《无机胶凝材》PPT课件.ppt

中南林业科技大学,第三章 无机胶凝材料,胶凝材料的定义和分类,胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体并具备强度的材料。胶凝材料的分类,无机胶凝材料,气硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度。通称为“水泥”。,31 石 灰,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 石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。,900,700,二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种,生石灰的熟化熟化的过程 生石灰+水 熟石灰熟化的方式淋 灰生石灰粉（消石灰粉）化 灰 熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀1.53.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上防止过火石灰的危害；在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化。,MgO+H2O=Mg（OH）2 CaO+H2O=Ca（OH）2+64.83kj,二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种,石灰的硬化Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，从而提高强度。Ca（OH）2空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。石灰的品种按石灰中的氧化镁含量的高低分按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。,三、石灰的技术性质,石灰的质量等级 建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材。石灰的特性1.可塑性好；2.生石灰吸湿性强，保水性好；3.凝结硬化慢、强度低；4.硬化后体积收缩大，易开裂；5.耐水性差。,三、石灰的技术性质,石灰的特性1.可塑性好。生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1m）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的可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰膏，可使砂浆可塑性显著提高。2.生石灰吸湿性强。块状生石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，失去胶结能力。储存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜储存过久。最好运到工地（或熟化工厂）后立即熟化成石灰浆，将储存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。,三、石灰的技术性质,石灰的特性3.凝结硬化慢、强度低。从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。同时，石灰的硬化只能在空气中进行。硬化后的强度也不高，1:3的石灰砂浆28天抗压强度通常只有0.20.5MPa。4.硬化后体积收缩大，易开裂。石灰在硬化过程中，由于大量的游离水蒸发，从而引起显著的体积收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。工程上常在其中掺入砂、各种纤维材料等减少收缩。5.耐水性差。硬化后的石灰受潮后，其中的氢氧化钙和氧化钙会溶解，强度更低，在水中还会溃散。所以，石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。,四、石灰的应用,配制石灰砂浆和石灰乳；配制三合土和灰土；制作碳化石灰板；生产硅酸盐制品；生产无熟料水泥。,四、石灰的应用,配制石灰砂浆和石灰乳；配制三合土和灰土；制作碳化石灰板；生产硅酸盐制品；生产无熟料水泥。,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。,四、石灰的应用,石灰砂浆的裂纹请观察图中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。,四、石灰的应用,石灰砂浆A 石灰砂浆B,石灰砂浆的裂纹 石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下：CaCO3 CaO(生石灰)+CO2 在煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将会生成“欠火石灰”。如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。,四、石灰的应用,石灰砂浆的裂纹,四、石灰的应用,石灰砂浆A 石灰砂浆B,石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。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。,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。,该石灰的陈伏时间不够。数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。,因工程时间多，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉或生石灰粉。