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建筑材料 主讲 第三章气硬性胶凝材料 概述胶凝材料 结合料 经物理 化学作用 能将散粒状或块状材料粘结为整体的材料 无机胶凝材料 以无机化合物为基本成分 有机胶凝材料 天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分 沥青 树脂 按凝结硬化条件分类 气硬性胶凝材料 只在空气中硬化 石灰 石膏 水硬性胶凝材料 空气 水中皆可硬化 水泥 3 1石灰3 1 1石灰的生产1 原料 以CaCO3为主要成分的岩石 石灰石 白垩等 富含CaCO3部分MgCO3 2 煅烧 块状生石灰的特点 正火石灰 质优 色白 结构疏松 欠火石灰 温度过低 时间不够 石灰石不能充分烧透 存在硬心过火石灰 温度过高 时间过长 颜色深 褐 黑 块状生石灰 100 56 44 注意 过火石灰可以使用 但应陈伏半个月 工程实例在放置不久的新建房内墙壁抹灰层中 表面出现 鼓泡 或 开裂 现象 试分析原因 3 1 2石灰分类 2 石灰的存在形式块状生石灰 煅烧直接获得生石灰粉 块状生石灰磨细熟石灰粉 生石灰 适量水石灰膏 乳 生石灰 过量水 钙质石灰 MgO 5 镁质石灰 MgO 5 1 按MgO含量分类 CaO Ca OH 2 3 1 3石灰的熟化与硬化1 石灰的熟化 消化 CaO H2O Ca OH 2 Q 64 9KJ 注意 熟化安全措施 分层熟化 2 硬化1 干燥硬化 石灰浆体中的水分蒸发 使氢氧化钙达到饱和 从溶液中析出晶体 同时干燥使浆体紧缩而产生强度 2 碳化硬化 Ca OH 2 CO2 nH2O CaCO3 n 1 H2O碳化强度 石灰的生产 熟化 硬化小结 过火石灰存在 陈伏半个月左右 常见实例 陈伏时间不够 引起房屋抹面层凸起开裂熟化为石灰膏 乳的注意点 水层隔绝空气 避免发生碳化熟化安全 分层熟化 热量较快散失 3 1 4石灰的技术要求 根据我国建材行业标准JC T479 92 建筑生石灰 与JC T480 92 建筑生石灰粉 JC T481 92 建筑消石灰粉 的规定 按照技术指标分为优等品 一等品 合格品三个等级 生石灰 生石灰粉及消石灰的技术指标见表3 1 3 2 建筑工程中所使用的石灰通常分为三个品种 建筑生石灰 建筑生石灰粉和建筑消石灰粉 表3 1生石灰的技术标准 表3 2生石灰粉的技术标准 工程实例某工地要使用一种生石灰粉 现取试样 应如何判该石灰的品质 1 检测石灰中CaO和MgO的含量 二氧化碳的含量 细度 2 根据MgO含量 判定该石灰的类别 属钙质 镁质石灰 3 根据表3 1判定该石灰的等级 3 1 5石灰的应用1 石灰乳 涂料2 砂浆 石灰砂浆 石灰水泥混合砂浆3 石灰土和三合土 石灰 粘土 石灰土 灰土 用于道路的底基层 基层 拌和 按比例5 12 石灰 粘土 砂 炉渣 石膏 三合土 应用历史悠久主要用于建筑物的地基 基础 也用于道路的基层 垫层 第三章气硬性胶凝材料 3 2石膏石膏 CaSO4为主要成分 分为建筑石膏和高强度石膏两种 石膏的存在形式 天然二水石膏化工石膏天然无水石膏建筑石膏高强石膏 CaSO4 H2O CaSO4 H2O与CaSO4混合废渣 CaSO4 H2O 硬 CaSO4 1 2H2O CaSO4 1 2H2O 3 2 1建筑石膏的水化 特点 极快 全过程约7 12min 3 2 2建筑石膏的凝结硬化自由水水化和蒸发 石膏浆体可塑性减小 浆体变稠 凝结晶体逐渐长大 浆体产生强度 直到干燥 硬化 3 2 3建筑石膏的技术性质和要求1 技术性质密度和堆积密度小 属轻质材料凝结硬化快凝结硬化时体积略膨胀硬化后孔隙率高防火性能好耐水性和耐冻性差 2 技术要求 3 2 4建筑石膏的应用制备石膏砂浆和粉刷石膏 石膏表面坚硬 光滑细腻 不起灰 便于再装饰 常用于室内高级抹灰和粉刷 石膏板及装饰件 石膏板质轻 保温隔热 吸声防火 尺寸稳定 便于施工 广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙 常用制品 纸面石膏板 纤维石膏板 空心石膏板 穿孔石膏板 装饰石膏板 石膏角线等装饰件 第三章气硬性胶凝材料 3 3水硬性胶凝材料水泥 即能在水中凝结 又能在空气中凝结的胶凝材料 