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1、第 三 章,无机胶凝材料 Inorganic Binders or Inorganic Cementitous materials,本 章 主 要 内 容,石灰 石膏 水玻璃 菱苦土 硅酸盐水泥 掺混合材的硅酸盐水泥 其它品种水泥,教 学 大 纲,石膏：石膏的生产与品种。建筑石膏的凝结与硬化。建筑石膏的特性、质量要求与应用。 石灰：石灰的原料与生产。石灰的熟化与硬化。石灰的特性、质量要求与应用。 水玻璃：水玻璃的组成；水玻璃的硬化；水玻璃的性质；水玻璃的应用。 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥的生产过程与硅酸盐水泥熟料的矿物组成。硅酸盐水泥的凝结与硬化。硅酸盐水泥的技术要求。水泥石的腐蚀与防止。硅酸盐水
2、泥的性质、应用与存放。,掺混合材料的硅酸盐水泥：混合材料。普通硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的特点与应用。 其它品种水泥：快硬硅酸盐水泥、白色及彩色硅酸盐水泥、膨胀水泥、道路水泥、中低热水泥和抗硫酸盐水泥等的特点与应用。 高铝水泥：高铝水泥的主要矿物成分与水化产物。高铝水泥的技术要求。高铝水泥的性质与应用。,教 学 要 求,基本概念： 胶凝材料及其分类； 石膏、石灰、水玻璃、硅酸盐水泥的组成； 基本知识： 重点掌握建筑石膏的特性与石膏的水化、凝结、硬化过程，石膏的技术性质与应用，石膏的制备工艺和条件对石膏组成与性能的影响； 石灰的技术性质与应用，
3、过火石灰、欠火石灰的危害及消除方法；石灰熟化与硬化，两种熟化和使用形式，干燥硬化与碳化的机理。 水玻璃的浓度，模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化的原因。,基本知识： 硅酸盐水泥的组成、技术性质、应用及储运知识；水泥浆体在侵蚀性介质下的腐蚀及其防止的措施；水泥石的结构；活性混合材的组成、性质及作用。普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和高铝水泥等其它水泥的组成、性能的特点及应用。 基础理论： 硅酸盐水泥的水化反应及其产物，凝结硬化过程及其影响因素；水泥组成对其性能的影响。 基本技能： 水泥主要技术性质的测试，各种水泥的正确选用。,概述,基本概念 胶凝材料的分类 学习要求,8,基本概念
4、,1、什么叫胶凝材料？ 凡在一定条件下，经过在自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。 2、分类： 胶凝材料一般分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。,9,胶凝材料概述,定义：在一定条件下，经过自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。 分类：,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,无机胶凝材料,胶凝材料,胶凝材料 1.定义- 能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料 2.分类- 无机胶凝材料、有机胶凝材料 气硬性胶凝材料-只能在空气中硬化，也只能在无机胶凝材料 空气中保持或继续发展
5、强度 水硬性胶凝材料-不仅能在空气中，而且能更好地a 在水中硬化、保持或继续发展强度,3.气硬性与水硬性胶凝材料的差异,11,胶凝材料的发展历史,粘土时代：始于400010000年前的新石器时期 其中发现天然姜石 石膏、石灰时代：约在公元前20003000年开始 石灰+火山灰：公元初，大量应用三合土 石灰+人工烧粘土材料：公元初 水硬性石灰、罗马水泥及天然水泥：18世纪后半期 硅酸盐水泥（波特兰水泥)的诞生：19世纪初期 （18101825年） Joseph.Apsdin 首先获得专利权 ：1824年 糯米、红糖、植物粘液等都作为胶凝材料在建筑中使用过。,胶凝材料的发展历史(the histo