消石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，克服了过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。故可不必陈伏可直接使用，且生石灰熟化时放出的热可大大加快砂浆的凝结硬化，加水量亦较少，硬化后的砂浆强度亦较高。,分析:有.两种钙质生石灰，其中有关指标如下。请分析.两石灰生产及其性能的差别？答：虽然.两石灰未消化残渣含量相等，但本质是不同的。石灰CO2含量高，含较多未分解的碳酸盐，属“欠火”石灰，其胶结性较差。而石灰CO2含量已相当低，含较多消化过程中未消化的“过烧”石灰颗粒或未燃尽之煤渣等。过烧石灰不仅影响胶结性能，且消化速度慢，较迟才消化，若陈伏期不足，会使已变硬的石灰体隆起、鼓包和开裂。,四、石灰的应用,分析:为何石灰除粉刷外一般不单独使用石灰浆?答：因石灰的干燥收缩大，氢氧化钙颗粒可吸附大量水分，在凝结硬化中不断蒸发，并产生大的毛细管压力，使石灰浆体产生大的收缩而开裂。故除粉刷外，一般不单独使用石灰浆。,四、石灰的应用,五、石灰的储存,生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,32 石 膏,一、石膏胶凝材料的生产,石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：,二、建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：CaSO40.5H2O+1.5 H2O=CaSO42H2O建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。,三、建筑石膏的等级与技术性质,建筑石膏的质量等级 建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：,四、建筑石膏的技术性质,表观密度小，强度较低；凝结硬化快；孔隙率大，热导率小；凝结时体积产生微膨胀；吸湿性强，耐水性差；具有较好的防火性能。,五、建筑石膏的应用,室内抹灰与粉刷生产建筑石膏制品生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中,分析:建筑石膏制品为何一般不适于室外?答：因建筑石膏制品化学成分主要为CaSO42H2O，微溶于水；且建筑石膏制品内部含大量毛细孔隙、水或水蒸汽易进入建筑石膏制品内部，加快二水石膏晶体溶解于水的速度，特别是晶体间搭接处易受溶液破坏，强度大为下降。正因为其耐水性差、吸水率高、抗渗性及抗冻性差，故不宜用于室外。分析:在维修古建筑时，发现古建筑中石灰砂浆坚硬，强度较高。有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点对否？为什么？答:错误。因为石灰的硬化包括干燥结晶硬化过程及碳化过程。但由于碳化作用是一个很缓慢的过程，表层生成的CaCO3膜层阻碍空气中CO2的渗入，此过程相当漫长。古建筑所用的石灰年代久远，碳化过程较充分，故其强度较高。,五、建筑石膏的应用,建筑石膏粉的质量问题 请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。,五、建筑石膏的应用,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。由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。,石膏饰条粘贴失效 某工人用建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。,五、建筑石膏的应用,五、建筑石膏的应用,(2)硬化石膏的结构与性能请观察图中硬化石膏的结构特点，分析硬化石膏的结构与性能的关联。,从图中可见建筑石膏制品的结构特点是多孔。其隔热吸声性良好。因多封闭的细微孔，导热系数也就较低，且其大是微孔，尤为表面微孔会使声音反射或传导的能力显著下降从而有好的吸声性能。防火性能好。具一定的阻湿阻温性。耐水性及防冻性差。加工性能好。,五、建筑石膏的应用,五、建筑石膏的应用,石膏制品发霉变形 某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂亦可改善石膏制品的耐水性。,五、建筑石膏的应用,提高石膏制品的耐水性 一般的石膏制品耐水性较差，从而限制了石膏制品的应用。请考虑如何提高石膏制品的耐水性能。与其他材料复合，如加入含SiO2、Al2O3、CaO的材料，生成部分水硬性的胶凝材料，以提高耐水性。掺入其他外加剂，使石膏制品的结构更致密，提高抵抗水渗入的能力，如减水增强剂。在石膏制品表面涂覆耐水材料。把上述技术措施复合，或其他提高耐水性措施。,33 水玻璃,一、水玻璃的硬化和性质,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。水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，具体反应式如下：Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH20 为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%15%的促硬剂氟硅酸钠。水玻璃的性质 1.粘结力强 2.耐酸性好 3.耐热性好 4.耐碱性和耐水性差,二、水玻璃的应用,涂刷或浸渍材料；加固地基；修补裂缝、堵漏；配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐热砂浆和耐热混凝土。,分析:在天然石材、粘土砖、混凝土和硅酸盐制品表面涂一层水玻璃，可提高制品表面的密实性和抗风化能力。水玻璃是否亦可涂于石膏制品表面？为什么？答：不可以。水玻璃浸入粘土砖表面，可使材料更致密，提高风化能力；但浸入石膏制品，水玻璃与石膏反应生成硫酸钠晶体，在制品孔隙内产生体积膨胀，使石膏制品破坏。