3 无机讲义胶凝材料

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工程 实例 3 (gōngchéng)
某学校教室用完全熟化的石灰膏作为内墙装饰材料， 但施工完毕两周后，发现(fāxiàn)墙壁上有裂缝现象，试 分析原因？
原因：
这是由于石灰在凝结硬化过程中，失去水分，干燥收缩性大，导致 白色装饰墙上出现了干缩裂纹。
措施：在石灰膏中加入抗裂纤维，或在资金保证的前提下，用性 能好的装饰材料代替。
需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。
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如果陈伏时间(shíjiān)不够。。。
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熟化(shúhuà)为石灰膏：
将生石灰放入水 中，注意(zhù yì)水要过量
池中透明(tòumíng)液体为氢氧
化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰
生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。 在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过
慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过
程主要在内部发生。
原因(yuányīn)
空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展(jìnzhǎn)缓慢，
同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳，阻止了
CO2的渗入，同时又使内部的水分无法析出，影响
硬化过程的进行。
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四、常用建筑石灰的品种
多用来(yònɡ lái)拌 制灰土和三合土
故灰土与三合土具有较高的强度和抗水性，广泛应用于建筑物基 础垫层，道路垫层与游泳池的抗渗工程。
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问 题？
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(zhuànɡ wù)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。

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观察与讨论
石灰砂浆的裂纹
请观察下图A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂 纹有何差别，并讨论其成因。
石灰砂浆A
石灰砂浆B
讨论
硅酸盐水泥
• • • • 硅酸盐水泥的生产和矿物组成 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 硅酸盐水泥的技术性质 水泥石的腐蚀与防止
水泥具有以下优点，因此，在土木工程领 域得到广泛的应用。
气硬性胶凝材料
于成龙 建筑工程学院 2014.3
1、分类
胶凝材料
有机材料 气硬性 胶凝材料
沥青
无机材料
合成材料-胶粘剂
石膏石灰和水玻璃 水泥 水硬性 胶凝材料
2．概念
①胶凝材料：能通过物理化学作用将散粒材
料或块状材料胶结成为一个整体，并产生 强度的材料。 ②气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，保 持并发展其强度的材料。 ③水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又 能更好的在水中硬化，保持并发展其强度 的材料。
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石膏的凝结与硬化
石膏的技术要求和性质
1、技术要求：建筑石膏按细度、强度和 凝结时间分为三级。 2、特点 ：
凝结硬化快 硬化制品的孔隙率大，体积密度小，保 温吸声性能好 具有一定的调温调湿性 凝固时体积微膨胀 防火性强 耐水性抗冻性差
建筑石膏的应用
1、室内抹灰和粉刷 2、石膏制品： 石膏板 小型石膏砌块 中型石膏（砌块）条块 装饰面板 隔声板
石灰的制备
• 根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分 为两种： • 过火石灰 • 欠火石灰 • tem\time↑→过火石灰：粘土杂质熔融、 填充或包裹石灰表面→密实度高 →石灰 消解慢 • tem\time ↓→欠火石灰：CaCO3分解不足、 产率低。

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原料：
白云质石灰石 石灰石
白 垩
贝 壳
4
石
一、 石灰的生产与分类
灰
石灰：包含不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬 性石灰的统称。 将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅 烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产 品即为生石灰。
900~1200C CaCO3 CaO生石灰 CO2
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一、水玻璃的组成和硬化
硬化
• 水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化 硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。 • 由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水 玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作 为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。
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二、水玻璃的性质与应用
• 水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性 好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。 • 利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主 要有以下几方面用途： • 涂刷材料表面，提高抗风化能力； • 加固土壤； • 配制速凝防水剂； • 修补砖墙裂缝。

石膏
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建筑石膏的技术指标（GB 9776-88）
技术指标 抗折强度/MPa, 不小于 抗压强度/MPa, 不小于 细度(0.2 mm方 孔筛筛余/％), 不大于 凝结时间

优等品 2.5 4.9
一等品 2.1 3.9
合格品 1.8 2.9
5.0
10.0
15.0
初凝时间不早于6 min；终凝时间不迟于30 min
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制作石膏制品


建筑石膏制品的种类很多。如纸面石膏板、空心石膏板、石 膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用 于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。 石膏制品质量轻，可锯、可刨、可钉，加工性能好，可连续 生产，生产效率高，有广阔的发展前途。