6、ry of binding materials),（1）粘土时期：距今六千多年的半坡原始公社遗址，其围墙就是用粘土建造的；古科威特城全用粘土建成，完好保持至今。而古希腊的建筑是用石块而不用任何胶结料堆砌而成。,（2）石膏时期：古埃及人于公元前3600年建造金字塔时，将雪花石膏煅烧成熟石膏，再用水、河砂制成石膏砂浆，用花岗岩砌筑成146米高的正方锥体。,（3）石灰时期：由于石灰煅烧温度比石膏高很多，而燃料短缺，因此石灰的使用比石膏迟一些。希腊在上古时代就已使用石灰；古罗马人从古希腊学来使用石灰，砌墙的一些罗马砂浆保持至今。我国古人于公元前220年修建长城时，用石灰、砂、粘土配成三合土，洒水夯实筑
7、成城墙。,古埃及金字塔,万里长城,万 里 长 城,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（4）石灰火山灰时期：古希腊人用圣多伦岛的火山凝灰岩（即圣多伦土）磨细后与石灰、砂混合，所得砂浆强度高、抗水性好。古罗马人用火山凝灰岩（质量最好的产于普佐里，因而被称为普佐兰那(puzzolana,火山灰质材料)）加石灰制成砂浆，建造了万神殿（墙厚20英尺，圆顶跨度142英尺）、水渠（总长359英里）、克罗逊斗兽场、庞贝城等著名建筑。在中世纪（十二十四世纪），随着陶瓷生产的发展，人们开始将废陶瓷、碎砖瓦磨细后与石灰混合使用，并将这种人工火山灰质材料称为水泥。
8、石灰与火山灰质材料混合使用的做法延续至今，即硅酸盐混凝土。,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（5）水硬性石灰时期：1756年，英国工程师约翰斯米顿（John Smeaton）奉命在海上重建一个灯塔（Eddystone Lighthouse），他研究了石灰火山灰质材料的性质，发现：凡是质量好的石灰，石灰石中均含有相当数量的粘土。这是第一次揭示了水硬性石灰(hydraulic lime)的性质。1796年，约瑟夫派克（Joseph Perker）用龟甲石（一种粘土质石灰石）烧成了罗马水泥(Roman cement)。,石灰加粘土已经具有了水泥
9、的早期雏形,爱迭斯顿灯塔,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（6）波特兰水泥时期：1818年，法国人维卡（L.J.Vicat）在研究水硬性石灰中发现，用白垩与粘土加水湿磨后煅烧，能制成一种人工水硬性石灰。这可视作现代波特兰水泥(Portland cement)制造的雏形。1824年10月21日，英国建筑工人约瑟夫阿斯普丁（Joseph Aspdin）获得了生产波特兰水泥的专利。当时的波特兰水泥标号不足5MPa，而目前在50 MPa左右。目前水泥有100多种。波特兰水泥的发明，开创了胶凝材料的新纪元，从此，天然石材在建筑上的黄金时代就一去不复
10、返了。,生石灰,第一节 石灰,第一节 石灰,石灰是一种方便适用的建筑材料，石灰和水泥一样，是建筑史上的一件大事，正是因为有了石灰，我们的居住环境更加舒适，干燥、通风条件好，宜于家居。大约在公元前七世纪，我们的祖先和古希腊人已会烧制石灰，并用于建筑，直到现在我们还在使用，这是我们祖先留给我们的宝贵财富之一。 石灰在日常生活中很平常，平常得都引不起我们的注意，但其色泽洁白，颇受文人青睐。 如今民间土窑烧制石灰之工艺流程，仍与宋应星描述的一样。现代大型企业已用机械化或半机械化的立窑、回转窑、沸腾炉等设备煅烧石灰。我国还成立了石灰协会，并有石灰专业杂志。,21,天工开物明 宋应星,22,天工开物明 宋
11、应星,煤饼烧石成灰（明代） 宋应星 图/文 先取煤炭泥和做成饼，每煤饼一层叠石一层，铺薪其底，灼火燔之。最佳者曰矿灰，最恶者曰窑滓灰。火力到后，烧酥石性，置于风中久自吹化成粉。急用者以水沃之，亦自解散。 摘自天工开物燔石第十一 注 释： 燔：焚烧。,民间简易土窑,土窑,25,小石灰窑对环境的污染,立窑,河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑,回转窑,武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑,竖窑,唐山三丰集团2003年10月建成投产4140m3气烧石灰竖窑,石灰吟,于谦明代 千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲； 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。,石灰吟是我国明朝时期
