安徽工業(yè)大學(xué)-無機(jī)非金屬材料-2膠凝材料-水泥

1、第一章第一章 膠凝材料與水泥膠凝材料與水泥 定義： 經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散?；蚱?、塊狀材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)。 特征：嚴(yán)格意義上膠凝材料應(yīng)指漿體；能在常溫下凝結(jié)硬化為固體；有較強(qiáng)的膠結(jié)能力；具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和使用性能。有機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料瀝青瀝青樹脂樹脂各種水泥各種水泥水硬性水硬性石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃氣硬性氣硬性無機(jī)膠凝材料無機(jī)膠凝材料膠凝材料膠凝材料氣硬性與水硬性膠凝材料的特點(diǎn) 氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度；中保持和發(fā)展其強(qiáng)度； 關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！

2、關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！ 水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度。在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度。 關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的性能！性能！ 膠凝材料凝結(jié)硬化機(jī)理及其影響因素是什么(What)？ 土木工程對(duì)膠凝材料有哪些性能要求(Which)？ 怎樣正確選擇和使用膠凝材料(How)？第一節(jié) 石 膏 （Plaster) 石膏的組成與結(jié)構(gòu)石膏的組成與結(jié)構(gòu) 石膏的生產(chǎn)石膏的生產(chǎn) 建筑石膏的凝結(jié)與硬化建筑石膏的凝結(jié)與硬化 建筑石膏的性質(zhì)建筑石膏的性質(zhì) 建筑石

3、膏的應(yīng)用建筑石膏的應(yīng)用 性質(zhì)性質(zhì)石膏是氣硬性膠凝材料，建筑石膏的主要成分是石膏是氣硬性膠凝材料，建筑石膏的主要成分是 -半水石膏半水石膏CaSO4 0.5H2O; 生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法建筑石膏可用天然二水石膏或化學(xué)石膏在建筑石膏可用天然二水石膏或化學(xué)石膏在120180 C干燥下脫水制備；干燥下脫水制備； 凝結(jié)硬化機(jī)理凝結(jié)硬化機(jī)理“溶解溶解沉淀沉淀”理論，即通過半水石膏理論，即通過半水石膏在水中不斷溶解，二水石膏不斷結(jié)晶，晶體不斷生長(zhǎng)、在水中不斷溶解，二水石膏不斷結(jié)晶，晶體不斷生長(zhǎng)、相互交錯(cuò)與連生構(gòu)成晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而硬化；相互交錯(cuò)與連生構(gòu)成晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而硬化； 性能性能漿體需水量較大，凝結(jié)硬化快、凝結(jié)

4、時(shí)有微膨脹、漿體需水量較大，凝結(jié)硬化快、凝結(jié)時(shí)有微膨脹、表觀密度較小、孔隙率較大、強(qiáng)度低、耐水與抗凍性差、表觀密度較小、孔隙率較大、強(qiáng)度低、耐水與抗凍性差、容易吸水和吸潮、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱與吸聲性好、耐火、容易吸水和吸潮、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱與吸聲性好、耐火、對(duì)人體和環(huán)境無害。對(duì)人體和環(huán)境無害。 應(yīng)用應(yīng)用各種板材、粉刷砂漿、雕飾等。各種板材、粉刷砂漿、雕飾等。當(dāng)前的熱研課題： 先進(jìn)纖維石膏基復(fù)合材料先進(jìn)纖維石膏基復(fù)合材料 高強(qiáng)石膏及其制品高強(qiáng)石膏及其制品 提高石膏及其制品的耐水性提高石膏及其制品的耐水性 外墻保溫砂漿及其裝飾外墻保溫砂漿及其裝飾 鋼結(jié)構(gòu)防火涂層鋼結(jié)構(gòu)防火涂層石膏應(yīng)用的歷史石膏應(yīng)用的

5、歷史 9000年前，敘利亞和土耳其的安那托力亞就有古跡； 5000年前，埃及人就在敞開的火爐中煅燒石膏，然后破碎磨成粉末，再與水拌和制得用于金字塔建造中石塊得粘結(jié)材料灰漿； 372-287 BC，古希臘人采用天然透明石膏（亞硒酸石膏）做神廟得窗戶； 古羅馬人用石膏澆注了成千上萬座古希臘的雕塑。 十七世紀(jì)，法國(guó)巴黎的木質(zhì)房的所有墻壁均用石膏灰漿（plaster）覆蓋，以提高防火性能，因而，法國(guó)巴黎有“石膏的首都（capital of plaster）之稱。 中國(guó)漢代，石膏用作豆腐的凝固劑。 一、石膏的組成與結(jié)構(gòu) 石膏的礦物組成： CaSO4xH2OX為結(jié)晶水為結(jié)晶水H2Ox0，硬石膏(無水石膏)

6、x0.5 ，熟石膏(半水石膏)x2，生石膏(二水石膏)v石膏膠凝材料(Gypsum binder )的組成： CaSO4 0.5H2O或或CaSO4 。v石膏是晶體結(jié)構(gòu)二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌二、石膏的生產(chǎn) 原料：天然二水石膏；天然無水石膏；工業(yè)副產(chǎn)物磷石膏、氟石膏等。 生產(chǎn)工序： 原料(破碎) 脫水 磨細(xì) 生產(chǎn)(脫水)的工藝：非密閉煅燒(干燥空氣中)： 密閉蒸練(濕的水蒸氣)： 不同工藝得到不同組成的石膏膠凝材料天然石膏礦纖維狀晶體CaSO42H2O 120180C可溶無水石膏-半水石膏 200360C 400500 C難溶無水石膏 500750C不溶無水石膏 密閉蒸練工藝及其產(chǎn)品：

7、125180C水蒸氣-型半水石膏CaSO42H2O200360C可溶無水石膏400800C不溶無水石膏1不溶無水石膏CaSO4()8001180C地板石膏CaSO4與CaO生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的組成CaSO42H2O 120180C干燥空氣125180C水蒸氣 -CaSO4 0.5H2O -CaSO4 0.5H2O -CaSO4()可溶 -CaSO4()可溶200360C 200360C 400800C400800CCaSO4()不溶 8001180CCaSO4()不溶CaO非密閉煅燒工藝及其產(chǎn)品組成密閉蒸煉工藝及其產(chǎn)品組成石膏生產(chǎn)流程圖熟石膏高強(qiáng)石膏原料入口產(chǎn) 品廢氣排放三、建筑石膏的凝結(jié)硬化 凝

