1、 學習指導：掌握石灰、石膏等氣硬性膠凝材料的硬化機理、技術性質，熟悉其主要用途；熟悉硅酸鹽水泥的礦物組成，了解其硬化機理，熟練掌握幾種通用硅酸鹽水泥的性能特點，了解其檢測方法及選用原則；了解特性水泥和專用水泥的主要性能及使用特點。本章的重點是幾種通用硅酸鹽水泥的性能特點和選用原則；難點是硅酸鹽水泥熟料的礦物組成、凝結硬化過程，水泥石的腐蝕機理。水泥的品種繁多，建議學習中以硅酸鹽水泥為重點，搞清此點后拓展至其它通用硅酸鹽水泥，采用點面結合、對比學習的方法。主要內容:1、膠凝材料的定義及分類2、氣硬性膠凝材料：石灰、石膏3、水硬性膠凝材料： 六種通用水泥 硅酸鹽水泥 普 通硅酸鹽水泥 礦 渣硅酸鹽

2、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 概 述 1膠凝材料定義：在土木工程中，凡是經(jīng)過一系列物理、化學作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。2膠凝材料分類：根據(jù)膠凝材料的化學組成，分兩大類：有機膠凝材料 無機膠凝材料 氣硬性膠凝材料 水硬性膠凝材料根據(jù)硬化條件的不同，無機膠凝材料又分為兩類有機膠凝材料：是以天然的或合成的有機高分子化 合物為基本成分的膠凝材料。 無機膠凝材料：是以無機化合物為基本成分的膠凝 材料。 根據(jù)硬化條件的不同，無機膠凝材料又分為兩類：氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，也只能在空 氣中保持或繼續(xù)發(fā)展其強度的膠 凝材料稱為。水硬性膠

3、凝材料：不僅能在空氣中硬化，而且能更 好的在水中硬化、保持并繼續(xù)增 長其強度的膠凝材料稱為。 3應用范圍：氣硬性膠凝材料：只適用于干燥環(huán)境， 不宜用于潮濕環(huán)境， 更不能用于水中。水硬性膠凝材料：即適用于干燥環(huán)境， 又適用于潮濕環(huán)境 或水下工程。石 灰 吟 2.1 氣硬性膠凝材料一.石 灰（一）石灰的生產(chǎn)及分類1.石灰的原料 以碳酸鈣為主要成分的天然巖石石灰石、白堊、白云石。 2.石灰的生產(chǎn) 用以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，經(jīng)高溫煅燒而得的塊狀產(chǎn)品，稱為生石灰。生石灰的主要成分是CaO。煅燒的反應式為： 為了加速分解過程，常使煅燒溫度高達10001100。石灰回轉窯生石灰：塊 灰生石灰粉【欠火石

4、灰】在煅燒過程中，若溫度太低或煅燒時間不足，碳酸鈣不能完全分解，則生成欠火石灰。【過火石灰】在煅燒過程中，若煅燒時間太長或煅燒溫度太高，將生成顏色較深、塊體致密的過火石灰。煅燒良好的生石灰：質輕色勻，呈白色或黃灰色塊灰。欠火石灰、過火石灰的危害：欠火石灰降低石灰的利用率； 過火石灰導致石灰體積安定性不良 。 欠火石灰：溫度過低/時間不夠/石灰石不能充分燒透,存 在硬心過火石灰：溫度過高/時間過長/顏色深（褐、黑） 3.生石灰的分類：按MgO含量的多少，生石灰分兩類：鈣質生石灰：生石灰中MgO含量5的稱鈣質生石灰；鎂質生石灰：生石灰中MgO含量5的稱鎂質生石灰。將塊狀生石灰經(jīng)過不同的加工，可得到

5、4種產(chǎn)品： 生石灰粉：將塊狀生石灰磨細而成。 主要成分是CaO 消石灰粉：將生石灰用適量水消解而成的粉末。 主要成分是Ca(OH)2。 石 灰 膏：將塊狀生石灰用過量水消解而成。 主要成分是Ca(OH)2和水。 石 灰 乳：將生石灰用多量的水消解而成的白色懸乳液。 主要成分是Ca(OH)2和水。（二） 石灰的熟化與硬化 1.石灰的熟化（消化、消解）： 石灰熟化的特點： 放 熱 量 大 體積膨脹大 一般來講，煅燒良好、CaO含量高、雜質含量少的生石灰，熟化速度快、放熱量大、體積膨脹也大，表觀密度較小。因此，工地上常據(jù)此簡易判定石灰質量的優(yōu)劣。 按用途，石灰熟化的方法有兩種： 石 灰 膏 消石灰粉

