建筑胶凝材料知识.ppt

《建筑胶凝材料知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑胶凝材料知识.ppt（150页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、胶凝材料,重庆大学材料学院 白 冷,1、定义：,胶凝材料是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质。,2、分类：,气硬性胶凝材料：水硬性胶凝材料：,有机胶凝材料：无机胶凝材料：,如：沥青、各种树脂,如：石灰、石膏,如：水泥,发展史,胶凝材料的发展可分为四个时期：,天然粘土：,新石器时代，距今400010000年,石膏-石灰：,公元前20003000年,石灰-火山灰：,公元初,人工配料制得水硬性胶凝材料：,1756年以后,用石灰、石膏作为胶凝材料,（无机）气硬性胶凝材料,石膏石灰水玻璃菱苦土（镁质胶凝材料）,石膏及其装饰材料,石膏,二水石膏CaSO4

2、2H2O,半水石膏CaSO40.5H2O,无水石膏CaSO4,型,型,建筑石膏、模型石膏,高强石膏,1 石膏,原料 二水石膏（天然石膏或含硫酸钙的化工副产品和废渣）生产 煅烧、脱水，再经磨细而成的。,1.1 建筑石膏,1.1.1 建筑石膏的生产,反应式如下：半水石膏的晶粒较为细小，称为型半水石膏，将此熟石膏磨细得到的白色粉末即为建筑石膏。,水化 建筑石膏加适量的水拌和后，与水发生化学反应（简称）。反应式如下：,1.1.2 建筑石膏的水化凝结硬化,凝结过程水化和蒸发，浆体也逐渐变稠，。硬化过程二水石膏晶体继续大量形成、长大，晶体之间互相交错连生，形成结晶结构网，使浆体变硬，并具有强度,水化硬化的

3、特点,凝结硬化快 须加缓凝剂：常用柠檬酸体积微膨胀 制品饱满、无收缩裂缝需水量大 硬化体孔隙率大 强度较低,建筑石膏呈洁白粉末状，密度为2.62.75g/cm3，堆积密度为8001100kg/cm3。建筑石膏的技术要求主要有强度、细度和凝结时间分为优等品、一等品和合格品各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min，终凝时间不得大于30min。,1.1.3 建筑石膏的技术要求,建筑石膏各等级的强度和细度数值,凝结硬化快体积微膨胀 孔隙率大，强度较低、体积密度小，保温、吸声性较好 具有一定的调温和调湿性能 防火性好，但耐火性较差 耐水性差,1.1.4 建筑石膏的特性与应用,型半水石膏模型石膏杂质少、色

4、白，主要用于陶瓷的制坯工艺，少量用于装饰浮雕。,1.2 模型石膏,型半水石膏高强石膏主要用于室内高级抹灰、各种石膏板、嵌条、大型石膏浮雕画等，掺入防水剂后，还可生产高强防水石膏及制品。,1.3 高强石膏,二水石膏或无水石膏经煅烧，其生成物(-CaSO4.1/2H2O和型CaSO4)单独或两者混合后掺入外加剂，也可加入集料制成的胶结料。粉刷石膏按用途分为：粉刷石膏（M）底层粉刷石膏（D）保温层粉刷石膏（W）,1.4 粉刷石膏,2 石膏装饰制品,以半水石膏和护面纸为主要原料，掺加适量纤维、胶粘剂、促凝剂、缓凝剂，经料浆配制、成型、切割、烘干而成的轻质薄板。护面纸板（专用的厚质纸）主要起到提高板材抗

5、弯、抗冲击的作用。,2.1 普通纸面石膏板,普通纸面石膏板,图3.1普通纸面石膏板的棱边,普通纸面石膏板具有质轻、抗弯和抗冲击性高，防火、保温隔热、抗震性好，并具有较好的隔声性和可调节室内湿度等优点。普通纸面石膏板的耐火极限一般为515min。普通纸面石膏板还具有可锯、可钉、可刨等良好的可加工性。,性质,适用于办公楼、影剧院、饭店、宾馆、候车室、候机楼、住宅等建筑的室内吊顶、墙面、隔断、内隔墙等的装饰。表面还需再进行饰面处理，方能获得理想或满意的装饰效果。普通纸面石膏板与轻钢龙骨构成的墙体体系称为轻钢龙骨石膏板体系（简称QST）,2.1.4 应用,以建筑石膏为主要原料，掺入适量耐水外加剂构成耐

