土木工程材料石灰水玻璃水泥

2.气硬性胶凝材料,1.胶凝材料,能将散粒材料或块状材料胶结为整体并具有一定机械强度的物质。又称胶结料。如：水泥、石膏、石灰、沥青等。,概述：胶凝材料的定义与分类,2.胶凝材料的分类,胶凝材料,基本成分为天然的或合成的有机高分子化合物，如沥青、树脂。,基本成分为无机化合物。,只能在空气中硬化、保持或发展强度如：石膏、石灰、水玻璃等。,能在空气和水中硬化、保持和发展强度。如：水泥。,2.气硬性胶凝材料,2.1石灰,一、石灰生产简介,1.生产原理：,煅烧时间过长或温度过高过火石灰；温度过低或煅烧时间不足欠火石灰降低产量。,2.石灰的品种,生石灰（块灰）：石灰石煅烧而成。生石灰粉（磨细生石灰）:块灰破碎、磨细而成。消石灰粉（熟石灰）：块灰淋水消解而得。石灰膏：块灰加入足量的水，淋制熟化而成（膏状）。石灰乳（石灰水）：石灰膏用水冲淡而成（浆液状）。,自行消解：热量促硬化，膨胀促致密；磨细：过火石灰消解加快，混合均匀；若条件许可，尽可能采用。,石灰的“熟化”或“消化”；自身粉化，不需磨细；大量放热，不断搅拌，减少逆反应；防潮，防火防爆；体积增大，注意容器匹配；,二、石灰的技术要求,1.建筑生石灰,产品标准：建筑生石灰（JC/T479-92）钙质生石灰（MgO5%），镁质生石灰（MgO5%）。,建筑生石灰的技术指标,2.建筑生石灰粉,产品标准：建筑生石灰粉（JC/T480-92）；分类：钙质生石灰粉（MgO5%），镁质生石灰粉（MgO5%）。,建筑生石灰粉的技术指标,3.建筑消石灰粉,产品标准：建筑消石灰粉（JC/T481-92）；分类：钙质消石灰粉（MgO4%），镁质消石灰粉（4%MgO24%），白云石消石灰粉（24%MgO30%）。,建筑消石灰粉的技术指标,三、石灰的特性,1.可塑性和保水性较好。,高度分散的Ca(OH)2胶体表面吸附较厚水膜。,2.生石灰水化时水化热大，体积增大（增大1.02.5倍）。,石灰的“熟化”或“消化”,过火石灰：硬化后慢慢水化膨胀局部隆起和开裂需“预水化”（陈状）二周左右。,根据砌筑砂浆配合比设计规程（JGJ98-2000）：生石灰熟化成石灰膏时，应用孔径不大于3mm3mm的网过滤，熟化时间不得小于7d；磨细生石灰粉的熟化时间不得小于2d。,石灰的陈伏,建筑装饰装修工程质量验收规范（GB50203-2001）规定：抹灰用的石灰膏的熟化期不应小于15d；罩面用的磨细石灰粉的熟化期不应小于3d。,3.硬化缓慢。,石灰浆的硬化过程：,表层以CaCO3为主，内层以Ca(OH)2晶体为主，内部水分脱出缓慢，因而石灰凝结硬化缓慢。,4.硬化时体积收缩大。,游离水分蒸发所致。除调成石灰乳做薄层粉刷外，不宜单独使用。施工时常加入骨料或纤维材料（如麻刀、纸筋）。,6.耐水性差。,大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。石灰不宜用于潮湿环境。,7.吸湿性强，是传统的干燥剂。,5.硬化后强度低。,生石灰消化理论需水量32.13%，实际消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸发留下大量孔隙。1:3石灰砂浆28d抗压强度只有0.20.5MPa。,四、石灰的应用,3.气硬性胶凝材料,2.3水玻璃,概述,水玻璃俗称泡花碱，化学通式为，其中，n是二氧化硅与碱金属氧化物之间的摩尔比，为水玻璃的模数，一般在1.53.5之间。,按碱金属氧化物，分为钠水玻璃、钾水玻璃和钾钠水玻璃。,按含水程度的不同，分为以下三类：,块状或粉状水玻璃。溶解度很小，尤其是高模数的水玻璃；含有化合水的固体水玻璃或水合水玻璃。溶解度提高。块状水玻璃的水溶液，即液体水玻璃。,我国目前最常用的仍然是液体钠水玻璃，简称水玻璃。,一、水玻璃的生产,湿法：将磨细的石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2.061053.09105Pa）内用蒸气加热，并搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。干法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于13001400温度下熔化，生成固体水玻璃，再将它装进蒸压釜内，通入蒸汽熔（溶）化后，即制成液体水玻璃。,1.在空气中凝结硬化情况,（无定形硅胶）,空气中CO2浓度低，反应较慢，提高反应速度，可将水玻璃加热或加入氟硅酸钠促硬剂。,二、水玻璃的特性,3.耐酸（不耐碱）：SiO2在强氧化性酸中化学稳定性高。,4.耐热：水玻璃不燃烧，在高温下不分解。,5.防水：水玻璃硬化时析出的硅胶能堵塞材料的毛细孔隙。,2.良好的粘结性能。,模数越大，粘结能力越强；模数相同，则浓度越高，粘结力越强；加入尿素，粘度不变，粘结力提高25%左右。,三、水玻璃的应用,涂刷在建材表面；配制耐酸浆体、耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐热砂浆和耐热混凝土；土壤加固；配制快凝防水剂。,本章结束！,3.水泥,3.1常用水泥（通用硅酸盐水泥）,1.按水泥的命名、定义和术语（GB/T4131-1997）：水泥是指加水拌合成塑性浆体，能胶结砂石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。,2.水泥是各种混凝土的最基本的组成材料，广泛用于建筑、道路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。