6、 1）石灰膏（石灰漿）：將生石灰與2.53.0倍或更多的水混合，經(jīng)充分熟化后得到約含50水分的漿體，稱為石灰膏。 為消除過火石灰的危害，石灰膏必須進行“陳伏”。【石灰“陳伏”】為消除過火石灰的危害，石灰漿應在儲灰坑中存放兩周以上，使未熟化的顆粒充分熟化，這一過程稱為“陳伏”。“陳伏”期間，石灰漿表面應保有一層水分，隔絕空氣，以免石灰漿碳化。2）消石灰粉：將生石灰塊與占其質量6080的水混合，經(jīng)充分熟化后得到的粉狀物稱消石灰粉。 常采用的制作方法： 分層澆水法： 燜 灰 法： 注意：為了消除過火石灰的危害，消石灰粉在使用前也應進行“陳伏”處理過火石灰可以使用，但應陳伏半個月。注意2.石灰的硬化

7、石灰硬化，主要由兩個同時進行的過程完成：1）干燥硬化(結晶過程)：結晶產(chǎn)物是Ca(OH)2晶體。 2）碳化硬化(碳化過程)：碳化產(chǎn)物是CaCO3晶體。 石灰漿體硬化后，是由表里兩種不同的晶體組成的： 表層是致密的CaCO3晶體， 內部是Ca(OH)2晶體。 隨著時間的延長，表層碳酸鈣的厚度逐漸增加（碳化層越厚，石灰強度越高）。 （三）石灰的技術要求、技術指標 1.石灰的技術要求 1）有效氧化鈣和氧化鎂含量有效鈣鎂含量愈高，石灰活性愈大，質量愈好。2）生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘渣含量產(chǎn)漿量是單位質量的生石灰經(jīng)消化后，所產(chǎn)石灰漿的體積（L/kg）。石灰產(chǎn)漿量愈高，石灰質量愈好。未消化殘渣含量是生石灰消

8、化后，未能消化而存留在5mm圓孔篩上的殘渣占試樣質量百分率。未消化殘渣含量愈多，石灰質量愈差。 3）二氧化碳含量 CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸鹽含量高，則有效氧化鈣和氧化鎂含量相對降低 ，石灰質量降低。4）消石灰粉游離水含量 消石灰粉中游離水含量是指化學結合水以外的含水量。5）細 度 細度以0.9mm和0.125mm篩余百分率表示。篩余量包括消化過程中未消化的過火、欠火石灰顆粒、雜質顆粒等。2.建筑石灰的技術指標 建筑工程中所用的石灰分三個品種：建筑生 石 灰 JC/T479-1992 建筑生石灰粉 JC/T480-1992 建筑消石灰粉 JC/T481-1992根據(jù)國家標準，按生石

9、灰中的MgO含量分為：鈣 質 生 石 灰： MgO含量5%鎂 質 生 石 灰： MgO含量5% 根據(jù)國家標準，將消石灰粉分為：鈣 質消石灰粉： MgO含量4%鎂 質消石灰粉： MgO含量4%，24%白云石消石灰粉： MgO含量24%，30% 各類石灰的技術指標要求見表2-12-3：建筑生石灰技術要求：CaO+MgO含量、CO2含量、未消化殘渣含量、產(chǎn)槳量。建筑生石灰粉技術要求：CaO+MgO含量、CO2含量、細度。 建筑消石灰粉技術要求： CaO+MgO含量、體積安定性、細度、游離水。各類石灰按技術要求又分為三等： 優(yōu)等品、 一等品、合格品。優(yōu)等品、一等品適用于飾面層和中間層；合格品僅用于砌筑

10、。 (四) 石灰的性質、應用與儲存1. 石灰的性質.可塑性好;.硬化較慢，強度低;.硬化時體積收縮大;.耐水性差;.生石灰易受潮、碳化。.可塑性好生石灰熟化為石灰膏時，能自動形成顆粒極細的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。故石灰膏的保水性好，可塑性強。 .硬化較慢，強度低從石灰漿體的硬化過程分析：碳化緩慢； 氫氧化鈣的結晶不快。因此，石灰是硬化緩慢的材料。同時，石灰的硬化只能在空氣中進行(?)。硬化后的強度也不高。所以，石灰不宜單獨用于建筑物基礎。 .硬化時體積收縮大 石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，導致制品開裂。所以除調成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨使用。為

