1、第3節(jié) 膠凝材料,膠凝材料(cements,binding materials) 膠凝材料概念：在土木工程材料中，凡是經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。,氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度(如石灰、石膏水玻璃等)。而水硬性不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發(fā)展其強(qiáng)度（各種混凝土）。 石膏 (1)建筑石膏(calcined gypsum) (2)高強(qiáng)石膏(high strength gypsum/plaster),建筑石膏 型半水石膏的晶體較細(xì)，所以調(diào)制成一定稠度的漿體時(shí)，需水量也比型半水石膏的需水量大，導(dǎo)致

2、建筑石膏的孔隙率也大，因而強(qiáng)度較低。 在實(shí)際生產(chǎn)與工程中，建筑石膏的應(yīng)用更廣泛一些。,高強(qiáng)石膏 晶體組大，比表面小，調(diào)成可塑性漿體時(shí)需水量只是建筑石膏的一半，因此硬化后具有較高的密實(shí)度和強(qiáng)度；高強(qiáng)石膏可以用于室內(nèi)抹灰，制作裝飾制品和石膏板；若摻入防水劑可制成高強(qiáng)度防水石膏，在潮濕環(huán)境中使用。,2、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì),凝結(jié)硬化快：可以考慮加入緩凝劑(retarder)來(lái)緩凝 水化反應(yīng)理論需水量為18.6，但為了使石膏漿體具有可塑性，通常實(shí)際加水為6080% 孔隙率大，體積密度小，保濕、吸聲性能好 具有一定的調(diào)濕性由于硬化體多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建筑制品的熱容量大、吸濕性強(qiáng)，當(dāng)室內(nèi)溫度、濕度變化時(shí)，由于

3、制品的“呼吸”作用，使環(huán)境溫度、濕度能得到一定的調(diào)節(jié)。 耐水性、抗凍性差 凝結(jié)硬化時(shí)體積微膨脹 防火性好,3. 應(yīng)用,建筑石膏： 裝飾板材、雕塑、裝飾型材、抹灰工程、砌塊等； 高強(qiáng)石膏： 抹灰工程、裝飾板材、砌塊等；可溶性硬石膏一般不用，避免出現(xiàn)。,二. 石灰(lime,CaO),（一）、石灰分類 （二）、石灰的技術(shù)要求 （三）、石灰的性質(zhì) （四）、石灰的應(yīng)用,（一）、石灰的分類,根據(jù)石灰加工方法：塊狀生石灰、磨細(xì)生石灰、石灰漿、石灰乳、石灰水等； 石灰石中含有雜質(zhì)氧化鎂（MgO），根據(jù)MgO的多少，將生石灰中MgO含量5%的稱為鈣質(zhì)石灰（低鎂石灰），5%20%的稱為中鎂石灰。20%40%為高

4、鎂石灰。,(二)、 石灰的技術(shù)要求,根據(jù)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將建筑生石灰和建筑生石灰粉劃分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個(gè)等級(jí)，具體指標(biāo)見(jiàn)書P11中兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)表格。,(三)、石灰的性質(zhì),(1)良好的保水性：直徑約為1m的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，其表面吸附一層較厚的水膜。 (2)凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低：碳酸鈣和氫氧化鈣結(jié)晶體 (3)耐水性差：氫氧化鈣結(jié)晶易溶于水 (4)體積收縮大：蒸發(fā)大量的游離水 (5)吸濕性強(qiáng),1石灰乳涂料 將熱化好的消石灰加入水稀釋，直接用于室內(nèi)墻壁和天棚的涂料。 加入各種耐堿顏料，可變成彩色涂料。 加入少量磨細(xì)沙或粘土 ，提高其耐水性。 加入明礬，氯化鈣，聚乙烯醇等減少涂層粉化。,

5、(四)、應(yīng)用,2石灰砂漿 石灰膏+砂+水+拌制，既可用作砌筑砂漿又可用作抹面。 石灰膏+纖維+水拌制，多用于抹面。 3石灰土和三合土 石灰土（石灰+粘土）和三合土（石灰+粘土+砂堿炸渣等填料），多用于加固地面、密實(shí)地面，穩(wěn)定地基。,4制作硅酸鹽制品 將石灰與硅質(zhì)材料磨細(xì)后，一起加壓成型，再經(jīng)過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)，生成以水化硅酸鈣為主要產(chǎn)物的砼。 反應(yīng)式如下： Ca(OH)2+SiO2+aqCaOSiO2aq 硅酸鹽砼制品有：灰砂磚、灰砂構(gòu)件、加氣砼等。,水玻璃,水玻璃俗稱泡花堿，是一種可溶性硅酸鹽，由堿性金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的氣硬性膠凝材料，如硅酸鈉水玻璃、硅酸鉀水玻璃。,（二）特性,1、黏結(jié)力