6、水芯材，并与耐水的护面纸牢固粘结在一起的轻质建筑板材。,2.2 耐水纸面石膏板,耐水纸面石膏板,性质 耐水纸面石膏板具有较高的耐水性，其他性能与普通纸面石膏板相同。,应用 耐水纸面石膏板主要用于厨房、卫生间、厕所等潮湿场合的装饰。其表面也需再进行饰面处理以提高装饰性。,以建筑石膏为主，掺入适量无机耐火纤维增强材料构成芯材，并与护面纸牢固地粘结在一起的耐火轻质建筑板材。,2.3 耐火纸面石膏板,以建筑石膏为胶凝材料，加入适量的纤维增强材料、胶粘剂、改性剂等辅料，与水拌和成料浆，经成型、干燥而成的不带护面的装饰板材。具有质轻、强度高、图案饱满、细腻、色泽柔和、美观、吸音、防火、隔热、变形小及可调节

7、室内湿度等优点，并具有施工方便，加工性能好，可锯、可钉、可刨、可粘贴等特点，是较理想的顶棚吸音板及墙面装饰板材。,2.4 装饰石膏板,表面细腻，色彩、花纹图案丰富，浮雕板和孔板具有较强的立体感，质感亲切，给人以清新柔和感，并且具有质轻、强度较高、保温、吸声、防火、不燃、调节室内湿度等特点。广泛用于宾馆、饭店、餐厅、礼堂、影剧院、会议室、医院、幼儿园、候机（车）室、办公室、住宅等的吊顶、墙面等。,性质与应用,分为平板、孔板、浮雕板。如在具有一定穿透孔洞的嵌装式装饰石膏板的背面复合吸声材料，使之成为具有较强吸声性的板材，则称为嵌装式装饰吸声石膏板（代号QS），简称嵌装式吸声石膏板。,2.5 嵌装式

8、装饰石膏板,嵌装式装饰石膏板规格为600mm600mm，边厚大于28mm；500mm500mm，边厚大于25mm。板材的边长（L）、铺设高度（H）、厚度（S）及构造见图3.2。,嵌装式装饰石膏板的构造示意图,与装饰石膏板的性能相同，此外，它也具有各种色彩、浮雕图案、不同孔洞形式（圆、椭圆、三角形等）及其不同的排列方式。主要用于吸声要求高的建筑物装饰，如影剧院、音乐厅、播音室等。,性质与应用,以石膏板为基材，板两面均有护面纸或保护膜，面层又经印花等工艺而成，具有较好的装饰性。,2.6 印刷石膏板,以装饰石膏板、纸面石膏板为基板，在其上设置孔眼而成的轻质建筑板材。吸声用穿孔石膏板按基板的不同和有无

9、背覆材料（贴于石膏板背面的透气性材料）分类按基板的特征还可分为普通板、防潮板、耐水板等。,2.7 吸声用穿孔石膏板,吸声用穿孔石膏板具有较高的吸声性能，其平均吸声系数可达0.110.65。以装饰石膏板为基板的还具有装饰石膏板的各种优良性能，以防潮、耐水和耐火石膏板为基材的还具有较好的防潮性、耐水性和遇火稳定性。吸声用穿孔石膏板的抗弯、抗冲击性能及断裂荷载较基板低，使用时应予以注意。,性质,吸声用穿孔石膏板主要用于播音室、音乐厅、影剧院、会议室以及其他对音质要求高的或对噪声限制较严的场所，作为吊顶、墙面等的吸声装饰材料。表面不再进行装饰处理的，其基板应为装饰石膏板；需进一步进行饰面处理的，其基板

10、可选用纸面石膏板。,应用,以建筑石膏的芯材内掺多种添加剂，板面上复合专用玻璃纤维毡（其质量为100120g/m2），生产工艺与纸面石膏板相似。属于A级建筑材料。板面可丝网印刷、压滚花纹。板面上有1.5mm2.0mm的透气孔，吸声系数为0.34。适用于防火等级要求高的建筑物或重要的建筑物，作为吊顶、墙面、隔断等的装饰材料。,2.8 特种耐火石膏板,装饰石膏线角、花饰、造型等石膏艺术制品可统称为石膏浮雕装饰件。它可划分为平板、浮雕板系列，浮雕饰线系列（阴型饰线及阳型饰线），艺术顶棚、灯圈、角花系列，艺术廊柱系列，浮雕壁画、画框系列，艺术系列及人体造型系列。,2.9 装饰石膏线角、花饰、造型,装饰石

11、膏线角、花饰、造型,断面形状似为一字形或L形的长条状装饰部件，多用高强石膏或加筋建筑石膏制作，用浇注法成型。其表面呈现雕花型和弧型。规格尺寸很多，线角的宽度一般为45300mm，长度一般为18002300mm。它主要在室内装修中组合使用。线角的安装固定多用石膏粘合剂直接粘贴。,2.9.1 装饰石膏线角,一般在灯座处及顶棚和角花多为雕花型或弧线型石膏饰件，灯圈多为圆形花饰，直径0.92.5mm，美观、雅致。,2.9.2 艺术顶棚、灯圈、角花,仿照欧洲建筑流派风格造型，分上、中、下三部分。上部为柱头，有盆状、漏斗状或花篮状等，中部为空心圆柱体，下部为基座。多用于营业门面、厅堂及门窗洞口处。,2.9

