1、第二章第二章 無機膠凝材料無機膠凝材料1、膠凝材料定義、膠凝材料定義: 物理化學作用物理化學作用（能膠結其它物料）（能膠結其它物料）堅強固體堅強固體塑性漿體塑性漿體2、膠凝材料作用、膠凝材料作用散粒材料散粒材料(砂、石等砂、石等)塊狀材料塊狀材料(磚、石塊磚、石塊)膠膠結結整整體體 3、膠凝材料分類、膠凝材料分類有機有機 不飽和樹脂、瀝青、不飽和樹脂、瀝青、 氣硬性氣硬性只能在空氣中硬化只能在空氣中硬化無機無機 水硬性水硬性不僅能在不僅能在 空氣中空氣中 硬化硬化, 而且能在而且能在 水中水中 硬化。硬化。分類的意義：分類的意義： 氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料( (石灰、石膏、菱苦土、石灰、石

2、膏、菱苦土、水玻璃水玻璃)耐水性差，只能用于干燥環境耐水性差，只能用于干燥環境 水硬性膠凝材料（水泥）水硬性膠凝材料（水泥） 耐水性好，可用于潮濕環境。耐水性好，可用于潮濕環境。2-1 石石 灰灰 一、原料及生產一、原料及生產原料：石灰石（主要成份原料：石灰石（主要成份CaCO3）生產：生產： CaCO3 CaO（生石灰）（生石灰）CO2900次次品品原原因因缺缺點點欠欠燒燒石石灰灰溫溫度度過過低低時時間間不不足足料料塊塊太太大大有有未未分分解解利利用用率率低低過過燒燒石石灰灰溫溫度度過過高高時時間間太太長長料料塊塊太太小小石石灰灰燒燒結結活活性性降降低低二、石灰熟化與硬化二、石灰熟化與硬化1

3、、熟化、熟化CaOH2O Ca(OH)2(熟石灰熟石灰)64.9KJ/Mol 粉狀粉狀消石灰：只用少量水消石灰：只用少量水(約約70) (理論值為理論值為 31.2%) 漿狀漿狀石灰漿：加過量水石灰漿：加過量水(2.53倍倍)熟石灰熟石灰過燒石灰過燒石灰危害危害：熟化緩慢，漿體硬化后仍在熟化，熟化緩慢，漿體硬化后仍在熟化，體積膨脹，導致硬化漿體開裂。體積膨脹，導致硬化漿體開裂。消除危害方法消除危害方法：“陳伏陳伏”兩星期兩星期2、石灰硬化、石灰硬化晶體交晶體交錯生長錯生長干燥干燥(空氣中空氣中)CO2+H2O(空氣中空氣中)塑性塑性漿體漿體硬化硬化漿體漿體Ca(OH)2結晶析出結晶析出 CaC

4、O3結晶析出結晶析出石灰碳化的條件與作用F條件：CO2，濕度 Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3+(n+1)H2O 作用：形成CaCO3晶體并相互共生，或與Ca(OH)2共生，構成結構緊密交織的結晶網，強度提高。 特點：緩慢，因表層碳化膜阻礙了空氣中CO2的進入，也阻礙了內部水分的蒸發產產品品建建筑筑生生石石灰灰建建筑筑生生石石灰灰粉粉 建建筑筑消消石石灰灰質質量量評評定定指指標標C Ca aO O+ +M Mg gO O含含量量C CO O2 2含含量量游游離離水水含含量量產產漿漿量量細細度度殘殘渣渣含含量量體體積積安安定定性性三、石灰技術性質三、石灰技術性質1、質量評定指標、質量評

5、定指標2、石灰性質、石灰性質可塑性好可塑性好 凝結硬化慢、強度低凝結硬化慢、強度低耐水性差耐水性差 體積收縮大體積收縮大四、石灰應用四、石灰應用 1、石灰乳、石灰乳粉刷粉刷 2、石灰膏、石灰膏砌筑、抹灰砌筑、抹灰 3、消石灰、消石灰石灰土、三合土石灰土、三合土 4、生石灰粉、生石灰粉碳化石灰板、硅酸鹽制品碳化石灰板、硅酸鹽制品石灰石石灰石 CaCO3生石灰生石灰 CaO熟石灰熟石灰 Ca(OH)2成品成品 Ca(OH)2 CaCO3煅燒煅燒熟化熟化碳化碳化結晶結晶石灰的強度不石灰的強度不高，為什么會高，為什么會使用其作為地使用其作為地基材料基材料？2-2 石石 膏膏一、原料和生產一、原料和生產