,二、水玻璃的应用,二、水玻璃的应用,水玻璃与铝合金窗表面的斑迹 某些建筑物的室内墙面装修过程中我们可以观察到，使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外表形成有损美观的斑迹。试分析原因，应采取什么措施避免这类现象。铝合金制品不耐酸碱；水玻璃呈强碱性。当含碱涂料与铝合金接触时，引起铝合金窗表面发生腐蚀反应：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O2Al+2H2O+2NaOH2NaAlO2+3H2使铝合金表面锈蚀而形成斑迹。,34 镁质胶凝材料,镁质胶凝材料菱苦土,菱苦土的生产 镁质胶凝材料是将菱镁矿或白云石经煅烧、磨细而制成。煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末。苛性白云石为白色粉末。菱苦土的水化硬化 一般与MgCl2溶液按一定比例混合，硬化快，强度高。但吸湿性强，耐水性差。形成的水化产物主要为氯氧化镁和氢氧化镁。菱苦土的应用生产木屑地板、木丝板、刨花板等。菱苦土板材用于机械包装材料，可以节约大量木材。只能用于干燥状态下，而不能受潮、遇水或酸性介质侵蚀的部位。,本段小结,胶凝材料的定义和分类；石灰、石膏、镁质胶凝材料、水玻璃都是气硬性胶凝材料，在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料。（1）石灰品种很多，各种石灰产品都统称石灰。石灰的强度很低，主要来源于Ca（OH）2的结晶和碳化。利用石灰的特性可将其用于拌制砂浆、配制灰土和三合土、制作石灰碳化板和硅酸盐制品等。（2）石膏的品种很多，不同品种的石膏，其生产条件不同，且性能及应用各异。建筑石膏是建筑工程中应用最多的一种石膏产品，建筑石膏凝结硬化速度很快，其技术性质要求主要表现在强度、细度、凝结时间三方面，利用它的特性可用于建筑室内抹灰及粉刷、并大量用于制作石膏制品。（3）简单了解镁质胶凝材料和水玻璃的特点与用途。,35 水泥,本节主要讲述了硅酸盐水泥的生产、矿物组成、凝结硬化、技术性质、性能及适用范围等；在硅酸盐水泥的基础上，讲述了普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的组成、性能及选用等；概要介绍了其他品种水泥。,本节提要,35 水泥,水泥的特点和适用范围,水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。,水泥的分类,按性能和用途分,水泥的分类,按主要水硬性物质分,一 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种；硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。,一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,二、熟料的矿物组成及其特性,熟料的矿物组成,二、熟料的矿物组成及其特性,水泥熟料矿物的主要特性 熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。,分析:熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响硅酸盐水泥熟料是由哪些矿物成分组成的？它们在水泥中的含量对水泥的强度、反映速度和放热量有何影响？以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。,二、熟料的矿物组成及其特性,硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好。C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在13 d或稍长的时间内的强度起到一定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐蚀性均属中等。A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于B水泥。,二、熟料的矿物组成及其特性,现象分析:某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S 61；C2S14；C3A14；C4AF11 原因分析:由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。措施:首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。,二、熟料的矿物组成及其特性,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,凝结硬化的概念凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应硅酸三钙2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O 铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O37H2O=3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,熟料矿物的水化反应过程水化初期熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。水化中期以水化硅酸钙（CSH）和氢氧化钙的快速形成为特征。水化后期由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,A凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D未水化的水泥颗粒,水泥石的结构水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,假凝现象 某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过三小时才凝结。