《胶凝材料学》笔记

1、第一章 石 膏 Gpysum石膏应用的历史：9000年前，叙利亚和土耳其的安那托利亚就有古迹；5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨成粉末，再与水拌合制得用于金字塔建设中石块的粘结材料灰浆；372287BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做神庙的窗户；古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊的雕塑；17世纪，巴黎的木制房的所有墙壁均用石膏灰浆覆盖，以提高防火性能。因而，巴黎有石膏首都（capital of plaster）之称。石膏胶凝材料的优点：燃耗低、投资小、生产率高、资源丰富；质量轻、凝结快、耐火性好、隔音、隔热好；可取代粘土砖。石膏胶凝材料的用途：医药、工艺雕塑、

2、陶瓷、机械模型、水泥、纸面石膏、建筑饰面板、隔音板等。一、石膏的相组成及晶体结构石膏-CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料。分为建筑石膏和高强度石膏两种。CaSO4·xH2OX=0硬石膏（无水石膏）X=0.5熟石膏（半水石膏）型 高强度石膏型 建筑石膏X=2生石膏（二水石膏）目前一般认为石膏有五种形态，七个变种：石膏是晶体结构建筑石膏（-CaSO4·1/2H2O）是二水石膏在一定温度下加热脱水并细磨制成的，以型半水石膏为主要组成的气硬性胶凝材料。高强石膏（-CaSO4·1/2H2O）是二水石膏在加压蒸气热处理条件下形成型半水石膏，经干燥细磨制成的气硬性胶凝材料。建

3、筑石膏与高强石膏的区别：建筑石膏结晶度较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，比表面积较大，需水量大，水化速度快，水化热高，水化后硬化体的强度低。高强石膏结晶比较完整，常呈短柱状，晶粒较粗大，比表面积较小，致密，有一定的结晶形状，需水量小，水化速度慢，水化热低，水化后硬化体的强度高。二、石膏的生产生产方法：将原料在不同压力和温度下煅烧、脱水，再 经磨细而成的。在不同的工艺条件下，所得到的产品结构、性质、用途也各不相同。1、原料天然二水石膏名称：等级一二三四五CaSO4·2H2O %959485847574656455分子式：CaSO4·2H2O（按其二水硫酸钙百分含量划分为五个

4、等级）化学组成的理论质量：32.57% CaO ，46.50% SO3，20.93%H2O物理性质：莫氏硬度为1.22.0（所以称软石膏）；密度为2.22.4 g/cm3；纯净的石膏为无色透明或白色，常含有粘土、细砂等杂质而显灰、褐、赤色、灰黄、淡红等各种颜色；按物理性质可将其分为五类。晶型结构：二水石膏属于单斜晶系。Ca2+联结SO42-四面体，构成双层的结构层，水分子分布于双层结构层之间。其双晶呈燕尾状。天然硬石膏名称：天然硬石膏，又称无水石膏分子式：CaSO4化学组成的理论质量：41.19% CaO ，58.81% SO3物理性质：莫氏硬度为3.03.5（硬度比二水石膏大，故称硬石膏）；

5、密度为2.93.0g/cm3；纯净的硬石膏为无色、透明或白色，常含有粘土、细砂等杂质而成暗灰色；属正交晶系。 化工石膏（工业副产石膏）磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏(FGD)及其它副产石膏。2、生产工艺干法煅烧：在干燥条件下脱水而成；建筑石膏湿法煅烧：在饱和水蒸气压下“煮成”；高强石膏陈化处理：新制备的建筑石膏应经过储存才能使用，这一工序称为陈化。陈化的本质是使石膏的品质均一化。陈化时应注意尽量避免与湿空气接触。3、建筑石膏的常用煅烧设备连续式炒锅；内加热管式回转窑；沸腾炉沙士基打磨；Delta磨；彼德斯磨；斯德动态气流煅烧炉三、半水石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体