6、 二水石膏二水石膏（生石膏）（生石膏）破碎破碎加熱處理加熱處理磨細磨細半水石膏半水石膏（熟石膏）（熟石膏）OHSOCa2421OHSOCa242原料：天然二水石膏與原料：天然二水石膏與工業副產品，按二水石工業副產品，按二水石膏含量分五級：特，膏含量分五級：特，95%、85%、75%55%55% 加熱加熱處理處理方式方式煅燒煅燒蒸煉蒸煉普通建筑石膏普通建筑石膏高強建筑石膏高強建筑石膏(107170，干燥，干燥)(125，1.3atm，有液態水，有液態水)OHCaSO2421OHCaSO2421水化需水大60-80%水化需水小35-45%F、半水石膏無水半水石膏F可溶性硬石膏不溶性硬石膏F高溫煅燒

7、石膏（地板石膏）180-210320-360400-750800-1200結構無顯著變化水化凝結快、放熱需水大、強度低結構緊密難溶于水，凝結硬化需加激發劑部分分解為CaO, 有水化凝結（慢）能力，硬化后強度高、耐磨耐水性較好二、石膏水化硬化二、石膏水化硬化 1、物理化學變化、物理化學變化半水石膏半水石膏(晶體晶體)半水石膏半水石膏(飽和溶液飽和溶液)溶解溶解二水石膏二水石膏(過飽和溶液過飽和溶液)水化水化二水石膏二水石膏(針狀晶體針狀晶體)結晶結晶促進促進8.16g/l202.05g/l20石膏凝結硬化示意圖石膏凝結硬化示意圖 2、漿體性狀變化、漿體性狀變化 流動性流動性可塑性可塑性有部分有部

8、分可塑性可塑性具有強度具有強度硬化漿體硬化漿體應應6min30min開始失去開始失去塑性塑性完全失去完全失去塑性塑性終凝終凝初凝初凝加水加水石石膏膏品品種種晶晶體體特特征征比比表表面面積積需需水水量量強強度度- - 型型尺尺寸寸較較大大小小3 35 54 4 5 5高高- - 型型微微細細鱗鱗片片狀狀大大6 60 08 8 0 0低低3、硬化漿體結構特征、硬化漿體結構特征 多孔性多孔性理論需水量理論需水量(用于水化用于水化) 18.6% 多余水分蒸發多余水分蒸發實際需水量實際需水量(便于操作便于操作) 3580% 內部留下孔隙內部留下孔隙四、石膏技術性質四、石膏技術性質1、質量評定指標、質量評

9、定指標 強度強度 抗折、抗壓抗折、抗壓 細度細度 凝結時間凝結時間 初凝、終凝初凝、終凝2、性質特征、性質特征 凝結硬化快凝結硬化快 早期強度高早期強度高 微膨脹性微膨脹性 孔隙率高孔隙率高 耐水性差耐水性差 耐火性強耐火性強四、石膏應用四、石膏應用1、室內抹灰、粉刷、室內抹灰、粉刷2、建筑裝飾制品、建筑裝飾制品3、石膏板、石膏板煅燒煅燒水化水化硬化硬化生石膏生石膏熟石膏熟石膏成品成品復習復習OHCaSO242OHCaSO2421OHCaSO2422-3 菱苦土原料制備：原料制備：MgCO3MgO + CO2成分：成分：MgO水化：水化：MgO+H2OMg(OH)2 mMgO+nMgCl26H

