无机胶凝材料教学课件PPT

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1、 本章主要内容3.1 胶凝材料概述3.2 气硬性胶凝材料()3.3 硅酸盐水泥()3.4 掺混合材料的硅酸盐水泥3.5 其他水泥本章练习题本章要求掌握石膏、石灰及水玻璃等气硬性胶凝材料的硬 化机理、性能及使用要点，熟悉其主要用途；熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理， 熟练掌握几种通用硅酸盐水泥的性能特点、相应的 检测方法及选用原则；了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点 。胶凝材料(Cementitious Material, Binding Material)3.1 胶凝材料概述凡是自身或与其他物质(如水等)混合后，经过一系列物理 、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并且能将散粒材

2、料 (如砂、石等)或块状材料(如砖、石块等)胶结成整体，具有 一定强度的物质，称为胶凝材料。 3.1.1 定义无机胶凝材料 （矿物胶凝材料）3.1.2 胶凝材料的分类有机胶凝材料 (沥青材料及树脂等 )硬化条件气硬性胶凝材料 只能在空气中硬化、保持或发 展强度，如石膏、石灰等水硬性胶凝材料 不仅能在空气中，而且能更好 地在水中硬化，保持并发展其 强度，如各种水泥化 学 组 成 原料丰富，生产成本较低； 维护成本较低； 防火性好，耐久性较好，适应性强； 组合或复合其它材料的能力强； 可有效地利用废渣（如水泥、混凝土中 使用混合材、掺合料）。 3.1.3 无机胶凝材料的特点(1) 粘土时代：3.1

3、.4 胶凝材料的发展简史粘土时代石灰/石膏时代罗马砂浆（水泥）硅酸盐水泥F白灰面：是至今被发现的中国古代最早的胶凝材料。始于 400010000年前的新石器时期。中国在仰韶文化时期（前5000 前3000年），用“白灰面”涂抹山洞、地穴的地面和四壁，使其光滑和坚硬。它因呈白色粉末状而得名，由天然姜石磨细而 成。姜石是黄土中的钙质结核（SiO2较多），F黄泥浆：前16世纪的商代，除继续用“白灰面”抹地外，开始 采用黄泥浆砌筑土坯墙。战国时期（前403-前221）用草拌黄泥浆筑墙，还用它在土墙上衬砌墙面砖。在中国建筑史上，“白灰面”很早被淘汰，而黄泥浆和草拌黄泥浆作为胶凝材料则一直沿用到近代社会。

4、 石灰+水：公元前7世纪的周朝出现石灰（大蛤的外壳烧制而成）。秦汉时期，砖石结构建筑占重要地位，促使石灰制 造业迅速发展。用浆体（石灰+水）砌筑条石、砖墙和砖石拱以及粉刷墙面。汉代，石灰的应用很普遍。在秦、汉、明 3个朝代中，石灰胶凝材料发展到较高水平，石灰被大量用于修建长城。(2) 石灰/石膏时代：（火的使用）清代营造法原：石灰烧制工艺与其性能之间的关系明代天工开物：石灰的生产方法3.1.4 胶凝材料的发展简史万 里 长 城 大约在公元前3000公元前2000年间，使用石灰、石膏作 建筑胶凝材料建造了许多伟大的建筑物(Pyramid in Egypt)。 如，埃及古王国时期（公元前3000年

5、左右）的大金字塔，是 用石膏砂浆胶结石块和石板砌筑的。 公元前8世纪古希腊人就已使用石灰。罗马人用石灰砂浆作 为墙体砌筑材料。 古希腊人和古罗马人利用火山灰掺入石灰中制作砂浆，用 它砌筑的构筑物坚固耐久。这种胶凝材料曾延续使用了相当 长的一段历史时期，直到罗马水泥和波特兰水泥问世，才逐 渐被取代。 (2) 石灰/石膏时代：3.1.4 胶凝材料的发展简史古埃及金字塔在欧洲大陆使用“罗马砂浆”的时候，遥远的东方中国也 在使用与之类似的“三合土” 。 三合土：公元5世纪（南北朝），出现 “三合土”，由石灰、 黏土和细砂组成。到明代，有“石灰+陶粉+碎石”组成的“三 合土”；清代，除“石灰+黏土+细砂