6、強(qiáng)： 水玻璃硬化后具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，如用 水玻璃配制成水玻璃混凝土。 2、耐酸性好 3、耐熱性好,（三）應(yīng)用,1.涂刷材料表面，浸漬多孔性材料，以提高其抗風(fēng)化能力，提高建筑物的耐久性。 2.加固地基 3.配制防水劑 4. 水玻璃混凝土具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸和耐熱性能好，整體性強(qiáng)，材料來(lái)源廣泛，施工方便，成本低及使用效果好等特點(diǎn)。,水硬性：粉末狀水泥與水混合后，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，可由可塑性漿體變成堅(jiān)硬的石狀體，將散粒材料膠結(jié)成整體，這一過(guò)程是水化在水環(huán)境下完成的，同時(shí)可以在水中更好的保持石狀體的概念。所以，水泥是一種水硬性膠凝材料。,(三) 水泥 一 . 硅酸鹽水泥,硅酸鹽水泥：型硅

7、酸鹽水泥，代號(hào)P.。型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.。 1、普通硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱普通水泥，代號(hào)P.O。 2、礦渣硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱礦渣水泥，代號(hào)P.S。 3、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱火山灰水泥，代號(hào)P.P。 4、粉煤灰硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱粉煤灰水泥，代號(hào)P.F。 5、復(fù)合硅酸鹽水泥：復(fù)合水泥，代號(hào)P.C。 還有其他小品種水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥等普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥統(tǒng)稱摻混合材料的硅酸鹽水泥,1.水泥的分類六大通用水泥,2、硅酸鹽水泥熟料礦物組分,礦物名稱 化學(xué)成分 縮寫符號(hào) 含量 硅酸三鈣 3CaOSiO2 C3S 4462 硅酸二

8、鈣 2CaOSiO2 C2S 1830 鋁酸三鈣 3CaOAl2O3 C3A 512 鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018 其中，硅酸三鈣和硅酸二鈣為強(qiáng)度組分，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣為熔劑組分。 其他還有少部分f-CaO、f-MgO及玻璃體等,3.硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)和硬化,水化水泥加水拌合后，水泥顆粒立即分散于水中與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物并放出熱量。 凝結(jié)、硬化過(guò)程硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的復(fù)雜過(guò)程。 水泥加水拌合后，形成可塑性的漿體，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿體逐漸變稠失去可塑性，但還不具有強(qiáng)度的過(guò)程，成為水泥的凝結(jié)； 隨著開始產(chǎn)生強(qiáng)度，并逐漸

9、發(fā)展成為堅(jiān)硬的水泥石，這一過(guò)程稱為硬化。 凝結(jié)、硬化是人為劃分的，實(shí)際上它們是一個(gè)連續(xù)的、復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。,4、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性能,1)密度 水泥欠燒比重小，過(guò)燒比重大 表現(xiàn)密度：1300左右，粉磨越細(xì)，表觀密度越小。 2)細(xì)度（分散度） 水泥的細(xì)度是表示水泥磨細(xì)的程度或水泥分散度的指標(biāo)。 水泥細(xì)度對(duì)水泥性能影響很大。（在一般情況下）水泥細(xì)度越大，強(qiáng)度越高，但太細(xì)時(shí)早期強(qiáng)度增長(zhǎng)雖快，但后期可能要下降，且對(duì)耐久性不利。,3)需水量 將水泥與水拌成標(biāo)準(zhǔn)稠度狀態(tài)下的加水量為水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量,一般在2430%之間。 水灰比：是指水泥漿中的水與水泥的質(zhì)量比。一般情況下是水泥漿的水灰比越