8、結(jié)硬化過程中的水化反應(yīng)：凝結(jié)硬化過程中的水化反應(yīng)： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng)即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng) 凝結(jié)硬化機(jī)理凝結(jié)硬化機(jī)理“溶解沉淀理論溶解沉淀理論”l 溶解溶解l 沉淀沉淀l 硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對(duì)于二水石膏是過飽和溶液，后者不斷結(jié)晶沉淀。 二水石膏晶體不斷生長(zhǎng)、連生、交錯(cuò)，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)凝結(jié)硬化的物理化學(xué)過程 石膏漿體 半

9、水石膏顆粒 二水石膏晶體石膏膠體石膏硬化體水孔隙水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進(jìn)行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體 半水石膏在空氣中，也會(huì)吸收空氣中的水分子水化成二水石膏晶體。石膏顆粒表面分子首先水化顆粒表面二水石膏晶體不斷增多半水石膏全部水化成二水石膏 所以，石膏膠凝材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存中，必須防潮、防水，以免失效！石膏凝結(jié)硬化的影響因素 石膏的組成 石膏漿體的用水量 外加劑 細(xì)度凝結(jié)硬化速度的排序： 可溶性無水石膏半水石膏難溶性無水石膏不溶性無水石膏 用水量越大，石膏晶體顆粒越大；凝結(jié)硬化所需時(shí)間增加 一些無機(jī)鹽(如硫酸鉀)可以促進(jìn)凝結(jié)硬化，而一些有機(jī)酸(如檸檬酸)可以延緩凝結(jié)硬化細(xì)

10、度越細(xì)，凝結(jié)硬化越快。加水量50的硬化石膏的晶體較粗加水量24的硬化石膏的晶體較細(xì) 硫酸鉀可以促進(jìn)石膏漿體的凝結(jié)硬化(曲線a)，而檸檬酸可以使石膏漿體緩凝(曲線c)時(shí)間(s)四、建筑石膏的性質(zhì) 建筑石膏的技術(shù)要求(GB977688)：密度：密度：2.502.70;強(qiáng)度：抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度：抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度; 細(xì)度：細(xì)度：0.2mm方孔篩篩余方孔篩篩余; 凝結(jié)時(shí)間：初凝、終凝時(shí)間凝結(jié)時(shí)間：初凝、終凝時(shí)間; 石膏硬化體及制品的特性：表觀密度較?。罕碛^密度較小：1.0孔隙率較大孔隙率較大強(qiáng)度較低強(qiáng)度較低耐水性和抗凍性較差耐水性和抗凍性較差防火性較好防火性較好隔熱性和吸聲性良好隔熱性和吸聲性良好

11、裝飾性裝飾性 學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！1. 石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，Why？ 答：答：半水石膏需加水半水石膏需加水6080，才能使?jié){體達(dá)到成型所需可，才能使?jié){體達(dá)到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；的水量；即，有即，有4060多的水不能參與反應(yīng)，硬化后多余水分的揮多的水不能參與反應(yīng)，硬化后多余水分的揮發(fā)留下大量孔隙。發(fā)留下大量孔隙。2、孔隙率較大在應(yīng)用上，有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)Which？ 答：答：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕?？勺鳛閴Π濉⒈馗魺嵝?、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕?？勺鳛閴Π濉⑻旎ò?、墻面粉刷砂漿等。天花

12、板、墻面粉刷砂漿等。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)強(qiáng)度低、吸水率較大、耐水性差。不能用作結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、吸水率較大、耐水性差。不能用作結(jié)構(gòu)材料，不宜用于潮濕環(huán)境等。材料，不宜用于潮濕環(huán)境等。3. 為什么石膏制品的耐水性差Why？ 答：答：石膏晶體是親水性很強(qiáng)的離子晶體，而且晶體內(nèi)有明石膏晶體是親水性很強(qiáng)的離子晶體，而且晶體內(nèi)有明顯的解理面，層間和晶體顆粒間是較弱的氫鍵結(jié)合，因此，顯的解理面，層間和晶體顆粒間是較弱的氫鍵結(jié)合，因此，水分子進(jìn)入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)水分子進(jìn)入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；其軟化系數(shù)只有致強(qiáng)度下降；其軟化系數(shù)只有0.300.45； 另一方面，二水石膏

13、在水中的溶解度較大，石膏制品另一方面，二水石膏在水中的溶解度較大，石膏制品長(zhǎng)期在水中的強(qiáng)度將更低長(zhǎng)期在水中的強(qiáng)度將更低 。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！4、如何改善石膏制品的耐水性 How? 答：答：降低孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)毛細(xì)縫隙進(jìn)行憎水降低孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)毛細(xì)縫隙進(jìn)行憎水處理，以減小吸水率；處理，以減小吸水率； 摻加其它礦物或有機(jī)物，以降低晶體水化物的溶解度，摻加其它礦物或有機(jī)物，以降低晶體水化物的溶解度，阻止水分子對(duì)晶體顆粒間的削弱作用。阻止水分子對(duì)晶體顆粒間的削弱作用。二水石膏晶體解理面5、為什么石膏制品的防火性好Why? 答：答：石膏制品的孔隙率大，隔熱性較好；二水石膏晶體含

14、有石膏制品的孔隙率大，隔熱性較好；二水石膏晶體含有兩個(gè)結(jié)晶水分子，在受熱后，二水石膏晶體脫去水分子，兩個(gè)結(jié)晶水分子，在受熱后，二水石膏晶體脫去水分子，并蒸發(fā)吸收和帶走熱量；硫酸鈣分子的分解溫度很高，因并蒸發(fā)吸收和帶走熱量；硫酸鈣分子的分解溫度很高，因此，在高溫下，主要發(fā)生脫水和燒結(jié)。此，在高溫下，主要發(fā)生脫水和燒結(jié)。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！6、進(jìn)一步思考的問題:v警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用石膏翻版罪犯足印，其原警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？理是什么？v試驗(yàn)證明石膏板有調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的功能，為什么？試驗(yàn)證明石膏板有調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的功能，為什么？v如何在土木工程建設(shè)中

