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。胶 凝 材 料 经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固 体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。 特征 ： 严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为 固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。 种类 按其化学组成： 有机胶凝材料：沥青、树脂等。 无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。 复合胶凝材料：牙齿水泥、酸碱水泥。 按其硬化条件： 气硬性胶凝材料石膏、石灰等； 水硬性胶凝材料各种水泥等。 气硬性 胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持 和发展其强度； 关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！ 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。 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！石膏 性质 ：石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是 - 半水石膏 CaSO4 生产方法 ：建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 120180 干燥下脱水制备； 凝结硬化机理：“溶解沉淀”理论，即通过半水石膏 在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、 相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化； 性能 ：浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨 胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻 性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性 好、耐火、对人体和环境无害。 应用 ：各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。 建筑石膏的凝结硬化 凝结硬化过程中的水化反应： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O,CaSO42H2O Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆 反应 凝结硬化机理“溶解沉淀理论” 溶解沉淀硬化 建筑石膏的性质 建筑石膏的技术要求：密度：2.502.70; 强度：抗折强度、抗压强度; 细度： 0.2mm方孔筛筛余 ; 凝结时间：初凝、终凝时间; 石膏硬化体及制品的特性： 表观密度较小：1.0 ；孔隙率较大；强度较低；耐水性 和抗冻性较差；防火性较好；隔热性和吸声性良好；装 饰性 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why ？ 答：半水石膏需加水6080，才能使浆体达到成型 所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需 18.6 的水量；即，有4060多的水不能参与反应，硬 化后多余水分的挥发留下大量孔隙。 孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点Which？ 答：优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可 作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结 构材料，不宜用于潮湿环境等。 为什么石膏制品的耐水性差Why ？ 答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内 有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结 合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相 互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.300.45 ； 另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品 长期在水中的强度将更低。 如何改善石膏制品的耐水性 How? 答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行 憎水处理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解 度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。 为什么石膏制品的防火性好Why? 答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏 晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱 去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解 温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。石灰 气硬性石灰 粘土杂质含量8% 的石灰石热分解物及其水化物： 生石灰粉： CaO ； 熟 ( 消) 石灰粉： Ca(OH)2； 石灰膏 ( 浆)：Ca(OH)2、 H2O ； 水硬性石灰 粘土杂质含量8% 的石灰石热分解物：CaO、活性 Si2O、Al2O3 等 原料： 以 CaCO3 为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白 垩等。 石灰的制备： 石灰石的热分解反应：CaCO3 CaOCO2 制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨 ( 消解 ) 石灰的硬化： 结晶作用 生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2 浆体； 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶； 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。 碳化作用 Ca(OH)2 与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3 膜 层。提高耐久性。 石灰的性质 建筑石灰的技术要求：CaO的含量 CO2的含量 ( 欠火石灰 ) 细度体积安定性 ( 过火石灰 ) 建筑石灰的特性： 表观密度较小、浆体的可塑性好 硬化后的强度较低耐水性差 浆体硬化中容易开裂 过火石灰的危害与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀 而引起开裂。 1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物 包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水 化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰 的熟化和陈伏期，或过滤掉。 2. 石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避 免？ 答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著 收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用， 可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。 