11、減少收縮，實際工程中常在石灰中摻入砂子、紙筋等骨料或纖維材料，以減少收縮和節(jié)約石灰。 .耐水性差石灰是氣硬性膠凝材料，耐水性差。因而，石灰不宜在潮濕的環(huán)境中使用。.生石灰易受潮、碳化塊狀生石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中的CO2作用還原為CaCO3，失去膠結能力。 2.石灰的應用 配制石灰乳，作內墻涂料 配制石灰砂漿、混合砂漿 配制石灰土和三合土 制作硅酸鹽制品 加固軟土地基 配制石灰乳，作內墻涂料。由于石灰乳為白色，具有一定的裝飾效果，常作為墻面及頂棚等的粉刷涂料使用。石灰乳中加入各種耐堿顏料，可形成彩色石灰乳，裝飾效果更好。 配制石灰砂漿、混合砂漿 常用石灰

12、膏或消石灰粉配制石灰砂漿、水泥石灰混合砂漿，作為砌筑磚石及抹面之用，提高砂漿保水性。另需注意：石灰乳和石灰砂漿應用于吸水性較大的基面時（如加氣砼砌塊），應事先將基面潤濕，以免石灰漿脫水過速而成為干粉，喪失膠結能力。 配制石灰土和三合土灰 土：石灰與粘土拌和后稱為石灰土或灰土；三合土：石灰、粘土、砂子石子或爐渣、碎磚等拌和稱為三合土。為了方便石灰與粘土等的拌和，宜用磨細生石灰或消石灰粉；磨細生石灰還可使灰土和三合土有較高的緊密度，因而有較高的強度和耐水性。為什么石灰硬化體本身強度耐水性很差，而配制的灰土、三合土經(jīng)壓實后則具有一定的強度和耐水性？ a.由于石灰改善了粘土的和易性，在強力夯打之下，大

13、大提高了緊密度。b.粘土顆粒表面的少量活性SiO2及Ai2O3與Ca(OH)2起化學反應，生成不溶性的水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣，將粘土顆粒粘結起來，因而提高了粘土的強度和耐水性。c.石灰土中石灰用量增大，則強度和耐水性相應提高，但超過某一用量后就不再提高了。 一般石灰用量約為灰土總量的6%12%或更低。 制作硅酸鹽制品用磨細生石灰或消石灰粉與硅質材料加水拌和，必要時加入少量石膏，經(jīng)成型、蒸養(yǎng)或蒸壓養(yǎng)護等工序制成的人造材料統(tǒng)稱為硅酸鹽制品。常用硅酸鹽制品按其密實程度分兩類：密實制品：灰砂磚、灰渣砌塊等作墻體材料；多孔制品（加氣砼制品）：輕質墻板、砌塊、隔熱保溫制品。無熟料水泥：磨細生石灰和含有氧化

14、硅、氧化鋁的礦質材料或工業(yè)廢渣經(jīng)混合磨細得無熟料水泥。如石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等。碳化石灰板：用磨細生石灰摻加纖維狀填料（如玻璃纖維）或輕質骨料，攪拌成型后，用CO2進行人工碳化1224h而成的一種輕質板材。 加固含水軟土地基如石灰樁，即將塊灰灌入樁孔內，由于生石灰熟化膨脹而使地基密度提高。3.石灰的儲運防潮、防雨：最好在干燥環(huán)境中儲存、保管，或存放在密閉容器中；運輸過程中應用蓬布覆蓋防雨。不宜儲存過久：石灰儲存時間太長，難免受潮。所以，磨細生石灰在干燥條件下儲存期一般不超過一個月，最好運到工地后即熟化成石灰漿，將儲存期變?yōu)殛惙凇Ｗ⒁獍踩瑖婪阑馂模河捎谏沂艹笔旎瘯r

15、放出大量的熱，甚至因熱量集中釋放而釀成火災，而且石灰熟化時體積膨脹較大，所以，儲存、運輸石灰時應注意安全。【例1】 某單位宿舍樓的內墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。答：石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結果。墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹

16、。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。【例2】 既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位？答：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位。二、 石 膏石膏膠凝材料是以硫酸鈣為主要成分

