1、膠凝材料填空60，簡答25，論述15第四章 硅酸鹽水泥1. 水泥分類按照用途分類：通用水泥、專用水泥、特性水泥普通水泥、 大壩水泥、 抗硫酸鹽水泥、 油井水泥按礦物組成分類：硅酸鹽水泥、硫酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥按化學組成分類：鈣水泥、壩水泥、鍶水泥、鎂水泥按性質分類：早強水泥、中熱水泥 、低熱水泥、膨脹水泥2. 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的定義硅酸鹽水泥：凡由硅酸鹽水泥熟料、05%混合材（石灰石或粒化高爐礦渣）、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。普通硅酸鹽水泥在硅酸鹽水泥熟料中摻入6%20%混合材料、適量石膏磨細制成水硬性膠凝材料，P.O。凝結時間、安定性、強度是通用硅酸鹽水泥的

2、三項主要性能。3. 硅酸鹽水泥熟料礦物組成4. 硅酸鹽水泥生產技術硅酸鹽水泥的主要技術要求1、不溶物：P.I中不溶物小于0.75%；P.II中不超過1.5%2、MgO：不大于5.0%，如水泥經過壓蒸安定性檢驗合格水泥中MgO含量容許放寬到6.0%3、SO3：不大于3.5%4、燒失量：P.I燒失量不大于3.0%，P.II不大于3.5%，P.O不大于5.0%5、細度：硅酸鹽水泥Se大于300m2/kg；復合水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥：80微米方孔篩不超過10.0%或45微米方孔篩篩余不大于30%6、凝結時間：硅酸鹽水泥初凝不得早于45min；終凝不得遲于6h30mi

3、n；普通硅酸鹽水泥初凝不得早于45min；終凝不得遲于10h。7、堿：Na2O+0.658K2O<0.60%5. 硅酸鹽水泥水化機理水泥漿體溶液中的主要離子有：硅酸鈣Ca2+、OH-、SiO44-鋁酸鈣Ca2+、Al（OH）4-硫酸鈣Ca2+、SO42-鉀、鈉及硫酸根離子K+、Na+、SO42-各種酸根離子分別由硅酸鈣、鋁酸鈣、硫酸鈣提供水化早期的鈣離子主要為C3S水化提供，K+、N+主要為堿式硫酸鹽提供。堿的存在將大大影響CaO的濃度以及CH的結晶過程。水化過程中液相組分與固相組分處于隨時間而變的動態平衡中。早期水化：誘導前期、誘導期；水化中期：加速器和減速期；水化后期：穩定期誘導前期

4、：加水后立即發生急劇化學反應，但持續時間較短，在15min內結束。誘導期：反應速率極其緩慢，持續24h（水泥漿體保持塑性的原因）。初凝時間基本相當于誘導期的結束。加速期：反應重新加快，反應速率隨時間而增大，出現第二個放熱峰。在達到峰頂時本階段即告結束（48h），此時終凝時間已過，水泥石開始硬化。減速期：反應速率隨時間下降的階段（1224h），水化作用逐漸受擴散速率控制。穩定期：反應速率很低、處于基本穩定的階段，水化作用完全受擴散速率控制。（最初生成的水化產物大部分生長在C3S 粒子原始周界以外的原來的充水空間之中，稱之為外部水化產物。后期水化形成的水化產物大部分生長在C3S粒子原始周界之內，稱

5、之為內部水化產物，隨著內部水化物的形成和發展， C3S的水化向穩定期轉變。）誘導期形成機理當C3S與水接觸后很快水解， Ca2+與OH-進入溶液，在C3S表面形成一個缺鈣的富硅層，Ca2+吸附到富硅層表面形成雙電層，使 C3S溶解變慢而出現誘導期。由于C3S仍在緩慢水化，待溶液中Ca(OH)2濃度達到一定的過飽和度時，Ca(OH)2析晶，導致誘導期結束。同時，由于SiO44-的遷移速度慢，因而C-S-H主要在靠近顆粒表面區析晶，而CH晶體可以在遠離顆粒表面或漿體的充水空間中形成。C3A水化機理2C3A­+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在R.H<85%時容易失水變成