10、2OmMgOnMgCl2qH2O 分分 4-1-8，2-1-8 等，等，或用或用MgSO27H2O,FeCl3,FeSO4H2O作調和劑作調和劑性質特點：抗壓強度大、吸濕性強、堿性低性質特點：抗壓強度大、吸濕性強、堿性低應用：制作地板、木屑板、絕熱材料等應用：制作地板、木屑板、絕熱材料等2-4 水玻璃制備：Na2CO3+nSiO2Na2OnSiO2+CO2組成：Na2OnSiO2 SiO2/ Na2O=n 模數硬化： Na2OnSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+nSiO2mH2O 2(Na2OnSiO2) +Na2SiF6+mH2O 6NaF+(2n+1)SiO2mH2O性能特點：與水

11、任意調和、粘接性好、耐酸性好、耐熱性好應用：涂刷材料、沙土固化、堵漏材料、配制耐酸、耐熱混凝土等。 n 粘結性粘結性 難溶于水難溶于水1300-14002.5 水 泥水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后經物理化學反應可由塑性漿體變為堅硬的石狀體，不僅可在空氣中而且可更好的在水中硬化并繼續發展保持其強度。水泥分類F通用水泥（主體結構）： 硅酸鹽水泥P.,P. 普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 復合硅酸鹽水泥F特種水泥： 特種用途水泥或非硅酸鹽類水泥，如高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥、白水泥、膨脹水泥、快凝水泥等 石灰石石灰石粘土粘土輔料輔料生料生料石膏石膏熟料熟料混合混

12、合磨細磨細煅燒煅燒水泥水泥磨細磨細1通用水泥1-1硅酸鹽水泥一、生產一、生產水泥熟料水泥熟料二、熟料礦物及其特性名稱成分簡寫含量(%)水化速度水化熱強度硅酸三鈣（3CaOSiO2）C3S3760快多早高后高硅酸二鈣（2CaOSiO2）C2S1537慢少早低后高鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）C3A715最快最多早高后低鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3）C4AF1018快中早低后低礦物組成礦物組成 水泥性能水泥性能 應用應用C C3 3S S 高強高強 結構工程結構工程C C3 3A A、C C3 3S,CS,C2 2S S 水化熱低水化熱低 大體積砼大體積砼C C3 3S S、C C3

13、3A A 快硬高強快硬高強 搶修工程搶修工程三、水化硬化三、水化硬化1 1、鋁酸鹽水化、鋁酸鹽水化C3A+ H3CaOAl2O36H2O石膏存在時石膏存在時: :C3A+ CaSO4H2+HC3A3(CaSO4)H322、硅酸鹽水化、硅酸鹽水化2C3S+6HC3S2H3+3CH2C2S+4H C3S2H3 + CH 3、凝結硬化、凝結硬化 影響因素：影響因素：初初凝凝加加水水可塑漿體可塑漿體具流動性具流動性 45min誘導期誘導期終終凝凝稠硬漿體稠硬漿體塑性漸失塑性漸失 10h凝結期凝結期后期強度后期強度緩慢增長緩慢增長穩定期穩定期硬化漿體硬化漿體強度增長強度增長硬化期硬化期溫度、濕度、養護時

14、間溫度、濕度、養護時間4、水泥石、水泥石水泥石組成水泥石組成水化產物組成水化產物組成(充分水化時充分水化時) 孔隙組成孔隙組成 孔隙率決定因素孔隙率決定因素： 水化產物未水化熟料顆粒孔隙水化產物未水化熟料顆粒孔隙C-S-H凝膠凝膠Ca(OH)2晶體水化晶體水化(硫硫)鋁酸鈣鋁酸鈣 70% 20% 7 凝膠孔毛細孔氣孔凝膠孔毛細孔氣孔水灰比、水化程度水灰比、水化程度四、品質要求四、品質要求1、凝結時間、凝結時間分類分類：影響因素影響因素：不正常凝結不正常凝結：初凝、終凝初凝、終凝礦物組成、細度、加水量、環境溫濕度礦物組成、細度、加水量、環境溫濕度假凝、閃凝假凝、閃凝2 2、強度、強度水泥膠結能力