3.1.4 铝酸盐水泥 定义：以铝酸盐为主要成分的水泥，主要有高铝水泥(矾土水泥)，铝酸盐膨胀水泥，铝酸盐耐火水泥等，其中高铝水泥为最重要的品种。 高铝水泥：按国家标准规定，凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，磨制的水硬性胶凝材料。其化学成分波动范围如下： Al2O3:33~60% CaO:32~44% SiO2:3~11% Fe2O3:4~12% FeO:0~11% TiO2:1~3% MgO:<2% K2O+Na2O:<1% 上述成分在熟料中形成的主要矿物是铝酸一钙(CA)
2. 按混合分类方法，可分为： 一般水泥，包括硅酸盐水泥，一般硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥； 快硬高强水泥，包括高级水泥，快硬水泥，特快硬水泥，矾土水泥，磷酸锌水泥，硫铝酸盐型超早强水泥，硫铝酸盐型快硬水泥等； 水工水泥及耐侵蚀水泥，包括抗硫酸盐硅酸盐水泥，大坝水泥，防潮硅酸盐水泥和耐酸水泥等； 膨胀水泥，包括硅酸盐型膨胀水泥和自应力水泥，铝酸盐型膨胀水泥和自应力水泥，硫铝酸盐膨胀水泥和自应力水泥等； 油井水泥及耐高温水泥，包括一般油井水泥，低温油井水泥，高温油井水泥和低钙铝酸盐型耐火水泥等； 装饰水泥，包括白水泥和彩色水泥 地方性水泥，包括石膏矿渣水泥，石灰矿渣水泥，石灰火山灰水泥，赤泥硫酸盐水泥，无水石膏水泥等。
3.1.1 硅酸盐水泥 定义： 凡由硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。 1. 生产：两磨一烧 〔生料的配制与磨细；生料经煅烧使之局部熔融形成孰料；将熟料与适量石膏共同磨细〕
硅酸盐水泥生产工艺流程示白垩，石灰质凝灰岩等，主要供给CaO。 粘土质原料：粘土，粘土质页岩，黄土等，主要供给SiO2，Al2O3以及少量的Fe2O3。
石膏矾土膨胀水泥 膨胀水泥是由无机胶凝材料和膨胀剂制成的。这种水泥在硬化工程中具有体积膨胀的特点，其膨胀作用是由于水化过程中形成了大量膨胀性的物质，如水化硫铝酸钙等。 石膏矾土膨胀水泥是铝酸盐膨胀水泥的一种。由高铝水泥熟料，参加适量的半水石膏、石灰等，其比例为85：10：5，共同粉磨而成的膨胀水泥。 产品按软练标号分为：325，425，525。 技术要求：1d膨胀率不小于0.15%，28d的膨胀率为0.3~0.1%。初凝不早于1min，终凝不迟于5min。 它的早期强度较高，具有快硬和膨胀特性。但抗冻性较差，不宜用于与碱介质接触的工程。主要用于防渗、修补和接缝工程中。

力学性能表现
抗压强度
气硬性胶凝材料具有较高 的抗压强度，能承受较大 的压力而不破裂。
抗拉强度
与抗压强度相比，抗拉强 度较低，但可通过添加增 强材料等方式进行改善。
粘结力
此类材料具有较强的粘结 久性及稳定性
耐候性
气硬性胶凝材料具有较好的耐候 性，能在恶劣的气候条件下保持
无机胶凝材料胶凝材料气硬性胶凝 材料
contents
目录
• 无机胶凝材料概述 • 气硬性胶凝材料特性 • 制备工艺与设备介绍 • 应用案例分析 • 环境影响与可持续发展策略 • 质量检测标准与方法 • 总结与展望
01 无机胶凝材料概述
定义与分类
定义
无机胶凝材料是指在物理、化学作用 下，能从浆体变成坚固的石状体，并 能胶结其他物料，制成有一定机械强 度的复合固体的无机物质。
生产工艺与设备
分析生产工艺流程中可能产生的环境污染物，如 废气、废水、废渣等，并评估生产设备的能效水 平和环保性能。
产品性能与应用
考虑无机胶凝材料在使用过程中的环境性能，如 耐久性、环保性、节能性等，以及在不同应用场 景下的环境影响。
废弃物处理和资源回收利用方案
废弃物分类与处理
针对无机胶凝材料生产过程中产生的废弃物，制定合理的分类、处 理和处置方案，以减少对环境的污染和危害。
生产工艺流程梳理
配料与混合
冷却与粉磨
按照一定比例将各种原料进行配料， 并通过混合设备使其均匀混合。
将煅烧后的熟料进行冷却，然后进行 粉磨，得到所需细度的无机胶凝材料。
煅烧与反应
在高温下，原料中的化学成分发生反 应，生成具有胶凝性质的无机化合物。
关键设备功能及作用
破碎设备
用于将原料破碎成一定 粒度的颗粒，便于后续