6、C4AH13C4AH19、C4AH13、C2AH8、均為六方片狀晶體，在常溫下都處于介穩狀態，有轉化為等軸C3AH6的趨勢。6. 強度脆性材料斷裂理論葛里菲斯(Griffith)公式強度 多孔材料理論水泥石的強度發展決定于孔隙率(水化產物充滿原始充水空間的程度)。結晶理論硬化水泥漿體是由多種形貌的C-S-H以及鈣礬石、氫氧化鈣和單硫型水化硫鋁酸鈣等晶體交織在一起形成的。它們密集連生交叉結合、接觸，形成牢固的結晶結構網。水泥石的強度取決于結晶結構網中接觸點的強度與數量。影響水泥石強度的因素 水泥礦物組成及含量(注意：水化活性與膠凝性能的區別)硅酸鹽礦物的含量是決定水泥強度的主要因素，28天強度基

7、本上依賴于C3S含量。C2S對于后期強度貢獻大。C3A主要對極早期的強度有利，C4AF不僅對于水泥的早期強度有相當的貢獻，也有助于后期強度的發展，而且對抗折強度影響較大。 水灰比和水化程度 水灰比越大，產生的毛細孔隙越多，膠空比越小，強度越小。隨著水化程度的提高，凝膠體積不斷增加，毛細孔隙率相應減少。 孔結構 當孔隙率相等時，平均孔徑小，則強度大。孔徑隨總孔隙率降低而減小。隨著水化程度的提高，孔隙率減小，平均孔徑減小。水泥石中對強度最不利的影響產生于“工藝”孔，尤其是大孔徑。 養護溫度 提高養護溫度，可以使早期強度得到較快發展，但后期強度，特別是抗折強度反而降低。 原因：1）高溫下水化迅速，生

8、成的凝膠產物不能充分擴散均勻地沉析到水泥顆粒之間的空間中，凝膠分布疏松點成為結構弱點，影響強度發展；2）水泥顆粒被密集凝膠層包裹，后期水化延緩。混凝土強度特點：抗壓不抗拉；鋼筋特點：抗拉不抗壓預應力混凝土是事先認為在混凝土內部引入內部應力，且數值和分布恰好能將使用荷載產生的應力抵消到一個合適程度的混凝土。7.變形荷重作用下兩種變形性能：在短期荷重作用下的彈性變形(彈性模量)；在持續荷重作用下的徐變（蠕變）水泥石的彈性模量（動模量）E與水泥石的毛細孔孔隙率P有如下關系：E=E0（1-P）3物理意義：表征材料對彈性變形的抗力，即材料的抗力。E越大，相同應力下彈性變形越小。徐變(蠕變，creep)：

9、恒定荷載作用下依賴時間而增長的變形。受力條件確定下，徐變主要決定于內部結構因素。1）水泥石凝聚-結晶結構性質 (晶膠比)；2）水泥石應力作用下水分的轉移。徐變顯著影響結構或構件的受力性能。優點：局部應力集中可因徐變得到緩和缺點：受彎構件的撓度增大23倍(橋梁)；使長柱的附加偏心距增大；預應力構件的預應力損損失。8.體積變化收縮為什么重要？材料角度：收縮變形是混凝土早期行為的必然特性，并且現代混凝土低水膠比、高密實程度、高流動性且大量使用礦物摻合料等特征有可能加大混凝土早期變形。在早齡期混凝土中，溫濕度變形和溫濕度梯度引發的不均勻變形導致混凝土在約束狀態下產生應力和應力梯度，二者的綜合作用是引起

10、混凝土早期開裂的主要原因。結構角度：現行的主流的結構設計方法是基于強度準則對應力進行設計，將混凝土看做均勻、穩定、具有固定強度的材料，設計中對其早期的不穩定狀態和變形特征未予考慮。使得混凝土結構早齡期的變形行為超出了人們的可控范圍，結構處于較大的開裂風險中，因此出現普遍開裂的情況。收縮機理模型：毛細管張力、互斥力、固體表面張力、液體表面張力混凝土的收縮體積變形主要包括化學收縮、沉降收縮、塑性收縮、自收縮、干燥收縮和碳化收縮等。自收縮是指水泥基材料在密封、恒溫的條件下表觀體積或一維長度的減小。由于自收縮是由于化學收縮導致的，所以兩者在塑性階段差別很小；但是初凝之后，因為漿體結構的形成，而化學收縮