17、的無機氣硬性膠凝材料，主要化學成分： 露 天 石 膏 礦一種以鈣的硫酸鹽礦物為主要組分的非金屬礦產(chǎn)。 天然石膏礦石 （一）石膏的原材料、生產(chǎn)及品種1. 石膏的原材料 天然二水石膏礦石（ CaSO42H2O ）： 質地軟，又稱軟石膏或生石膏；來自天然石膏礦，分布廣、儲量大。 天然無水石膏（CaSO4）： 結晶緊密、質地較硬，又稱天然硬石膏。 工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4）： 是指以CaSO42H2O與CaSO4為主要成分的化工副產(chǎn)品和廢渣，如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏。 2. 石膏的生產(chǎn)及品種 生產(chǎn)工序：破碎、加熱煅燒、磨細 破 碎：將石膏原料破碎成大小合適、均勻的塊體，以利于煅燒。 加熱煅燒：當加熱

18、溫度為107170時，生成半水石膏（熟石膏）。 在該階段，因加熱條件的不同，所獲得的半水石膏有型和型兩種形態(tài)：型半水石膏（建筑石膏）：若將二水石膏在非密閉的窯爐中加熱脫水，得到的是型半水石膏，稱為建筑石膏。型半水石膏（高強石膏）：若將二水石膏置于0.13MPa、124的過飽和蒸汽條件下蒸煉脫水，或置于某些鹽溶液中沸煮，可得到晶粒較粗、較致密的 型半水石膏，稱為高強石膏。型半水石膏與型半水石膏比較：- CaSO4 H2O: 晶粒較粗，調制成一定稠度的漿體時，需水量較小，因而硬化后強度較高。因此又稱為高強石膏。- CaSO4 H2O: 晶粒較細，調制成一定稠度的漿體時，需水量較大,因而硬化后強度較

19、低。稱為建筑石膏。 磨 細：將型半水石膏磨成細粉，即得建筑石膏。雜質較少、色澤較白、磨得較細的建筑石膏稱模 型石膏。【建筑石膏】定義：天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏經(jīng)脫水處理制得的，以半水硫酸鈣（ - CaSO4 H2O）為主要成分，不預加任何外加劑或添加物的粉狀膠凝材料。（二）建筑石膏的凝結硬化建筑石膏與適量水拌和后，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性和產(chǎn)生強度，并逐漸發(fā)展成為堅硬的固體，這種現(xiàn)象稱為凝結硬化。 分兩階段水化階段、凝結硬化階段。 1.水 化：建筑石膏與水拌和后，半水石膏與水反應，還原為二水石膏： 20溶解度8.16g/L 20溶解度2.05g/L水化過程進行較快，如型半水石膏完全水

20、化只需712min。2.凝結硬化：凝 結：石膏漿體中的自由水分因水化和蒸發(fā)逐漸減少，二水石膏膠體微粒數(shù)量不斷增加，漿體的稠度逐漸增大，可塑性逐漸減少，這一過程稱為石膏的“凝結”。硬 化：凝結深入，漿體更稠，二水石膏膠體微粒逐漸凝聚成晶體，晶體逐漸長大、共生、相互交錯，形成結晶結構網(wǎng)，使?jié){體產(chǎn)生強度，并不斷增長，直至完全干燥，晶體之間的摩擦力和粘結力不再增加，強度才停止發(fā)展。這一過程稱為石膏的“硬化”。初 凝：漿體開始失去可塑性的狀態(tài)稱為漿體初 凝。初凝時間：從加水至初凝的這段時間稱為初凝時間。終 凝：漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度 稱為漿體終凝。終凝時間：從加水至終凝的這段時間稱為終凝時間

21、。 （三）建筑石膏的技術要求 建筑石膏主要技術要求：強度、細度、凝結時間 建筑石膏根據(jù)2h抗折強度分為 3.0、2.0、1.6三個強度等級： 技 術 指 標優(yōu)等品一等品合格品2h強度(MPa)抗折強度 3.02.01.6抗壓強度 6.04.03.0細 度0.2mm方孔篩余 % 10.0凝結時間(min)初凝時間 3終凝時間 30 建筑石膏技術要求（GB9776-2008 ) 表24建筑石膏產(chǎn)品標記順序：產(chǎn)品名稱、抗折強度值、標準號。例如：抗折強度為3.0MPa的建筑石膏記為：建筑石膏3.0GB9776。（四）建筑石膏的性質、應用與儲存 1.建筑石膏的性質 密度、堆積密度 凝結硬化快 凝結硬化時