6、”、“石灰+炉渣+砂子”组 成的“三合土”。 “三合土”经夯实后不仅具有较高的强度，还有较好的防水性，在清代还用于夯筑水坝。3.1.4 胶凝材料的发展简史(2) 石灰/石膏时代：古希腊人和罗马人发现石灰和磨细火山灰的混合料具有水硬 性，不仅能提高强度，而且能御水的侵蚀。由此发明了“石灰 -火山灰-砂子”三组分砂浆，称为“罗马砂浆” 。清康熙乾隆年间，北京卢沟桥南北岸，用糯 米汁拌“三合土”建筑河堤数里，使北京南郊从 此免去水患之害。 石灰掺有机物的胶凝材料（中国古代）：如“石灰-糯米”， “石灰-桐油”，“石灰-血料”，以及“石灰-糯米-明矾”等。另 外，在使用“三合土”时，掺入糯米和动物血等

7、有机物。 3.1.4 胶凝材料的发展简史(2) 石灰/石膏时代： 罗马水泥、天然水泥：到10世纪后半期，先后出现了用粘土质石灰石经煅烧后制成的水硬性石灰和罗马水泥。并在此 基础上，发展到用天然泥灰岩（粘土含量20%-25%左右的石灰石）煅烧，磨细制得天然水泥。 硅酸盐水泥（波特兰水泥)的诞生：1824 年, 英国利兹（ Leeds）城的泥水匠阿斯谱丁（ Joseph Aspdin ）发明“波特 兰水泥”，获得了波特兰水泥的专利权。糯米、红糖、植物粘液等都作为胶凝材料的有机掺加料而在 建筑中使用过。(3) 水泥时代：3.1.4 胶凝材料的发展简史3.2 气硬性胶凝材料3.2.1 制作石膏的原料种

8、类用于制造石膏胶凝材料的石膏有：F 天然二水石膏F 化工石膏F 天然无水石膏石膏 天然二水石膏 生产石膏胶凝材料的主要原料。纯净的天然二水石膏矿石（CaSO42H2O）呈无色透明或白 色，但常含各种杂质而呈灰、褐、黄、红或黑等颜色。3.2.1 制作石膏的原料种类 化工石膏 指一些含有CaSO42H2O与CaSO4混合物的化工副产品及 废渣，也可作为生产石膏的原料。例如磷石膏（制造磷 酸时的废渣）。此外还有盐石膏、硼石膏、黄石膏、钛 石膏等。3.2.2 石膏胶凝材料的种类（1）建筑石膏（半水石膏）以半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑

9、制品。建筑石膏的凝结硬化过程 硬化后体积略膨胀(膨胀量0.5%1%)，干燥时不开裂，可 不加填充料而单独使用，同时有良好的防火性能； 调制成一定稠度浆体时，需水量较大，硬化后多孔性，表 观密度小，导热性较差，晶体较细，因而强度较低； 很强吸湿性，耐水性及抗冻性较差3.2.2 石膏胶凝材料的种类（2）高强度石膏二水石膏在0.13MPa、125的条件下蒸压，或置于某些 盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的型半水石膏 (-CaSO41/2H2O)，即为高强石膏。高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小（建筑石膏的一半），因而其制品密实度和强度均较建筑石膏大。适用于强度较高的抹灰工程、制成石膏制品和

10、石膏板等。天然二水石膏在600800煅烧后得到不溶性无水石膏 。加入适量催化剂，共同磨细制成气硬性胶凝材料无水石膏水泥。（3）高温煅烧石膏（无水石膏水泥）无水石膏水泥具有较高强度，可用于配制建筑砂浆、保温混凝土、抹灰、制造石膏制品和石膏板等。3.2.2 石膏胶凝材料的种类3.2.3 建筑石膏的技术特性（1） 水化作用快，凝结硬化快。 建筑石膏初凝仅5min，终凝2030min，一周后即完全硬化。 需加入缓凝剂：骨胶、皮胶、纸浆废液、硼砂等。建筑石膏凝结硬化示意图半水石膏；二水石膏胶体微粒；二水石膏晶体；交错的晶体（2）硬化后孔隙率较大，强度较低。3.2.3 建筑石膏的技术特性硬化石膏结构建筑石

11、膏的强度指标 石膏等级级优优等品一等品合格品抗折强度/MPa2.52.11.8抗压压强度/MPa4.93.92.9此外，建筑石膏的技术要求还包括细度和凝结时间。3.2.3 建筑石膏的技术特性 （3）硬化后具有保温隔热和吸声性能 （4）水化硬化时体积稍有膨胀 （5）石膏制品具有良好的防火性 （6）建筑石膏制品耐水性（软化系数0.20.3）、抗冻性差 （7）石膏制品有良好的可加工性 （8）石膏制品装饰性好3.2.4 建筑石膏的应用 （1）制备石膏砂浆和粉刷石膏 （2）石膏板及装饰件3.2.5 石膏装饰制品1. 装饰石膏板2. 纸面石膏板3. 石膏空心条板 4. 纤维石膏板 5. 艺术装饰石膏制品（