11、是指在水分充足的條件下絕對體積的減少，自收縮指的是固相形成后宏觀的體積縮小，因此在此階段自收縮要小于化學收縮。自干燥收縮是指在密封的條件下，當水泥漿體結構形成以后，由于水泥進一步水化而使其內部相對濕度下降所引起的收縮。自干燥收縮是自收縮最重要的一部分。與自干燥收縮相對應的是水泥漿體結構形成以前由于化學減縮產生的表觀體積的減小，稱為凝縮。凝縮也包含在自收縮之中。密封條件下由于自收縮、自膨脹和溫度變形所引起的表觀體積的變化統稱為自生體積變形。塑性收縮是指新澆筑混凝土在硬化前發生的體積變化，是指混凝土未凝結硬化前，還處于塑性狀態時發生的收縮。塑性收縮引起的開裂，是由化學收縮、自身收縮、表面水分的快速

12、蒸發( 大于泌水速度) 等共同作用的結果。干燥收縮是指混凝土停止養護后，在不飽和空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發生的不可逆收縮。水泥漿體的干縮會隨著相對濕度的降低而增大。干燥收縮與自收縮區別：干燥收縮與自身收縮分別在不同時期和不同強度的混凝土中被發現，干燥收縮的研究對象主要集中在低強度硬化混凝土中，而自身收縮主要集中在高強度早齡期混凝土中。自收縮：水泥水化耗水引起的濕度下降(自干燥作用)產生毛細張力；干燥收縮：水分擴散作用引起的濕度下降產生毛細張力。二者在毛細張力產生收縮這一點上具有內在的一致性。混凝土收縮因素分析 水泥品種 水泥品種的影響主要體現在水泥的礦物組成的和細度方面。 骨料品

13、種 普通混凝土的收縮主要與漿體收縮，骨料收縮以及骨料的體積含量有關。 混凝土配合比 混凝土配合比對收縮的影響主要體現在單位用水量、水泥用量、水灰比、砂率等參數上。 其他因素分析 其它因素對混凝土收縮的影響主要包括環境溫度和濕度、養護條件、齡期、結構特征等。不同的環境條件下,各種收縮所占的比重是不同的。9.混凝土的耐久性耐久性：在使用過程中混凝土經受（抵抗）各種破壞因素（堿集料反應、硫酸鹽侵蝕、鋼筋銹蝕、凍融循環）的作用（破壞力）而能保持其使用功能的能力。耐久性涉及兩個方面：一是引起破壞的作用力或破壞力；二是材料對破壞作用的抵抗力。兩種力對抗的結果決定了材料是否耐久。1）抗滲性定義：指抵抗各種有

14、害介質進入內部的能力。滲透系數 抗滲性影響因素：滲透系數k與孔隙平方成正比，與總孔隙率成一次方正比關系。因此，孔徑尺寸對抗滲性影響更大。主要是毛細孔影響抗滲性，而凝膠孔由于孔徑小基本不影響抗滲性。另外，還包括孔的連通程度（主要是毛細孔的連通程度）。其它因素的影響均通過影響孔來影響抗滲性。如水灰比、硬化齡期等都影響抗滲性。(水灰比的增加，提高總孔隙率，增大毛細孔徑，孔之間基本聯通，滲透系數大大增加)2）抗硫酸鹽侵蝕性能 硫酸鹽侵蝕的作用機理：混凝土內部水泥水化產物與SO42-之間共同作用的結果。 鈣礬石膨脹破壞 SO42-濃度小于1000mg/L， SO42-與CH、C-A-H、AFm反應生成鈣

15、礬石，體積膨脹1.27倍。特征是：試件表面出現粗大裂紋，白色晶體析出。 石膏膨脹破壞 SO42-與CH反應生產結晶石膏，體積膨脹2倍。反應條件：SO42-濃度大于1000mg/L。特征是：試件遍體潰散，白色晶體析出。 Thaumasite（硅灰石）破壞 SO42-、 CO32-與C-S-H反應，分解C-S-H生成Thaumasite。反應條件：低溫、高濕度。特征是：結構潰爛、強度喪失。危害性大的原因:在于Na2SO4、MgSO4可與四種主要水泥水化產物（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、AFm、水化硅酸鈣）發生反應，破壞混凝土結構。其中，Ca(OH)2和C3AH6最容易遭受硫酸鹽離子腐蝕。硫酸鹽侵蝕病害的