12、.3 艺术廊柱,有的形体为1/2球体，可悬置空中，上插花束而呈半球花篮状。又可为1/4球体贴墙面而挂，或1/8球体置于墙壁阴角。,2.9.4 石膏花台,石膏壁画是集雕刻艺术与石膏制品于一体的饰品。整幅图面可大到1.8m4m，画面有山水、松竹、腾龙、飞鹤等。它是由多块小尺寸预制件拼合而成的。,2.9.5 石膏壁画,单独或配合廊柱用的人或动物造型也常采用石膏材料制成。总之，石膏线角、灯饰、花饰、造型等，充分利用了石膏制品质轻、细腻、高雅而又方便制作、成本不高的特点，并已构成系列产品，它们在建筑室内装饰中有着较为广泛的应用。,2.9.6 石膏造型,石 灰,品种：生石灰：块状生石灰；磨细生石灰粉 熟石

13、灰：消石灰粉；石灰浆 原料：以CaCO3为主的岩石，如石灰岩、大理石白云石、白垩、贝壳等 主要成分是碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)。工艺：煅烧,1 石灰的生产与品种,煅烧产品的组成：,正火石灰欠火石灰 颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化，有效氧化钙和氧化镁含量低，缺乏粘结力；降低了石灰的利用率过火石灰 表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。,2 石灰的熟化,生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。其反应式如下：石灰熟化时放出大量的热

14、，其体积膨胀12.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。,熟化过程的特点,（1）速度快 煅烧良好的CaO与水接触时几秒钟内即反应完毕。（2）体积膨胀 CaO与水反应生成Ca（OH）2时，体积增大1.52.0倍。（3）放出大量的热 1克分子CaO熟化生成1克分子Ca（OH）2约产生64.9kJ热量。,去除过火石灰方法陈伏,在熟化过程中，利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒，而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上，使其充分熟化，此即所谓的“陈伏”。陈伏时为防止石灰炭化，石灰膏的表面须保存有一层水。,表3.2 生石灰熟化速度分类,根据熟化速度分为快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰,两个同时

15、进行的过程：干燥结晶 多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH)2逐渐从饱和溶液中析出结晶。碳化过程 Ca(OH)2和空气中的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式如下：,3、石灰的硬化,石灰凝结硬化过程的特点,速度慢 水分从内部迁移到表层被蒸发或被吸收的过程本身较慢，若表层Ca（OH）2被碳化，生成的CaCO3在石灰表面形成更加致密的膜层，使水分子和CO2的进出更加困难。因此，石灰的凝结硬化过程极其缓慢，通常需要几周的时间。加快硬化速度的简易方法有加强通风和提高空气中CO2的浓度。体积收缩大 容易产生收缩裂缝。,按MgO的含量分：钙质生石灰和镁质生石灰建筑消石灰粉 钙质消石灰粉(MgO含量小于4%)

16、；镁质消石灰粉(MgO含量在4%24%)；白云石消石灰粉(MgO含量在24%30%)，,4石灰的技术性质和特性,4.1 石灰的技术性质,良好的可塑性及保水性 凝结硬化慢、强度低 耐水性差 体积收缩大 吸湿性强,4.2 石灰的特性,保水性与可塑性好,Ca（OH）2颗粒极细，比表面积很大，每一颗粒均吸附一层水膜，使石灰浆具有良好的保水性和塑性。工程中常用来改善水泥砂浆保水性和塑性差的缺陷。,凝结硬化慢、强度低,石灰浆凝结硬化时间一般需要数周，硬化后的强度一般小于1MPa。如1:3的石灰砂浆强度仅为0.20.5MPa。但通过人工碳化，可使强度大幅度提高。,耐水性差,石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，

17、在流水中还会溶解流失。但固化后的石灰制品经人工碳化处理后，耐水性大大提高。,干燥收缩大,石灰浆体中游离水，特别是吸附水蒸发，引起硬化时体积收缩、开裂。碳化过程也引起体积收缩。因此，石灰一般不宜单独使用，通常掺入砂子、麻刀、纸筋等以减少收缩或提高抗裂能力。,配制石灰砂浆和石灰乳 配制灰土与三合土 生产硅酸盐制品生产碳化石灰板,5 石灰的应用,石灰乳涂料和抹面 石灰乳通常采用石灰浆（膏）加入大量水调制 成稀浆，用于要求不高的室内粉刷。石灰膏掺入麻刀或纸筋作为墙面抹面材料，也称之为黄灰，过去较常用。目前主要采用石灰膏与 水泥、砂或直接与砂配制成混合砂浆或石灰砂浆抹面。石灰混合砂浆 石灰、水泥和砂按一

