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1、1 山东省精品课程 第4章 无机胶凝材料 2 第4章 无机胶凝材料 胶凝材料（结合料） 经物理、化学作用，能将散粒状或块状材料 粘结为整体的材料。 3 无机胶凝材料 （以无机化合物为基本成分） 有机胶凝材料 （天然的或合成的有机 高分子化合物为基本成分） （沥青、树脂） 按凝结硬化 条件分类 气硬性胶凝材料 只在空气中硬化 （石灰、石膏） 水硬性胶凝材料 空气、水中皆可 硬化 （水泥） 4 4.1 石 灰 v石灰 生石灰：CaO 熟石灰: Ca(OH)2 4.1.1生产概述 1.原料 以CaCO3为主要成分的岩石(石灰石、白垩等) 5 2.煅烧 块状生石灰的特点： CaO质量几乎下降一半,但体
2、积缩小很少,故优质 生石灰,应为白色疏松结构。 欠火石灰： 温度过低/时间不够/石灰石不能充分烧透,存在硬心 过火石灰：温度过高/时间过长/颜色深（褐、黑） 块状生石灰 1005644 注意 过火石灰可以使用，但应陈伏半个月 6 石灰的存在形成: v 块状生石灰 煅烧直接获得 v 生石灰粉 块状生石灰磨细 v 消石灰粉 生石灰消解 v 石灰膏/乳 生石灰+过量水 CaO Ca(OH)2 7 4.1.2 熟化与硬化 1）石灰的熟化（消化） CaO + H2O Ca(OH)2 + Q（64.9KJ） 注意： 消解安全 措施：分层消解 8 2）硬化 （1）结晶作用： 水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶 结
3、晶强度 两种强度 （2）碳化作用：Ca（OH）2CO2H2O CaCO3 碳化强度 水分蒸发，产生毛细管压力，压密石 灰粒子附加强度 9 石灰的生产、消解、硬化小结 过火石灰存在，陈伏半个月左右 常见实例：陈伏时间不够，引起房屋抹面层 凸起开裂 消解为石灰膏/乳的作用 水层隔绝空气，避免发生碳化 消解安全 分层消解，热量较快散释 10 4.1.3 石灰的技术要求 建筑生石灰 v建筑工程所用石灰 建筑生石灰粉 建筑消石灰粉 v按MgO含量，生石灰分为： 钙质生石灰（MgO5） 镁质生石灰（MgO5）特点：熟化较慢，但 硬化强度稍高 优等品 v按技术指标，生石灰分为 一等品 合格品 v生石灰及生石
4、灰粉的技术指标见表41，42 11 v消石灰的分类： 钙质消石灰粉（MgO含量4%） v按MgO含量 镁质消石灰粉（MgO含量：4%24%） 白云石消石灰粉（MgO含量：24%30%） 优等品 v按技术指标，分为 一等品 合格品 v主要技术指标见表43 12 v桥涵用石灰技术标准应满足表4-1，4-2，4-3 v路面基层用石灰技术标准应满足表44。 13 工程实例 某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何 评价该石灰的品质？ 评价过程： 1.检测石灰中CaO和MgO的含量、二氧化碳的含量、 细度。 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别（钙质/镁质 生石灰） 3.根据表43判定该石灰的等级。
5、14 4.1.4 石灰的应用和储存 v1）石灰在工程中的应用 v（1）配制石灰砂浆 地面以上部分砌筑工程，并可用于抹面、装饰 工程。 v（2）加固软土地基 在软土地基中打入生石灰桩，可利用生石灰吸水产 生膨胀对桩周围的土壤起挤密作用；利用生石灰和 粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而 达到提高地基承载力的目的。 15 v（3）作为半刚性材料的结合料 v石灰稳定土、石灰工业废渣稳定土、石灰水泥综 合稳定土等利用石灰的特性将被稳定材料胶结成一 个整体，并使之形成具有一定强度的半刚性材料。 常用于做路面基层或底基层。 v除上述以外，石灰还可与其它材料混合制成无熟料 水泥及其它建筑材料。 16
6、 v2）石灰的储存 （1）生石灰粉应储存在干燥的仓库内（防水） （2）袋装消石灰粉应按类别、等级分别贮存，贮存期 不宜过长 （防水） （3）如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰 浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。 （4）石灰能侵蚀呼吸器官及皮肤，在进行施工及装卸 石灰时，应披戴必要的防护用品。 17 4.3 水 泥 水泥即能在水中凝结，又能在空气中 凝结的胶凝材料。 18 水泥分类 v硅酸盐水泥 v铝酸盐水泥 v硫铝酸盐水泥 v铁铝酸盐水泥 (2) 按性能和用途分类 v通用水泥 v专用水泥 v特性水泥 按化学成分 19 4.3.1 硅酸盐水泥 v 1） 硅酸盐水泥的生产工艺概述 v 2）