3 3 1水泥分类 硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥铁铝酸盐水泥 2 按性能和用途分类 通用水泥专用水泥特性水泥 按化学成分 3 3 2硅酸盐水泥 1 硅酸盐水泥的生产工艺概述2 硅酸盐水泥的组成材料3 硅酸盐水泥的水化和硬化4 硅酸盐水泥的技术性质5 硅酸盐水泥的技术标准6 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 1 硅酸盐水泥的生产工艺概述 1 生产工艺两磨一烧 生料制备 熟料煅烧和水泥粉磨三个过程 2 生产原料 石灰石质原料 石灰石 白垩等粘土质原料 粘土 页岩等 校正原料 少量 铁粉 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 Fe2O3 2 硅酸盐水泥的组成材料 1 硅酸盐水泥熟料 2 石膏 3 混合材料 1 硅酸盐水泥熟料 简称为熟料 1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸三钙 主要矿物组成 分子式 分子简式 3CaO SiO2 C3SC2SC3AC4AF 2CaO SiO2 3CaO Al2O3 4CaO Al2O3 Fe2O3 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 名称 注意 水泥中的其它成分 原因 煅烧水泥中反应 危害 影响水泥体积安定性 石灰石质原料富含 潜在危害非常严重 2 硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性 实例快硬水泥 3d抗压强度高 熟料中C3A C3S含量高 适用于紧急抢修工程 军事工程 冬季施工工程 道路水泥 抗折强度高 耐磨 抗冲击 抗冻和抗硫酸性好 干缩性小 C4AF C2S含量高 适用于道路路面 机场道面 城市广场等工程 大坝水泥 简称中热水泥低热矿渣水泥 加入矿渣 适用于大坝工程 大型构筑物 大型房屋的基础等大体积工程 水化放热较低 C2S含量高 C3A含量低 2 石膏 作用 缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结 无法施工 加入适量的石膏会延缓凝结时间 同时还有利于提高水泥早期强度 降低干缩变形等性能 石膏品种 主要采用天然石膏 工业副产石膏 3 混合材料 1 活性混合材料2 非活性混合材料 1 活性混合材料 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料 炼钢厂冶炼生铁时的副产品 主要成分 CaO Al2O3 SiO2 具有较高的化学潜能 但稳定性差 粒化高炉矿渣山灰质混合材料粉煤灰 火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣 主要成分 较多的SiO2 Al2O3和少量的CaO具有较高的活性 天然的人工的 主要成分 Al2O3 SiO2 本身不硬化 石灰 水起胶凝作用 2 非活性混合材料 定义 在水泥中主要起填充作用 本身不具有 或具有微弱的 潜在的水硬性或火山灰性 目的 调节水泥强度 增加水泥产量 降低水化热 常用种类 磨细的石灰石 石英岩 粘土 慢冷矿渣 高硅质炉灰等 五大品种硅酸盐水泥 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 不掺混合材 少量混合材 水泥量5 硅酸盐水泥熟料 适量石膏 多量混合材 P P 少量混合材 水泥量6 15 P O 粒化高炉矿渣 P P P F P S 火山灰 粉煤灰 3 硅酸盐水泥的水化硬化 1 水化 水化速度快 长纤维状 短纤维状 六方板结晶 缓凝机理 同上 针状结晶 立方板状结晶 第一阶段 大约在水泥拌水起至初凝时止 C3S迅速反应生成Ca OH 2 石膏和C3A反应生成钙矾石晶体 水泥浆呈塑性状态 第二阶段 大约从初凝起至24h止 水泥水化加速 生成较多的Ca OH 2 钙矾石晶体 水化硅酸钙凝胶 水化产物大量生成 水泥凝结 第三阶段 指24h以后直到水化结束 所有水化产物生成 数量不断增加 结构更加致密 强度不断提高 2 水泥的硬化 