六种通用水泥的特征及应用见表3-10。
3.1 水硬性胶凝材料
表3-10 通用硅酸盐水泥的特征及应用
3.1 水硬性胶凝材料
3.1.2 专用水泥
1.道路硅酸盐水泥
1）定义
以道路硅酸盐水泥熟料（以硅酸钙为主要成分且 含有较多量的铁铝酸盐的硅酸盐水泥熟料）、0～10% 活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为道路硅酸盐水泥，简称道路水泥。
3.1 水硬性胶凝材料
2）技术性质及工程应用
(1)耐磨性好。
(2)强度高， 特别是抗折
强度高。
(3)干缩率低。
（5)抗硫酸盐腐 蚀能力较强。
(4)水化热低， 耐久性好。
3.1 水硬性胶凝材料
3）技术标准
《道路硅酸盐水泥》（GB 13693—2005）规定：道 路水泥中道路硅酸盐水泥熟料应占90%以上，活性混合材 料的掺量为0～10%；水泥熟料中铁铝酸钙含量不得小于1 6.0%，铝酸三钙含量不得大于5.0%，其他技术指标和强 度要求见表3-11和表3-12。
3.1 水硬性胶凝材料
表3-8 通用水泥各龄期强度
3.1 水硬性胶凝材料
知 识拓展
由于R型水泥的3 d强度较普通型高，其水化热放出 比较集中，可能会导致混凝土的早期裂缝。所以，如果 工程中对混凝土早强没有特别要求时，尽量不要选用R 型水泥。
3.1 水硬性胶凝材料
跟 踪自测 1.某矿渣硅酸盐水泥500 g，加入132 g水拌制成水泥净浆，
（2）水化热大，抗冻性好。 （3）碱度高，抗碳化能力强。 （4）耐腐蚀性差。 （5）耐热性较差。 （6）湿热养护效果差。

3.1 水硬性胶凝材料
2）粉煤灰、火山灰质、矿渣、复合硅酸盐水泥的特性

➢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；

2．石灰的硬化 两个作用： 1）碳化作用：
Ca(OH)2 + CO2 + nH2O ⎯ CaCO3 + (n + 1)H2O ⎯→
2）干燥硬化： Ca(OH)2晶体析出 硬化特点： 非常缓慢
（三）石灰的技术要求和技术指标 • 1、石灰的技术要求
• • • • • 1）有效氧化钙和氧化镁的含量 2）生石灰产浆量 3）二氧化碳的含量 4）消石灰粉游离含水量 5）细度
2．专用水泥 砌筑水泥 油井水泥 耐火水泥 大坝水泥 磷酸钙水泥 ┇
3、特性水泥
快硬水泥 白水泥 膨胀水泥 抗硫酸盐水泥 ┇
（三）生产概况 1、生产原料 2、生产工艺
§2 通用水泥
一．定义 凡是由硅酸盐为主要成份的熟料、适量石 膏、0～70%的不同品种的混合材料，磨细制得 的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐系列水泥。
（一）硅酸盐系列水泥熟料的组成 1．熟料中化学组成及国际通用代号 简写规则： 以氧化物分子式第一个字母为代表符号
化学组成 CaO AI2O3 SiO2 Fe2O3 MgO TiO2 CaF2 H2O 代号 C A S F M T H
F
2．硅酸盐水泥熟料的矿物组成（主要矿物）
有 用 矿 物
有 害 矿 物 硅酸三钙 Ca3SiO5 —3CaO•SiO2 —代号： C3S 36-60% 硅酸二钙Ca2SiO4 —2CaO•SiO2 —代号： C2S 15-37% 铝酸三钙Ca3(AIO2)2—3CaO•AIO—代号：C3A 7-15% 铁铝酸四钙 Ca4[(AI•Fe)O5]2—4CaO•AI2O3 •Fe2O3—代号：C4AF 10-18%
游离CaO Free—CaO——代号F—C 游离MgO Free—MgO——代号F—M 含碱矿物及玻璃体Na2O, K2O等