,我国近年水泥产量一览表,概述,3.水泥发明于1824年。由于它具有与英国波特兰城建筑岩石相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥），首先取得这项专利技术权的是英国的JAspdin。,4.水泥的品种：,按矿物组成分：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等系列水泥；按用途及性能可以分为通用水泥、专用水泥及特种水泥；目前，水泥品种已达到100多种。,一、常用水泥的生产,1.生产工艺：两磨一烧,硅酸盐水泥的生产工艺流程图,（1）原材料的破碎与粉磨,石灰质原料：提供CaO；粘土质原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3；校正原料：铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正材料。,（2）硅酸盐水泥熟料的烧成,硅酸盐水泥熟料主要包括下列四种矿物：,硅酸三钙（3CaOSiO2，简写为C3S），含量37%60%；硅酸二钙（2CaOSiO2，简写为C2S），含量15%37%；铝酸三钙（3CaOAl2O3，简写为C3A），含量7%15%；铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3，简写为C4AF），含量10%18%。,煅烧窑：立窑、回转窑。,（3）水泥成品的磨制,磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。,二、常用水泥的水化、凝结、硬化,1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应,2.硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性,3.硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化,表面水化，形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。膜层长厚，并伴随破裂、扩展至连接，浆体形成絮凝结构。初凝：开始失去流动性，终凝。完全失去可塑性，并开始产生结构强度。硬化：水泥浆体逐渐转变为具有一定强度的水泥石固体。,水泥凝结硬化过程示意图,1水泥颗粒；2水分；3凝胶；4晶体；5水泥颗粒未水化内核；6毛细孔,4.石膏在水泥中的作用。,控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3左右。,C3A的水化：,反应迅速，产生急凝，或闪凝。,加入石膏：,高硫形水化硫铝酸钙,又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。,石膏耗完,C3A与钙矾石反应,单硫形水化硫铝酸钙,溶于水，水化继续,钙矾石显微形貌,（1）水泥混合材料,在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。,5.混合材料在水泥中的作用。,粒化高炉矿渣,炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒；直径一般为0.55mm，需磨细使用；急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣；成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性；活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温下可与氢氧化钙起作用而产生强度。,火山灰质混合材料,火山灰质混合材料：泛指火山灰一类的物质。火山灰：火山喷发的熔岩急冷形成。含有玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，使火山灰具有活性。,粉煤灰,火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰。颗粒直径0.0010.05mm，玻璃态的实心或空心球状。活性来自玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。,（2）活性混合材料的作用,（3）矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反应,分两步进行,水泥熟料颗粒水化；矿渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化时析出的Ca(OH)2和外掺石膏的激发，生成新的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙。,水泥熟料矿物水化后的产物又与活性氧化物进行反应，生成新的水化物。,二次（水化）反应,（4）激发剂,Ca(OH)2和石膏起着激发水化（使活性混合材料的潜在活性得以发挥），促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。,常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类。,碱性激发剂：石灰，硅酸盐水泥熟料。硫酸盐激发