15、正確地使用或選用石膏，為什么？如何在土木工程建設(shè)中正確地使用或選用石膏，為什么？調(diào)濕作用紅線條表示室內(nèi)濕度變化藍(lán)線條表示室外濕度變化五、建筑石膏的應(yīng)用 建筑石膏是一種很好的綠色建材！ 應(yīng)用中揚(yáng)長(zhǎng)避短，正確應(yīng)用！ 建筑上的主要應(yīng)用有：建筑石膏制品：各種板材：墻板、天花板等藝術(shù)裝飾品粉刷石膏：墻面粉刷雕飾各種墻板德國(guó)一所教堂的外墻面雕飾室內(nèi)墻面和天花板的雕飾第二節(jié) 石 灰 lime 建筑石灰的組成與品種建筑石灰的組成與品種 建筑石灰的制備建筑石灰的制備 石灰的硬化石灰的硬化 石灰的性質(zhì)石灰的性質(zhì) 石灰的應(yīng)用石灰的應(yīng)用石灰吟石灰吟 于謙于謙 明代明代 千錘萬擊出深山，烈火焚燒若等閑；千錘萬擊出深山，

16、烈火焚燒若等閑；粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間。粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間。一、石灰的組成與品種 氣硬性石灰 粘土雜質(zhì)含量8%的石灰石熱分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(漿)：Ca(OH)2、H2O； 水硬性石灰 粘土雜質(zhì)含量8%的石灰石熱分解物： CaO、活性Si2O、Al2O3等二、石灰的制備 原料原料： 以以CaCO3為主要成分的天然巖石，如：石灰石、為主要成分的天然巖石，如：石灰石、白堊等。白堊等。 石灰的石灰的制備制備：石灰石的熱分解反應(yīng)：石灰石的熱分解反應(yīng)： CaCO3 CaOCO2制備工藝：制備工藝： 巖石巖石 破碎破碎 煅燒煅燒 粉

17、磨粉磨(消解消解)原料石灰石白云質(zhì)石灰石白 堊貝 殼制備工藝與產(chǎn)品石灰石10001200C磨細(xì)生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時(shí)間較短時(shí)， 欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)， 過火石灰減輕或消除過火石灰的危害土窯立窯河北省唐山豐南石源冶金爐料公司河北省唐山豐南石源冶金爐料公司2002年年5月建成投產(chǎn)日產(chǎn)月建成投產(chǎn)日產(chǎn)480噸的節(jié)能型石灰立窯噸的節(jié)能型石灰立窯回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯武鋼烏龍泉礦日產(chǎn)武鋼烏龍泉礦日產(chǎn)600噸回轉(zhuǎn)窯噸回轉(zhuǎn)窯豎窯唐山三豐集團(tuán)唐山三豐集團(tuán)2003年年10月建成投產(chǎn)月建成投產(chǎn)4140m3氣燒石灰豎窯氣燒石灰豎窯石灰漿體 氫氧化鈣晶體 碳酸鈣晶

18、體石灰凝膠體石灰碳化體水孔隙水分損失碳化三、石灰的硬化v結(jié)晶作用結(jié)晶作用生石灰或熟石灰水成為生石灰或熟石灰水成為Ca(OH)2漿體；漿體；漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致Ca(OH)2結(jié)晶；結(jié)晶；晶粒長(zhǎng)大、交錯(cuò)堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)晶粒長(zhǎng)大、交錯(cuò)堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)硬化。硬化。v碳化作用碳化作用Ca(OH)2與空氣中的與空氣中的CO2氣體反應(yīng)，在表面形成氣體反應(yīng)，在表面形成CaCO3膜層。膜層。提高耐久性。提高耐久性。四、石灰的性質(zhì) 建筑石灰的技術(shù)要求：建筑石灰的技術(shù)要求： CaO的含量的含量 CO2的含量的含量(欠火石灰欠火石灰) 細(xì)度細(xì)度 體積安定性體積安定性(過火石灰過火石

19、灰) 建筑石灰的特性：建筑石灰的特性： 表觀密度較小表觀密度較小 漿體的可塑性好漿體的可塑性好 硬化后的強(qiáng)度較低硬化后的強(qiáng)度較低 耐水性差耐水性差 漿體硬化中容易開裂漿體硬化中容易開裂 過火石灰的危害過火石灰的危害 與水反應(yīng)很慢，石灰硬化后再與水反應(yīng)發(fā)生體積膨脹與水反應(yīng)很慢，石灰硬化后再與水反應(yīng)發(fā)生體積膨脹而引起開裂而引起開裂 。 問 題？1. 過火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？過火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？ 答：答：過火石灰密度較大，且顆粒表面有玻璃釉狀物包過火石灰密度較大，且顆粒表面有玻璃釉狀物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕水化，

20、產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性。可采用延水化，產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性?？刹捎醚娱L(zhǎng)石灰的熟化和陳伏期，或過濾掉。長(zhǎng)石灰的熟化和陳伏期，或過濾掉。2.2.石灰硬化過程中，為什么容易開裂？使用時(shí)應(yīng)石灰硬化過程中，為什么容易開裂？使用時(shí)應(yīng)如何避免？如何避免？ 答：答：石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時(shí)，避免單獨(dú)使用，縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時(shí)，避免單獨(dú)使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等?？蓳郊右恍┥白?、麻刀絲或紙筋等。討論：請(qǐng)觀察圖中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。石灰砂漿石灰砂

21、漿A 石灰砂漿石灰砂漿B 五、石灰的應(yīng)用 配制建筑砂漿和石灰乳配制建筑砂漿和石灰乳 配制無熟料水泥配制無熟料水泥 石灰火山灰活性材料石灰火山灰活性材料 配制三合土配制三合土 石灰粘土砂水石灰粘土砂水 作為其它建材制品的原料作為其它建材制品的原料 如：硅酸鹽制品、灰砂制品、碳化板等。如：硅酸鹽制品、灰砂制品、碳化板等。 軟土地基加固軟土地基加固五、石灰的應(yīng)用砌筑工程和抹面裝飾工程 將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂專蔀槭胰?，是一種廉價(jià)的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。 石灰砂漿是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。五、石灰的應(yīng)用灰砂磚和硅

22、酸鹽制品 石灰與天然砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水?dāng)嚢瑁?jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。蒸壓灰砂磚蒸壓加氣砼砌塊五、石灰的應(yīng)用加固軟土地基 在軟土地基中打入生石灰樁，可以利用生石灰吸水產(chǎn)生膨脹對(duì)樁周土壤起擠密作用，利用生石灰和粘土礦物間產(chǎn)生的膠凝反應(yīng)使周圍的土固結(jié)，從而達(dá)到地基承載力的目的。六、石灰的儲(chǔ)存l石灰的儲(chǔ)存磨細(xì)的生石灰粉應(yīng)貯存于干燥倉庫內(nèi)，采取嚴(yán)格防水措施。塊狀生石灰放置太久，會(huì)吸收空氣中的水分而自動(dòng)熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用