18、定比例与水配制成混合砂浆，用于砌筑和抹面。,石灰土和三合土 消石灰粉和粘土拌合后称为石灰土。石灰土中再加入砂和石屑、炉渣等即为三合土。由于Ca（OH）2能和粘土中少量的活性SiO2和Al2O3反应生成具有水硬性的产物，使密实度、强度和耐水性得到改善。因此广泛用于建筑物的基础和道路垫层。如石灰桩加固地基等。但是，目前更常用的方法是石灰、粉煤灰和石子混合成“三合土”作为道路垫层，其固结强度高于粘土（因粉煤灰中活性SiO2和Al2O3的含量高），且利用废渣。,用于生产硅酸盐制品 硅酸盐制品主要包括粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、硅酸盐砌块、灰砂砖、加气混凝土等等。硅酸盐制品主要以石英砂、粉煤灰、矿渣、炉渣等

19、为原料，其中的SiO2、Al2O3与石灰在蒸汽养护或蒸压养护条件下生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性产物，产生强度。若没有Ca（OH）2参与反应，则强度很低。,水 玻 璃,1、水玻璃的组成 水玻璃通常采用石英粉（SiO2）加上纯碱（NaCO3），在13001400的高温下煅烧生成固体，再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。水玻璃分为钠水玻璃和钾水玻璃两类，俗称泡花碱。钠水玻璃为硅酸钠水溶液；钾水玻璃为硅酸钾水溶液。土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水。当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。,水玻璃的模数 水玻璃分子式

20、中的n称为水玻璃的模数，代表x2O和SiO2的分子数比。n值越大，水玻璃的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。n值越小，水玻璃的粘性和强度越低，越易溶于水。故土木工程中常用模数n为2.62.8，既易溶于水又有较高的强度。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.361.50g/cm3，相当于波美度38.448.3。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。,2、水玻璃的硬化 水玻璃在空气中的凝结固化与石灰的凝结固化非常相似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程实现。,随着碳化反应的进行，硅胶含量增加，接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而凝结硬化，其特点是：1速度慢 空气中CO2浓度低，故碳化反应及整

21、个凝结固化过程缓慢。2体积收缩3强度低,为加速水玻璃的凝结固化速度和提高强度，水玻璃使用时一般要求加入固化剂氟硅酸钠。,氟硅酸钠的掺量一般为12%15%。掺量少，凝结固化慢，且强度低；掺量太多，则凝结硬化过快，不便施工操作，而且硬化后的早期强度虽高，但后期强度明显降低。因此，使用时应严格控制固化剂掺量，并根据气温、湿度、水玻璃的模数、密度在上述范围内适当调整。,3 水玻璃的性质1 粘结力和强度较高 水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶和固体，比表面积大，因而具有较高的粘结力。但水玻璃自身质量、配合料性能及施工养护对强度有显著影响。2 耐酸性好 可以抵抗除氢氟酸（HF）、热磷酸和高级脂肪酸以外的几乎所

22、有无机和有机酸。,3 耐热性好 硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降很小，当采用耐热耐火骨料配制水玻璃砂浆和混凝土时，耐热度可达1000。因此水玻璃混凝土的耐热度，也可以理解为主要取决于骨料的耐热度。4 耐碱性和耐水性差 因和均溶于碱，故水玻璃不能在碱性环境中使用。同样由于、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等浓度的酸对已硬化水玻璃进行酸洗处理，提高耐水性。,4、水玻璃的应用1 涂刷材料表面，提高抗风化能力 水玻璃溶液涂刷或浸渍材料后，能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，从而提高材料的抗风化能力。但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品。因

23、为水玻璃与石膏反应生成硫酸钠（Na2SO4），在制品孔隙内结晶膨胀，导致石膏制品开裂破坏。2 加固土壤 将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。,3 配制速凝防水剂 水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，用于堵漏、填缝等局部抢修。这种多矾防水剂的凝结速度很快，一般为几分钟，其中四矾防水剂不超过1min，故工地上使用时必须做到即配即用。多矾防水剂常用胆矾（硫酸铜）、红矾（重铬酸钾，K2Cr2O7）、明矾（也称白矾，硫酸铝钾）、紫矾等四种矾。,4 配制耐酸胶凝、耐酸砂

24、浆和耐酸混凝土 耐酸胶凝是用水玻璃和耐酸粉料（常用石英粉）配制而成。与耐酸砂浆和混凝土一样，主要用于有耐酸要求的工程。如硫酸池等。5 配制耐热胶凝、耐热砂浆和耐热混凝土 水玻璃胶凝主要用于耐火材料的砌筑和修补。水玻璃耐热砂浆和混凝土主要用于高炉基础和其他有耐热要求的结构部位。,水 泥Cement 水硬性胶凝材料,水泥的历史,cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。5,000 年前，水泥的一些形式已经被人们所使用。埃及人用石灰砂浆建造金字塔，罗马人用水凝水泥建造罗马圆形大剧场及一样著名的众神庙和古壁石道。19世纪初 英、法等国将粘土化的石灰（或泥灰岩）经烧结成为水