6、，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。溶解水化过饱和凝结硬化1、半水石膏的水化过程与机理水化机理结晶理论（溶解析晶理论）：由于半水石膏的溶解度比二水石膏大（约4倍），所以二水石膏处于过饱和状态，不断从溶液中析晶，水解反应不断，反应不断向右进行，直至半水石膏全部转变成二水石膏。胶体理论（局部化学反应理论）2、半水石膏的硬化过程与机理（1）凝结：自由水水化和蒸发，石膏浆体可塑性减小，浆体变稠。（2）硬化：二水石膏晶体逐渐长大，共生交错，形成一个结晶结构网，浆体产生强度，直到干燥。石膏浆体的硬化过程就是结晶结构网的形成过程。水化、凝结、硬化三个过程是相

7、互交错，连续进行的。石膏制品的共同特点：抗水性差；抗压强度干燥状态6.010.0MPa，饱和水状态强度损失可达70甚至更大原因：石膏硬化浆体中结晶接触点具有重大的溶解度提高石膏硬化浆体抗水性的途径：保证石膏硬化浆体结晶结构的形成；在保证一定强度的前提下，减少接触点的数量；保证石膏硬化浆体有较高的密实度，即减少孔隙率和孔径的大小以及结构裂缝；加入一定数量的硅酸盐水泥或其他含有活性二氧化硅、三氧化二铝的氧化钙。四、石膏的性质与技术要求1、建筑石膏的性质和技术要求（1）技术性质颜色：白色；密度通常为2.52.7kg/cm3； 堆积密度通常为0.81.0kg/cm3孔隙率大：50%60%（2）石膏产品

8、的标记：（3） GB 9776建筑石膏的等级要求 ：等级优级品一等品合格品抗折强度（MPa）2.52.11.8抗压强度（MPa）4.93.92.9细度0.2mm方空筛筛余（%）不大于5.010.015.0初凝(min)6终凝(min)30（4） 建筑石膏的特性 凝结硬化速度快：一般石膏的初凝时间仅为10分钟左右，终凝时间不超过30分钟，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。凝结硬化时的微膨胀性：建筑石膏凝结硬化时，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%1.5%）。这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱

9、满，棱角清晰完整，避免了普通材料干燥时的开裂，因而装饰性好。孔隙率大：建筑石膏的理论需水量为18.6%，但在使用时为使石膏浆获得良好的流动性，其实际加水量60%80%。因此硬化后多余水分蒸发，造成石膏内部的大量微孔，气孔率约50%60%。耐水性、抗冻性、抗渗性差：不宜用于室外防火性好：建筑石膏硬化后的主要成分为CaSO4.2H2O，遇火时，其中的结晶水脱出能吸收热量，而且生成的无水石膏是良好的热绝缘体。装饰性和可加工性好：石膏制品不仅表面光滑，且质地细腻，颜色洁白，装饰性好；此外，硬化石膏可锯、可刨，具有良好的可加工性2、高强石膏的性质和技术要求密度通常为2.62.8kg/cm3，松堆积密度为

10、1.01.2kg/cm3，紧堆积密度为1.21. 5kg/cm3；初凝时间不早于3min，终凝时间不早于5min，不晚于30min。高强石膏的需水量为3545%，为建筑石膏的一半左右。强度高，3h抗压强度可达924MPa，7d可达1540MPa。其特点是无收缩。高强石膏的标号和强度标号抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）3h7d3h7d1509.015.01.82.520012.020.02.23.025015.025.02.53.530018.030.02.84.040024.040.03.35.0第二章 石灰 Lime一、石灰的制备1、原料：生产石灰的原料是含碳酸钙为主的天然岩石，即石灰石

11、。在自然界中，有两种碳酸钙矿物，即方解石和文石。主要成分CaCO3，一般CaCO390，其次为MgCO3，还有一定的粘土等杂质。其他常用生产石灰原料：白云质石灰石、白垩、大理石、贝壳石灰石、工业废渣等。2、生产工序：岩石破碎煅烧粉磨（消解）二、石灰的熟化（lime slaking）工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟石灰氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，或“熟化”。反应特点：放热量大、快：1h放热是混凝土1d放热的9倍多体积膨胀：熟化时体积增大12.5倍。陈伏：为消除过火石灰的危害，将熟化后的石灰浆或石灰膏放在化灰池中储放23周。“陈伏”期间石灰浆表面应保有一层水，以隔绝空气，