10、小，凝結(jié)硬化和強(qiáng)度發(fā)展越快，且強(qiáng)度越高。但是會(huì)降低水泥漿的和易性造成施工困難；水灰比較大，凝結(jié)硬化和強(qiáng)度發(fā)展越慢，且強(qiáng)度越低，但是方便施工。,4)凝結(jié)時(shí)間 凝結(jié)分為初凝和終凝。 初凝：水泥加水拌合時(shí)，到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)凈漿開始達(dá)到可塑性所需的時(shí)間。 終凝：水泥加水拌合至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿到完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。 硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，初凝不得早于45min，終凝不遲于6h30min。 影響水泥凝結(jié)的因素：礦物組分，C3A越高，凝結(jié)越快。水泥細(xì)度。環(huán)境溫、濕度。緩凝組分：a.石膏。b.緩凝劑及促凝劑。C.礦物摻合料。,5)體積安定性 水泥石硬化后，產(chǎn)生不均勻的體積變化，即體積安定性不良。 體

11、積穩(wěn)定性的危害：引起建筑物的破壞、構(gòu)件崩潰。 原因：熟料中的游離CaO太多控制方法：沸煮法測(cè)定。 熟料中的游離MgO太多5.0%。 摻入的石膏太多3.5%。 、：一般是由于熟料燒結(jié)時(shí)溫度高于石灰燒結(jié)時(shí)的溫度，熟料中的f-CaO和f-MgO成死燒狀態(tài)，而過(guò)熟的f-Cao與f-Mgo熟化慢，待水泥凝結(jié)酸化后還在熟化，導(dǎo)致水泥石體積安定性不良。（熟化后體積膨脹，水泥石開裂） ：主要是由于過(guò)量的石膏與C3A（3CaO*Al2O3，鋁酸三鈣）的水化物水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成高硫型水化硫酸鈣，體積膨脹1.5倍，也引起水泥石開裂。 安定性測(cè)試：餅法雷化法。主要是促使f-CaO熟化,6)強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào) 強(qiáng)度是材料

12、在外力荷載作用下，材料抵抗破壞的能力。（水泥硬化以后石的軸心抗壓強(qiáng)度） 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)有6個(gè)：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。,7）水化熱 產(chǎn)生的原因：水化放熱反應(yīng)。 礦物組分放熱速度不同：C3AC3SC4AFC2S。 影響水化熱的因素：總的放熱量一樣，但可以控制放熱速度。 大體積禁用硅酸鹽水泥，普硅也應(yīng)控制使用。 水化熱利用自養(yǎng)護(hù)溫度： 消除水化熱不利影響措施：低熱水泥、冷卻導(dǎo)流澆注溫度、養(yǎng)護(hù)等。,硅酸鹽水泥的特性及應(yīng)用,凝結(jié)硬化快、強(qiáng)度高特別適合早期強(qiáng)度要求高的工程、高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。 抗凍性好適用于嚴(yán)寒地區(qū)、經(jīng)受反復(fù)凍融作用的混凝土

13、工程。 堿度高、抗碳化能力強(qiáng)適用于重要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土工程以及二氧化碳濃度高的環(huán)境。 干縮小可用于干燥環(huán)境的混凝土工程。 耐磨性好可用于路面與地面工程。 水化熱高用于寒冷地區(qū)的結(jié)構(gòu)施工的自我養(yǎng)護(hù) 耐腐蝕性差不利用于海洋工程 耐熱性差硅酸鹽水泥不宜單獨(dú)用于耐熱混凝土工程。,二. 摻混合材的硅酸鹽水泥,混合材：在水泥生產(chǎn)時(shí)，為改善水泥的性能，如強(qiáng)度和耐久性等而加入到水泥中，和水泥熟料、石膏一起粉磨的礦物材料。 混合材又分為活性混合材和非活性混合材。,(一)、混合材料的類別 1活性混合材：在激發(fā)條件下（石灰或石膏的作用），加水拌合后，生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，既能在水中，又能在空氣中發(fā)

14、展并保持強(qiáng)度的礦物材料。這一類材料包括有：粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)材料等。 2. 非活性混合材：由于這類材料活性很低，即使在有激發(fā)條件下（堿或石膏）也不與水發(fā)生水化反應(yīng)，也不具有水硬性膠凝性質(zhì)的礦物材料,（二）、摻混合材的水泥,1. 硅酸鹽水泥：型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.。型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.。 2. 普通硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱普通水泥，代號(hào)P.O。 3. 礦渣硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱礦渣水泥，代號(hào)P.S。 4. 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱火山灰水泥，代號(hào)P.P。 5. 粉煤灰硅酸鹽水泥：簡(jiǎn)稱粉煤灰水泥，代號(hào)P.F。 6. 復(fù)合硅酸鹽水泥：代號(hào)P.C：,三. 其它品種水泥,其它品種水泥是以硅酸鹽水泥以及鋁