25、硬性材料，当其中氧化铝和氧化硅含量之和达到2035时，称为天然水泥。这种水泥的烧成温度低，不控制成分,水泥的历史,1824年 英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土的人工混合物烧成一种水硬性的胶凝材料，它在凝结硬固后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似，故称之为波特兰水泥。烧成温度低而质量不够好。1850年 英国人I.C.约翰孙制造真正类似于现在的波特兰水泥，从此开始了波特兰水泥工业。中国 1889年于唐山建立了第一座水泥厂，1906年在唐山成立启新洋灰股份有限公司,水泥分类,根据生产的原料性质：天然水泥；有熟料水泥；用石灰石和粘土按所需成分配合，在较高温度下煅 烧得到的产物称为熟料

26、无熟料水泥；利用粉煤灰、高炉矿渣等工业废料或天然火山灰与石灰、水玻璃等碱性激发剂以及石膏按比例磨细,不经煅烧而制得的水泥,水泥分类,按用途及性能分为：通用水泥 用于一般土木建筑工程，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，矿渣、火山灰质、粉煤灰、混合硅酸盐水泥等 专用水泥 用于某种专用工程，如油井水泥、道路水泥、砌筑水泥、型砂水泥等 特种水泥 用于对混凝土某些性能有特殊要求的工程，如快硬水泥、水工水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥等。,水泥分类,根据水泥中主要化学成分 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥(高铝水泥)磷酸盐水泥 氟铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥,1 硅酸盐水泥,定义:硅酸盐水泥熟料;05

27、石灰石或粒化高炉矿渣;适量石膏 磨细制成的水硬性胶凝材料称为Portland Cement.P.P.,1.1原料与生产,生产原料原料：）石灰质原料 主要提供，）粘土质原料 主要提供 以及。3）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁。,生产工艺 两磨一烧,石灰质材料,黏土质材料,其它材料,粉磨,生料,煅烧,熟料,水泥,石膏,粉磨,缓凝,1.2硅酸盐矿物,一.硅酸盐水泥熟料的矿物组成与特性1.硅酸盐水泥熟料:煅烧产生化学反应生成一些以硅酸盐为主的化合物2.四种熟料矿物:硅酸三钙(C3S)；硅酸二钙(C2S)；铝酸三钙(C3A)；铁铝酸四钙(C4AF),硅酸盐水泥主要矿物组成与特性,3.四种矿物的比例对

28、水泥性质的影响:提高C3S的含量,可得到高强硅酸盐水泥 提高C3S和C3A的含量,即可制得快硬硅酸盐水泥 降低C3S和C3A的含量,提高的含量可的低热或中热硅酸盐水泥.,1.3水化及硬化,水化 物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水 凝结 水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程 硬化 此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石）,水化产物,C-S-H凝胶（水化硅酸钙凝胶）氢氧化钙晶体水化硫铝酸钙晶体（低硫型、高硫型）水化铝酸钙晶体水化铁酸钙凝胶,1.4 水 泥 石,1.水泥石的组成 未水化水泥颗粒 水化产物晶体、胶体 毛细孔、毛细水 2.影响水泥

29、石结构的因素 石膏的掺量 养护时间 温度和湿度 水灰比,1.5 硅酸盐水泥的技术要求,(一)密度、细度 密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆积密度：1.3 g/cm3 细度：用筛余或比表面积表示（300350 m2/kg），影响水泥的水化速度、收缩等性质 粒径：40 m 水化非常缓慢，接近惰性,(二)凝 结 时 间a.初凝时间（t初）水泥开始加水拌和至水泥浆开始失去可塑性所需的时间 b.终凝时间（t终）水泥开始加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。c.规定：t初45min t终6.5h,(三)体积安定性定义:是水泥硬化后因体积膨胀而产生不均匀变形 的性质。体积安

30、定性不良的水泥严禁用于工程。原因:熟料中含游离氧化钙（f-CaO)过多 熟料中含游离氧化镁（f-MaO)过多 石膏过多游离氧化钙、镁膨胀原因a.熟料中f-CaO、f-MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢；b.水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化：CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 c.体积膨胀97以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。,测定体积安定性的方法,沸煮法：测定游离氧化钙引起的压蒸法：测定游离氧化镁引起的长期浸水，观察 测定石膏引起的,（四）胶砂强度 强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的重要技术性质之一。法规定：以的水泥和标准砂（标准砂满足级配要求）