12、防止与CO2作用产生碳化。根据熟化时加水量的不同，石灰的熟化方式分为两种 ：（1）熟化为石灰膏（2）熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层淋适量的水，每层生石灰块厚度约50cm，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。三、石灰浆体的硬化1、干燥结晶过程毛细水蒸发，产生负压，颗粒间紧密接触-附加强度水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶-结晶强度2、碳化过程四、石灰的特性及技术要求1、石灰的特性（1）良好的可塑性及保水性：Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜；应用：加入水泥砂浆中，提高砂浆的可塑性，改善保水性（2）凝结硬化慢，强度低（3）耐水性差：不宜用于潮湿环境及受水侵蚀部位。（4）体积收缩大

13、：一般不单独使用，必须掺入填充材料，如砂子、纸筋等以减少收缩，加快硬化（5）吸湿性强2、石灰的技术要求（1）生石灰的技术要求：有效成分含量、未消化残渣含量、欠火程度、产浆量（2）熟石灰粉的技术要求：有效成分含量、游离水含量、体积稳定性、细度第三章 镁质胶凝材料镁质胶凝材料是由磨细的苛性苦土（MgO)或苛性白云石（MgO和CaCO3）为主要组成的一种气硬性胶凝材料。与其他胶凝材料不同，镁质胶凝材料在使用时不用水调和，必须用一定浓度的氯化镁溶液或其他盐类溶液来调和。一.镁质胶凝材料的制备1.原料：镁质胶凝材料一般是将菱镁矿或白云石矿煅烧再磨细而成。主要煅烧设备为立窑和回转窑。（1）菱镁矿(MgCO

14、3)：（2）白云石矿：碳酸镁与碳酸钙的复盐，CaCO3·MgCO3理论摩尔组成：CaCO3 : MgCO3=1 : 1质量组成： CaCO3 54.2%；MgCO3 45.8% 石灰石：MgCO3 05%镁质石灰石： MgCO3 510% 白云质石灰石：MgCO3 1025% 白云石： MgCO3>25%（3）蛇纹石(含水硅酸镁，3MgO·2SiO2·2H2O) （4）冶炼镁合金的熔渣(MgO含量>25%)2.镁质胶凝材料的生产煅烧过程中白云石的分解反应：复盐分解和碳酸镁分解二.镁质胶凝材料料浆的制备和硬化性能1.氧化镁-水系统氧化镁与水拌和后产生反应

15、：MgO+H2O=Mg(OH)2现象：浆体凝结很慢；硬化后强度很低原因：MgO溶解度小，水化过程缓慢，导致硬化时间长；相对过饱和度太大，产生结晶应力，使强度降低。2.氧化镁氯化镁-水系统实验证明：用氯化镁溶液代替水来调制MgO时，可以加速其水化速度，并且能与之形成新的水化物相。这种新相的平衡溶解度比Mg(OH)2高，因此其过饱和度也相应降低。这种用MgCl2溶液调制的镁质胶凝材料材料就是目前广泛关注的氯化镁水泥，简称镁水泥，也称索瑞尔水泥（Sorel Cement)。反应生成的氧氯化镁结晶速度比氢氧化镁快，因而加速了镁质胶凝材料的凝结硬化速度，制品强度显著提高。氯化镁溶液（密度为1.2g/cm

16、3）的掺量一般为菱苦土的55%60%。掺量太大则凝结速度过快，且收缩大、强度低。掺量过少，则硬化太慢、强度也低。此外，温度对凝结硬化很敏感，氯化镁掺量可作适当调整。 1、镁水泥的水化过程MgO在MgCl2溶液中的水化反应可以用水化放热速率q随时间t的变化率来描述。2、镁水泥的水化相现在较公认的水化相有“相3”和“相5”相3：3Mg(OH)2·MgCl2 ·8H2O，简称3·1·8 相5：5Mg(OH)2·MgCl2 ·8H2O，简称5·1·8镁水泥的硬化体是由水化物3·1·8相和5·1

