建筑材料3胶凝材料.ppt

第3节 胶凝材料,胶凝材料(cements,binding materials) 胶凝材料概念：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。,气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保持或发展其强度(如石灰、石膏水玻璃等)。而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（各种混凝土）。 石膏 (1)建筑石膏(calcined gypsum) (2)高强石膏(high strength gypsum/plaster),建筑石膏 型半水石膏的晶体较细，所以调制成一定稠度的浆体时，需水量也比型半水石膏的需水量大，导致建筑石膏的孔隙率也大，因而强度较低。 在实际生产与工程中，建筑石膏的应用更广泛一些。,高强石膏 晶体组大，比表面小，调成可塑性浆体时需水量只是建筑石膏的一半，因此硬化后具有较高的密实度和强度；高强石膏可以用于室内抹灰，制作装饰制品和石膏板；若掺入防水剂可制成高强度防水石膏，在潮湿环境中使用。,2、建筑石膏的技术性质,凝结硬化快：可以考虑加入缓凝剂(retarder)来缓凝 水化反应理论需水量为18.6，但为了使石膏浆体具有可塑性，通常实际加水为6080% 孔隙率大，体积密度小，保湿、吸声性能好 具有一定的调湿性由于硬化体多孔结构的特点，建筑制品的热容量大、吸湿性强，当室内温度、湿度变化时，由于制品的“呼吸”作用，使环境温度、湿度能得到一定的调节。 耐水性、抗冻性差 凝结硬化时体积微膨胀 防火性好,3. 应用,建筑石膏： 装饰板材、雕塑、装饰型材、抹灰工程、砌块等； 高强石膏： 抹灰工程、装饰板材、砌块等；可溶性硬石膏一般不用，避免出现。,二. 石灰(lime,CaO),（一）、石灰分类 （二）、石灰的技术要求 （三）、石灰的性质 （四）、石灰的应用,（一）、石灰的分类,根据石灰加工方法：块状生石灰、磨细生石灰、石灰浆、石灰乳、石灰水等； 石灰石中含有杂质氧化镁（MgO），根据MgO的多少，将生石灰中MgO含量5%的称为钙质石灰（低镁石灰），5%20%的称为中镁石灰。20%40%为高镁石灰。,(二)、 石灰的技术要求,根据建材行业标准，将建筑生石灰和建筑生石灰粉划分为优等品、一等品、合格品三个等级，具体指标见书P11中两个技术指标表格。,(三)、石灰的性质,(1)良好的保水性：直径约为1m的呈胶体分散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。 (2)凝结硬化慢、强度低：碳酸钙和氢氧化钙结晶体 (3)耐水性差：氢氧化钙结晶易溶于水 (4)体积收缩大：蒸发大量的游离水 (5)吸湿性强,1石灰乳涂料 将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内墙壁和天棚的涂料。 加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。 加入少量磨细沙或粘土 ，提高其耐水性。 加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉化。,(四)、应用,2石灰砂浆 石灰膏+砂+水+拌制，既可用作砌筑砂浆又可用作抹面。 石灰膏+纤维+水拌制，多用于抹面。 3石灰土和三合土 石灰土（石灰+粘土）和三合土（石灰+粘土+砂碱炸渣等填料），多用于加固地面、密实地面，稳定地基。,4制作硅酸盐制品 将石灰与硅质材料磨细后，一起加压成型，再经过蒸汽养护，生成以水化硅酸钙为主要产物的砼。 反应式如下： Ca(OH)2+SiO2+aqCaOSiO2aq 硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼等。,水玻璃,水玻璃俗称泡花碱，是一种可溶性硅酸盐，由碱性金属氧化物和二氧化硅结合而成的气硬性胶凝材料，如硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃。,（二）特性,1、黏结力强： 水玻璃硬化后具有较高的黏结强度，如用 水玻璃配制成水玻璃混凝土。 2、耐酸性好 3、耐热性好,（三）应用,1.涂刷材料表面，浸渍多孔性材料，以提高其抗风化能力，提高建筑物的耐久性。 2.加固地基 3.配制防水剂 4. 水玻璃混凝土具有机械强度高，耐酸和耐热性能好，整体性强，材料来源广泛，施工方便，成本低及使用效果好等特点。,水硬性：粉末状水泥与水混合后，经过一系列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水中更好的保持石状体的概念。所以，水泥是一种水硬性胶凝材料。,(三) 水泥 一 . 硅酸盐水泥,硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号P.。 1、普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。 2、矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。 3、火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。 4、粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。 5、复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号P.C。 