31、，采用.的水灰比，用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达到规定龄期（，）时，按国家标准（）规定的最低强度值来确定其强度等级,（五）水化热 水化释放的热量 主要C3A、C3S由水化释放，另外与细度有关 大体积混凝土必须注意控制（六）碱含量（七）不溶物和烧失量,1.6 水泥石的腐蚀,水泥石在外界侵蚀性介质（软水、含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。表现形式：体积膨胀膨胀型腐蚀 体积收缩溶出型腐蚀,贵州铝厂柱开胀,嘉裕关结构梁腐蚀破坏,墙面,高架桥墩,化工厂桥柱,(一)水泥石腐蚀的类型,软水侵蚀 硫酸盐腐蚀 镁盐腐蚀 碳酸腐蚀 一般酸腐蚀 强碱腐蚀糖

32、、氨、盐、动物脂肪、纯酒精、含环浣酸的石油产品等对水泥石也有一定的侵蚀作用。,1软水侵蚀,不含或仅含少量重碳酸盐的水称为软水，如雨水、雪水、及部分江水、湖水水泥石中的氢氧化钙微溶于水 与静止或无压力的软水接触 水泥石周围的软水迅速被溶出的氢氧化钙所饱和，溶出作用很快停止。因溶出量不大或溶出仅限于表面，所以对水泥石的影响不大 在流动或有压力的软水中 水流不断将氢氧化钙溶出并带走，降低了水泥石内部氢氧化钙的浓度，且水泥石的孔隙率增加，随着氢氧化钙的不断溶出，水泥石的孔隙率进一步增加，且水泥石内部氢氧化钙的浓度进一步降低，会引起部分水化产物发生分解，从而造成水泥石结构破坏，强度降低。,2 硫酸盐腐蚀

33、,在已硬化的水泥类材料中，有两种反应：第一种反应：硫酸盐介质与水泥水化物中的铝酸钙作用，生成硫铝酸钙，其结晶物含有31个结晶水，固相体积较反应前的物质体积增加227%.第二种反应：硫酸盐介质与水泥水化物中的氢氧化钙产生反应，生成石膏，固相体积较反应前的物质体积增加124%.后果：产生很大的膨胀压力,3 镁盐腐蚀,氯化镁和硫酸镁 与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应，生成无胶结能力的氢氧化镁及易溶于水的氯化镁或生成石膏导致水泥石结构破坏硫酸镁对水泥石起镁盐与硫酸盐双重侵蚀作用。在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中常含钾、钠、铵等硫酸盐；在海水及地下水中常含有大量的镁盐

34、，主要是硫酸镁和氯化镁。,4 碳酸侵蚀,水泥石中的Ca（OH）2与溶有CO2的水反应，生成不溶于水的碳酸钙；接着碳酸钙又再与碳酸水反应生成易于水的碳酸氢钙。,5、一般酸腐蚀,水泥的水化产物呈碱性，酸类对水泥石一般都会有不同程度的侵蚀作用侵蚀作用最强的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸及有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等 与水泥石中的Ca（OH）2反应后的生成物，或者易溶于水，或者体积膨胀，都对水泥石结构产生破坏作用。,6 强碱侵蚀,水泥石本身具有相当高的碱度，因此弱碱溶液一般不会侵蚀水泥石，但是，当铝酸盐含量较高的水泥石遇到强碱（如氢氧化钠）作用后出会被腐蚀破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸三

35、钙作用，生成易溶的铝酸钠：3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca（OH）2 当水泥石被氢氧化钠浸润后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，它在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。,注意,在实际工程中，水泥石的腐蚀常常是几种侵蚀介质同时存在、共同作用所产生的；但干的固体化合物不会对水泥石产生侵蚀，侵蚀性介质必须呈溶液状且浓度大于某一临界值。,(二)水泥石腐蚀的原因,内因 水泥石存在不稳定的Ca(OH)2和介稳的水化硫铝酸钙；外因 环境中有害介质（软水、酸、盐等）的存在；联系 水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。长期性、后期加剧性,(三)水泥石腐

36、蚀的防止,根据侵蚀介质的类型，合理选用水泥品种。如采用水化产物中Ca（OH）2含量较少的水泥，可提高对多种侵蚀作用的抵抗能力；采用铝酸三钙含量低于5%的水泥，可有效抵抗硫酸盐的侵蚀；掺入活性混合材料，可提高硅酸盐水泥抵抗多种介质的侵蚀作用。提高水泥石的密实度。水泥石（或混凝土）的孔隙率越小，抗渗能力越强，侵蚀介质也越难进入，侵蚀作用越轻。在实际工程中，可采用多种措施提高混凝土与砂浆的密实度。设置隔离层或保护层。当侵蚀作用较强或上述措施不能满足要求时，可在水泥制品（混凝土、砂浆等）表面设置耐腐蚀性高且不透水的隔离层或保护层。,1.7硅酸盐水泥的应用,常用于：重要结构的高强混凝土 预应力混凝土工程