16、判別方法：表面粗大裂縫。混凝土表面有白色的析晶。硫酸鹽侵蝕破壞預防措施：進行細致的工程環境調查；根據工程環境特點合理選用水泥品種（目的是從根源減少C-A-H。如礦渣硅酸鹽水泥，專用的抗硫酸鹽水泥（水泥礦物中C3A含量低于5%。）；礦物摻和料技術（目的：粉煤灰、礦渣、硅灰與CH發生火山灰反應，減少水泥水化產物中的CH；反應生成的C-S-H填充細化水泥石中的孔，使結構密實度提高，阻礙硫酸根離子的滲透。）內因：水泥品種；混凝土的密實性和配合比；混凝土內部水化產物相對含量，尤其是CH、C-A-H含量多少。外因：侵蝕溶液中SO42-的濃度；侵蝕溶液中SO42-和Mg2+共存；侵蝕溶液中SO42-和Cl-

17、共存；侵蝕溶液的PH值。3）抗鋼筋銹蝕性能鋼筋在混凝土中的銹蝕機理：鋼是通過還原反應從自然界穩定存在鐵礦石中奪走其中的氧、硫等經過高溫熔煉形成的。從熱力學角度而言，鋼處于高能量狀態，是不穩定的活化態，必然會在環境介質（氧化劑）的作用下，力圖恢復為較穩定的原有氧化狀態。這個過程就是鋼的銹蝕，是一種自發的過程。在常溫下，環境介質中的氧化劑與鋼難以直接進行氧化反應，但是許多環境介質（如混凝土、水、土）都含有電解質溶液。鋼在這些電解質溶液中，可以電化學反應的方式發生銹蝕。鈍化膜及其形成過程：在強堿性環境下，混凝土與鋼筋粘結在一起。鋼筋表面形成一層致密、穩定的尖晶石固溶體Fe3O4gFe2O3堿性鈍化膜

18、，從電化學角度講，該過程是鋼由活化態轉為鈍化態。阻礙金屬離子的移動，起到屏蔽作用，但它們不能阻礙電子的通過，結果在鈍化膜的兩側形成了一種雙電層結構。正、負粒子互相吸引，建立動態平衡。此時，金屬的整個表面仍然是電中性的，抑制了金屬鐵進一步變成離子的傾向，使金屬不再繼續溶解，保護鋼筋不銹蝕。欲使鋼筋不銹蝕，混凝土的pH大于等于11.5是必要的。要使混凝土中的鋼筋長期穩定與耐久應使pH值保持在1213的范圍內。混凝土強堿環境保護鋼筋不被銹蝕的原因：隨著水泥水化進行，CH陸續生成，pH增加，陰陽兩極電位差E減小。即減小了電子在金屬中移動的電動力和減小了金屬表面陰陽極之間電解質中離子移動的電動力，使銹蝕

19、過程減緩，再加上強堿環境下鋼筋鈍化膜對Fe2+的通過形成強大阻力，使其不易進入液相擴散，則電化學反應平衡強烈偏向左方。鐵銹的生成機理：鋼筋銹蝕全反應 2Fe+2H2O+O22Fe2+4OH2Fe（OH）2紅銹：在富氧條件下，Fe（OH）2又進一步被氧化成Fe（OH）3。 Fe（OH）3脫水后變成疏松、多孔、非共格結構的Fe2O3（紅銹），鋼體積會膨脹4倍；黑銹：在少氧條件下，Fe（OH）2氧化不很完全的部分形成Fe3O4（黑銹），體積膨脹2倍。鐵銹疏松、多孔，極易透氣和滲水。鐵銹所產生的膨脹壓力使混凝土出現裂縫和引起剝離，使空氣中的氧、水及腐蝕性介質更易進入，這樣上述反應能繼續不斷地進行下去，

20、直到鋼材被完全腐蝕為止。鋼筋銹蝕的條件：鈍化膜的破壞：當pH值很低或Cl-超過臨界濃度時鈍化膜就破壞。存在電位差：鋼筋的金相組織不均勻性、混凝土的不均質性、堿性環境不均勻、濃度梯度。氧氣、水：一般情況下均存在。電通路：混凝土的空隙液為離子導體，鋼筋作為電子導體，故該條件總是存在的。混凝土中鋼筋銹蝕預防措施：降低混凝土孔隙率，提高密實度；減緩碳化速度；減緩有害離子傳質速度；加入緩蝕劑；選擇耐腐蝕鋼筋；鋼筋表面涂層；新建混凝土建筑物。（影響鋼筋銹蝕速度的主要因素有：碳化、氯離子侵蝕、雜散電流、應力腐蝕等，其中碳化與氯離子侵蝕的影響為為嚴重。）4）抗堿集料反應性能AAR定義及分類：堿集料反應是指混凝