23、而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。最好運(yùn)到后即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙?。由于生石灰受潮熟化時(shí)放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲(chǔ)存和運(yùn)輸生石灰時(shí)，還要注意安全。 第三節(jié) 水玻璃 水玻璃的組成水玻璃的組成 水玻璃的制備水玻璃的制備 水玻璃的硬化水玻璃的硬化 水玻璃的性質(zhì)水玻璃的性質(zhì) 水玻璃的應(yīng)用水玻璃的應(yīng)用 什么是水玻璃？什么是水玻璃？ 堿金屬硅酸鹽的水溶液：堿金屬硅酸鹽的水溶液： R2O nSiO2 + H2O 其中其中R=Na、K 什么是水玻璃的模數(shù)？什么是水玻璃的模數(shù)？ n: 氧化硅氧化硅SiO2與堿金屬氧化物與堿金屬氧化物R2O的摩爾

24、比。的摩爾比。 模數(shù)對(duì)水玻璃性能的影響模數(shù)對(duì)水玻璃性能的影響 模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好。模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好。 水玻璃的制備方法：水玻璃的制備方法： 濕法：濕法： R2OnSiO2 + H2O 水玻璃水玻璃 干法：干法： R2OnSiO2 R2O nSiO2 R2O nSiO2 + H2O 水玻璃水玻璃 水玻璃硬化過程水玻璃硬化過程 水玻璃與空氣中的水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。而硬化。 水玻璃的促硬劑：氟硅酸鈉水玻璃的促硬劑：氟硅酸鈉

25、 其原理是氟硅酸鈉加速水玻璃中硅酸凝膠的析出和其原理是氟硅酸鈉加速水玻璃中硅酸凝膠的析出和SiO2的形成。的形成。 水玻璃的特性水玻璃的特性 良好的膠結(jié)能力良好的膠結(jié)能力 耐熱性好、不燃燒耐熱性好、不燃燒 較好的耐酸性能較好的耐酸性能 耐水性和耐堿性差耐水性和耐堿性差水玻璃硬化過程水玻璃硬化過程水玻璃溶液水玻璃溶液 硅酸凝膠硅酸凝膠 二氧化硅玻璃體二氧化硅玻璃體RSiO4-4RRSiO4-4RRRRRH4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4RCO3SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸 化脫水交聯(lián) 水玻璃在建筑上應(yīng)用水玻璃在建筑上應(yīng)用u 配制耐酸混凝土與砂漿配制耐酸混凝土與砂漿u

26、 配制耐熱混凝土與砂漿配制耐熱混凝土與砂漿u 配制快凝防水劑配制快凝防水劑u 加固地基基礎(chǔ)加固地基基礎(chǔ)問 題？1.為什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂漿？ 答：答：水玻璃溶液的凝結(jié)硬化是在酸作用下，使硅酸根水玻璃溶液的凝結(jié)硬化是在酸作用下，使硅酸根離子逐步縮聚交聯(lián)成二氧化硅玻璃體，因此，酸性離子逐步縮聚交聯(lián)成二氧化硅玻璃體，因此，酸性條件只會(huì)使水玻璃中硅酸根離子的交聯(lián)度提高，更條件只會(huì)使水玻璃中硅酸根離子的交聯(lián)度提高，更加密實(shí)和耐水。加密實(shí)和耐水。2.為什么水玻璃模數(shù)n越大，粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好？ 答：答：n是是SiO2/R2O的摩爾比，的摩爾比，n越大，表明越大，表明SiO2含量越含量越大，硬

27、化后的玻璃體中大，硬化后的玻璃體中SiO2的交聯(lián)密度越大，所以，的交聯(lián)密度越大，所以，粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好。粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好。1、某房屋內(nèi)墻抹灰的石灰砂漿，使用后出現(xiàn)裂紋，試分析其原因。 2、石膏為何不宜用于室外？3、建筑石膏在使用時(shí)，通常摻入一定量的動(dòng)物膠，目的是（ ）A. 緩凝 B.提高強(qiáng)度 C.促凝 D.提高耐久性4、石膏硬化時(shí)體積（ ），硬化后孔隙率（ ）課后思考題課后思考題:第 四 節(jié) 硅 酸 鹽 水 泥v基本知識(shí)基本知識(shí)： 硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)知識(shí)；硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)知識(shí)；水泥漿體在侵蝕性介質(zhì)下的腐蝕及其防止的措施；水泥水泥漿體在侵蝕性

28、介質(zhì)下的腐蝕及其防止的措施；水泥石的結(jié)構(gòu)；活性混合材的組成、性質(zhì)及作用。普通硅酸石的結(jié)構(gòu)；活性混合材的組成、性質(zhì)及作用。普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和高鋁水鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和高鋁水泥等其它水泥的組成、性能的特點(diǎn)及應(yīng)用。泥等其它水泥的組成、性能的特點(diǎn)及應(yīng)用。v基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論： 硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物，凝結(jié)硬化過程及硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物，凝結(jié)硬化過程及其影響因素；水泥組成對(duì)其性能的影響。其影響因素；水泥組成對(duì)其性能的影響。v基本技能基本技能： 水泥主要技術(shù)性質(zhì)的測(cè)試，各種水泥的正確選用。水泥主要技術(shù)性質(zhì)的測(cè)試，各種水泥的正確選用。 概 述

29、 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。 水泥的種類有哪些？水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂 根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。概 述 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。 水泥的種類有哪些？水泥的特性膨脹水泥快 硬 水 泥低 熱 水 泥抗腐蝕水泥 根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。硬化時(shí)膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好 根據(jù)水泥的特性，有：膨

30、脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。概 述 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。 水泥的種類有哪些？硅酸鹽系水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥 根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。 根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。v硅酸鹽系水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥；摻混合材的硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥v硅酸鹽水泥有P和P兩類，后者含有混合材。 水泥在土木工程中的重要作用 水泥是當(dāng)今產(chǎn)量與用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等