7、硅酸盐水泥的组成材料 v 3） 硅酸盐水泥的水化 v 4） 硅酸盐水泥的凝结和硬化 v 5） 硅酸盐水泥的技术性质 v 6） 硅酸盐水泥的技术标准 v 7） 硅酸盐水泥的特性与应用 v 8） 硅酸盐水泥石的腐蚀与防腐蚀措施 20 1） 硅酸盐水泥的生产工艺概述 （1）生产工艺 两磨一烧生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程 （2）生产原料 石灰石质原料石灰石、白垩等 粘土质原料粘土、页岩等 校正原料（少量）铁粉 CaO SiO2、Al2O3、Fe2O3 Fe2O3 21 2）硅酸盐水泥的组成材料 v （1）硅酸盐水泥熟料 v （2）石膏 v （3）混合材料 22 （1）硅酸盐水泥熟料（简称为熟料
8、） v 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸三钙 主要 矿物组成 分子式 分子简式 3CaOSiO2 C3S C2S C3A C4AF 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 名 称 23 注 意 v 水泥中的其它成分： v 原因： v 煅烧水泥中反应： v危害：影响水泥体积安定性 石灰石质原料富含 潜在危害非常严重 24 v 硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性 矿物组成 硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙 铁铝酸四钙 C3SC2SC3AC4AF 含量 /% 3760 最多1537次之 715 少 1018 少 水化速度 中慢快中 水化热 中低高中 强
9、度 高早期低后期高低 低(有利于 抗折强度) 耐化学侵蚀 中良差优 干缩性 中小大小 25 实 例 快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。 适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。 道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、 干缩性小。 C4AF、C2S含量高。 适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。 大坝水泥：简称中热水泥 低热矿渣水泥：加入矿渣 适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。 水化放热较低， C2S含量高， C3A含量低 26 （2）石 膏 v 作用：缓凝剂 水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。 加入适量的石膏会延缓凝
10、结时间，同时还有利于提高水泥 早期强度、降低干缩变形等性能。 v 石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。 27 （3）混合材料 目的：改善水泥某些性能和增产水泥 活性混合材料 非活性混合材料 28 活性混合材料 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。 炼钢厂冶炼生铁时的副产品。 主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。 具有较高的化学潜能，但稳定性差。 粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料 粉煤灰 火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。 主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO 具有较高的活性。 v天然的、人工的 主要成分：Al2O3、SiO2。 本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。 29
11、 非活性混合材料 v 定义：在水泥中主要起填充作用，本身不具有 （或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。 v 目的：调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热 。 v 常用种类：磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿 渣、高硅质炉灰等。 30 五大品种硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 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 不掺混合材 +少量混合材 （水泥量5%） 硅酸盐水泥熟料 + 适量石膏 +多量混合材 （水泥量20%） P P +少量混合材 （水泥量6%20%） PO 粒化高炉矿渣 PP PF PS 火山灰 粉煤灰 +混合材料2种（ PC）复合硅酸盐水泥 31 3）硅酸盐水泥的
