泌水，抗凍性差、抗碳化性差提高粉煤灰水泥強(qiáng)度的途徑 (1)選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰并且控制粉煤灰摻量(2)提高粉煤灰水泥的細(xì)度(3)選擇適宜的熟料礦物組成。復(fù)合硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。 混合材料總摻量大于15%，不超過50% 允許用不超過8%的窯灰代替代號：PC

43、與普通水泥的區(qū)別：混合材須15%與礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)水泥的區(qū)別： 1、必須摻兩種或兩種以上的混合材料 2、擴(kuò)大了混合材的品種取長補(bǔ)短礦渣、粉煤灰、火山灰、石灰石、窯灰水 泥 名 稱代 號硅酸鹽水泥P、P普通硅酸鹽水泥PO礦渣硅酸鹽水泥PS粉煤灰硅酸鹽水泥PF火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥PP復(fù)合硅酸鹽水泥PC各種水泥的代號五種常用水泥的主要性能特性 品種P.P. P.OP.SP.PP.F水化熱高低凝結(jié)時(shí)間快較快較慢，低溫下尤甚強(qiáng)度發(fā)展早期強(qiáng)度高早期強(qiáng)度較高早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度可等于同標(biāo)號硅酸鹽水泥抗硫酸腐蝕較差較強(qiáng)當(dāng)SiO2多時(shí)，抗硫酸鹽腐蝕性好當(dāng)AlO3多時(shí)，抗硫酸鹽腐蝕性差抗凍性好較差干縮性小較大大較小保水性較好差好差蒸養(yǎng)適應(yīng)性不宜高于6080好摻混合材水泥的水化特點(diǎn)二次水化機(jī)理：第一次水泥熟料的水化 C3S(C2S)+H2O=C-S-H+Ca(OH)2第二次混合料與第一次產(chǎn)物反應(yīng) f-SiO2+ Ca(OH)2 + H2O=C-S-HAl2O3+ Ca(OH)2 + 3(CaSO42H2O) + H2O= 3CaO Al2O3 3CaSO432H2O最終產(chǎn)物為兩次產(chǎn)物之和。Ca(OH)2減少，C-S-H的