请讨论形成这种现象的原因，并思考解决措施。参考此为水泥假凝现象。假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。如证明水泥的异常凝结现象是假凝引起的，可以在水泥浆体中加入石膏缓凝剂延缓石膏的结晶析出。石膏缓凝剂主要有焦磷酸钠、酒石酸钾钠、柠檬酸等。,三、硅酸盐水泥的凝结和硬化,水泥凝结时间前后变化某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40 min，本属于废品。但后放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。参考该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其它熟料矿物的水化速度。从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,1.密度、堆积密度和各成分含量,注：表中百分数均为质量百分数。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,2.细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定。硅酸盐水泥的细度为其比表面积大于300m2/kg。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,3.凝结时间凝结时间 分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟。国家标准GB1751999规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,4.体积安定性体积安定性是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质。当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会导致水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良。水泥安定性不良的原因：熟料中含有过量的游离氧化钙（fCaO），或含有过量的游离氧化镁（fMgO）；生产水泥时掺入的石膏过量。国家标准GB1751999规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,5.强度及强度等级（1）胶砂强度 国家标准规定，水泥和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试验方法搅拌成型。制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为201，相对湿度90以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入201的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,（2）强度等级 根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。,注：R型为早强型，主要是3d强度较高。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,6.水化热水泥的水化热是指在水化过程中的放热量，单位为kJ/kg。水化热的高低与熟料矿物的相对含量有关。C3S、C3A的水化热高，而C4AF、C2S的水化热较低。因此要降低水化热，可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量。与水泥细度有关。颗粒愈细，水化热愈大。水化热主要对大体积混凝土工程有影响。对于大体积混凝土工程，应选择水化热较低的水泥，或者采取特殊措施降低水化热的危害。（思考可采用哪些措施）,问题:如何按技术性质来判断水泥为不合格品和废品？我国现行国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材掺加量超过最大限度，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。问题:道路水泥在矿物组成上有什么特点？在技术性质方面有些什么特殊要求？道路水泥对其矿物组成的要求主要是（1）铝酸三钙含量不得大于5%；（2）铁铝酸四钙含量不得小于16%。道路水泥在技术上的要求主要是高抗折强度，耐磨性好、干缩性小、抗冲击性好、抗冻性和抗硫酸盐性能较好。,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,五、水泥石的腐蚀及防止,水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。,五、水泥石的腐蚀及防止,水泥石腐蚀的方式（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）（2）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀）一般酸的腐蚀碳酸水的腐蚀（3）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀）（4）强碱腐蚀,五、水泥石的腐蚀及防止,根据产生腐蚀的原因，可采取如下防止措施：（1）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。（2）提高混凝土的密实度。（3）在水泥石结构的表面设置保护层。,六、硅酸盐水泥的特性及应用,凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程。抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温的混凝土工程。耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。,36 掺混合材料的硅酸盐水泥,混合材及其分类,混合材料 为了改善水泥性能、提高水泥的产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。活性混合材料 具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料。粒化高炉矿渣；粉煤灰；火山灰质混合材料非活性混合材料 不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。,(1)粒化高炉矿渣将炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等方式急速冷却而形成的松软颗粒，称为粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣，其主要的化学成分是CaO、SiO2和Al2O3，占90%以上。,活性混合材料,活性混合材料,(2)火山灰质混合材料凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性三氧化二铝为主要成分，具有火山灰活性的矿物质材料，都称为火山灰质混合材料。(3)粉煤灰粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，其颗粒直径一般为0.0010.05mm，呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性三氧化二铝。,活性混合材料的矿物成分主要是活性二氧化硅和活性三氧化二铝，它们与水泥熟料的水化产物氢氧化钙发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，称为二次水化反应。Ca(OH)2是易受腐蚀的成分。活性氧化硅与活性氧化铝与Ca(OH)2作用后，减少了水泥水化产物氢氧化钙的含量，相应提高了水泥石的抗腐蚀性能。,活性混合材料,非活性混合材料,这类材料又称填充材料，它与水泥矿物成分或水化产物不起化学反应。掺入水泥中主要起调节水泥强度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。常用的有磨细石英砂、石灰石粉、粘土及磨细的块状高炉矿渣与炉灰等。,一、普通硅酸盐水泥（代号PO）,定义普通硅酸盐水泥简称普通水泥(PO)硅酸盐水泥熟料61的混合材料适量石膏技术性质要求（与硅酸盐水泥相比）相同点 MgO含量、SO3含量、初凝时间、安定性的技术要求相同。不同点细度：80m方孔筛筛余量不超过10.0%；终凝时间：不迟于10h；烧失量：不得大于5.0%；,一、普通硅酸盐水泥,强度等级：普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。各龄期的强度不低于下表的规定。,一、普通硅酸盐水泥,主要特性（1）早期强度略低，后期强度高。（2）水化热略低。（3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。（4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5）耐磨性较好；耐热性能较好。应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。,一、普通硅酸盐水泥,某机场道肩混凝土破坏 某机场道肩混凝土于1995年7-11月施工，当年10月就发现网状裂缝，次年6月表面层开始剥落。该混凝土使用某立窑水泥厂生产的普通硅酸盐水泥。该厂当时生产的熟料呈暗红色，还有一些白色物质。钻取破坏与未破坏的混凝土各加工成试件，未被破坏混凝土强度可满足设计要求、密实、颜色为正常的青灰色。而已破坏的混凝土强度大大下降，低于设计值，劈开可见砂浆层与集料之间粘结疏松。经X射线衍射分析可知，已破坏混凝土试样有大量Ca(OH)2和大量CaCO3。,一、普通硅酸盐水泥,某机场道肩混凝土破坏 经研究认为，该混凝土破坏主要是由于水泥质量不稳定所致，水泥中有一定数量的游离氧化钙存在，以及大量生成的钙矾石造成泥土膨胀开裂。且由于水泥质量不稳定，给混凝土施工造成不便。水泥混凝土凝结时间或长或短，使混凝土施工质量得不到保证。,二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定义技术性质要求（与普通水泥相比）相同点MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。不同点,二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,三氧化硫含量：矿渣水泥不超过4.0；火山灰质水泥、粉煤灰水泥不得超过3.5。强度等级：强度等级划分为32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R共六个等级。各龄期的强度要求见下表。密度：水泥的密度为28003000kg/m3。,二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,主要特性（与硅酸盐水泥、普通水泥相比）三种水泥的共同特性凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快；水化热较低，放热速度慢；抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好；蒸汽养护适应性好；抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。三种水泥各自特性矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，可用于温度不高于200的混凝土工程中。火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好。