15、的體現水泥膠結能力的體現影響因素影響因素強度檢驗強度檢驗 強度標號強度標號礦物組成、細度、溫濕度、齡期礦物組成、細度、溫濕度、齡期固定的膠砂比和水灰比，固定的膠砂比和水灰比，規定的試件尺寸、水養護溫度，規定的試件尺寸、水養護溫度，以以28d28d抗壓強度劃分的強度等級。抗壓強度劃分的強度等級。3 3、體積安定性、體積安定性水泥硬化后體積變化的均勻性水泥硬化后體積變化的均勻性不不安安定定原原因因檢檢驗驗方方法法控控制制方方法法f f- -C Ca aO O沸沸煮煮沸沸煮煮膨膨脹脹值值5 5 m m m mf f- -M Mg gO O壓壓蒸蒸含含量量5 5 . . 0 0 S SO O3 3長長

16、期期浸浸水水含含量量3 3 . . 5 5 水泥安定性檢驗：試餅法水泥安定性檢驗：試餅法合格合格不合格不合格水泥安定性檢驗：雷氏夾法水泥安定性檢驗：雷氏夾法初值初值 A養護養護24h后后終值終值 C沸煮沸煮3h后后安定性評定：安定性評定：CA5.0mm 合格合格 CA 5.0mm 不合格不合格4、細度、細度作用作用：檢測方法檢測方法： 細度細度水化快、充分水化快、充分 強度強度 比表面積、篩分析比表面積、篩分析 5、水化熱、水化熱 利利： 弊弊：影響因素影響因素：改善水化熱的水泥品種改善水化熱的水泥品種 冬季施工冬季施工 大體積砼開裂大體積砼開裂 礦物組成、細度礦物組成、細度 中熱硅酸鹽水泥、

17、低熱硅酸鹽水泥中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥2m 2m 2m水泥石100(兩晝夜)6、燒失量、燒失量 燒失量對硅酸鹽水泥（燒失量對硅酸鹽水泥（3-3.5%）、普通水）、普通水泥泥(5.0%)作規定、作規定、7、堿含量、堿含量定義定義：水泥中：水泥中Na2O和和K2O的含量（的含量（0.6%）。）。危害危害：堿：堿骨料反應，混凝土開裂。骨料反應，混凝土開裂。廢品廢品：MgO、SO3、f-CaO、初凝時間、初凝時間 不合格不合格五、水泥石的腐蝕與防止五、水泥石的腐蝕與防止 1、腐蝕種類腐蝕種類 2、腐蝕原因腐蝕原因 3、防止措施防止措施 溶出性溶出性 離子交換離子交換 膨脹性膨脹性 水泥中存在水泥

18、中存在CH、C3AH6，本身不密實，本身不密實周圍存在侵蝕性介質周圍存在侵蝕性介質水泥組成水泥組成 密實度密實度 保護層保護層離子離子交換交換溶溶出出性性膨膨脹脹性性鹽類鹽類 易溶物易溶物酸類酸類 松軟物松軟物+ + CHCH軟軟 CHCH 其他水化其他水化水水 溶出溶出 產物溶出產物溶出 鋼筋鋼筋銹蝕銹蝕內應力內應力硫酸鹽硫酸鹽 CaSOCaSO4 4 石膏石膏 CHCH 鈣凡石鈣凡石C C3 3AHAH6 6堿度堿度孔隙率孔隙率侵侵蝕蝕加加速速強度強度變形開裂變形開裂滲透性滲透性六、硅酸鹽水泥應用六、硅酸鹽水泥應用 1 1、適應環境、適應環境 2 2、適用工程、適用工程 3 3、不適應工程

19、、不適應工程 干燥、潮濕環境，水中，嚴寒地區。干燥、潮濕環境，水中，嚴寒地區。快硬、高強、抗滲、耐磨混凝土工程快硬、高強、抗滲、耐磨混凝土工程大體積混凝土、海工混凝土、高溫環境大體積混凝土、海工混凝土、高溫環境七、水泥的風化七、水泥的風化 1 1、受潮風化機理、受潮風化機理 f-CaO + H f-CaO + H2 2O Ca(OH)O Ca(OH)2 2 有利有利 C C3 3S C-S-H + Ca(OH)S C-S-H + Ca(OH)2 2 H H2 2O + CaCOO + CaCO3 3 2 2、儲運注意事項、儲運注意事項 防水防潮防水防潮 不宜久存不宜久存H H2 2O(O(空氣