21、土中的堿與集料中的某些活性組分發生反應并產生異常膨脹的現象，簡稱為AAR。堿集料反應分為堿硅酸反應（ASR）和堿碳酸鹽反應（ACR）兩類。ASR：堿與活性SiO2反應，生成堿硅凝膠，凝膠吸水腫脹導致混凝土膨脹或開裂。ACR：堿與集料中的微晶白云石反應生成水鎂石Mg（OH）2和方解石CaCO3，在白云石表面和周圍水泥石之間的受限空間內結晶生長，使集料膨脹，進而使混凝土膨脹開裂。集料堿活性的檢驗方法：巖相法、化學法、砂漿棒法和混凝土柱法，其中砂漿棒法和混凝土柱法根據所需時間的長短又分為快速試驗方法和常規實驗方法。巖相法（結合XRD分析）是建議采用的首選方法。對于ASR，通常采用砂漿棒法（快速法）進

22、行檢測；對于ACR，通常采用快速混凝土小棒法。AAR反應條件與判別 堿集料反應的條件：（1）混凝土的原材料水泥、摻合料、外加劑或水中含堿量高（如果集料為一般活性，堿含量大于3kg/m3；當集料具有高的ASR反應活性時，堿含量大于2.1kg/m3 ；當集料具有一般的ACR反應活性時，堿含量大于1.0kg/m3 ）；（2）集料中有相當數量的活性成分（ASR或/和ACR）；（3）潮濕環境，有充分的水分或濕空氣的供應（內部濕度低于80%時，AAR會停止；內部濕度低于75%時，AAR無法進行）。 AAR的綜合判定方法：混凝土結構表面出現網狀裂縫或特有的龜裂和縱向裂縫，以及淤積于混凝土裂縫和空隙中的玻璃狀

23、或白色凝膠鹽析。混凝土硅質集料的邊緣出現白色反應環，是AAR的典型特性之一。（1）肉眼或用立體顯微鏡觀察, 再用偏反光顯微鏡觀察光薄片. 一般AAR 造成的破壞常會損傷集料顆粒，裂縫多從集料延伸至漿體。有時還能明顯觀察到集料顆粒裂開，或邊緣被撕裂。因冰凍、鹽腐蝕、鋼筋銹蝕、化學腐蝕、碳化、機械荷載等不會使集料顆粒受到損傷.這是區分AAR與其他破壞因素。（2） 依靠電子顯微鏡加上能譜分析可以測得堿硅酸鹽凝膠的化學成分。這是發生AAR 的直接證明。破壞的工程芯樣中集料含有活性二氧化硅（如玉髓等）,反應后經能譜鑒定確證堿硅酸鹽凝膠的存在。堿集料反應預防措施：控制混凝土的堿含量；使用摻合料（對于一般A

24、SR活性的集料，堿含量小于3.5%的粉煤灰的摻量在30%以上時或堿含量小于1.0%的礦渣在大于50%時能有效抑制ASR。但對于ACR活性集料，粉煤灰、礦渣和硅灰難以防止其ACR破壞。）；使用鋰鹽；使用硫鋁酸鹽水泥（對于ACR反應活性集料，具有一定效果。）5）抗凍融循環破壞性能砼凍融破壞機理：在某一凍結溫度下混凝土毛細孔中存在結冰的水和過冷的水，結冰的水產生體積膨脹；過冷的水發生遷移，引起各種壓力（膨脹壓與滲透壓），導致混凝土破壞。膨脹壓：水結冰時體積膨脹達9%，如混凝土毛細孔中含水率超過臨界值（91.7%），則結冰時產生很大的壓力，此壓力的大小決定于：（1）毛細孔的含水率；（2）凍結速度；（3

25、）未結冰的水向周圍能容納水的孔隙流動的阻力。滲透壓：當毛細孔內的水結冰時，凝膠孔中的水處于過冷狀態，過冷水的蒸汽壓比同溫度下冰的蒸汽壓高，將發生凝膠水向毛細孔中冰的界面滲透，直至達到平衡狀態，從而產生滲透壓。混凝土氣泡特征參數：含氣量，a；氣泡比表面或氣泡平均半徑，r；氣泡間距系數，S。當含氣量一定時，氣泡半徑越小，則氣泡個數就越多，氣泡間距系數S就越小。當氣泡半徑不變時，含氣量越大，氣泡間距系數就越小。氣泡間距的大小由含氣量決定。隨著水灰比的降低，在含氣量一定的情況下，氣泡直徑與間距減小。砼凍融破壞特征：混凝土表面龜裂現象。混凝土表面出現缺邊、掉角、開裂的現象。提高砼抗凍性的技術方法：優選原