,二、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,某停车场混凝土不耐磨 某施工队使用一立窑水泥厂生产的普通水泥铺筑停车场。该水泥颜色为较深的灰黑色，据了解是以煤渣作混合材，混凝土的水灰比为0.55。完工后一个月发现混凝土强度正常，边部切割后观察，混凝土基本无大的孔洞。但表面耐磨性差，且在局部低凹表面的颜色为明显不同的灰黑色，其耐磨性更差。水泥经检验强度及安定性等合格，但烧失量为6.3。请分析原因。经检测该水泥烧失量不合格。造成烧失量高于标准规定有几种可能：a.熟料烧不透b.石膏杂质多c.混合材本身烧失量大，且掺量高从现象来看，最后一点的问题估计是主要的。在局部低凹表面灰黑色的水泥浆含较多烧矢量高的煤渣，而这些煤渣的耐磨性较差，使该停车场混凝土耐磨性差。另外，该混凝土水灰比过大，亦有利于混凝土的离析，煤渣的富集。从切割边部混凝土观察知混凝土基本无大孔洞，这可知混凝土的流动性较大，且振捣已相当充分。但对于水灰比较大的混凝土若振捣过度，更易离析、泌水，使煤渣在表面富集，使混凝土表面不耐磨。,三、复合硅酸盐水泥和石灰石硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥（PC）与硅酸盐水泥相比，由于掺入了两种或两种以上的混合材料，复合水泥的水化热较低；早期强度较高，其强度要求与普通水泥的强度要求相同。其他特性取决于混合材的种类、掺量与比例。石灰石硅酸盐水泥（PL）凡由硅酸盐水泥熟料和石灰石、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为石灰石硅酸盐水泥。石灰石硅酸盐水泥的技术要求应符合相应标准的规定。,37 通用水泥的验收和保管,一、通用水泥的验收,包装标志和数量的验收 包装标志的验收 包装有袋装和散装两种袋装水泥在包装袋上应清楚地标明产品名称、代号、净含量、强度等级、生产许可证编号、生产者名称和地址、出厂编号、执行标准号、包装年月日等主要包装标志。掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥，必须在包装上标上“掺火山灰”字样。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级。印刷字体颜色：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥红色；矿渣硅酸盐水泥绿色；火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥黑色。散装水泥供应时须提交与袋装水泥标志内容相同的卡片。,一、通用水泥的验收,数量的验收 袋装水泥每袋净含量为50kg，且不得少于标志质量的98；随机抽取20袋总质量不得少于1000kg。质量的验收 检查出厂合格证和试验报告；复验；仲裁检验。,一、通用水泥的验收,废品及不合格品的规定 废品 凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合相应标准规定的通用水泥，均为废品。不合格品 对于通用水泥，凡有下列情况之一者，均为不合格品。硅酸盐水泥，普通水泥：凡不溶物、烧失量、细度、终凝时间中任一项不符合标准规定者；矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥：凡细度、终凝时间中任一项不符合标准规定者。掺混合材料硅酸盐水泥混合材料掺量超过最大限值或强度低于商品强度等级规定的指标者。水泥出厂的主要包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全者。,问：如何按技术性质来判断水泥为不合格品和废品？我国现行国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材掺加量超过最大限度，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。,一、通用水泥的验收,二、通用水泥的保管,不同品种和不同强度等级的水泥要分别存放，不得混杂。防水防潮，做到“上盖下垫”。堆垛不宜过高，一般不超过10袋，场地狭窄时最多不超过15袋。储存期不能过长，通用水泥不超过三个月。水泥储存期超过三个月，水泥会受潮结块，强度大幅度降低，会影响水泥的使用。,38 其它品种水泥,一、铝酸盐水泥,定义 以石灰岩和矾土为主要原料，配制成适当成分的生料，烧至全部或部分熔融所得以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料，代号CA。,一、铝酸盐水泥,主要矿物成分铝酸一钙（CaOAl2O3简写 CA）凝结正常，硬化迅速，为铝酸盐水泥强度的主要来源。二铝酸一钙（CaO2Al2O3简写 CA2），其特点是凝结硬化慢，早期强度较低，后期强度高。此外还有少量水化极快、凝结迅速而强度不高的七铝酸十二钙（127）以及胶凝性极差的铝方柱石（C2AS）、六铝酸一钙（CA6）等矿物。,一、铝酸盐水泥,铝酸盐水泥的水化与硬化当温度低于30时，水化生成水化铝酸钙（CAH10）、水化铝酸二钙（C2AH8）、氢氧化铝凝胶（AH3）。铝酸盐水泥的硬化过程与硅酸盐水泥基本相似。CAH10、C2AH8都属六方晶系，其晶体呈片状或针状，互相交错攀附，重叠结合，可形成坚强的结晶共生体，使水泥获得很高的强度。氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的空隙，所以能形成比较致密的结构。当温度高于30时，水化生成立方晶系的水化铝酸三钙（C3AH6）、氢氧化铝凝胶（AH3）。此时形成的水泥石孔隙率很大，强度较低。因而铝酸盐水泥不宜在高于30的条件下养护。,水化铝酸二钙 氢氧化铝凝胶,一、铝酸盐水泥,铝酸盐水泥的技术要求细度 比表面积不小于300 m2/kg或0.045mm筛余不大于20%。凝结时间 按GB201-2000规定的标准稠度胶砂测得的凝结时间应符合如下要求：CA-50、CA-70、CA-80铝酸盐水泥的初凝时