水泥硬化研究理论水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理 不同的矿物在不同的阶段 水化机理也会不完全相同 4 硅酸盐水泥的技术性质 1 化学性质 不溶物 主要指煅烧过程中存留的残渣 不溶物的含量会影响水泥的粘结质量 烧失量 水泥煅烧不理想或者受潮后 会导致烧失量增加因此 烧失量是检验水泥质量的一项指标 氧化镁 第4章无机胶凝材料 水化慢 体积膨胀 影响安定性 三氧化硫 碱 限制发生碱 集料反应 按 Na2O 0 658K2O 值计 2 物理力学性质 细度 0 08mm方孔筛筛余量 负压筛法 适用于其它水泥 比表面积 m2 kg cm2 g 勃氏法 适用于硅酸盐水泥 a 指标 b 试验方法 1 筛析试验前 调节负压至4000 6000Pa范围内 2 称取试样25g 置于负压筛 筛析2min 3 筛毕 称量筛余物ms 4 结果计算 1 水泥试样筛余百分数 筛余结果的修正 C 修正系数 0 80 1 20 凝结时间a 定义 水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间 称为凝结时间 初凝状态 水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性所需的时间 初凝时间 终凝状态 水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间 终凝时间 c 凝结时间的测定 b 两种状态 1 采用凝结时间测定仪 维卡仪 2 采用水泥标准稠度净浆 d 水泥标准稠度净浆 1 目的 试验结果具有可比性 用于测定凝结时间和安定性 2 测定 试验仪器 维卡仪试验方法 标准法 调整水量法 3 标准稠度净浆标准 试杆距底板距离为6mm 1mm 4 标准稠度用水量 达到标准稠度净浆时的用水量 初凝时间 试杆距底板距离为4mm 1mm 终凝时间 当试针沉入试体0 5mm时 即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时 e 凝结时间测定 安定性a 定义 指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 b 安全性不良的因素 1 MgO过量 2 石膏掺量过多 3 水泥中游离过多CaO c 试验方法 试饼法 雷氏法 发生争议以雷氏法为主 d 雷氏法 1 雷氏夹试件的成型 标准稠度水泥净浆 2 测量A取下试件 测量雷氏夹指针尖端间的距离A 3 沸煮 4 测量C沸煮后 冷却 取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C 5 结果判定当两个试件煮后增加距离C A平均值 5 0mm时 安定性合格 当两个试件C A值相差超过4 0mm时 应重做一次试验 再如此 则认为该水泥安定性不合格 雷氏夹 强度a 检验方法 ISO法 水泥 标准砂 水 1 3 0 5 制成40mm 40mm 160mm棱柱体试件 标准养护3d 28d 分别测定抗折强度 抗压强度 b 强度等级fce k 1 以水泥28d抗压强度确定 2 为强度范围的下限 3 水泥实际强度fce c fce k c 水泥富裕系数 1 0 1 5 c 分类 普通型 早强型 5 硅酸盐水泥的技术标准 1 技术标准 2 废品水泥和不合格水泥GB175 1999 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 规定 凡氧化镁 三氧化硫 初凝时间 安定性中任一项不符合本标准规定时 均为废品 凡细度 终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品 水泥包装标志中水泥品种 强度等级 生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品 6 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 1 腐蚀1 软水侵蚀溶出Ca OH 2降低碱度2 硫酸盐腐蚀 3 镁盐腐蚀 4 一般的腐蚀中和反应5 碳酸腐蚀 6 强碱腐蚀 2 防止1 根据腐蚀环境特点合理选