26、材料，提高原材料自身的抗凍性；配合比設計，減小水灰比，減小毛細孔所占比例；摻加引氣劑，引入穩定的氣泡；摻加礦物摻合料，細化孔徑，降低混凝土內部可凍水比例；摻加輕集料，吸收膨脹應力。10.水化熱水泥的水化熱主要是由各種熟料礦物水化時產生的。在大體積混凝土工程中，水化放出的熱量聚集在混凝土內部不易散失，使其內部溫度升高，導致混凝土結構內外溫差較大而產生應力，致使混凝土結構不均勻膨脹而產生裂縫。故降低水化熱是提高大體積混凝土質量的重要性能指標。要降低水化熱，應增大熟料中C2S和C4AF的含量，相應降低C3A和C3S的含量。低熱硅酸鹽水泥是以適當成分的硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，經磨細制成的具有低水化

27、熱的水硬性膠凝材料。簡稱低熱水泥。低熱硅酸鹽水泥是一種以硅酸二鈣為主導礦物，鋁酸三鈣含量較低的水泥。生產該品種水泥具有耗能低、有害氣體排放少、生產成本低的特點。經大量研究和實驗證實，該品種水泥具有良好的工作性、低水化熱、高后期強度、高耐久性、高耐侵蝕性等通用硅酸鹽水泥無可比擬的優點。低熱水泥特別適合大體積混凝土、高強高性能混凝土工程應用。經過在首都機場路面、成樂高速公路、北京五環路標橋以及混凝土制品等工程上應用，取得了良好的效果。研究和應用結果表明，低熱硅酸鹽水泥所配制的混凝土后期強度遠高于中熱硅熱酸鹽水泥混凝土；絕熱溫升比中熱硅酸鹽水泥混凝土低35；干縮小，自生體積變形為微膨脹。這一切說明低

28、熱硅酸鹽水泥對進一步提高大壩混凝土的抗裂性，減少大壩混凝土裂縫，提高混凝土耐久性，將起到非常重要的作用。1、膠凝材料定義與發展簡史定義：膠結凝固（膠凝）。凡能在物理、化學作用下，從具有可塑性的漿 體逐漸變成堅固石狀體的過程中，能將其他物 料膠結為整體并具有一定機械強度的物質。分類：有機膠凝材料（瀝青、樹脂）；無機膠凝材料（水泥、石灰、石膏等）：水硬性膠凝材料、氣硬性膠凝材料。水硬性膠凝材料：在拌水后既能起空氣中硬化，又能在水中硬化并具 有強度的材料，通稱為水泥，如硅酸鹽水泥、鋁酸 鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等非水硬性膠凝材料：不能在水中硬化，但能在空氣中或其他條件下硬化。只能在空氣中硬化的膠凝材料，

29、稱為氣硬性膠 凝材料，如石灰、石膏、鎂質膠凝材料等。無機膠凝材料的特點：生產能耗低、原料來源廣、工藝簡便、生產成本低；耐久、防火、適應性強、應用方便。膠凝材料的發展簡史：天然黏土時期、石膏-石灰時期、石灰-火山灰時期、天然水泥時期、多品種水泥時期2、 石膏石膏的原料種類；石膏脫水相的種類、形成機理及結構特性；石膏水硬化過程、機理與結構；石膏建材的特點及其應用領域。石膏膠凝材料的原料：（1）天然二水石膏，天然二水石膏又稱生石膏、軟石膏或簡稱石膏，分子式為 CaSO4·2H2O，化學組成的理論質量為：CaO-32.57%，SO3 46.50%，H2O20.93%。常含有黏土、細砂。純天然

30、二水石膏呈白 色或無色透明。（2）天然硬石膏：主要由無水硫酸鈣（CaSO4）組成，又稱無水石膏。化學組成 的理論質量為CaO41.19%；SO358.81%。純凈的硬石膏透明、 無色或白色，常因含有雜質而成暗灰色，有時微帶紅色或蘭色，玻璃光澤。（3）化學石膏（工業副產石膏）石膏的脫水轉變溫度又稱為轉變點或相變點，它與脫水條件密切相關。石膏相種類：二水石膏（CaSO4*2H2O)、半水石膏（-CaSO4*1/2H2O、-CaSO4*1/2H2O）、型硬石膏（-CaSO4、-CaSO4）、型硬石膏（CaSO4)、型硬石膏（CaSO4)五種形態、七個變種。水化機理：溶解析晶理論、局部化學反應理論溶解