22、體積微膨脹 硬化后孔隙率高 建筑石膏制品具有以下性質： 強度低； 保溫隔熱和吸聲性能好； 吸濕性大,耐水性和抗凍性均較差。 防火性能好 建筑石膏制品具有良好的裝飾性和可加工性 密度、堆積密度。 建筑石膏為白色粉末，密度約為2.62.75g/cm3, 堆積密度8001000Kg/m3。屬輕質材料 。 凝結硬化快。 建筑石膏初凝和終凝時間都很短。 一般終凝不超過半小時。 由于石膏凝結硬化快、成型難，為方便使用， 可加入緩凝劑。 凝結硬化時體積微膨脹。建筑石膏凝結硬化是石膏吸收結晶水后的結晶過程，其體積膨脹0.5%1%,避免了普通材料的干燥開裂。建筑石膏可以單獨使用。建筑石膏制品具有良好的裝飾性：形

23、體飽滿，棱角分明，表面光滑，顏色潔白，質地細膩。 維納斯石膏雕塑制品石膏裝飾掛件石 膏 飾 件 硬化后孔隙率高。建筑石膏硬化后孔隙率可達50%60%，表觀密度小（800-1000kg/m3 ）。因此，建筑石膏制品具有以下性質： 強度低； 保溫隔熱性能好、吸聲性強； 吸濕性大、耐水性和抗凍性差。防火性能好。石膏制品遭遇火災時，二水石膏中的結晶水蒸發(fā)，吸收熱量，并在制品表面形成水蒸氣幕和脫水物隔熱層，可有效地阻止火勢的蔓延，具有良好的防火性能。但建筑石膏制品不宜長期用于靠近65以上高溫的部位。 可加工性。 微孔結構使其脆性有所改善，硬度較低，硬化石膏可釘、可鋸、可刨。具有良好的可加工性。 2.建筑

24、石膏的應用 1）可配制成石膏膩子、石膏砂漿或涂料，用于內墻的刮膩子、抹砂漿、粉刷。2）可生產(chǎn)墻體材料，如各種石膏板及石膏砌塊。 3）可生產(chǎn)裝飾石膏板、絕熱板、吸聲板等，用于室內裝飾或內墻的內保溫材料和吸聲材料。 1）可配制成石膏膩子、石膏砂漿或涂料，用于室內高級抹灰和粉刷。石 膏 粉2）可生產(chǎn)墻體材料，如各種石膏板及石膏砌塊。 石膏空心板紙面石膏板標準規(guī)格：1200毫米2400毫米9毫米 石膏砌塊3）可生產(chǎn)裝飾石膏板、絕熱板、吸聲板等，用于室內裝飾或作為內墻的內保溫材料和吸聲材料。 穿孔吸聲石膏板 浮雕石膏板 石膏羅馬柱吊頂石膏裝飾制品墻壁石膏裝飾制品3.儲運注意事項： 防潮； 儲存期不宜太長

25、，一般不超過3個月。 一般儲存3個月后，強度將降低30左右。 三、水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，屬于氣硬性膠凝材料，是一種能溶于水的硅酸鹽。它是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的，建筑工程中常用的是硅酸鈉水玻璃（Na2O.nSiO2）。 水玻璃模數(shù)指硅酸鈉中SiO2和Na2O的分子數(shù)之比，一般為1.5-3.5。水玻璃模數(shù)與性能的關系：水玻璃模數(shù)越大，膠體組分越多，粘結力、強度、耐酸性、耐熱性越高，但難溶于水，不易稀釋，不便施工。 水玻璃的硬化水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，生成無定型硅酸凝膠，因干燥而逐漸硬化。水玻璃的性質：水玻璃有良好的粘結能力，硬化時析出的硅酸凝膠有堵塞毛細孔隙而防止水滲透的作用。水玻璃不燃燒，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，強度不降甚至有所增加。水玻璃具有很好的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸的作用。 水玻璃的應用： 涂刷材料表面，提高抗風化性能。配制耐酸、耐熱砂漿和砼。配制防水劑。加固地基。 四、鎂質膠凝材料 【鎂質膠凝材料】主要化學成分為氧化鎂，是一種白色或淺黃色粉末，又稱菱苦土。是一種氣硬性膠凝材料。【菱