CDP--3无机胶凝材料讲义-课件(PPT·精·选)

• 石膏板及装饰件——石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于 施工，
广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。
常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔石膏板、装饰 石膏板、石膏角线等装饰件。 Nhomakorabea筑石膏的应用
建筑石膏的应用
建筑石膏的保存
从图可见该建筑石膏粉已吸潮结 粒，对凝结硬化性能及强度均有 影响，已不宜使用。
• 二水石膏或无水石膏在800~1000 ℃下煅烧，是部分CaSO4分 解成CaO，磨细后可制得高温煅烧石膏，由于硬化后有较高的 强度，耐磨性高，抗水性好，适宜作地板，故又称为地板石膏。
• 高强石膏(α型)和建筑石膏(β型)
半水石膏的水化与凝结硬化
• 水化反应式:
• •
石 凝
膏 结
的C硬a化S是O4分 ：半水石膏
的自由水因水化和蒸发逐渐减少，浆体逐渐变稠，并失去可塑性。
半水石膏的水化与凝结硬化
• 硬化：浆体继续变稠，二水石膏逐渐凝聚成为晶体，并逐渐长大、共生和交错生长，形成结晶结构网。在 这个过程中，浆体逐渐变硬，强度不断增长，形成具有一定强度的硬化体，直到完全干燥，强度停止增长。
• α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积 较小，强度高，因此又称为高强石膏。
1 2
H 2O
1
1 2
H 2O
1
1
CaSO4 2H 2O 1 24 C压蒸 CaSO4 2 H 2O 1 2 H 2O
石膏的原料、生产及品种
• 无水石膏与激发剂（5%硫酸钠或硫酸氢钠与1%的铁矾或铜矾 的混合物；1%~5%的石灰；10%~15%的碱性粒化高炉矿渣） 共同磨细可制得无水石膏水泥；
由于建筑石膏粉易吸潮，长期储 存也会降低强度，因此建筑石膏 粉存贮时必须防潮，储存时间一 般不得超过三个月。

04
无机胶凝材料的应用
建筑工程
混凝土
广泛应用于住宅、办公楼、商业中心 等建筑物的建设，具有抗压、抗弯、 耐久性好等特点。
砂浆
用于砌筑、抹灰等，具有良好的粘结 性和耐久性。
道路工程
水泥混凝土路面
用于城市道路、高速公路等，具有耐磨、防滑、抗压等特点 。
沥青混凝土路面
适用于各种气候和交通条件，具有良好的弹性和耐久性。
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特性
无机胶凝材料具有较好的耐久性、耐 火性、耐腐蚀性和环保性，广泛用于 建筑、道路、水利等领域。
分类
水泥类
石灰类
以水泥为主要成分，是最常见的无机胶凝 材料之一，具有强度高、硬化快、成本低 等优点。
以石灰为主要成分，具有原料丰富、成本 低、硬化慢等特点，但硬化后强度较低。
石膏类
镁质胶凝材料
以石膏为主要成分，具有硬化慢、硬化后 体积稳定、防火性能好等特点，但耐水性 较差。
无机胶凝材料的耐磨性是指在长期使用过程中抵抗磨损的能力，耐 久性则是指材料在各种环境因素下保持其性能的能力。

03
无机胶凝材料的制备与生 产
制备方法
烧结法
通过高温烧结原料，使其发生 物理和化学变化，形成致密的
结构。
水热法
在高压水环境下，使原料发生 溶解、结晶等反应，形成无机 胶凝材料。
化学沉淀法
通过化学反应使溶液中的离子 形成沉淀，经过滤、干燥等工 艺制备无机胶凝材料。
以氧化镁和氯化镁为主要成分，具有较高 的抗压、抗拉和耐火性能，广泛用于高层 建筑、大跨度结构等领域。
02
无机胶凝材料的性质
物理性质
颜色与外观
无机胶凝材料通常呈现为粉末状 、颗粒状或块状，颜色因材料种 类而异，如水泥多为灰色或白色 。