37、 要求凝结快的现场浇注的混凝土工程 冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程 不宜用于：受流动的软水和有水压作用的工程 受海水和矿物水作用的工程 大体积工程 耐热、耐酸工程,2 掺混合材的硅酸盐水泥,凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。掺入目的：a.改善水泥的性能 b.增加品种 c.提高产量 d.节约熟料，e.降低成本,2.1 混合材料的种类及质量要求,一、混合材料的分类:,活性混合材料：非活性混合材料：,主要包括,粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰,包括,活性指标不符合要求的砂岩、石灰石、块状的高炉矿渣,粒化高炉矿渣火山灰

38、质混合材料粉煤灰,火山灰性或潜在水硬性的材料,不具有潜在水硬性,粒化高炉矿渣,形成：高炉冶炼生铁时所得以硅酸钙为主要成分的熔融物，经冷淬粒化后的产品。组成：,化学成分：,CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3硫化物,90%其中Al2O3 12%CaO 40%的活性较好,火山灰质混合材,定义：是具有火山灰性的天然的或人工的矿质物料。包括：天然的火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土；人工的烧粘土、烧矸石。主要化学成分：SiO2、Al2O3,石灰,粉煤灰,产出：从煤粉炉烟道气体中收集的粉尘（1亿T）成分：以SiO2,Al2O3为主，另有少量 Fe2O3、CaO等活性：,取决于,化学成分玻璃体含量烧失量细度

39、,其他混合材料,化铁炉渣精炼铬铁渣JC41791粒化电炉磷渣GB664586粒化高炉钛矿渣JC41891增钙液态渣JC45492钢渣YB/T022-92沸腾炉渣赤泥窑灰,水泥胶砂28d抗压强度比大于和等于75的为活性混合材料；小于75的为非活性混合材料。,（二）非 活 性 混 合 材,a.这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用 b.掺入目的：扩展水泥等级、调节强度、降低水化热c.常用的有：石英砂、石灰石粉 慢冷的高炉矿渣、尾矿粉,2.2 掺混合材的硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,定义：凡由硅

40、酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。掺活性混合材料时：最大15%，其中允许用5%的窑灰或10%的非活性混合材料来代替。掺非活性混合材料时：最大10%代号：PO强度等级：32.5 42.5 52.5 32.5R 42.5R 52.5R,生产:与P同,性能：1、凝结硬化较快，早强较高；2、抗冻性较好；3、水化热偏高；4、耐酸、碱、硫酸盐类化学侵蚀差。,用 途1、配制较高标号混凝土；2、无腐蚀性水中的受冻工程；3、在低温条件下需要强度发展较快的工程；4、一般地上工程和不受侵蚀的地下工程。,矿渣硅酸盐水泥,定义：凡由硅酸盐水泥熟料和20%70%粒化高炉矿渣、适量石膏磨细

41、制成的水硬性胶凝材料。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%代号：PS,性 能1、对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较好；2、耐热性较好；3、水化热较低；4、在蒸汽养护中强度发展较快；5、在潮湿环境中后期强度增进率较大；6、早强较低，凝结较慢，在低温环境下尤甚；7、抗冻性较差；8、干缩性较大，有泌水现象。,用 途,1、地下、水中和海水中工程，以及经常受高水压的工程；2、大体积混凝土工程；3、蒸汽养护的工程；4、一般地上工程。5.受热车间（200以下）不适：早强、低温、冻融,火山灰质硅酸盐水泥,定义：它是由硅酸盐水泥熟

42、料和2050火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号：PP,火山灰质硅酸盐水泥性能,1、对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力较强；2、抗水性较好；3、水化热较低；4、在湿润环境中后期强度增进率较大；5、在蒸汽养护中强度发展较快；6、早期强度较低，凝结较慢，在低温环境中尤甚；7、抗冻性差；8、吸水性大；9、干缩性较大。,用 途,地下、水中工程及经常受较高水压的工程；受海水及含硫酸盐类溶液侵蚀的工程；大体积混凝土工程；蒸汽养护的工程；远距离运输的砂浆和混凝土；不适用于：早强、冻融、干燥、高温,粉煤灰硅酸盐水泥,定义：凡由硅酸盐水泥熟料和20%40%粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。粉煤

43、灰掺量为代号：PF技术要求：,同火山灰质硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥性能,(1)需水量少，和易性好(2)干缩小，抗裂性好(3)水化热低(4)耐腐蚀性好(5)早期强度低，后期强度增进率大(6)泌水，抗冻性差、抗碳化性差,提高粉煤灰水泥强度的途径,(1)选择优质粉煤灰并且控制粉煤灰掺量(2)提高粉煤灰水泥的细度(3)选择适宜的熟料矿物组成。,复合硅酸盐水泥,定义：凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。混合材料总掺量大于15%，不超过50%允许用不超过8%的窑灰代替代号：PC与普通水泥的区别：混合材须15%与矿渣、粉煤灰、火山灰质水泥的区别：1、必须掺两