17、·8相为主的晶体交叉连生而成的晶体网状结构。3、镁水泥的硬化强度和抗水性（1）硬化强度：在干燥条件下具有硬化快、强度高的特点（2）抗水性：抗水性差，在潮湿条件下其强度很快降低。（镁水泥制品的耐水性和耐久性差，吸湿性大，易返潮和翘曲变形。其根本原因是相3和相5是不稳定的。）氯盐的吸湿性大，结晶接触点的溶解度高，水化物具有高的溶解度。解决措施：掺入外加剂（少量磷酸或磷酸盐水溶性树脂）改用硫酸镁(MgSO4·7H2O)、和铁矾(FeSO4)做调和剂后，可以降低吸湿性，提高抗水性，但强度较用氯化镁低。三.镁质胶凝材料的应用建筑材料（镁质混凝土及其制品、镁纤复合材料等），装饰材料，包

18、装材料，化工原料，化肥，饲料，植物光合作用促化剂，油井填料，阻燃材料。第四章 水玻璃 (water glass)一.概念水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅组成。化学通式：R2O·nSiO2其中R2O为碱金属氧化物，n为SiO2和R2O的摩尔比值，称为水玻璃模数，一般在1.53.5之间。最常见的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2，还有硅酸钾水玻璃K2O·nSiO2等。【水玻璃与普通玻璃的区别：】（1）水玻璃能溶解在水中，并能在空气中凝结和硬化。（2）一般，水玻璃模数n越大，水玻璃的密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘结力、强度

19、、耐热性与耐酸度越强，越难溶解于水。但n太大，则粘度太大，不利于施工操作，难以保证施工质量。建筑中一般取n=2.62.8，密度为1.31.4g/cm3二.水玻璃的生产方法1、生产水玻璃的方法有湿法和干法两种：（1）湿法生产：将石英砂和苛性钠溶解在压蒸锅（0.20.8 MPa)内，用蒸汽加热并进行搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。（2）干法碳酸盐法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于13001400下溶化，按下式反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃。2、水玻璃的种类（1）固体水玻璃：尚有不同形状的固体水玻璃，如未经溶解的块状或粒状水玻璃，溶液除去水分后呈粉状的水玻璃等。（2）液

20、体水玻璃液体水玻璃因所含杂质不同，而成青灰、绿色或微黄色，以无色透明的液体水玻璃为最好。液体水玻璃可以和水按任意比例混合成不同浓度（或相对密度）的溶液。同一模数的液体水玻璃，其浓度愈稠，则相对密度愈大，粘结能力愈强。在液体水玻璃中加入尿素，在不改变其粘度情况下，可以提高粘结力25左右。三.水玻璃的硬化液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸，并逐渐干燥而硬化：这个过程进行的很慢，为了加速硬化，可以将水玻璃加热或加入氟硅酸钠Na2SiF6，作为促凝剂。水玻璃中加入氟硅酸钠后发生下面反应，促使硅酸凝胶加速析出：氟硅酸钠适宜的用水量为水玻璃质量的12 15。如果用水量太少，不但硬化速度缓慢，强

21、度降低，而且未经反应的水玻璃易溶于水，因而耐水性差。但如果用量过多，又会引起凝结过速，使施工困难，而且渗透性大，强度也低。四.水玻璃的性质与应用1、水玻璃的性质（1）粘结能力强、强度高：水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达1540MPa。（2）耐热性好：水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥的更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。可用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。（3）耐酸性好：由于水玻璃硬化后的主要成分是二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以为的几乎所有的有机和无机酸。可用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂

22、浆、耐酸胶泥等。（4）耐碱性和耐水性差：由于水玻璃在加入促凝剂后不能完全硬化，仍有一定量的Na2O·nSiO2 。SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水。常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理来提高耐水性。2、水玻璃的应用（1）涂刷建材料表面，提高抗风化能力用浸渍法处理多孔材料，可使其密度和强度提高。常用水将液体水玻璃稀释到相对密度为1.35左右的溶液，多次涂刷和浸渍。对粘土砖、硅酸盐制品、水泥混泥土和石灰石等，均有良好的效果。但不能用以涂刷和浸渍石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙会起化学反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显