31、水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)！ 水泥的性能和正確選用對(duì)土木工程的功能與質(zhì)量至關(guān)重要！硅酸鹽水泥的歷史 埃及時(shí)代 煅燒石膏金字塔 希臘與羅馬人 發(fā)明了煅燒石灰石快硬石灰磚石結(jié)構(gòu)砂漿 希臘與羅馬人 黏土獲泥土、石灰與砂膠凝材料 羅馬人 用火山灰、石灰與砂水硬性膠凝材料混凝土、砌塊 中世紀(jì)，該項(xiàng)技術(shù)失傳，到11世紀(jì)建材低到最低點(diǎn) 14世紀(jì)后期，石灰技術(shù)和火山灰利用再次升起 17591759年, 英國(guó)人John Smeaton將石灰與火山灰混合膠凝材料； 法國(guó)的Lesage 和Vicat，英國(guó)的Frost 和Parke，煅燒石灰與粘土混合物水泥 1824年，英國(guó)的磚瓦匠Joseph

32、Aspdin發(fā)明了現(xiàn)代生產(chǎn)硅酸鹽水泥的專利技術(shù) 1871年，美國(guó)賓夕法尼亞，發(fā)明世界上第一臺(tái)回轉(zhuǎn)窯，使水泥生產(chǎn)大規(guī)?；?主 要 內(nèi) 容 什么是硅酸鹽水泥？ 硅酸鹽水泥是怎樣制造？ 硅酸鹽水泥的組成？ 水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？ 水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)？ 如何正確使用水泥？u重點(diǎn)論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和重點(diǎn)論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和基本性質(zhì)及其檢測(cè)方法，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用?；拘再|(zhì)及其檢測(cè)方法，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用。 凡由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(即國(guó)外通稱的Portland Cement)

33、. 學(xué) 習(xí) 目 的 學(xué)習(xí)硅酸鹽水泥的礦物組成，及其與其他水泥的差別；水泥的生產(chǎn)過程及其對(duì)性質(zhì)的影響。 掌握水泥凝結(jié)硬化機(jī)理和凝結(jié)硬化過程的影響因素；應(yīng)用這些基本理論，說明水泥和混凝土的性質(zhì)，指導(dǎo)合理選擇與使用水泥，改善水泥基材料的性能。 熟悉水泥各種性質(zhì)的含義和工程意義；水泥性質(zhì)的影響因素及其規(guī)律；水泥性質(zhì)的檢驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 一、硅酸鹽水泥是怎樣制造的？ 原原 料：料：硅質(zhì)：粘土，硅質(zhì)：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占占1/3 鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，(CaO)，占占2/3調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補(bǔ)充，調(diào)節(jié)與補(bǔ)充Fe2O3 與與SiO2 制造工藝

34、：制造工藝：原料經(jīng)原料經(jīng)粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料經(jīng)窯內(nèi)生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒煅燒得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起經(jīng)或再混合材）一起經(jīng)粉磨粉磨混合混合后得到后得到水泥水泥 自動(dòng)化生產(chǎn)過程自動(dòng)化生產(chǎn)過程“兩磨一燒”水泥生料可以是：u 與水混合成漿體濕法工藝u 加少量水制成料球半干法工藝u 加稍多水制成濕球半濕法工藝u 干粉混合物干法工藝硅質(zhì)(粘土)鈣 質(zhì)(石灰石)1450調(diào)節(jié)原料石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程粉粉 磨磨煅煅 燒燒粉粉 磨磨 原料采掘原料采掘原料磨細(xì)原料磨細(xì)原料混合原料混合反應(yīng)

35、物產(chǎn)物反應(yīng)物產(chǎn)物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)產(chǎn) 物物熟料冷卻熟料冷卻熟料儲(chǔ)存熟料儲(chǔ)存硅酸鹽水泥熟料制造工藝流程水泥制造廠全貌水泥的制造工藝全貌水泥生料煅燒回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯尾14501500C二、硅酸鹽水泥的組成 硅酸鹽水泥是由下列物質(zhì)混合組成的水泥硅酸鹽水泥熟料 Clinkers石膏(CaSO42H2O) Gypsum混合材(礦渣或石灰石粉末) Mineral Additives 各物質(zhì)的作用熟料：主要膠凝物質(zhì)，能水化硬化；石膏：調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間；混合材：調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級(jí)；必要組分礦物名稱 英文名稱 縮寫分子式礦 物 式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二鈣Belit

36、eC2SCa2SiO42CaOSiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)476015307151018v化學(xué)組成：化學(xué)組成：主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F)少量雜質(zhì)：少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。v礦物組成：礦物組成： 硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥熟料化學(xué)組成與礦物組成的確定方法 水泥熟料中化學(xué)成分及其含量

37、直接通過化學(xué)分析方法確定： GB/T 1761996 水泥化學(xué)分析方法(eqv ISO 680：1990) 水泥熟料的4種礦物的含量不能直接通過分析方法確定，而是采用Bogue方程計(jì)算獲得： Bogue方程: (C3S) = 4.07(C)7.60(S)6.72(A)1.43(F)2.85() (C2S) = 2.87(S)0.754(C3S) (C3A) = 2.65(A)1.69(F) (C4AF) = 3.04(F)式中：括號(hào)表示該物相的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， = SO3水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結(jié)構(gòu)水泥熟料顆粒細(xì)觀形貌水泥熟料礦物微觀結(jié)構(gòu) 硅酸鹽水泥的品種及礦物含量C3S 48 65 31 42

38、C2S 24 11 40 34C3A 13 8 12 2C4AF 9 9 12 15 特點(diǎn)： 普通 早強(qiáng) 低熱 抗硫酸鹽 A B C D CaO 66 67 64 64 SiO2 21 21 22 23 Al2O3 7 5 7 4 Fe2O3 3 3 4 5 f-CaO 1 1 1 1 SO3 2 2 2 2三、水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？ 水泥漿通過水泥熟料礦物的水化反應(yīng)、漿體的凝結(jié)硬化過程變成堅(jiān)硬固體v凝結(jié)水泥與水混合形成可塑漿體，隨著時(shí)間推移、可塑性下降，但還不具備強(qiáng)度，此過程即為“凝結(jié)”；v硬化隨后漿體失去可塑性，強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，形成堅(jiān)硬固體，這個(gè)過程即為“硬化”。 水泥漿體轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體