20、中空氣中) )COCO2 2( (空氣中空氣中) )不利不利1-2摻混合材的硅酸鹽水泥摻混合材的硅酸鹽水泥一、混合材一、混合材 1 1、種類、種類 活性活性 非活性非活性 2 2、活性成分、活性成分水淬礦渣、火山灰、粉煤灰水淬礦渣、火山灰、粉煤灰 慢冷礦渣、磨細石英砂等慢冷礦渣、磨細石英砂等SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、FeFe2 2O O3 3 a.粉煤灰原灰 b.玻璃質微珠 c.富鐵微珠3 3、作用原理、作用原理潛在活性潛在活性 激發劑種類激發劑種類本身水化活性極小本身水化活性極小在激發劑作用下，具有較好的水化活性。在激發劑作用下，具有較好的水化活性。 氫氧

21、化鈣、石膏氫氧化鈣、石膏二、摻混合材的水泥二、摻混合材的水泥1 1、水泥品種水泥品種 普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥( (混合材摻量：混合材摻量：6 61515) )、火山灰水泥火山灰水泥(20(2050)50)、礦渣水泥、礦渣水泥(20(2070)70)粉煤灰水泥粉煤灰水泥(20(2040)40)、復合水泥、復合水泥(15(1550)50) 普通硅酸鹽水泥的性能接近于硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥的性能接近于硅酸鹽水泥2 2、摻混合材水泥的、摻混合材水泥的水化過程水化過程激發劑激發劑活性混合材活性混合材水水水化硅水化硅( (鋁鋁) )酸鈣酸鈣水化硫鋁酸鈣水化硫鋁酸鈣熟料礦物水化熟料礦物水化粉煤灰水泥

22、水化粉煤灰水泥水化28d粉煤灰表面已有一層水化產物粉煤灰表面已有一層水化產物3 3、摻混合材水泥的共性、摻混合材水泥的共性水化熱較低水化熱較低 適用于大體積混凝土適用于大體積混凝土抗軟水、硫酸鹽侵蝕能力強抗軟水、硫酸鹽侵蝕能力強 適用于水工、海港工程適用于水工、海港工程抗凍性差、抗碳化能力差抗凍性差、抗碳化能力差 不宜用于受凍部位，注意鋼銹不宜用于受凍部位，注意鋼銹早期強度低，后期強度增長較大早期強度低，后期強度增長較大， 宜蒸汽養護，不宜低溫施工宜蒸汽養護，不宜低溫施工4 4、摻混合材水泥的個性、摻混合材水泥的個性礦渣水泥礦渣水泥 火山灰水泥火山灰水泥 粉煤灰水泥粉煤灰水泥 復合水泥復合水泥

23、泌水性、干縮性較大，養護不當易開裂。泌水性、干縮性較大，養護不當易開裂。耐熱性較好耐熱性較好可用于耐熱混凝土可用于耐熱混凝土干縮大易開裂干縮大易開裂不宜用于干燥環境；不宜用于干燥環境；抗滲性好抗滲性好適用于抗滲混凝土。適用于抗滲混凝土。干縮性小，抗裂性好干縮性小，抗裂性好常用水泥技術性能（總結）水泥品種強度等級細度凝結時間安定性SO3MgO燒失量%質量評定硅酸鹽42.4-62.5R300/Kg45分6.5h煮沸合格3.5%5% 6%3.03.5廢：初凝，安定性SO3, MgO任一項普通硅酸鹽32.5-52.5R80m45分10h同上3.5%同上5.0不合格：其他項及摻合料超量礦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%同上同上復合水泥同上同上同上同上3.5%同上同上2特種水泥一、高鋁水泥一、高鋁水泥 1 1、原料、原料 2 2、熟料礦物、熟料礦物 3 3、特性、特性 石灰石、礬土石灰石、礬土 鋁酸鹽鋁酸鹽CA,CACA,CA2 2, C, C1212A A7 7, , C C2 2S,CS,C2 2ASAS 快硬高強快硬高強 水化熱大、且集中在