第第3节节 胶凝材料胶凝材料l胶凝材料胶凝材料(cements,binding materials)l胶凝材料概念：在土木工程材料中，凡是经过胶凝材料概念：在土木工程材料中，凡是经过一系列的物理、化学作用，能将散粒状或块状一系列的物理、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。材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。 胶凝材料有机胶凝材料：如沥青、树脂等无机胶凝材料气硬性：如石膏、石灰、菱苦土、 水玻璃水硬性：各种水泥l气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保空气中保持持或发展其强度或发展其强度(如石灰、石膏水玻璃如石灰、石膏水玻璃等等)。而水硬性不仅在空气中，而且能更好的在。而水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度水中硬化，并保持、发展其强度（各种混凝土）（各种混凝土）。 l石膏石膏l (1)建筑石膏建筑石膏(calcined gypsum)(2)高强石膏(high strength gypsum/plaster)l 建筑石膏建筑石膏l型半水石膏的晶体较细，所以调制成一定稠型半水石膏的晶体较细，所以调制成一定稠度的浆体时，需水量也比型半水石膏的需水量度的浆体时，需水量也比型半水石膏的需水量大，导致建筑石膏的孔隙率也大，因而强度较大，导致建筑石膏的孔隙率也大，因而强度较低。低。l在实际生产与工程中，建筑石膏的应用更广泛在实际生产与工程中，建筑石膏的应用更广泛一些。一些。l高强石膏高强石膏晶体组大，比表面小，调成可塑性浆体时需水量只是建筑石膏的一半，因此硬化后具有较高的密实度和强度；高强石膏可以用于室内抹灰，制作装饰制品和石膏板；若掺入防水剂可制成高强度防水石膏，在潮湿环境中使用。2、建筑石膏的技术性质、建筑石膏的技术性质凝结硬化快：可以考虑加入缓凝剂可以考虑加入缓凝剂(retarder)来缓凝来缓凝水化反应理论需水量为水化反应理论需水量为18.6，但为了使石膏浆体具有可塑性，但为了使石膏浆体具有可塑性，通常实际加水为通常实际加水为6080%孔隙率大，体积密度小，保湿、吸声性能好具有一定的调湿性由于硬化体多孔结构的特点，建筑制品的热容量大、吸湿性强，当室内温度、湿度变化时，由于制品的“呼吸”作用，使环境温度、湿度能得到一定的调节。耐水性、抗冻性差凝结硬化时体积微膨胀防火性好3. 应用应用l建筑石膏：建筑石膏：l 装饰板材、雕塑、装饰型材、抹灰工程、砌块装饰板材、雕塑、装饰型材、抹灰工程、砌块等；等；l高强石膏：高强石膏：l 抹灰工程、装饰板材、砌块等；可溶性硬石膏抹灰工程、装饰板材、砌块等；可溶性硬石膏一般不用，避免出现。一般不用，避免出现。二二. 石灰石灰(lime,CaO)l（一）、石灰分类（一）、石灰分类（二）、石灰的技术要求（二）、石灰的技术要求（三）、石灰的性质（三）、石灰的性质l（四）、石灰的应用（四）、石灰的应用（一）、石灰的分类（一）、石灰的分类l根根据据石石灰灰加加工工方方法法：块块状状生生石石灰灰、磨磨细细生生石石灰灰、石灰浆、石灰乳、石灰水等；石灰浆、石灰乳、石灰水等；l石石灰灰石石中中含含有有杂杂质质氧氧化化镁镁（MgOMgO），根根据据MgOMgO的的多多少少，将将生生石石灰灰中中MgOMgO含含量量5%5%的的称称为为钙钙质质石石灰灰（低低镁镁石石灰灰），5%20%的的称称为为中中镁镁石石灰灰。20%40%为高镁石灰。为高镁石灰。(二二)、 石灰的技术要求石灰的技术要求l根据建材行业标准，将建筑生石灰和根据建材行业标准，将建筑生石灰和建筑生石灰粉划分为优等品、一等品、建筑生石灰粉划分为优等品、一等品、合格品三个等级，具体指标见书合格品三个等级，具体指标见书P11中两中两个技术指标表格。个技术指标表格。(三三)、石灰的性质l(1)良好的保水性：良好的保水性：直径约为直径约为1m的呈胶体的呈胶体分散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较分散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。厚的水膜。l(2)凝结硬化慢、强度低：凝结硬化慢、强度低：碳酸钙和氢氧化碳酸钙和氢氧化钙结晶体钙结晶体 l(3)耐水性差：耐水性差：氢氧化钙结晶易溶于水氢氧化钙结晶易溶于水 l(4)体积收缩大：体积收缩大：蒸发大量的游离水蒸发大量的游离水l(5)吸湿性强吸湿性强l1石灰乳涂料l将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内墙壁和将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内墙壁和天棚的涂料。