石灰的应用 配制建筑砂浆和石灰乳 配制无熟料水泥石灰火山灰活性材料 配制三合土石灰粘土砂水 作为其它建材制品的原料 如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。 软土地基加固水 玻 璃 什么是水玻璃？ 碱金属硅酸盐的水溶液：R2O nSiO2 + H2O 其中 R=Na 、 K 什么是水玻璃的模数？n: 氧化硅 SiO2 与碱金属氧化物R2O的摩尔比。 模数对水玻璃性能的影响 模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。 水玻璃的制备方法： 湿法： R2OnSiO2 + H2O ,水玻璃 干法： R2OnSiO2 ,R2O nSiO2 R2O nSiO2 + H2O ,水玻璃 水玻璃硬化过程 水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝 胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO2 而硬化。 水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠 其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和 SiO2 的形成。 水玻璃的特性 良好的胶结能力耐热性好、不燃烧 较好的耐酸性能耐水性和耐碱性差 水玻璃硬化过程 水玻璃溶液 . 酸化 . 硅酸凝胶 . 脱水交联 . 二氧化硅玻 璃体 水玻璃在建筑上应用: 配制耐酸混凝土与砂浆、配制耐 热混凝土与砂浆、配制快凝防水剂、加固地基基础 为什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂浆？ 答：水玻璃溶液的凝结硬化是在酸作用下，使硅酸 根离子逐步缩聚交联成二氧化硅玻璃体，因此，酸性条 件只会使水玻璃中硅酸根离子的交联度提高，更加密实 和耐水。 为什么水玻璃模数n 越大，粘结力越强，耐水性越好？ 答： n 是 SiO2/R2O的摩尔比， n 越大，表明SiO2 含 量越大，硬化后的玻璃体中SiO2 的交联密度越大，所 以，粘结力越强，耐水性越好。硅 酸 盐 水 泥 学习 硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别； 水泥的生产过程及其对性质的影响。 掌握 水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素； 应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指导合 理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。熟悉 水泥各种性质的含义和工程意义； 水泥性质的影响因素及其规律； 水泥性质的检验方法和评定标准。 一、硅酸盐水泥原料： 硅质：粘土，(SiO2 、Al2O3) ， 占 1/3 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占 2/3 调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与 SiO2 制造工艺： 原料经粉磨混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料 水泥熟料石膏( 或再混合材）一起经粉磨混合后得到 水泥 硅酸盐水泥熟料的组成 化学组成： 主要成分： CaO(=C)SiO2(=S) Al2O3(=A) Fe2O3(=F) 少量杂质： MgO 、K2O 、Na2O 、SO3 、P2O5等。 矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：C3S 、 C2SC3AC4AF 水泥浆如何转变成坚硬固体？ 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬 化过程变成坚硬固体 凝结 水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、 可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”； 硬化 随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚 硬固体，这个过程即为“硬化”。二、水泥熟料矿物的水化反应 特征： 水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应； 其水化反应均是放热反应； 水化反应是固液异相反应。 反应速度序列： 半水石膏CaSO4和游离氧化钙f-CaO 的水化 铝酸三钙C3A的水化，铁铝酸四钙C4AF的水化，硅酸三 钙 C3S的水化，硅酸二钙C2S的水化 水泥的水化过程： 当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入 溶液中，液相被各种离子饱和； 几分钟内， Ca2 、 SO4 、 Al3 、 OH离子间 反应，形成钙钒石； 几小时后， Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H 开始 填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间； 几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型 硫铝酸钙水化物开始形成。 此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。 石膏的作用 避免水泥浆的闪凝和假凝现象。调节水泥的凝结时间。 导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。 水泥浆凝结硬化的物理过程 先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化 的内核区域沉积； 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应 进入 潜伏期 ； 因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂， 导致水化继续迅速进行进入水化的加速期 ； 随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物 越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网 状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结 ； 由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的 毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗 粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度 硬化 。 水泥浆水化放热过程水泥熟料矿物的水化是放热反应，C3S和 C3A放热最大， 最快；而C2S放热最小，最慢。 水泥水化放热有明显的四个阶段： 初始放热水泥与水一接触，立即放热，放热速度 dQ/dt 很快，表明反应激烈。 放热停滞期放热很慢，接近停滞，表明反应停顿。 放热加速期放热速度逐渐加快，达到放热峰值，表 明反应逐渐加快。 放热减速期放热达到峰值后，放热速度逐渐减慢， 表明反应逐渐减速。 水泥生产中为什么掺加石膏？ C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝； 水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的 聚集， Al3 对凝胶微粒聚集有促进作用； 石膏与 C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速 度减缓，并减少了溶液中的Al3 浓度，延缓了水泥浆的 凝结速度。 为什么水泥硬化后能产生强度？ 水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体； 在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较 大的水化物颗粒不断增