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1、第二章 无机胶凝材料,1气硬性胶凝材料 2硅酸盐水泥 3掺混合材料的硅酸盐水泥 4其他水泥, 熟悉石膏、石灰等气硬性胶凝材料的硬化机理、性质及使用要点，掌握其主要用途； 熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理，熟练掌握硅酸盐水泥等几种通用水泥的性能特点，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。,本章知识点及重点难点,本章的难点是硅酸盐水泥的组成、技术要求。 重点是几种通用水泥的性能特点和选用原则。 水泥品种繁多，建议学习中以硅酸盐水泥为点，搞清楚此点后拓展至其它通用水泥，再拓展至其它特性水泥和专用水泥，采用点面结合、对比的学习方法。,土木工程材料中，凡是经过一
2、系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。,胶凝材料,胶凝材料,有机胶凝材料（沥青、树脂等）,无机胶凝材料,水硬性胶凝材料（水泥）,气硬性胶凝材料（石灰、石膏）,二者有何区别 ？,胶凝材料的分类,气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别,只能在空气中硬化、保持或继续发展强度的胶凝材料称为气硬性凝胶材料。 不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化、保持或继续发展强度的胶凝材料称为水硬性胶凝材料。,判断题： 气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，而水硬性胶凝材料只能 在水中凝结硬化。,1 气硬性胶凝材料,1.1石膏 1.2石灰 1.3水玻璃,石膏应用的历史,9000年前，叙
3、利亚和土耳其的小亚细亚就有古迹； 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块的粘结材料灰浆； 古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊的雕塑。 十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆（plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石膏的首都（capital of plaster）之称。 plaster of paris,1.1 石 膏,石膏凝胶材料的生产,天然二水石膏,原材料,化工石膏,aSO42H2O,磷石膏和氟石膏,石膏是以CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料。,天然无水石膏：aSO4，结晶紧密，结构比天然二水石膏致密
4、，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏，只可用于生产无水石膏水泥。,天然二水石膏,雪花石膏 一般是雪白色，半透明，并能人工染色；通过热处理它可变成不透明，外貌类似大理石,纤维石膏 由带有丝光色泽，按规律分布的线状结晶复合而成的纤维石膏(透石膏）,石膏的生产：破碎 加热 磨细,（1）建筑石膏（-石膏）晶体细，调制成一定稠度浆体时，需水量大，因而强度低（干燥状态下脱水而成） （2）高强石膏晶粒较粗，因而硬化后密实度大，强度高（在有蒸汽压力的条件下脱水而成）,两种半水石膏的特点,（3）可溶性硬石膏加热温度为170200时，石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏；温度升高到200 250，石膏中残留很少的水分，
5、但遇水后还能生成半水石膏直至二水石膏。 （4）不溶性硬石膏加热温度高于400时，石膏完全失去水分，形成不溶性硬石膏。 （5）高温煅烧石膏加热温度高于800时，部分石膏分解出CaO，得到高温煅烧石膏。,建筑石膏的凝结与硬化 建筑石膏的凝结硬化：建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，但很快就失去塑性并产生强度，逐渐发展成为坚硬的固体。 反应式： 溶解析晶理论（溶解沉淀理论）： 半水和二水石膏在20水中的溶解度：8.16g/L和2.05g/L 在半水石膏的饱和溶液中，随着浆体中水分的水化和蒸发，此反应总体表现为向右进行。二水石膏以胶体微粒自水中析出并自发地形成和长大，相互交叉连生而形成网络