31、析晶理論：影響水化物晶體成核和生長的一個最重要因素是液相的過飽和度。二水石膏的平衡溶解度、半水石膏的最大溶解度以及相應 的過飽和度均隨溫度而變化。(過飽和度隨溫度升高而減少)建立較高的過飽和度并使之維持足夠的時間是半水石膏凝結硬化的必要條件。局部化學反應理論：在半水石膏水化過程的某一中間階段，半水石膏與水分子生成某種吸 附絡合物或某種凝膠體。然后這些中間產物再轉變為二水石膏。分為三個階段：a、水分子在半水石膏表面上的吸附；b、所吸附水分子的溶解；c、新相的形成。影響半水石膏水化過程的主要因素：石膏的煅燒溫度、粉磨細度、結晶形態、雜質情況、水化條件、外加劑緩凝劑種類：a、分子量大的物質b、降低石

32、膏溶解度的物質c、改變石膏結晶結構的物質（3） 型半水石膏（建筑石膏）的形成機理a、一次生成機理 二水石膏加熱后直接形成 型半水石膏 b、二次生成機理 二水石膏直接脫水形成硬石膏III，再立即吸附脫出的水分子轉變為 型半水石膏。影響因素： 二水石膏脫水時的溫度與水蒸汽壓有關。在較高的水蒸汽壓力下可能 按一次生成機理形成；在氣壓很低或者真空條件下，則可能按二次生成機 理形成。 （4） 型半水石膏（高強石膏）的形成機理： 型半水石膏是在加壓水蒸汽條件下由二水石膏溶解析晶過程形成。制備方法：加壓水蒸汽法與水溶液法（常壓水溶液法與加壓水溶液法）2石膏相的結構特征及其特性（1）二水石膏：石膏屬于單斜晶系

33、： Ca2+聯結SO42-四面體，構成雙層 結構層，H2O分子分布于雙層結構 層之間。在顯微鏡下呈菱形薄板狀、 柱板狀或針狀晶體。由于H2O分子 與層狀結構之間的結合力較弱，因 此當加熱二水石膏時，層間水首先 脫出，而使其結晶結構發生變化。（2）半水石膏、型半水石膏的微觀結構沒有本質差別，在晶胞尺寸上相似。在 二水石膏脫水時，兩個離子層之間的水分子失去3/4，且Ca2+與SO42-離子 彼此錯開，在水分子層中形成直徑為3A的溝道，水分子可通過溝道，這是半水石膏比較容易水化的重要原因。、型半水石膏結構的細微差別： （1）結晶形態上：型半水石膏致密、完整、粗大的原生顆粒；型半水 石膏是片狀的、不規

34、則的，由細小的單個晶粒組成的次生顆粒。 （2）分散度（細度） （3）水化熱 （4）差熱分析結果 （5）x射線衍射譜高強石膏在不斷加熱時， 轉變為II型硬石膏的溫度要比建筑石膏低。 兩者晶體結構相差不大，高強石膏的特征峰更強，結晶度更完整。（3）硬石膏、型半水石膏的微觀結構沒有本質差別，在晶胞尺寸上相似。在 二水石膏脫水時，兩個離子層之間的水分子失去3/4，且Ca2+與SO42-離子 彼此錯開，在水分子層中形成直徑為3A的溝道，水分子可通過溝道，這是半水石膏比較容易水化的重要原因。半水石膏的水化過程與機理石膏漿體的硬化：影響石膏漿體結構強度發展的因素a、溫度過飽和度較高時，液相中形成的晶核少，形

35、成的晶粒較小 ，因而結晶接觸點也多，容易形成結晶結構網。 u而過飽和度較少時，液相中形成的晶核少，形成的晶粒較 大，因而結晶接觸點也較少，在同樣條件下形成同等結構 網時所消耗的水化物較多；石膏漿體水化時，其溫度為20oC時的過飽和度比60oC 的大，因而在20oC時形成初始結構所消耗的水化產物 也少，前者為10%左右，后者為25%。 在初始結構形成以后，水化物繼續生成，可以使結構 網進一步密實而起到強化作用。 l但是，當達到某一限度值后，水化物再繼續增加，就 會對已經形成的結構網產生一種內應力（稱為結晶應力）。l當結構密實以后，形成的水化物結晶體越多，結晶應力也就越大，當結晶應力大于當時結構所