39、的過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。為什么水泥能由漿體變成固體？ 水泥與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)水泥與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)水化反應(yīng)；水化反應(yīng)； 水化反應(yīng)將結(jié)合占水泥質(zhì)量水化反應(yīng)將結(jié)合占水泥質(zhì)量30左右的拌左右的拌和水；和水； 水化反應(yīng)的產(chǎn)物水化反應(yīng)的產(chǎn)物水化物能相互凝聚成三水化物能相互凝聚成三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 水化反應(yīng)產(chǎn)物有很大的表面能，而且相互水化反應(yīng)產(chǎn)物有很大的表面能，而且相互間有很強(qiáng)的次價(jià)鍵力。間有很強(qiáng)的次價(jià)鍵力。需學(xué)習(xí)與掌握的內(nèi)容：需學(xué)習(xí)與掌握的內(nèi)容： 化學(xué)過程水泥熟料礦物的水化反應(yīng) 石膏的作用 物理過程水泥漿的凝結(jié)硬化 硬化水泥漿的組成與結(jié)構(gòu) 水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素1. 水泥熟料礦物的

40、水化反應(yīng) 特征：水泥熟料顆粒中的四種主要礦物同時(shí)進(jìn)行水化反應(yīng)；其水化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)；水化反應(yīng)是固液異相反應(yīng)。 反應(yīng)速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游離氧化鈣f-CaO的水化鋁酸三鈣C3A的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸三鈣C3S的水化硅酸二鈣 - C2S的水化 來自水泥粉磨過程中二水石膏的脫水分解：CaSO42H2O CaSO40.5H2O+1.5H2O硅酸鈣C3S與- C2S的水化 硅酸鈣水化生成水化硅酸鈣C3S2H3C-S-H凝膠和Ca(OH)2羥鈣石，并放出熱： 硅酸三鈣：2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 硅酸二鈣：2C2S + 4H C3

41、S2H3 + CH + 62cal/g (C-S-H ) + 羥鈣石 特征： 形成相同的水化物組成不確定的C-S-H凝膠，組成為： CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2 nH2O (x, z與溫度、水灰比等有關(guān)) 其中鈣硅比(C/S)： CaO/SiO2 = (xz)/2 C3S反應(yīng)速度比C2S快，其放熱量比C2S大。 水化機(jī)理 溶液中反應(yīng) 固相顆粒表面的局部反應(yīng)。水化度水化度水化時(shí)間（天）水化時(shí)間（天）溶液中的反應(yīng) 機(jī)理：溶解機(jī)理：溶解 擴(kuò)散擴(kuò)散 沉淀沉淀離子在水中的擴(kuò)散C3S表面離子水化弱化晶體中的化學(xué)鍵，增加pH值水化產(chǎn)物成核CSH析出、凝聚、脫水離開水相，形成凝膠，CH結(jié)晶生長(zhǎng)

42、表面局部反應(yīng) 機(jī)理：顆粒表面水化物層的形成與擴(kuò)散 水化物層在固液界面上形成，并不斷增厚顆粒表面離子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生長(zhǎng)CSH凝膠體結(jié)構(gòu)水化硅酸鈣的形成重新排列和凝聚后的凝膠體結(jié)構(gòu)硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產(chǎn)物C-S-H與Ca(OH)鋁酸三鈣C3A的水化 鋁酸鈣C3A的水化行為在水泥水化早期特別重要 純C3A與水反應(yīng)迅速，生產(chǎn)水化鋁酸鈣： C3A + 18H2O C2AH8 + C4AH13 C3AH6 (不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物) (穩(wěn)定產(chǎn)物) 這一反應(yīng)導(dǎo)致水泥

43、漿閃凝或假凝，必須避免！ 避免閃凝的有效途徑加入石膏CaSO42H2O 這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！ 這一發(fā)明是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。鋁酸三鈣C3A在石膏存在下的水化反應(yīng) C3A與石膏反應(yīng)首先形成三硫型硫鋁酸鈣鈣礬石晶體，并放出大量熱： C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32 + 300 cal / g (1) (鈣釩石) 反應(yīng)后期，石膏量不足時(shí)，水化生成單硫型硫鋁酸鈣水化物： C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 (2) 石膏消耗完后， C3A直接水化形成C3AH6： C3A + 18H2O C3AH6 (3)石膏緩凝

44、機(jī)理：v 鈣釩石的形成反應(yīng)(1)速度比純C3A的反應(yīng)(3)慢；v 在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。鐵鋁酸四鈣C4AF的水化 鐵鋁酸四鈣C4AF與水發(fā)生類似于C3A的水化反應(yīng)，也形成類似的產(chǎn)物鈣釩石和單硫型水化物： C4AF + 7H C3AFH6 CFH C4AF + 3CH2 + 26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2 + 20H C3(A,F)C3H16 C4AF水化物的組成是可變，是鋁酸鹽與鐵酸鹽的固溶體，并由鐵相凝膠產(chǎn)生。 C4AF的水化反應(yīng)對(duì)整個(gè)水泥的行為影響較小。Summary 硅酸鈣的水化 2C3S + 6H C3S

45、2H3 + 3CH + 120cal/g 2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g C-S-H + 羥鈣石羥鈣石 鋁酸鈣的水化 C3A + 18H2O C2AH8 + C4AH13 C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32 + 300 cal / g （鈣釩石）（鈣釩石） C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 鐵鋁酸鈣的水化 C4AF + 13H C4(A,F)H13 C4AF + 3CH2+26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2+26H C3(A,F)C3H12水泥的水化過程：v當(dāng)水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進(jìn)入溶液中

46、，液相被各種離子飽和；v幾分鐘內(nèi)，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH離子間反應(yīng)，形成鈣釩石；v幾小時(shí)后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據(jù)、并溶解熟料礦物的空間；v幾天后，因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。v此后，水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。石膏的作用 避免水泥漿的閃凝和假凝現(xiàn)象。 調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間。 導(dǎo)致鈣釩石和單硫型硫鋁酸鈣水化物的形成。水 泥水 溶 解沉 淀水泥漿的凝結(jié)硬化過程擴(kuò) 散2. 水泥漿的凝結(jié)硬化物理過程單一水泥顆粒在大量水中的水化過程模型新拌1小時(shí)后數(shù)小時(shí)后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶

47、體水泥顆粒水泥顆粒水水水泥顆粒分散在水中形成水泥漿體硅酸鹽水泥水化物理過程模型水泥水化物膜層水泥水化物膜層水泥顆粒的水化從表面開始，在表面形成水化物膜層誘導(dǎo)期水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，進(jìn)入潛伏期。水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，水泥顆粒粒徑縮小在滲透壓的作用下，膜層破裂、擴(kuò)展，占據(jù)原來被水占據(jù)的空間，進(jìn)入凝結(jié)期。凝結(jié)期：水化物不斷填充被水占據(jù)的空間，成為連續(xù)相，拌和水不斷減少，并被水化物分割成非連續(xù)相。隨著水泥顆粒的不斷水化，水化物不斷填充毛細(xì)孔和水所占據(jù)的空間，固體相成為連續(xù)相，并具有一定強(qiáng)度。進(jìn)入硬化期。 先在固液界面發(fā)生，水化物圍繞每顆水泥顆粒未水化的內(nèi)核區(qū)域沉積； 早期水化物

48、在顆粒上形成表面膜層，阻礙了進(jìn)一步反應(yīng)進(jìn)入潛伏期； 因滲透壓或Ca(OH)2的結(jié)晶或二者，水化物膜層破裂，導(dǎo)致水化繼續(xù)迅速進(jìn)行進(jìn)入水化的加速期； 隨著水化的不斷進(jìn)行，水占據(jù)的空間越來越少，水化物越來越多，水化物顆粒逐漸接近，構(gòu)成較疏松的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿失去流動(dòng)性，可塑性降低凝結(jié)； 由于水泥內(nèi)核的繼續(xù)水化，水化物不斷填充結(jié)構(gòu)網(wǎng)中的毛細(xì)孔隙，使之越來越致密，空隙越來越少，水化物顆粒間作用增強(qiáng)，導(dǎo)致漿體完全失去可塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度硬化。水泥漿凝結(jié)硬化的物理過程證據(jù)一：熟料礦物水化物量隨時(shí)間的增長(zhǎng) 隨著水泥的水化，水化產(chǎn)物量不斷增加，水化物固相所占據(jù)的空間越來越多，而原來由水占據(jù)的空間越來越少，固體

49、連續(xù)相逐漸形成。證據(jù)二：水泥漿凝結(jié)硬化過程的放熱曲線熟料礦物和水泥的水化放熱量水泥熟料礦物的水化反應(yīng)是放熱過程lyj040224 opc10 water3 (2021-2-24)dQ/dtQ(t)J/ghJ/g0246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476-1.50-1.00-0.500.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.007.508.008.509.009.5010.0010.5011.00-10.000.0010

50、.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00110.00120.00130.00140.00150.00160.00170.00180.00190.00200.00210.00220.00初初始始放放熱熱峰峰放熱主峰放熱主峰放熱速度放熱速度逐漸減慢逐漸減慢實(shí)測(cè)的水泥水化放熱全曲線放熱速放熱速度很低度很低水泥水化度與放熱量呈線性關(guān)系水泥水化度與放熱量呈線性關(guān)系水化放熱量（水化放熱量（J/g)水化度硅酸鹽水泥水化時(shí)的放熱曲線水化放熱速度水化放熱速度溶解：溶解：鈣釩石鈣釩石形成形成誘導(dǎo)期：誘導(dǎo)期：Ca2濃度增加濃度增加C-S-H和和CH快速形成快

51、速形成初凝初凝終凝終凝單硫型硫鋁單硫型硫鋁酸鈣形成酸鈣形成擴(kuò)散控制反應(yīng)擴(kuò)散控制反應(yīng)水泥漿水化放熱過程水泥熟料礦物的水化是放熱反應(yīng)，水泥熟料礦物的水化是放熱反應(yīng)，C3S和和C3A放放熱最大，最快；而熱最大，最快；而C2S放熱最小，最慢。放熱最小，最慢。水泥水化放熱有明顯的四個(gè)階段：水泥水化放熱有明顯的四個(gè)階段：1.初始放熱初始放熱水泥與水一接觸，立即放熱，放熱速度水泥與水一接觸，立即放熱，放熱速度dQ/dt 很快，表明反應(yīng)激烈。很快，表明反應(yīng)激烈。2. 放熱停滯期放熱停滯期 放熱很慢，接近停滯，表明反應(yīng)停頓。放熱很慢，接近停滯，表明反應(yīng)停頓。3.放熱加速期放熱加速期 放熱速度逐漸加快，達(dá)到放熱峰

52、值，表明放熱速度逐漸加快，達(dá)到放熱峰值，表明反應(yīng)逐漸加快。反應(yīng)逐漸加快。4.放熱減速期放熱減速期 放熱達(dá)到峰值后，放熱速度逐漸減慢，表放熱達(dá)到峰值后，放熱速度逐漸減慢，表明反應(yīng)逐漸減速。明反應(yīng)逐漸減速。水灰比水灰比0.55的水泥漿水化的水泥漿水化1天天黑色箭頭指示部分水化物殼層；黑色箭頭指示部分水化物殼層；白色箭頭指示完全水化物白色箭頭指示完全水化物殼層。殼層。證據(jù)三、水泥漿凝結(jié)硬化過程的微觀觀察a: C3Sb: C2S 水灰比水灰比0.55的水泥漿水化的水泥漿水化9個(gè)月個(gè)月I,：C-S-H內(nèi)產(chǎn)物相內(nèi)產(chǎn)物相; A：鐵相：鐵相/CH; B：水化：水化 belite;白色箭頭指示完全水化物殼層白色

53、箭頭指示完全水化物殼層水泥漿中氫氧化鈣的生長(zhǎng)3 天7 天28 天365 天紅色：未反應(yīng)的水泥顆粒紅色：未反應(yīng)的水泥顆粒藍(lán)色：氫氧化鈣藍(lán)色：氫氧化鈣CH黃色：黃色：C-S-H黑色：孔隙黑色：孔隙左上：水化度左上：水化度0；右上：水化度右上：水化度20；左下：水化度左下：水化度50；右下：水化度右下：水化度87。水泥水化過程模型水化度0%水化度20%水化度50%水化度87%應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問題 水泥生產(chǎn)中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應(yīng)很快，引起水泥漿閃凝；在水中溶解度大，反應(yīng)很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中