还有其他小品种水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥等普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥,1.水泥的分类六大通用水泥,2、硅酸盐水泥熟料矿物组分,矿物名称 化学成分 缩写符号 含量 硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 4462 硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1830 铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 512 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018 其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝酸四钙为熔剂组分。 其他还有少部分f-CaO、f-MgO及玻璃体等,3.硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化,水化水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于水中与水发生化学反应，生成水化产物并放出热量。 凝结、硬化过程硅酸盐水泥的水化和凝结硬化过程是一个连续的复杂过程。 水泥加水拌合后，形成可塑性的浆体，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，但还不具有强度的过程，成为水泥的凝结； 随着开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过程称为硬化。 凝结、硬化是人为划分的，实际上它们是一个连续的、复杂的物理化学反应过程。,4、硅酸盐水泥的主要技术性能,1)密度 水泥欠烧比重小，过烧比重大 表现密度：1300左右，粉磨越细，表观密度越小。 2)细度（分散度） 水泥的细度是表示水泥磨细的程度或水泥分散度的指标。 水泥细度对水泥性能影响很大。（在一般情况下）水泥细度越大，强度越高，但太细时早期强度增长虽快，但后期可能要下降，且对耐久性不利。,3)需水量 将水泥与水拌成标准稠度状态下的加水量为水泥的标准稠度需水量,一般在2430%之间。 水灰比：是指水泥浆中的水与水泥的质量比。一般情况下是水泥浆的水灰比越小，凝结硬化和强度发展越快，且强度越高。但是会降低水泥浆的和易性造成施工困难；水灰比较大，凝结硬化和强度发展越慢，且强度越低，但是方便施工。,4)凝结时间 凝结分为初凝和终凝。 初凝：水泥加水拌合时，到标准稠度时净浆开始达到可塑性所需的时间。 终凝：水泥加水拌合至标准稠度净浆到完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 硅酸盐水泥标准规定，初凝不得早于45min，终凝不迟于6h30min。 影响水泥凝结的因素：矿物组分，C3A越高，凝结越快。水泥细度。环境温、湿度。缓凝组分：a.石膏。b.缓凝剂及促凝剂。C.矿物掺合料。,5)体积安定性 水泥石硬化后，产生不均匀的体积变化，即体积安定性不良。 体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏、构件崩溃。 原因：熟料中的游离CaO太多控制方法：沸煮法测定。 熟料中的游离MgO太多5.0%。 掺入的石膏太多3.5%。 、：一般是由于熟料烧结时温度高于石灰烧结时的温度，熟料中的f-CaO和f-MgO成死烧状态，而过熟的f-Cao与f-Mgo熟化慢，待水泥凝结酸化后还在熟化，导致水泥石体积安定性不良。（熟化后体积膨胀，水泥石开裂） ：主要是由于过量的石膏与C3A（3CaO*Al2O3，铝酸三钙）的水化物水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫酸钙，体积膨胀1.5倍，也引起水泥石开裂。 安定性测试：饼法雷化法。主要是促使f-CaO熟化,6)强度与水泥标号 强度是材料在外力荷载作用下，材料抵抗破坏的能力。（水泥硬化以后石的轴心抗压强度） 硅酸盐水泥的强度等级有6个：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。,7）水化热 产生的原因：水化放热反应。 矿物组分放热速度不同：C3AC3SC4AFC2S。 影响水化热的因素：总的放热量一样，但可以控制放热速度。 大体积禁用硅酸盐水泥，普硅也应控制使用。 水化热利用自养护温度： 消除水化热不利影响措施：低热水泥、冷却导流浇注温度、养护等。,硅酸盐水泥的特性及应用,凝结硬化快、强度高特别适合早期强度要求高的工程、高强混凝土结构和预应力混凝土工程。 抗冻性好适用于严寒地区、经受反复冻融作用的混凝土工程。 碱度高、抗碳化能力强适用于重要的钢筋混凝土结构、预应力混凝土工程以及二氧化碳浓度高的环境。 干缩小可用于干燥环境的混凝土工程。 耐磨性好可用于路面与地面工程。 水化热高用于寒冷地区的结构施工的自我养护 耐腐蚀性差不利用于海洋工程 耐热性差硅酸盐水泥不宜单独用于耐热混凝土工程。,二. 掺混合材的硅酸盐水泥,混合材：在水泥生产时，为改善水泥的性能，如强度和耐久性等而加入到水泥中，和水泥熟料、石膏一起粉磨的矿物材料。 混合材又分为活性混合材和非活性混合材。,(一)、混合材料的类别 1活性混合材：在激发条件下（石灰或石膏的作用），加水拌合后，生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中发展并保持强度的矿物材料。这一类材料包括有：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质材料等。 2. 