23、著膨胀，从而导致制品的破坏。调制液体水玻璃时，可以加入耐碱颜料，兼有饰面效果。水玻璃与石灰间的反应：生成的硅酸钙胶体填实制品孔隙，使制品的密度有所提高。（2）配制防水剂配方：以水玻璃为基料，加入两种、三种、或四种矾配制而成，分别称为二矾、三矾或四矾防水剂。四矾防水剂是以蓝矾（硫酸铜）、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各一份，溶于60份100的水中，降温至50 ，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成。这种防水剂凝结迅速，一般不超过1分钟。适合用于与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。因为凝结过快，不宜配制水泥防水砂浆，作为屋面和地面的刚性防水层。（3）配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖

24、墙裂缝（4）用于土壤加固：将模数2.53的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地下压入，两种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤包裹并填实孔隙。硅酸胶体作为一种可以吸水膨胀的冻状胶体，因吸收地下水而经常处于膨胀状态，阻止水分的渗透和使土壤固结。水玻璃与氯化钙的反应式为：用这种方法加固砂土，抗压强度可达36MPa。第五章 混凝土(concrete)一.混凝土的概念混凝土（简称“砼”）:是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合，拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。硬化前的混凝土常被称为混凝土拌和物；如果在混凝土中配有钢筋，则称之为钢筋混凝土；如果混凝土组成中没有粗骨料则为砂浆；而由水

25、泥和水拌和所得到的是水泥浆。二.混凝土的特点1.优点：（1）可浇注性：由于其凝结前的良好塑性，可浇制成各种形状和尺寸的构件或结构物；（2）匹配性好：它与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；（3）强度高、耐久性好：经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特点；（4）经济性好：其组成材料中砂、石等地方材料占80以上，符合就地取材和经济的原则。2.缺点：抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大。三.混凝土的分类1.按胶凝材料种类分：（1）无机胶凝材料混凝土：如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等；（2）有机胶凝材料混凝土：如沥青混凝土、聚合物混凝土等。2.按用途分：结构混

26、凝土、防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、大体积混凝土、膨胀混凝土、道路混凝土3.按施工方法分：离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等4.按表观密度的大小分三类：（1）重混凝土干表观密度大于2600kg/m3，由特别密实和特别重的骨料制成，如重晶石混凝土，钢屑混凝土等。具有不透x射线和射线的性能。（2）普通混凝土干表观密度为19002500kg/m3,由天然的砂、石作骨料制成。常用土木建筑。（3）轻混凝土干表观密度小于1900kg/m3。常采用轻质多孔骨料或加气剂、泡沫剂配制的多孔结构混凝土。四.普通混凝土的组成材料1、水泥与水：水泥与

27、水形成水泥浆包裹在骨料表面并充填其空隙。水泥浆在硬化前起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，以便于施工。水泥浆硬化后，将骨料胶结成一个坚实的整体。2、骨料（集料）：骨架作用：骨料比较坚硬，体积稳定性好，在混凝土中起骨架作用。填充作用：骨料属于地方性材料，其成本大大低于水泥，降低混凝土成本。有害杂质：有机物、硫化物、硫酸盐；云母、轻物质、氯化物。（1）颗粒形状及表面特征：尤其指粗骨料，较好的是接近球体或立方体的浑圆状和多棱角状颗粒，针状、片状较多会降低混凝土强度；表面特征即表面粗糙程度及孔隙特征，主要影响和易性和胶结料的黏结力。（2）坚固性：有抗冻性要求的混凝土所用的粗骨料，要求测其坚固性。试样在

28、饱和硫酸钠溶液中经5次循环浸渍后，其质量损失应不超过标准中的规定值；细骨料中天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，人工砂采用压碎指标法进行试验。（3）强度（粗骨料）：抗压强度：集料制成边长为50mm的立方体试件，在饱和水状态下测定的抗压强度值。压碎指标值：反映集料强度的相对指标，在集料的抗压强度不便测定时，常用来评价集料的力学性能。3、化学外加剂：改善新拌混凝土流变性的外加剂，如各种减水剂、流化剂、泵送剂、引气剂等。调节混凝土凝结时间及硬化时间的外加剂，如外加剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂等。调节混凝土空气含量的外加剂，如引气剂、消泡剂、发泡剂等。改善混凝土力学性能和耐久性的外加剂，如引气剂、减水剂、防