6、结构，使石膏浆体凝结硬化并具有强度。,这一过程中，浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减小，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”；其后，浆体逐渐变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体，晶体逐渐长大、共生和相互交错，使浆体产生强度并不断增长，表现为石膏的“硬化”。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。,凝结硬化的物理化学过程,石膏浆体,半水石膏颗粒 二水石膏晶体,石膏胶体,石膏硬化体,水,孔隙,水化初期：二水石膏晶体较少,随着水化反应进行二水石膏晶体量,石膏硬化体中晶体堆积体,建筑石膏的技术性质 建筑石膏：白色粉末，密度为2.602.75 g/cm3,堆积
7、密度为8001 000 kg/m3。包括天然建筑石膏、脱硫建筑石膏和磷建筑石膏。 建筑石膏有强度、细度、凝结时间等方面的技术要求，见下表（GB 9776-2008） ：,建筑石膏的技术指标（GB 9776-2008）,凝结硬化快。建筑石膏水化迅速，常温下完全水化所需时间仅为712min。初凝时间极短，终凝时间也不超过30min。在室内自然干燥的条件下，一星期左右完全硬化，所以施工时根据实际需要，往往加入适量的缓凝剂。 硬化后孔隙率大、强度较低。由于半水石膏完全水化的理论需水量是18.6，而实际用水量远大于此，因此，未参与水化的多余水分蒸发后在石膏硬化体内会留下大量的孔隙，建筑石膏孔隙率可高达5
8、060。从而使其密实度和强度都大大降低。通常其强度只有7.010.0MPa。,具有一定保温、吸声性能以及调湿作用。由于石膏制品内部孔隙率大，因而导热系数小、具有保温性能；表面大量空隙对声音的传导和反射都不好；大量毛细孔隙对空气中水分具有较强的吸附能力，在干燥时又可释放水分，可调节湿度。 凝固时体积略膨胀，装饰性好；加工性好。石膏洁白、细腻，凝固时体积略有膨胀，膨胀率约为1%，所以制品饱满。 耐水性和耐冻性差。硬化后石膏吸湿性强，导致强度下降，若长期浸泡在水中还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏；若吸水后受冻，还会因孔隙中水分结冰膨胀而引起破坏。因此，石膏的耐水性、抗冻性都较差。,防火性能良好。
9、在于火灾或高温时，结晶水蒸发在石膏表面形成蒸汽幕，并且不会有有害气体产生，但不宜长期用于靠近65以上高温的部分。 建筑石膏的贮存： 建筑石膏贮存3个月应重新进行质量检验。一般3个月后，强度将降低30%左右。,建筑石膏的应用 石膏在建筑中应用十分广泛。如石膏抹灰材料、各种墙体材料和装饰石膏板等。 粉刷石膏 粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火、保温，并且施工方便，可实现机械化施工，是一种高档抹灰材料，可用于办公室、住宅等的墙面、顶棚等。 建筑石膏制品 建筑石膏制品的种类很多。如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。,
10、石膏线,贴金箔石膏线,石膏空心板,石膏空心砌块,石膏砌块,各种墙板,德国一所教堂的外墙面雕饰,室内墙面和天花板的雕饰,装饰石膏板,吸声用穿孔石膏板,石膏艺术制品,纸面石膏板,纸面石膏板,纸面石膏板是以石膏为基材，掺入少量添加剂及增强纤维，并在板面、板背各粘结一层护面纸而成。 纸面石膏板最初在1890年由美国发明生产，1917年传入欧洲，由于其具有质轻、保温隔热、防火、隔音、施工方便、绿色环保等诸多优点，纸面石膏板在建筑中的应用得到迅速发展，产量不断增长。据统计，1997年美国纸面石膏板年产量已达19亿米2，约有80%墙体材料应用纸面石膏板，在美国100的住宅建筑均采用纸面石膏板作为内部隔墙材料
