第二章無機膠凝材料土木工程材料課件

第二章無機膠凝材料1、膠凝材料定義:

物理化學(xué)作用（能膠結(jié)其它物料）堅強固體塑性漿體第二章無機膠凝材料1、膠凝材料定義:物理化學(xué)作用12、膠凝材料作用散粒材料(砂、石等)塊狀材料(磚、石塊)膠結(jié)整體2、膠凝材料作用膠結(jié)整體23、膠凝材料分類有機不飽和樹脂、瀝青、

氣硬性－只能在空氣中硬化無機

水硬性－不僅能在空氣中硬化,而且能在水中硬化。3、膠凝材料分類3分類的意義：氣硬性膠凝材料(石灰、石膏、菱苦土、水玻璃)——耐水性差，只能用于干燥環(huán)境水硬性膠凝材料（水泥）——耐水性好，可用于潮濕環(huán)境。分類的意義：4§2-1石灰一、原料及生產(chǎn)原料：石灰石（主要成份CaCO3）生產(chǎn)：CaCO3CaO（生石灰）＋CO2↑900℃§2-1石灰一、原料及生產(chǎn)900℃5第二章無機膠凝材料土木工程材料課件6第二章無機膠凝材料土木工程材料課件7二、石灰熟化與硬化1、熟化CaO＋H2OCa(OH)2(熟石灰)＋64.9KJ/Mol

粉狀－消石灰：只用少量水(約70％)(理論值為31.2%)

漿狀－石灰漿：加過量水(2.5～3倍)熟石灰二、石灰熟化與硬化1、熟化熟石灰8過燒石灰危害：熟化緩慢，漿體硬化后仍在熟化，體積膨脹，導(dǎo)致硬化漿體開裂。消除危害方法：“陳伏”兩星期過燒石灰危害：92、石灰硬化晶體交錯生長干燥(空氣中)CO2+H2O(空氣中)塑性漿體硬化漿體Ca(OH)2結(jié)晶析出CaCO3結(jié)晶析出2、石灰硬化晶體交錯生長干燥CO2+H2O塑性漿體硬化漿體C10石灰碳化的條件與作用條件：CO2，濕度

Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O作用：形成CaCO3晶體并相互共生，或與Ca(OH)2共生，構(gòu)成結(jié)構(gòu)緊密交織的結(jié)晶網(wǎng)，強度提高。

特點：緩慢，因表層碳化膜阻礙了空氣中CO2的進入，也阻礙了內(nèi)部水分的蒸發(fā)石灰碳化的條件與作用條件：CO2，濕度Ca(11三、石灰技術(shù)性質(zhì)

1、質(zhì)量評定指標(biāo)三、石灰技術(shù)性質(zhì)

1、質(zhì)量評定指標(biāo)122、石灰性質(zhì)①可塑性好②凝結(jié)硬化慢、強度低③耐水性差④體積收縮大2、石灰性質(zhì)13四、石灰應(yīng)用1、石灰乳 粉刷2、石灰膏 砌筑、抹灰3、消石灰 石灰土、三合土4、生石灰粉 碳化石灰板、硅酸鹽制品四、石灰應(yīng)用14石灰石CaCO3生石灰CaO熟石灰Ca(OH)2成品

Ca(OH)2CaCO3煅燒熟化碳化結(jié)晶石灰的強度不高，為什么會使用其作為地基材料？石灰石CaCO3煅燒熟化碳化結(jié)晶石灰的強度不高，為15§2-2石膏一、原料和生產(chǎn)

二水石膏（生石膏）破碎加熱處理磨細(xì)半水石膏（熟石膏）原料：天然二水石膏與工業(yè)副產(chǎn)品，按二水石膏含量分五級：特，95%、85%、75%‥55%

§2-2石膏一、原料和生產(chǎn)二水石膏破碎加熱處理磨16加熱處理方式煅燒蒸煉普通建筑石膏高強建筑石膏(107~170℃，干燥)(125℃，1.3atm，有液態(tài)水)水化需水大60-80%水化需水小35-45%加熱煅燒蒸煉普通建筑石膏高強建筑石膏(107~170℃，干燥17α、β半水石膏→→無水半水石膏→→可溶性硬石膏→→不溶性硬石膏→→高溫煅燒石膏（地板石膏）180-210℃320-360℃400-750℃800-1200℃結(jié)構(gòu)無顯著變化水化凝結(jié)快、放熱需水大、強度低結(jié)構(gòu)緊密難溶于水，凝結(jié)硬化需加激發(fā)劑部分分解為CaO,有水化凝結(jié)（慢）能力，硬化后強度高、耐磨耐水性較好180-210℃320-360℃400-750℃800-1218二、石膏水化硬化1、物理化學(xué)變化半水石膏(晶體)半水石膏(飽和溶液)溶解二水石膏(過飽和溶液)水化二水石膏(針狀晶體)結(jié)晶促進8.16g/l20℃2.05g/l20℃二、石膏水化硬化半水石膏半水石膏溶解二水石膏19石膏凝結(jié)硬化示意圖石膏凝結(jié)硬化示意圖202、漿體性狀變化