44、种或两种以上的混合材料 2、扩大了混合材的品种,取长补短,矿渣、粉煤灰、火山灰、石灰石、窑灰,各种水泥的代号,五种常用水泥的主要性能,掺混合材水泥的水化特点,二次水化机理：第一次水泥熟料的水化 C3S(C2S)+H2O=C-S-H+Ca(OH)2第二次混合料与第一次产物反应 f-SiO2+Ca(OH)2+H2O=C-S-HAl2O3+Ca(OH)2+3(CaSO42H2O)+H2O=3CaO Al2O3 3CaSO432H2O最终产物为两次产物之和。Ca(OH)2减少，C-S-H的C/S比小1.41.7钙钒石多,硬化：早期慢，后期增进（矿渣活性的激发）湿热,三种水泥的共性,矿渣、火山灰质、粉煤

45、灰硅酸盐水泥凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高；水化放热速度慢，放热量低；对温度敏感性高，温度低时影响强度发展；抗软水、SO42+的腐蚀性好；矿渣水泥耐热性好 适于水下、大体积混凝土结构和蒸养的混凝土 构件；不适于抗冻、干燥地区的混凝土工程。,3 特性水泥及专用水泥,3.1 高 铝 水 泥,高铝水泥属于铝酸盐类水泥,它是由铝矾土和石灰石为原料,经高温熔融煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料,经磨细而得的水硬性胶凝材料.主要矿物成分是铝酸一钙（简写式CA）和二铝酸一钙（简写式CA2），此外还有少量的其他铝酸盐和硅酸二钙。,(1)细度 比表面积300m2/kg或45m的筛余不得超过20%,否则为

46、不合格(2)品种 按Al2O3含量分为CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四类,(一)技术要求,（二）高铝水泥的应用,适于：紧急抢修的工程，临时军事工事；冬季施工的工程；有抗硫酸盐腐蚀要求的工程；耐高温（13001400）的工程高温时，烧结结合代替了水化结合。不适于于：长期承重的结构工程；大体积工程、高温潮湿环境的工程；与硅酸盐水泥或石灰混用；接触碱液的工程；,水泥石长期强度下降的主要原因,水化产物的晶型转变，导致水泥水化后的主要水化产物CAH10和C2AH8不稳定，在常温下，随着时间的推移，都会转变成稳定的C3AH6，三者的比重分别为1.72、1.95、2.52。由于水化物比重的变

47、化，使水泥石的孔隙率显著增加，导致强度下降。此外，水化物CAH10和C2AH8都属六方晶系，晶体呈片状、针状,晶体间结合比较牢固，而C3AH6属立方晶系，常有较多的位错等缺陷存在，晶体本身强度较低，晶体之间的结合也比前两种晶体差，这也是导致高铝水泥强度下降的另一原因。在湿热环境下,水泥石长期强度下降更为严重,甚至可能引起水泥石结构破坏。因此，一般在结构工程中，不宜采用高铝水泥。,高铝水泥后期强度下降幅度较大，因此长期承重的高铝水泥混凝土，应按其标准规定的最低稳定强度值设计。,3.2 白色与彩色硅酸盐水泥,白色水泥 制造时严格控制水泥原料的铁含量，水泥中含铁量越高则水泥颜色越深。氧化铁含量（%）

48、0.350.4白色；0.450.7淡绿色；34暗灰色。彩色硅酸盐水泥 将硅酸盐水泥熟料（白水泥熟料或普通水泥熟料）、适量石膏和碱性颜料共同磨细而成，即染色法。,3.3 快硬硅酸盐水泥（Rapid Harding Portland Cement),适当增加了熟料中硬化快的矿物，即C3S、C3A，同时适当增加石膏掺量并提高水泥的磨细度 C3S（硅酸三钙）占5060，C3A（铝酸三钙）占814，两者总量应 不少于6065，石膏掺量8。,3.4 膨胀水泥和自应力水泥,常用水泥在空气中硬化时会收缩，导致砼产生裂缝，使一系列性能变坏。膨胀水泥可克服普通水泥砼的缺点。种类有：（1）硅酸盐膨胀水泥；（2）铝酸盐膨胀水泥；（3）硫铝酸盐膨胀水泥；（4）铁铝酸钙膨胀水泥。膨胀水泥的膨胀是由于水泥石中形成了钙矾石。通过调整各组分比例，即可得到不同膨胀值的膨胀水泥。膨胀水泥主要用于配制收缩补偿砼、构件接逢及管道接头、砼结构的加固和修补、防渗堵漏工程、机器底座和地脚螺丝固定。膨胀水泥的膨胀会在限制条件下使砼受到压应力，即自应力。自应力值2.0MPa时就称为自应力水泥，可用于制造自应力钢筋砼压力管件及其配件。,