非活性混合材：由于这类材料活性很低，即使在有激发条件下（碱或石膏）也不与水发生水化反应，也不具有水硬性胶凝性质的矿物材料,（二）、掺混合材的水泥,1. 硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号P.。 2. 普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。 3. 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。 4. 火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。 5. 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。 6. 复合硅酸盐水泥：代号P.C：,三. 其它品种水泥,其它品种水泥是以硅酸盐水泥以及铝酸盐、硫铝酸盐水泥等为基础，通过掺入其它材料或在特殊工艺下，赋予水泥特殊的性能。,（一)、快硬水泥,1. 快硬硅酸盐水泥 2. 快硬硫铝酸盐水泥 3. 氟铝酸盐快硬水泥,(二)、装饰水泥,1. 白色水泥 2. 彩色水泥,矿渣硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料和2070粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P.S。”(据GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥),特性及应用 凝结硬化速度慢：早期强度低，后期强度高 对温度湿热敏感性强：适于蒸养 (steam curing or high-pressure steam curing) 耐腐蚀性好：可用于海港工程和水工大坝的建设。 水化热小：可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土大坝等。 耐热性好 抗碳化(carbonization)能力差：一般不用于热处理车间的修建。 矿渣水泥的保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。 抗冻性差：不宜用于冬季施工,火山灰质硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料(掺量为水泥熟料质量的20-50)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P.P。” (据GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥),特性及应用 火山灰水泥干缩大，在干燥高温下，水化硅酸钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙和氧化硅，产生“起粉”现象。不宜用于干燥环境 。 抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差 。 抗渗性高 。 掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀。,粉煤灰硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰(掺量按质量百分比计为20-40)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P.F。” (据GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥),特性及应用 干缩小，抗裂 。 凝结硬化慢，早期强度低。 色深。 抗碳化性能差。,复合硅酸盐水泥,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(混合材的总掺量按质量的百分比为1550 )、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C。”(据GB12958-1999复合硅酸盐水泥 ),特性及应用 耐腐蚀性好 水化热小， 抗渗性好， 早强。,硅酸盐水泥生料的配制,原料 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供CaO） 粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3） 校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足的氧化铁，后者是补充原料中不足的SiO2） 矿化剂 工艺 干法 湿法,硅酸盐水泥的煅烧,窑型: 立窑 回转窑 煅烧过程,快硬硅酸盐水泥,以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要成分的熟料，加入适量的石膏，磨细制成的具有早期强度增长率快的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。 快硬水泥的生产同硅酸盐水泥基本一致，只是在生产时提高了硅酸三钙(50-60)、铝酸三钙(8-15)的含量，两者的总量不少于65。同时增加了石膏的掺量(8)，提高了粉磨细度(比表面积达450m2kg)。,应用,主要用于抢修、堵漏、及军事工程,快硬硫铝酸盐水泥,以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量的石膏磨细的具有早期强度高特性的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