流動性可塑性有部分可塑性具有強度硬化漿體應(yīng)≥6min≤30min開始失去塑性完全失去塑性終凝初凝加水2、漿體性狀變化流動性有部分具有強度應(yīng)≥6mi213、硬化漿體結(jié)構(gòu)特征——多孔性理論需水量(用于水化)18.6%多余水分蒸發(fā)實際需水量(便于操作)35~80%內(nèi)部留下孔隙

3、硬化漿體結(jié)構(gòu)特征——多孔性22四、石膏技術(shù)性質(zhì)1、質(zhì)量評定指標(biāo)①強度——抗折、抗壓②細(xì)度③凝結(jié)時間——初凝、終凝四、石膏技術(shù)性質(zhì)1、質(zhì)量評定指標(biāo)232、性質(zhì)特征①凝結(jié)硬化快②早期強度高③微膨脹性④孔隙率高⑤耐水性差⑥耐火性強2、性質(zhì)特征24四、石膏應(yīng)用1、室內(nèi)抹灰、粉刷2、建筑裝飾制品3、石膏板四、石膏應(yīng)用1、室內(nèi)抹灰、粉刷25第二章無機膠凝材料土木工程材料課件26第二章無機膠凝材料土木工程材料課件27第二章無機膠凝材料土木工程材料課件28第二章無機膠凝材料土木工程材料課件29第二章無機膠凝材料土木工程材料課件30第二章無機膠凝材料土木工程材料課件31煅燒水化硬化生石膏熟石膏成品復(fù)習(xí)煅燒水化生石膏熟石膏成品復(fù)習(xí)32§2-3菱苦土原料制備：MgCO3→MgO+CO2↑成分：MgO水化：MgO+H2O→Mg(OH)2mMgO+nMgCl26·H2O→mMgO·nMgCl2·qH2O分4-1-8，2-1-8等，或用MgSO2·7H2O,FeCl3,FeSO4·H2O作調(diào)和劑性質(zhì)特點：抗壓強度大、吸濕性強、堿性低應(yīng)用：制作地板、木屑板、絕熱材料等§2-3菱苦土原料制備：MgCO3→MgO+CO2↑33§2-4水玻璃制備：Na2CO3+nSiO2→→Na2O·nSiO2+CO2↑組成：Na2O·nSiO2SiO2/

Na2O=n模數(shù)硬化：Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O2(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6+mH2O→6NaF+(2n+1)SiO2·mH2O性能特點：與水任意調(diào)和、粘接性好、耐酸性好、耐熱性好應(yīng)用：涂刷材料、沙土固化、堵漏材料、配制耐酸、耐熱混凝土等。

n↑粘結(jié)性↑難溶于水↑1300-1400℃§2-4水玻璃制備：Na2CO3+nSiO2→→Na2O342.5水泥水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)可由塑性漿體變?yōu)閳杂驳氖癄铙w，不僅可在空氣中而且可更好的在水中硬化并繼續(xù)發(fā)展保持其強度。2.5水泥水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后35水泥分類通用水泥（主體結(jié)構(gòu)）：硅酸鹽水泥P.Ⅰ,P.Ⅱ普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥特種水泥：

特種用途水泥或非硅酸鹽類水泥，如高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥、白水泥、膨脹水泥、快凝水泥等水泥分類通用水泥（主體結(jié)構(gòu)）：36石灰石粘土輔料生料石膏熟料混合磨細(xì)煅燒水泥磨細(xì)§1通用水泥

§1-1硅酸鹽水泥一、生產(chǎn)石灰石生料石膏熟料煅燒水泥磨細(xì)§1通用水泥

§1-1硅酸鹽37第二章無機膠凝材料土木工程材料課件38第二章無機膠凝材料土木工程材料課件39第二章無機膠凝材料土木工程材料課件40水泥熟料水泥熟料41二、熟料礦物及其特性名稱成分簡寫含量(%)水化速度水化熱強度硅酸三鈣（3CaO·SiO2）C3S37~60快多早高后高硅酸二鈣（2CaO·SiO2）C2S15~37慢少早低后高鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）C3A7~15最快最多早高后低鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）C4AF10~18快中早低后低二、熟料礦物及其特性名稱成分簡寫含量水化水化熱強度硅酸三鈣C42礦物組成水泥性能應(yīng)用C3S↑高強結(jié)構(gòu)工程C3A、C3S↓,C2S↑水化熱低大體積砼C3S、C3A↑快硬高強搶修工程第二章無機膠凝材料土木工程材料課件43三、水化硬化1、鋁酸鹽水化C3A+H→3CaO·Al2O3·6H2O石膏存在時:C3A+CaSO4·H2+H→C3A·3(CaSO4)·H322、硅酸鹽水化2C3S+6H→C3S2H3+3CH2C2S+4H→C3S2H3+CH三、水化硬化1、鋁酸鹽水化443、凝結(jié)硬化