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。
石灰
水泥
3.1 石灰
基础知识
3.1.1 石灰的生产及技术要求 3.1.2 石灰的熟化与硬化
3.1.3 石灰的应用
3.1.1 石灰的生产及技术要求
石灰是以氧化钙或氢氧化钙为主要成分的气 硬性胶凝材料。
特点：原料来源广泛、生产工艺简单、使用 方便、成本低廉，具有良好的建筑性能。
Ca(OH)2 CO2 nH2O 碳化CaCO3 (n 1)H2O
2.石灰的技术性质 1.石灰的特性 1）可塑性和保水性好
生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直 径约为1μ）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸 附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突 出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石 灰浆，可使可塑性和保水性显著提高。
熟化为石灰膏：
将生石灰放入水 中，注意水要过量
池中透明液体为氢氧 化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰
生石灰要在水中放置两周以上，此过程 即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完 全和水反应，不会因含有过火石灰造成 熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。
石灰的技术要求
建筑生石灰技术指标
钙质生石灰
镁质生石灰
项
目
使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危 害人民利益。
(2) 石灰的选用
现象
工地急需配制石灰砂 浆。当时有消石灰粉、生 石灰粉及生石灰三种材料 可供选用。因生石灰价格 相对较便宜，便选用，并 马上加水配制石灰膏，再 配制石灰砂浆。使用数日 后，石灰砂浆出现众多凸 出的膨胀性裂缝。
原因分析
石灰砂浆的膨胀性裂缝
胶凝材料
胶凝材料：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 块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝 材料。

§3－1 石 灰
Alana
Central South University of Forestry & Technology
一、石灰的生产
原材料
生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副
产品。主要成分为CaCO3。
生产工艺——煅烧
生石灰
CaCO3 9=00=℃ CaO + CO2
700℃
MgCO3== MgO + CO2
石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中 干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。
Alana
Central South University of Forestry & Technology
四、石灰的应用
石灰的选用
某工地急需配制石灰砂浆。当时有消石灰粉、生石灰粉及生石 灰材料可供选用。因生石灰价格相对较便宜，便选用，并马上加水 配制石灰膏，再配制石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸 出的膨胀性裂缝，请分析原因。
四、石灰的应用
分析:石灰不耐水，但为什么配制的石灰土或三合土却可以用于基础 的垫层、道路的基层等潮湿部位？ 答：原因1.石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成， 加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土 表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或 水化铝酸钙，所以石灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的 延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。 原因2.由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使其 密实度大大提高，降低了孔隙率，水的侵入大为减少。因此，灰土 或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。 【评注】粘士表面存在少量的的活性氧化硅和氧化铝，可与消石灰 Ca(OH)2反应，生成水硬性物质。

培训班讲义一、概述1、胶凝材料定义：胶凝材料是指能经由过程自身的物理、化学变更由浆体变成固体，同时能将一些散粒材料或块状材料黏结为整体的材料。

2、分类：胶凝材料按化学成分可分为两大年夜类：无机胶凝材料（如水泥、石膏、石灰等）和有机胶凝材料（如沥青、树脂等）。

个中无机胶凝材料在建筑工程中应用加倍广泛。

3、无机胶凝材料无机胶凝材料按其硬化前提又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。

气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或成长其强度的胶凝材料。

（如：石灰、石膏、水玻璃等）它只有用于地上或干燥情形，不宜用于潮湿情形，更不克不及用于水中。

水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，同时能更好的在水中硬化，保持并连续成长其强度的胶凝材料。

（如：各类水泥）它既能够用于干燥情形，也能够用于水中。

气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有什么不合，从定义就能够看出来了，也确实是说，把定义写上就行了。

4、石灰、石膏、水玻璃（1）石灰生石灰是以含碳酸钙为重要成分的天然岩石在低于烧结温度前提下煅烧获得的。

其重要成分是氧化钙，其反响式：CaCO31000~1200度CaO+CO2将生石灰与适量水经消化和干燥得而成的粉末，重要成分Ca(OH)2，称熟成灰，也叫消石灰粉。

与过量水消化，可获得石灰膏。

石灰的硬化基理：石灰浆体的硬化主假如由干燥感化和碳化感化引起的。

干燥感化是指石灰浆体掉水干燥获得强度；碳化感化是因为氢氧化钙与二氧化碳生成碳酸钙获得强度。

（2）石膏石膏是以硫酸钙为重要化学成份的气硬性胶凝材料。

它是由天然石膏CaSO4•2H2O煅烧所得的。

我们建筑常用的石膏叫建筑石膏，其重要成分是CaSO4•1/2H2O。

其反响式: CaSO4•2H2O 107~170度CaSO4•1/2H2O+3/2H2O 。

其它还有模型石膏、高强度石膏等。

石膏的硬化基理：石膏的硬化重要分两个时期，第一时期是石膏浆体掉去水份，稠度增大年夜，直至掉去可塑性。