54、水化物凝膠微粒的聚集，聚集，Al3對(duì)凝膠微粒聚集有促進(jìn)作用；對(duì)凝膠微粒聚集有促進(jìn)作用；石膏與石膏與C3A反應(yīng)形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應(yīng)速度反應(yīng)形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應(yīng)速度減緩，并減少了溶液中的減緩，并減少了溶液中的Al3濃度，延緩了水泥漿的濃度，延緩了水泥漿的凝結(jié)速度。凝結(jié)速度。 為什么水泥硬化后能產(chǎn)生強(qiáng)度？水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓街旅艿墓腆w；水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓街旅艿墓腆w；在漿體硬化過程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較在漿體硬化過程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)生的強(qiáng)度越來越

55、高。強(qiáng)，產(chǎn)生的強(qiáng)度越來越高。 水泥漿體強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律是什么？ 水泥漿體的強(qiáng)度隨齡期而逐漸增長(zhǎng)，早期增長(zhǎng)快，水泥漿體的強(qiáng)度隨齡期而逐漸增長(zhǎng)，早期增長(zhǎng)快，后期增長(zhǎng)較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其后期增長(zhǎng)較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強(qiáng)度可在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)增長(zhǎng)。這與水泥礦物的水化強(qiáng)度可在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)增長(zhǎng)。這與水泥礦物的水化反應(yīng)規(guī)律是一致的。反應(yīng)規(guī)律是一致的。 為什么強(qiáng)度發(fā)展與環(huán)境溫、濕度有關(guān)？ 水泥的水化需要水，如果沒有水，水泥的水化就將水泥的水化需要水，如果沒有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度就會(huì)減緩水泥

56、的凝結(jié)硬化。就會(huì)減緩水泥的凝結(jié)硬化。 為什么水泥的儲(chǔ)存與運(yùn)輸時(shí)應(yīng)防止受潮？ 水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強(qiáng)度水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強(qiáng)度大為降低。大為降低。 3、硬化水泥漿體水泥石的組成與結(jié)構(gòu) 水泥石的組成固相水泥水化物與未水化的水泥顆粒u膠體相：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；u晶體相：硫鋁酸鈣水化物、水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體等；氣相各種尺寸的孔隙與空隙u凝膠孔u(yù)毛細(xì)孔u(yù)工藝空隙液相水或孔溶液u自由水u吸附水u凝膠水 水泥石的組成隨水泥水化度而變水泥石中固體和孔隙的尺寸范圍硬化水泥漿體水泥石的微結(jié)構(gòu) 水泥漿體凝結(jié)硬化后形成的固體稱為水泥石 水泥石微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多

57、物相固體顆粒堆聚的多孔結(jié)構(gòu)體；各種物相分布不均；各種物相的尺寸不等，形貌不一。 由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內(nèi)核相互聚集形成連續(xù)固體顆粒堆聚結(jié)構(gòu)，大小不等的凝膠孔和毛細(xì)孔分布其中。水化良好的水泥石微結(jié)構(gòu)： “A”代表結(jié)晶性差、膠體尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.53.0nm； “H”代表六方晶體相，尺寸為1m； “C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據(jù)的毛細(xì)孔隙或空隙，尺寸在10nm m 。背散射掃描電鏡照片背散射掃描電鏡照片未水化水泥顆粒未水化水泥顆粒C-S-H氫氧化鈣氫氧化鈣單硫型硫單硫型硫鋁酸鹽鋁酸鹽水泥漿掃描電鏡照片水泥漿掃描電鏡照片(7d齡期齡

58、期)C-S-H鈣礬石鈣礬石水泥漿中的固體相 水泥石中有四種主要固體相硅酸鈣水化物氫氧化鈣硫鋁酸鈣水化物未水化的水泥顆粒水泥漿中的固體相（1）硅酸鈣水化物）硅酸鈣水化物 Calcium Silicate Hydrate縮寫縮寫: C-S-H體積含量體積含量: 占水泥石體積的占水泥石體積的5060 %。主要特性主要特性: 高比表面積高比表面積(100 to 700 m2/ g) 次價(jià)鍵（范得華力）次價(jià)鍵（范得華力）很強(qiáng)很強(qiáng) 強(qiáng)度。強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 結(jié)晶性很差，呈折疊層狀結(jié)構(gòu)；結(jié)晶性很差，呈折疊層狀結(jié)構(gòu)；組成特點(diǎn)：組成特點(diǎn)： 組成可變，鈣組成可變，鈣/硅硅(C/S)比比=1.5 2.0 ，

59、結(jié)構(gòu)水不等。，結(jié)構(gòu)水不等。形貌：形貌： 結(jié)晶性差的纖維網(wǎng)狀，膠體尺寸顆粒的聚集體。結(jié)晶性差的纖維網(wǎng)狀，膠體尺寸顆粒的聚集體。C-S-H形貌C-S-H的分子的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)硅酸鈣水化物C-S-H的膠體結(jié)構(gòu)C-S-H 凝膠結(jié)構(gòu)模型凝膠結(jié)構(gòu)模型A=結(jié)合鍵結(jié)合鍵次價(jià)鍵次價(jià)鍵B=C-S-H片片C=分散的層分散的層O=物理吸附水物理吸附水X=層間水層間水水泥漿中的固體相( 2 ) Ca(OH)2羥鈣石(portlandite)縮寫：縮寫：CH體積含量體積含量: 占水泥石體積的占水泥石體積的20 25 %；特征：特征： 表面積較小、次價(jià)鍵力弱表面積較小、次價(jià)鍵力弱 耐久性和強(qiáng)度。耐久性和強(qiáng)度。組成特點(diǎn)：組成特

60、點(diǎn)： 組成確定組成確定Ca(OH)2。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 六方片狀晶體，與天然羥鈣石六方片狀晶體，與天然羥鈣石Portlandite 相似。相似。形貌：形貌： 大片狀晶體的堆積體。大片狀晶體的堆積體。氫氧化鈣晶體形貌生長(zhǎng)在水泥石孔隙中的六方片狀的羥鈣石晶體（3）水化硫鋁酸鈣）水化硫鋁酸鈣Calcium Sulfoaluminate Hydrates縮寫：縮寫：Aft、Afm含量：含量： 占水泥石體積的占水泥石體積的 15 20 %。 組成特點(diǎn)：組成特點(diǎn)：開始時(shí)，形成三硫型硫鋁酸鈣開始時(shí)，形成三硫型硫鋁酸鈣鈣釩石鈣釩石 ettringite(Aft)后期，轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃?，轉(zhuǎn)變?yōu)?單硫型硫鋁酸鈣單