12、1）原料建筑石膏少量玻璃纤维增强材料聚乙烯醇外加剂水1. 装饰石膏板（GB9777-88）（2）生产 搅拌注模成型硬化干燥 （3）装饰石膏板分类及代号分类类普通板防潮板平板孔板浮雕板平板孔板浮雕板代号PKDFPFKFD（4）主要品种及规格 根据功能不同分为： u普通装饰吸声石膏板 u高效防水装饰吸声石膏板u吸声石膏板 （5）特点及应用1. 装饰石膏板（GB9777-88） 装饰性好； 性能优异； 加工性能好； 施工方便，工效高。2. 纸面石膏板（GB9775-88）以建筑石膏为主要原料，掺入纤维及外加剂构成芯材，并与护面纸牢固地结合在一起的建筑板材称为纸面石膏板。由于其两面贴以特制的厚纸护面，

13、抗折强度高，挠度变形要比无护面纸的石膏板小得多。品种有： F普通纸面石膏板 F耐火纸面石膏板 F耐水纸面石膏板 F装饰吸声纸面石膏板特点： p质轻、抗弯强度高、防火、 隔热、隔声、抗震性能好，收 缩率小、可调节室内湿度。 p普通纸面石膏板和耐火纸面 石膏板幅宽平整，易于加工， 劳动强度小，工效高。3. 嵌装式装饰石膏（GB9778-88）无护纸板，板材背面中间凹入而四周边加厚，并制有嵌装沟槽，板材正面为平面或者带有一定深度的浮雕花纹图案， 也可穿以盲孔。特点： 质轻、强度较高、吸声、防潮、防火、阻燃、不变形 、可调节室内湿度； 装饰性好，施工安装方便。可锯、刨、钉、粘贴。应用 F 室内顶棚装饰

14、及某些部位的墙面装饰4. 艺术装饰石膏制品 品种有： F 浮雕艺术石膏线角、线板、花角 F 浮雕艺术石膏灯圈 F 装饰石膏柱、石膏壁炉 F 石膏花饰石膏角线？观察与讨论请观察下图建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制 作石膏制品。建筑石膏粉易吸潮，影响使用时的凝结硬化性能，长期储 存也会降低强度，因此，建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存 时间不宜过长，一般不超过3个月。 该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及 强度均有影响，已不宜 使用。石灰吟于谦明 千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲；粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。3.2.6 石灰的生产石灰3.2.6 石灰的生产1）原料： 以碳酸钙为主要成

15、分的天然原料，如石灰岩（limestone）、 白垩、白云质石灰岩、贝壳等，经煅烧而得的块状产品，称 为生石灰（主要成分CaO）。石灰岩白云质石灰岩白垩贝壳岩石名称方解石含量（%）白云石含量（%）石灰岩 含白云质灰岩 白云质灰岩 100-95 95-75 75-50 0-5 5-25 25-50 钙质白云岩 含钙质白云岩 白云岩 50-25 25-5 5-0 50-75 75-95 95-100 原料成分3.2.6 石灰的生产2）生产工艺生产设备：石灰窑（Lime kiln）土窑节能型石灰立窑河北唐山丰南石源 冶金炉料公司（2002.5, 480t/d)回转窑武钢乌龙泉矿（600t/d ）气烧

16、石灰竖窑唐山三丰集团 4140m3（2003.10）为加快煅烧，煅烧温度常高达10001100欠火石灰：温度太低或温度分布不均，CaCO3分解不完全；过火石灰：温度太高，CaO结构致密，与水反应（水化）较慢；正火石灰（Normally burnt lime）：质轻色匀，密度3.2g/cm3， 堆积表观密度8001000kg/m3 镁质石灰：MgO5%，熟化和硬化较慢，但强度较高， 产浆量少 钙质石灰：MgOC3AC4AF水泥熟料各 矿物强度增 长曲线（1）各熟料矿物的特性（1）各熟料矿物的特性几种矿物性能表现不同：当相对含量改变时，水泥技术性 能也将发生改变。矿矿物含量反应应 速度水化 热热量抗压压 强度体积积 收缩缩耐磨性 能抗侵蚀蚀 性C3S37% 60%快大高中等良好中等C2S1