12、水化 水化速度快 长纤维状 短纤维状 六方板结晶 缓凝机理： 同上 针状结晶 立方板状结晶 32 第一阶段： 大约在水泥拌水起至初凝时止，C3S 迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和C3A反应 生成钙矾石晶体。 水泥浆呈塑性状态。 第二阶段： 大约从初凝起至24h止，水泥水化加 速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石晶体 、水化硅酸钙凝胶。 水化产物大量生成，水泥凝结。 第三阶段： 指24h以后直到水化结束。所有水化 产物生成，数量不断增加，结构更加 致密，强度不断提高。 4）硅酸盐水泥的凝结和硬化 33 水泥硬化研究理论 水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理； 不同的矿物在不同的阶段，水化机
13、理也会不完全相同。 34 5) 硅酸盐水泥的技术性质 （1）水泥化学性质 不溶物主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量 会影响水泥的粘结质量。 烧失量水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增 加，故烧失量是检验水泥质量的一项指标。 氧化镁 水化慢、体积膨胀, 影响安定性 三氧化硫 碱限制发生碱-集料反应，按（Na2O+0.658 K2O）值计 氯离子含量防止腐蚀钢筋 35 （2）水泥物理力学性质 细度：水泥颗粒的粗细程度 0.08mm方孔筛筛余量: % 负压筛法（适用于其它水泥） 比表面积：m2/kg，cm2/g 勃氏法 （适用于硅酸盐水泥、普通水泥） a.指标 36 b.试验方法 1.筛析
14、试验前：调节负压至 40006000Pa范围内。 2.称取试样25g，置于负压筛， 筛析2min。 3.筛毕，称量筛余物ms。 4.结果计算 (1)水泥试样筛余百分数 筛余结果的修正: C修正系数，0.801.20 37 凝结时间 a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间, 称为凝结时间。 初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性 所需的时间初凝时间。 终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性 所需的时间终凝时间。 c.凝结时间的测定： b.两种状态 （1）采用凝结时间测定仪（维卡仪） （2）采用水泥标准稠度净浆。 38 d.水泥标准稠度净浆 1.目的：试验结果具有可比性， 用
15、于测定凝结时间和安定性。 2.测定： 试验仪器：维卡仪 试验方法：标准法/调整水量法 3.标准稠度净浆标准: 试杆距底板距离为 6mm1mm 4.标准稠度用水量（%）: 达到标准稠度净浆时的用水量。 39 初凝时间： 试针距底板距离为4mm1mm。 终凝时间： 当试针沉入试体0.5mm时，即 环形附件开始不能在试体上 留下痕迹时。 e.凝结时间测定 40 安定性 a.定义：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 b.安全性不良的因素： （1）水泥中游离过多CaO (2) MgO过量； （3）石膏掺量过多； c.试验方法: 试饼法 雷氏法 发生争议以雷氏法为主 41 d.雷氏法 （1）雷氏夹试件
16、的成型： v标准稠度水泥净浆。 （2）测量 A v取下试件，测量雷氏夹指针尖端间 的距离A。 （3）沸煮 （4）测量 C v沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏 夹指针尖端的距离C。 （5）结果判定 v当两个试件煮后增加距离C-A平均值 5.0mm时，安定性合格； v当两个试件C-A值相差超过4.0mm时 ，应重做一次试验。再如此，则认 为该水泥安定性不合格。 雷氏夹 42 强度 a.检验方法（ISO法） 水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm40mm160mm棱柱体试件, 标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。 b.强度等级fce,k (6个等级) (1)以水泥28d抗压强度确定 (2)为强度范围的下限 (3)水泥实际强度 fce=cfce,k c水泥富裕系数，1.01.5 c.分类：普通型、早强型 43 6） 硅酸盐水泥的技术标准 44 不合格品：GB175-2007通用硅酸盐水泥规定： 水泥中凡不溶物、烧失量、氧化镁、氧化硫、 氯离子、凝结时间、安定性和强度中任何一项技术 指标不符合标准要求时，为不合格品。 45 7) 硅酸盐水泥的特性与应用 v特性： v硅酸盐水泥