36、承受的限度 時，就會導致結構破壞，使最終的塑性強度降低。如果過飽和度過大，由于產生結晶應力而使結構強度減弱 ，這時，在結構強度發展與水化反應發展的關系上，就會 表現為達到最高強度的時間較水化結束的時間要早。 l如果結晶結構形成以后，水化物的生成不足以產生結晶應 力，或者產生的結晶應力不足以引起結構的破壞，則達到 最高強度的時間和水化終了的時間是一致的。b、水固比在石膏漿體形成過程中，對于小水固比的漿體，隨著過飽和度的提高 ，結晶應力起著破壞作用；當水固比較大時，要求提高過飽和度及其持續時 間，才能保持硬化漿體的結構正常發展。c、半水石膏的原始分散度半水石膏的溶解度與其原始分散度有關，分散度越大

37、，溶解度也越大，而相應的過飽和度也越大。當隨著分散度的增加其過飽和度的增長超過一定數值時，則會產生較大的結晶應力，這時硬化漿體的結構會產生破壞。石膏漿體結晶結構網的形成與破壞幾乎受同一因素控制，即液相的過飽和度。它影響晶核形成速度、數量以及晶體生長和連生的條件，同時也決定著晶體結晶應力的大小。過飽和度既是結晶結構形成的決定因素，又是影響結構破壞的因素。石膏硬化體的結構內部結構：水化生成的二水石膏結晶體彼此交叉連生而形成的多 孔的網狀結構二水石膏各個晶面溶解度不同，控制二水石膏不同晶面的生長 速度，進而控制二水石膏的形態 ：(1)二水石膏晶體的（111）面由Ca2+組成，選擇性吸附NO3-、 H

38、SO4-等，（110）面由Ca2+和SO42-組成，因此正負離子均可以 吸附，但是相對來說，H+、Sr2+、Ag+在SO42-的吸附最強烈， 因此可通過吸附劑的選擇控制不同晶面的生長速度，從而控制 晶體形狀。 (2)另外，旋轉速度與溫度影響二水石膏晶體不同晶面溶解度， 旋轉速度較高時，（010）面的垂直面上溶解度約為（010）面的4倍。強度不僅與結晶體的強度、尺寸有關，還于結晶接觸點的性質和數量、孔結構有關。石膏硬化漿體中結晶接觸點具有更大的溶解度耐水性差的原因：（1）石膏的溶解度大、（2）石膏制品具有高孔隙率、（3）石膏制品存在微裂紋提高耐水性的措施： 保證石膏硬化漿體結晶結構的形成 u保證

39、一定強度的前提減少接觸點的數量 ；提高密實性 ；加入外加劑（活性二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鈣，石灰、礦渣或粉煤 灰）生成水化硅酸鈣與水化硫鋁酸鈣 ；瀝青-石蠟懸浮液或其他水溶性聚合物進行改性，降低親水性 ；物理防水，包括涂刷防水層、憎水劑等石膏的用途:（1）水泥緩凝劑 （2）混凝土膨脹劑 （3）石膏制品（紙面石膏板、建筑飾面板、隔音板、纖維石膏板和砌塊） （4）醫藥用品 （5）模型材料 （6）工藝品2石灰的原料以碳酸鈣（CaCO3）為主的礦物，即方解石和文石.常用的石灰原料的種類 1.致密石灰石 2.大理石 3.鮞狀石灰石（魚卵石） 4.貝殼石灰石 5.白堊、6工業副產品（電石渣、堿渣）影響碳酸鈣分解效率的因素：石灰石的材質 煅燒溫度 系統分壓石灰石的材質（致密程度、料塊大小、雜質含量）對分解溫度有重要影響石灰石雜質的影響：雜質的存在可使分解溫度下降數百度。堿對石灰石煅燒性能的影響：較高的堿含量導致較小的收縮，某些情況下甚至可以使石灰石或生石灰 在煅燒時出現膨脹過火石灰的危害 ：當正常煅燒石灰硬化后，細小的過火石灰顆粒才緩慢 開始吸濕消解，發生水化反應并放出熱量，產生體積 膨脹，引起石灰硬化漿體局部隆起或開裂脫落，從而 影響工程質量。 石灰原料中所含的菱鎂礦雜質，其分解溫度比碳酸鈣 低很多，在煅燒過程中氧化鎂處于過燒狀態，從而影 響石灰質量。當原料中菱鎂礦含量過多時，應保