12、杰出政治家和军事家于谦（1398年1457年）的一首托物言志诗，该作品因反映了诗人廉洁正直的高尚情操而闻名遐迩，脍炙人口。,创作背景 这首诗是于谦十七岁时写的。通过对石灰制作过程的拟人化描绘，表达了他不怕艰险、勇于牺牲的大无畏精神和为人清白正直的崇高志向。,内容评析 千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。 石灰是由石灰岩烧制而成。第一句写石灰岩的开采，要经过石工们千锤万击，将整块整块的岩石凿开击碎，然后将它们运出云封雾锁、险峻陡峭的深山。而出深山还仅仅是开始，接着石灰岩被投入石灰窑中烧，而且要用高达九百多度的烈火才能烧成坚硬的生石灰。只等闲三字以拟人化的笔法，写出了其面临一切严酷考验时镇定自若的神态
13、，无论千锤万击也好，烈火焚烧也好，它都感到根本算不得甚么，可见其何等坚强、坚贞！,内容评析 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。 石灰岩经过了火的洗礼，还得经过水的考验。生石灰被投入水中，坚硬的生石灰经过一阵爆烈，逐渐解体，最终溶化成粉末状的熟石灰，供人们粉刷墙壁，于是在人间出现了一座粉妆玉琢的白色宫殿。粉骨碎身全不怕，要留清白在人间。仿佛听到石灰在说话了：将我粉身碎骨，最后化成石灰浆水，我也全然不怕，我的心愿就是要把清白的本色长留人间呀！诗人是借石灰之口，表示自己不怕牺牲的精神和执着热烈的追求。 这首诗通篇运用借喻的手法，借物喻人，咏物言志。表面上是写石灰，实际上是写人，写自己，勉励自己要以石灰
14、为榜样，要经得起任何严酷的考验。,石灰吟中的科学知识 千锤万凿出深山 -物理变化，这时候还是石灰石。 烈火焚烧若等闲 - CaCO3 （高温） CaO + CO2 粉身碎骨浑不怕 - CaO + H2O = Ca(OH)2 要留清白在人间 - Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O,石灰：包含不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。 生石灰：将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产品即为生石灰。,第一节 石 灰,一.原料与生产,原料： 以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰岩、白垩、白云质石灰岩
15、、贝壳等。,原料：,石灰岩,白云质石灰岩,白 垩 (),贝 壳,石灰的制备： 石灰石的热分解反应： 制备工艺： 岩石 破碎 煅烧 粉磨,CaO含量低，质量 等级低，利用率低,质地密实，颜色较 深，消化缓慢，容 易造成墙体开裂,生石灰,过火石灰&欠火石灰,欠火石灰：石灰岩块的尺寸过大或窑中温度不均匀，本身尚末分解。含较多的碳酸钙，表观密度大，氧化钙含量低，降低了其质量等级和灰石的利用率，不会带来危害。 过火石灰：煅烧温度过高，时间过长，原料中的Si2与A l23杂质发生熔结，生成褐色的玻璃质物质，包围在石灰块的表面，延缓石灰熟化。质地密实，熟化速度十分缓慢，这对使用非常不利。 外观鉴别：欠火灰块
16、断面中部色深于边缘色彩，以指甲刮之，中部硬于边缘，较新鲜烧透之块灰为重，投入盐酸内发生沸腾作用，并排出碳酸气。 过火石灰，灰块呈玻璃状结晶，质硬难化，色泽暗淡灰黑色。,消化（熟化）：生石灰（CaO）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程。生石灰的消化反应如下： CaOH2O Ca(OH)264.9103J 石灰的消化过程会放出大量的热，熟化时体积增大12.5倍。 工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。 将生石灰块淋水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。,二.石灰的熟(消)化、水化,石灰熟化为石灰膏：,将生石灰放入水 中，注意水要过量,池中透明液体为氢氧 化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰,生石灰要在水中放置两周以上，此过程 即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完 全和水反应，不会因含有过火石灰造成 熟化推迟而导致墙面鼓泡隆起、开裂的现象