15、酸鹽、硫鋁酸鹽水泥等為基礎(chǔ)，通過(guò)摻入其它材料或在特殊工藝下，賦予水泥特殊的性能。,（一)、快硬水泥,1. 快硬硅酸鹽水泥 2. 快硬硫鋁酸鹽水泥 3. 氟鋁酸鹽快硬水泥,(二)、裝飾水泥,1. 白色水泥 2. 彩色水泥,礦渣硅酸鹽水泥,礦渣硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料和2070?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱礦渣水泥），代號(hào)P.S?！?據(jù)GB13441999礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥),特性及應(yīng)用 凝結(jié)硬化速度慢：早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高 對(duì)溫度濕熱敏感性強(qiáng)：適于蒸養(yǎng) (steam curing or high-press

16、ure steam curing) 耐腐蝕性好：可用于海港工程和水工大壩的建設(shè)。 水化熱?。嚎捎糜诖篌w積混凝土，大型基礎(chǔ)和混凝土大壩等。 耐熱性好 抗碳化(carbonization)能力差：一般不用于熱處理車間的修建。 礦渣水泥的保水性差、抗?jié)B性差、泌水通道較多、干縮較大，使用中要嚴(yán)格控制用水量，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。 抗凍性差：不宜用于冬季施工,火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)混合材料(摻量為水泥熟料質(zhì)量的20-50)和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱火山灰水泥），代號(hào)P.P?！?(據(jù)GB13441999礦渣硅酸鹽水泥、火山灰

17、質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥),特性及應(yīng)用 火山灰水泥干縮大，在干燥高溫下，水化硅酸鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和氧化硅，產(chǎn)生“起粉”現(xiàn)象。不宜用于干燥環(huán)境 。 抗凍性和耐磨性比礦渣水泥還要差 。 抗?jié)B性高 。 摻入粘土質(zhì)的火山灰水泥不抗硫酸鹽侵蝕。,粉煤灰硅酸鹽水泥,粉煤灰硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰(摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為20-40)和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱粉煤灰水泥），代號(hào)P.F。” (據(jù)GB13441999礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥),特性及應(yīng)用 干縮小，抗裂 。 凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低。 色深。 抗

18、碳化性能差。,復(fù)合硅酸鹽水泥,復(fù)合硅酸鹽水泥定義：“凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料(混合材的總摻量按質(zhì)量的百分比為1550 )、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱復(fù)合水泥），代號(hào)P.C。”(據(jù)GB12958-1999復(fù)合硅酸鹽水泥 ),特性及應(yīng)用 耐腐蝕性好 水化熱小， 抗?jié)B性好， 早強(qiáng)。,硅酸鹽水泥生料的配制,原料 石灰質(zhì)原料（如石灰石、貝殼等，提供CaO） 粘土質(zhì)原料（如粘土、頁(yè)巖等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3） 校正原料（如鐵礦粉、砂巖，前者是補(bǔ)充原料中不足的氧化鐵，后者是補(bǔ)充原料中不足的SiO2） 礦化劑 工藝 干法 濕法,硅酸鹽

19、水泥的煅燒,窯型: 立窯 回轉(zhuǎn)窯 煅燒過(guò)程,快硬硅酸鹽水泥,以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，所得的以硅酸鈣為主要成分的熟料，加入適量的石膏，磨細(xì)制成的具有早期強(qiáng)度增長(zhǎng)率快的水硬性膠凝材料，稱為快硬硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱快硬水泥。 快硬水泥的生產(chǎn)同硅酸鹽水泥基本一致，只是在生產(chǎn)時(shí)提高了硅酸三鈣(50-60)、鋁酸三鈣(8-15)的含量，兩者的總量不少于65。同時(shí)增加了石膏的摻量(8)，提高了粉磨細(xì)度(比表面積達(dá)450m2kg)。,應(yīng)用,主要用于搶修、堵漏、及軍事工程,快硬硫鋁酸鹽水泥,以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，得到以無(wú)水硫酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量的石膏磨細(xì)的具有早期強(qiáng)度高特性的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