影響因素：初凝加水可塑漿體具流動性≥45min誘導(dǎo)期終凝稠硬漿體塑性漸失≤10h凝結(jié)期后期強度緩慢增長穩(wěn)定期硬化漿體強度增長硬化期溫度、濕度、養(yǎng)護時間3、凝結(jié)硬化初加可塑漿體≥45min誘導(dǎo)期終稠硬漿體≤1454、水泥石⑴水泥石組成⑵水化產(chǎn)物組成(充分水化時)

⑶孔隙組成

孔隙率決定因素：＝水化產(chǎn)物＋未水化熟料顆粒＋孔隙＝C-S-H凝膠＋Ca(OH)2晶體＋水化(硫)鋁酸鈣70%20%7％＝凝膠孔＋毛細(xì)孔＋氣孔水灰比、水化程度4、水泥石＝水化產(chǎn)物＋未水46四、品質(zhì)要求1、凝結(jié)時間⑴分類：⑵影響因素：⑶不正常凝結(jié)：初凝、終凝礦物組成、細(xì)度、加水量、環(huán)境溫濕度假凝、閃凝四、品質(zhì)要求初凝、終凝47第二章無機膠凝材料土木工程材料課件482、強度——水泥膠結(jié)能力的體現(xiàn)⑴影響因素⑵強度檢驗

⑶強度標(biāo)號礦物組成、細(xì)度、溫濕度、齡期①固定的膠砂比和水灰比，②規(guī)定的試件尺寸、水養(yǎng)護溫度，以28d抗壓強度劃分的強度等級。2、強度——水泥膠結(jié)能力的體現(xiàn)礦物組成、細(xì)度、溫濕度、齡期49第二章無機膠凝材料土木工程材料課件50第二章無機膠凝材料土木工程材料課件513、體積安定性——水泥硬化后體積變化的均勻性3、體積安定性52水泥安定性檢驗：試餅法合格不合格水泥安定性檢驗：試餅法合格不合格53水泥安定性檢驗：雷氏夾法初值A(chǔ)養(yǎng)護24h后終值C沸煮3h后安定性評定：C－A≤5.0mm合格C－A＞5.0mm不合格水泥安定性檢驗：雷氏夾法初值A(chǔ)養(yǎng)護24h后終值C沸煮3h544、細(xì)度作用：檢測方法：細(xì)度↑→水化快、充分→強度↑

比表面積、篩分析

4、細(xì)度細(xì)度↑→水化快、充分→強度55第二章無機膠凝材料土木工程材料課件565、水化熱

利：

弊：影響因素：改善水化熱的水泥品種冬季施工大體積砼開裂

礦物組成、細(xì)度中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥2m×2m×2m水泥石100℃(兩晝夜)5、水化熱冬季施工2m×2m×2m水泥576、燒失量燒失量對硅酸鹽水泥（3-3.5%）、普通水泥(5.0%)作規(guī)定、7、堿含量定義：水泥中Na2O和K2O的含量（0.6%）。危害：堿—骨料反應(yīng)，混凝土開裂。廢品：MgO、SO3、f-CaO、初凝時間不合格6、燒失量58五、水泥石的腐蝕與防止1、腐蝕種類

2、腐蝕原因

3、防止措施

①溶出性②離子交換③膨脹性

①水泥中存在CH、C3AH6，本身不密實②周圍存在侵蝕性介質(zhì)①水泥組成②密實度③保護層五、水泥石的腐蝕與防止①溶出性②離子交換③膨脹性59離子交換溶出性膨脹性鹽類易溶物酸類松軟物+CH→軟CH其他水化水溶出產(chǎn)物溶出→