天棚的涂料。l加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。l加入少量磨细加入少量磨细沙沙或或粘土粘土 ，提高其耐水性。，提高其耐水性。l加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉化。加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉化。(四四)、应用、应用l2石灰砂浆石灰砂浆l石石灰灰膏膏+砂砂+水水+拌拌制制，既既可可用用作作砌砌筑筑砂砂浆浆又又可可用作抹面。用作抹面。l石灰膏石灰膏+纤维纤维+水拌制，多用于抹面。水拌制，多用于抹面。l3石灰土和三合土石灰土和三合土l石石灰灰土土（石石灰灰+粘粘土土）和和三三合合土土（石石灰灰+粘粘土土+砂砂碱碱炸炸渣渣等等填填料料），多多用用于于加加固固地地面面、密密实实地地面面，稳定地基。稳定地基。l4制作硅酸盐制品制作硅酸盐制品l将将石石灰灰与与硅硅质质材材料料磨磨细细后后，一一起起加加压压成成型型，再再经经过过蒸蒸汽汽养护，生成以水化硅酸钙为主要产物的砼。养护，生成以水化硅酸钙为主要产物的砼。l反应式如下：反应式如下：lCa(OH)2+SiO2+aqCaOSiO2aql硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼等。硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼等。三三.水玻璃水玻璃l 水玻璃俗称泡花碱，是一种可溶性硅酸盐，水玻璃俗称泡花碱，是一种可溶性硅酸盐，由碱由碱性性金属氧化物和二氧化硅结合而成的气硬性金属氧化物和二氧化硅结合而成的气硬性胶凝材料，如硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃。胶凝材料，如硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃。（二）特性1、黏结力强： 水玻璃硬化后具有较高的黏结强度，如用 水玻璃配制成水玻璃混凝土。2、耐酸性好3、耐热性好（三）应用 1.涂刷材料表面，浸渍多孔性材料，以提高其抗风化能力，提高建筑物的耐久性。 2.加固地基 3.配制防水剂 4. 水玻璃混凝土具有机械强度高，耐酸和耐热性能好，整体性强，材料来源广泛，施工方便，成本低及使用效果好等特点。l水硬性：粉末状水泥与水混合后，经过一系列水硬性：粉末状水泥与水混合后，经过一系列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成坚复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一过硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水中程是水化在水环境下完成的，同时可以在水中更好的保持石状体的概念。所以，水泥是一种更好的保持石状体的概念。所以，水泥是一种水硬性胶凝材料。水硬性胶凝材料。(三三) 水泥水泥一一 . 硅酸盐水泥硅酸盐水泥l硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，型硅酸盐水泥，代号代号P.。l1、普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。l2、矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。l3、火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。l4、粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。l5、复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号：复合水泥，代号P.C。 还有其他还有其他小品种小品种水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥等普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、等普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥水泥1.