➢公元前8世纪古希腊人就已使用石灰。罗马人用石灰砂浆 作为墙体砌筑材料。
➢古希腊人和古罗马人利用火山灰掺入石灰中制作砂浆，用 它砌筑的构筑物坚固耐久。这种胶凝材料曾延续使用了相当 长的一段历史时期，直到罗马水泥和波特兰水泥问世，才逐 渐被取代。
古埃及金字塔
3.1.4 胶凝材料的发展简史
(2) 石灰/石膏时代：
3.2 气硬性胶凝材料
石膏
3.2.1 制作石膏的原料种类
用于制造石膏胶凝材料的石膏有： ⑴ 天然二水石膏 ⑵ 化工石膏 ⑶ 天然无水石膏
3.2.1 制作石膏的原料种类
⑴ 天然二水石膏
生产石膏胶凝材料的主要原料。
纯净的天然二水石膏矿石（CaSO4·2H2O）呈无色透明或 白色，但常含各种杂质而呈灰、褐、黄、红或黑等颜色。
土窑
节能型石灰立窑——河北唐山丰南石源 冶金炉料公司（2002.5, 480t/d)
回转窑——武钢乌龙泉矿（600t/d）
气烧石灰竖窑——唐山三丰集团 4×140m3（2003.10）
为加快煅烧，煅烧温度常高达1000～1100℃
欠火石灰：温度太低或温度分布不均，CaCO3分解不完全； 过火石灰：温度太高，CaO结构致密，与水反应（水化）较慢； 正火石灰（Normally burnt lime）：质轻色匀，密度3.2g/cm3， 堆积表观密度800～1000kg/m3
本章主要内容
3.1 胶凝材料概述 3.2 气硬性胶凝材料(★) 3.3 硅酸盐水泥(★) 3.4 掺混合材料的硅酸盐水泥 3.5 其他水泥 本章练习题
本章要求
★掌握石膏、石灰及水玻璃等气硬性胶凝材料的硬 化机理、性能及使用要点，熟悉其主要用途；
★熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理， 熟练掌握几种通用硅酸盐水泥的性能特点、相应的 检测方法及选用原则；

• 凝结硬化快；
• 生产建筑石膏制品；
• 孔隙率大，热导率小； • 生产水泥时作为缓凝 • 凝结时体积产生微膨胀； 剂加入水泥中。
• 吸湿性强，耐水性差；
• 具有较好的防火性能。
三、水玻璃
• 水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅 结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。
1.水玻璃的生产 湿法生产
所示：
二水石膏
CaSO4·2H2O
107～170℃ 加热、脱水
CaSO4·0.5H2O β型
125℃ 0.13MPa
蒸压锅
CaSO4·0.5H2O
α型
170～360℃ 加热、脱水
CaSO4 Ⅲ
400～750℃ CaSO4 Ⅱ
建筑石膏 高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
800℃
CaSO4 Ⅰ
高温煅烧石膏
• 湿法是将石英砂加入到氢氧化钠溶液中，进行蒸压 使其直接反应生成液态水玻璃。
干法生产
• 干法是把石英砂和碳酸钠按比例混合磨细，在300~ 1400℃高温的熔炉内熔化，生成固态水玻璃。
三、水玻璃
1.水玻璃的生产 水玻璃的硅酸盐模数
• 水玻璃的模数n：指硅酸钠中氧化硅和氧化钠的分 子数之比，一般在1.5~3.5之间。
在常温下不存在
• 建筑工程中常用建筑石膏;高强石膏用于生产建筑石膏制品。
二、石膏
2.建筑石膏的凝结与硬化
• 建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下： CaSO4·0.5H2O + 1.5 H2O = CaSO4·2H2O
• 建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：
建筑石膏+水
浆体
凝结
硬化
建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结 晶的过程；