→鋼筋銹蝕內(nèi)應(yīng)力↑硫酸鹽→CaSO4→石膏

CH鈣凡石C3AH6堿度↓孔隙率↑侵蝕加速強度↓變形開裂滲透性↑離子交換溶出性膨脹性鹽類易溶物+60六、硅酸鹽水泥應(yīng)用

1、適應(yīng)環(huán)境

2、適用工程

3、不適應(yīng)工程

干燥、潮濕環(huán)境，水中，嚴(yán)寒地區(qū)?？煊?、高強、抗?jié)B、耐磨混凝土工程大體積混凝土、海工混凝土、高溫環(huán)境六、硅酸鹽水泥應(yīng)用干燥、潮濕環(huán)境，水中，嚴(yán)寒地區(qū)。61七、水泥的風(fēng)化

1、受潮風(fēng)化機理⑴f-CaO+H2O→Ca(OH)2有利⑵C3SC-S-H+Ca(OH)2

H2O+CaCO3

2、儲運注意事項⑴防水防潮⑵不宜久存H2O(空氣中)CO2(空氣中)不利七、水泥的風(fēng)化H2O(空氣中)CO2(空氣中)不利62§1-2摻混合材的硅酸鹽水泥一、混合材1、種類

活性——

非活性——2、活性成分水淬礦渣、火山灰、粉煤灰慢冷礦渣、磨細(xì)石英砂等SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3§1-2摻混合材的硅酸鹽水泥一、混合材水淬礦渣、火山灰、粉煤63

a.粉煤灰原灰b.玻璃質(zhì)微珠c.富鐵微珠a.粉煤灰原灰b.玻璃質(zhì)微珠643、作用原理⑴潛在活性

⑵激發(fā)劑種類①本身水化活性極小②在激發(fā)劑作用下，具有較好的水化活性?！獨溲趸}、石膏3、作用原理①本身水化活性極小65二、摻混合材的水泥1、水泥品種普通硅酸鹽水泥(混合材摻量：6～15％)、火山灰水泥(20～50)、礦渣水泥(20～70)粉煤灰水泥(20～40)、復(fù)合水泥(15～50)

★普通硅酸鹽水泥的性能接近于硅酸鹽水泥二、摻混合材的水泥662、摻混合材水泥的水化過程⑴⑵激發(fā)劑活性混合材水水化硅(鋁)酸鈣水化硫鋁酸鈣熟料礦物水化2、摻混合材水泥的水化過程激發(fā)劑水化硅(鋁)酸鈣熟料礦物水化67粉煤灰水泥水化28d粉煤灰表面已有一層水化產(chǎn)物粉煤灰水泥水化28d粉煤灰表面已有一層水化產(chǎn)物683、摻混合材水泥的共性⑵水化熱較低——適用于大體積混凝土⑶抗軟水、硫酸鹽侵蝕能力強——適用于水工、海港工程⑷抗凍性差、抗碳化能力差——不宜用于受凍部位，注意鋼銹⑴早期強度低，后期強度增長較大，——宜蒸汽養(yǎng)護，不宜低溫施工3、摻混合材水泥的共性⑵水化熱較低⑶抗軟水、硫酸鹽侵蝕能力強694、摻混合材水泥的個性⑴礦渣水泥

⑵火山灰水泥

⑶粉煤灰水泥

⑷復(fù)合水泥泌水性、干縮性較大，養(yǎng)護不當(dāng)易開裂。耐熱性較好——可用于耐熱混凝土干縮大易開裂——不宜用于干燥環(huán)境；抗?jié)B性好——適用于抗?jié)B混凝土。干縮性小，抗裂性好4、摻混合材水泥的個性泌水性、干縮性較大，養(yǎng)護不當(dāng)易開裂。70常用水泥技術(shù)性能（總結(jié)）水泥品種強度等級細(xì)度凝結(jié)時間安定性SO3MgO燒失量%質(zhì)量評定硅酸鹽ⅠⅡ42.4-62.5R>300/Kg>45分<6.5h煮沸合格<3.5%<5%~<6%Ⅰ<3.0Ⅱ<3.5廢：初凝，安定性SO3,MgO任一項普通硅酸鹽32.5-52.5R80μm<10%>45分<10h同上<3.5%同上<5.0不合格：其他項及摻合料超量礦渣水泥同上同上同上同上<4.0%同上——同上粉煤灰同上同上同上同上<3.5%同上——同上火山灰同上同上同上同上<3.5%同上——同上復(fù)合水泥同上同上同上同上<3.5%同上——同上常用水泥技術(shù)性能（總結(jié)）水泥品種強度等級細(xì)度凝結(jié)時間安定SO71§2特種水泥一、高鋁水泥

1、原料

2、熟料礦物

3、特性

——石灰石、礬土——鋁酸鹽CA,CA2,C12A7,C2S,C2AS①快硬高強②水化熱大、且集中在早期③耐高溫④抗硫酸鹽⑤抗凍性與不透水性均好§2特種水泥一、高鋁水泥——石灰石、