水泥的分类水泥的分类六大通用水泥六大通用水泥2、硅酸盐水泥熟料矿物组分、硅酸盐水泥熟料矿物组分l矿物名称矿物名称 化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量l硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 4462l硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1830l铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 512l铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018l其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝酸四钙为熔剂组分。酸四钙为熔剂组分。l其他还有少部分其他还有少部分f-CaO、f-MgO及玻璃体等及玻璃体等3.硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化l水化水化水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于水中与水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于水中与水发生化学反应，生成水化产物并放出热量。水发生化学反应，生成水化产物并放出热量。l凝结凝结、硬化过程硬化过程硅酸盐水泥的水化和凝结硬化过程硅酸盐水泥的水化和凝结硬化过程是一个连续的复杂过程。是一个连续的复杂过程。水泥加水拌合后，形成可塑性的浆体，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，但还不具有强度的过程，成为水泥的凝结；随着开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过程称为硬化。凝结、硬化是人为划分的，实际上它们是一个连续的、复杂的物理化学反应过程。4、硅酸盐水泥的主要技术性能、硅酸盐水泥的主要技术性能l1)1)密度密度l水泥欠烧比重小，过烧比重大l表现密度：表现密度：13001300左右，粉磨越细，表观密度越小。左右，粉磨越细，表观密度越小。 2) 2)细度（分散度）细度（分散度）l水泥的细度是表示水泥磨细的程度或水泥分散度的指标。 水泥细度对水泥性能影响很大。（在一般情况下）水泥细度越大，强度越高，但太细时早期强度增长虽快，但后期可能要下降，且对耐久性不利。 3)3)需水量需水量l将将水水泥泥与与水水拌拌成成标标准准稠稠度度状状态态下下的的加加水水量量为为水水泥泥的的标准稠度需水量标准稠度需水量, ,一般在一般在242430%之间。之间。l水水灰灰比比：是是指指水水泥泥浆浆中中的的水水与与水水泥泥的的质质量量比比。一一般般情情况况下下是是水水泥泥浆浆的的水水灰灰比比越越小小，凝凝结结硬硬化化和和强强度度发发展展越越快快，且且强强度度越越高高。但但是是会会降降低低水水泥泥浆浆的的和和易易性性造造成成施施工工困困难难；水水灰灰比比较较大大，凝凝结结硬硬化化和和强强度度发发展展越慢，且强度越低，但是方便施工。越慢，且强度越低，但是方便施工。l4)4)凝结时间凝结时间l凝结分为初凝和终凝。凝结分为初凝和终凝。l初初凝凝：水水泥泥加加水水拌拌合合时时，到到标标准准稠稠度度时时净净浆浆开开始始达达到到可可塑性所需的时间。塑性所需的时间。l终终凝凝：水水泥泥加加水水拌拌合合至至标标准准稠稠度度净净浆浆到到完完全全失失去去可可塑塑性性并开始产生强度所需的时间。并开始产生强度所需的时间。l硅硅酸酸盐盐水水泥泥标标准准规规定定，初初凝凝不不得得早早于于45min，终终凝凝不不迟迟于于6h30min。l影影响响水水泥泥凝凝结结的的因因素素：矿矿物物组组分分，C C3 3A A越越高高，凝凝结结越越快快。水水泥泥细细度度。环环境境温温、湿湿度度。缓缓凝凝组组分分：a.a.石石膏。膏。b.b.缓凝剂及促凝剂。缓凝剂及促凝剂。C.C.矿物掺合料。矿物掺合料。l5)5)体积安定性体积安定性l水泥石硬化后，产生不均匀的体积变化，即体积安定性不良。水泥石硬化后，产生不均匀的体积变化，即体积安定性不良。l体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏、构件崩溃。体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏、构件崩溃。l原因：原因：熟料中的熟料中的游离游离CaOCaO太多太多控制方法：沸煮法测定。控制方法：沸煮法测定。l熟料中的熟料中的游离游