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16.3 纤维增强石膏
石膏系由单一矿物组成的气硬性无机胶凝材料，其最大的不 足是脆性大、强度低、抗水性差。 石膏基体： α半水石膏(高强石膏)，半水石膏结晶比较完整，常呈短柱 状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小，致密，有一定 的结晶形状。拌合料需水少，密度和强度较高； β半水石膏(建筑石膏)，结晶度较差，常为细小的纤维状或 片状聚集体，内比表面积较大。半水石膏完全水化所需要的 水只有18.6%，多余的水蒸发后在石膏硬化体中留下大量的 孔隙，因而其密实度和强度均大幅度降低。
++ C 3 S 2 H 3 C a OH 2 O
2 C 2 S H 4
+ (3) 3 C a O A l 2 O 36 H 2 O 3 C a O A l 2 O 3 6 H 2 O
+ + (4) 4 C a O A l 2 O 3 F e 2 O 3 7 H 2 O 3 C a O A l 2 O 3 6 H 2 O C a O F e 2 O 3 H 2 O
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4. 挤压成型
5. 喷涂法 把连续粗纱引送到由空气压缩机操作的喷枪，将粗纱切成
10mm~50mm长，并同时与水泥浆高速喷至有滤板的成型表面。 多余的水靠真空吸的GF无捻纱在水泥槽内用水泥浆浸渍，按预定的角度
和螺距绕在卷筒上，在缠绕过程中将水泥浆及短纤维喷在卷筒 上，然后用辊压机碾压，并靠抽吸除去多余的水泥浆及水。
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3. 耐久性 耐久性：长龄气的硬化复合材料在保持其原始机械强度性能
方面所达到的程度。
GRC的各项强度及模量均会随时间而降低。
碱性介质对GF的侵蚀是 造成GRC强度下降的重 要原因，因此，GRC的 耐久性很大程度上取决 于GF的耐碱性。

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第一节 气硬性胶凝材料
一、石膏
1、石膏的生产 2、建筑石膏的凝结硬化 3、建筑石膏的技术性质 4、建筑石膏的应用
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一、石膏的生产
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶 凝材料。
常用产品：建筑石膏、高强石膏、无水 石膏、高温煅烧石膏等。
原材料：天然二水石膏（CaSO4•2H2O)、
其特点是无收缩。
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二、石灰 (lime)
1、石灰的生产：石灰石经高温煅烧得到块体 生石灰。 CaCO3 900℃ CaO + CO2↑
分类：
钙质石灰：氧化镁含量≤5% 镁质石灰：氧化镁含量>5%。镁质石灰熟 化慢，但硬化后强度较高。 由于炉温不均匀，生石灰中会含有一些 欠溶解；
n>3时，在4个大气压以上的蒸汽中才能溶
解。
n愈大，愈难溶于水，其粘结力越强。
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三、 水玻璃
2、水玻璃的硬化
Na2O•nSiO2 + CO2 + mH2O == Na2CO3 + nSiO2•mH2O
硬化过程很慢，常用加热与加入促硬剂 硅氟酸钠(Na2SiF6)的办法来促使硬化。
化工石膏
生产工序：
破碎 煅烧 磨细
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一、石膏的生产
天 然 65～75C 二水石膏
107～170C
开始脱水
400～750C
死烧石膏
800～1000C 高温锻烧石膏 (地板石膏)

粉 煤 灰 硅 酸 盐 水 泥
复 合 硅 酸 盐 水 泥
School of Architectural and Civil Engineering Anhui University of Technology
掺混合材水泥的代号
水泥品种 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 组成特点 6％～20％的混合材 20～70％矿渣 20～50％火山灰 20～40％粉煤灰 20～50％两种混合材 代号 P ·O P ·S P ·P P ·F P ·C
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 Alite 较快
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含 (mass%) 矿量 物 式
3CaO· SiO2 37~60 2CaO· SiO2 15~37 3CaO· Al2O3 7~15 4CaO· Al2O3· Fe2O3 10~18
大C3S
Ca3SiO5中 较高
10 Belite 慢 0
水泥颗粒的结构
水泥颗粒宏观形貌
水泥熟料颗粒细观形貌
School of Architectural and Civil Engineering Anhui University of Technology
水泥熟料矿物微观结构
硅酸盐水泥的品种及矿物含量
A
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 f-CaO SO3 C3S C2S C3A C4AF 66 21 7 3 1 2 48 24 13 9
熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间； 混合材： 调节水泥的强度等级；
降低水泥成本
School of Architectural and Civil Engineering Anhui University of Technology