11、，消费量为8.1米2/人/年，而我国在2007年也仅为不到0.71米2/人/年，远远低于其它国家的消费水平。,石膏板之所以能得到迅速的推广应用，并在一百多年的进程中不被淘汰，与其优越的性能分不开，总的归纳为以下十点： 1. 生产能耗低，生产效率高：生产同等单位的纸面石膏板的能耗比水泥节省78。且投资少生产能力大，便于大规模生产，国外已经有年生产量可达到4000万平方米以上的生产线。 2. 轻质：用纸面石膏板作隔墙，重量仅为同等厚度砖墙的1/15，砌块墙体的1/10，有利于结构抗震，并可有效减少基础及结构主体造价。 3. 保温隔热：由于石膏板的多孔结构，其导热系数为0.16W/（MK），与灰砂砖
12、砌块（1.1W（MK）相比，其隔热性能具有显著的优势。,4. 防火性能好：由于石膏芯本身不燃，且遇火时在释放化合水的过程中会吸收大量的热，延迟周围环境温度的升高，因此，纸面石膏板具有良好的防火阻燃性能。经国家防火检测中心检测，纸面石膏板隔墙耐火极限可达4小时。 5. 隔音性能好：纸面石膏板隔墙具有独特的空腔结构，大大提高了系统的隔声性能。,6. 装饰功能好：纸面石膏板表面平整，板与板之间通过接缝处理形成无缝表面，表面可直接进行装饰。 7. 可施工性好：仅需裁制刀便可随意对纸面石膏板进行裁切，施工非常方便，用它做装饰，可以摆脱传统的湿法作业，极大的提高施工效率。 8. 舒适的居住功能：由于石膏板
13、具有独特的“呼吸”性能，可在一定范围内调节室内湿度，使居住舒适。,9. 绿色环保：纸面石膏板采用天然石膏及纸面作为原材料，决不含对人体有害的石棉（绝大多数的硅酸钙类板材及水泥纤维板均采用石棉作为板材的增强材料）。 10. 节省空间：采用纸面石膏板作墙体，墙体厚度最小可达74mm，且可保证墙体的隔音、防火性能。 就国内的行情，纸面石膏板更多的使用在吊顶天花等装修工程中，但是，纸面石膏板其实是一种非常好的轻质墙体材料，在国外，用来做墙体的石膏板用量远远大于做吊顶的用量。,1.2 石灰,1、石灰的生产 石灰的原料,主要成分：碳酸钙 主要原料：石灰石、白云石、白垩和贝壳等。,欠火石灰温度低、煅烧时间短
14、或块体过大：外部为正常石灰，内部为未分解的碳酸钙，降低了石灰的利用率。 生石灰正常温度和煅烧时间所煅烧的石灰具有多孔结构，内部孔隙率大，表观密度较小，晶粒细小，与水反应迅速，这种石灰称为正火石灰。 过火石灰温度过高或时间过长，石灰内部孔隙率减少，体积收缩，晶粒变得粗大，称为过火石灰；其结构较致密，表面常被熔融的粘土覆盖，与水反应时速度很慢，往往需要很长时间才能产生明显的水化效果。,石灰生产的三种产品：,块状生石灰,石灰石中常含有一定量的碳酸镁（MgCO3）： MgO：结构致密和水化速度很慢。 按氧化镁含量的多少，建筑石灰可分为钙质和镁质两类。 当石灰中MgO含量小于或等于5时，称钙质石灰； 当
15、MgO含量大于5时，称为镁质石灰。,石灰石,块状生石灰,生石灰粉,消石灰粉,石灰膏,土木工程中常用的石灰产品,用途：拌制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆；,用途：拌制石灰土、三合土；,生石灰粉 消石灰粉 石灰膏 石灰乳,石灰乳,石灰的熟化 工地上使用生石灰前要进行熟化。熟化是指生石灰（氧化钙）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程，又称消解或消化。反应如下： CaOH2O Ca(OH)264.9103J 煅烧良好、氧化钙含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。,消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2,称为消石灰粉。,熟化过程中体积增 大1-2.5倍，迅速放 出大量热,过火石灰结构较致密，与水反应时速度很慢，往往需要很长时间才能产生明显的水化效果。 为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,石灰膏：,2. 石灰的硬化,石灰浆体在空气中逐渐凝结硬化，主要由下面两个同时进行的过程完成： 结晶作用,失水,结晶析出,浆体硬化,干燥,浆体紧缩,产生强度,Ca(OH)2空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。 由于碳化作用主