29、冻剂、减缩剂、阻锈剂等。赋予混凝土特殊性能的外加剂，如着色剂、泡沫剂、膨胀剂等。4、矿物掺合料：非活性矿物掺合料；活性矿物掺合料作用：减少水泥用量，降低成本；利用工业废料，有利于环保；减低混凝土的水化放热量，有利于体积稳定；改善混凝土的抗腐蚀性；改善新拌混凝土的和易性。5、混凝土拌合及养护用水：拌和水中应不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。酸性、碱性或含有侵蚀性的盐类、海水等不可。五.普通混凝土的主要技术性质混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；混凝土拌合物凝结硬化后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计载荷，并应

30、具有必要的耐久性。1.混凝土拌合物的和易性（1）和易性的概念和易性（workability）是指混凝土拌合物易于施工操作（拌和、运输、浇灌、捣实），并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三个方面。流动性（fluidity）是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性（cohesiveness）是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致于产生分层和离析现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中具有一定的保水能力，不产生严重的泌水现象。（2）和易性的指标：测定拌合物的流动

31、性，直观经验评定粘聚性和保水性。GB/T50080-2002方法：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落筒（无底）内，装满刮平后，垂直向上提起筒，量出拌合物向下坍落的尺寸，称坍落度(mm)。根据坍落度的不同，将混凝土拌和物分为：流态的（坍落度大于80mm），流动性的（坍落度为3080mm），低流动性的（坍落度为1030mm），和干性的（坍落度小于10mm）。（3）影响和易性的主要因素 a.水泥浆的数量：水泥浆赋予混凝土一定的流动性。水灰比不变时单位体积内水泥浆越多，流动性越大；水泥浆过少，则不能填骨料空隙和包裹骨料表面，粘聚性变差，可能产生崩坍现象。 b.水泥浆的稠度：水泥浆的稠度是由水灰比

32、决定的。水泥用量不变时，水灰比小，水泥浆越稠混凝土流动性就小。反之流动性加大。 c.砂率：指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的表面积显著的改变，因此对混凝土拌和物的和易性产生显著的影响。 d.时间和温度：混凝土的拌和物的坍落度随时间的推移逐渐减小，主要由于水化反应，骨料吸收水分，水分蒸发的因素。2.混凝土的强度（1）混凝土受力变形及破坏过程（自学）（2）混凝土的立方体抗压标准强度与强度等级试样为边长150mm的立方体，测28天抗压强度。立方体抗压标准强度是具有95保证率的立方体试件抗压强度。混凝土强度等级：按混凝土的立方体抗压标准强度来确定，C7.5、C

33、10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个等级。（3）混凝土的轴心抗压强度（棱柱形或圆柱形）（4）混凝土的抗拉强度（抗压强度的1/101/20) （5）影响混凝土强度的因素a 水灰比与水泥标号：配合比相同时，水泥标号越高，混凝土强度越大；所用水泥相同时，水灰比越小，水泥石强度高，与骨料粘结力大，混凝土的强度越高。b 温度与湿度：温度和湿度影响水泥的水化，温度高湿度大均有利于水泥的水化，混凝土强度发展快。反之有害。c 龄期：正常养护条件下，混凝土的强度随龄期的增加而增长。714天内，强度增长较快，28天以后，强度增长缓慢，但龄期延续强度仍能增长。

34、3.混凝土的变形性能混凝土的变形性能分为四种：化学收缩；干湿变形；温度变形；荷载变形(弹塑性变形，徐变)化学收缩：由于水泥水化后总体积比水化前小，从而使混凝土收缩，称为化学收缩。化学收缩是不可逆过程。干湿变形：有时也叫干缩湿胀，干缩主要是由于内部水分蒸发引起胶体失水产生紧缩，另外毛细管水分蒸发会使颗粒受到毛细管压力而使体积收缩。这种收缩是可逆的，吸水后还会重新膨胀。温度变形：一是热胀冷缩的性质，膨胀系数10×10-6二是由于水化放热，在大体积混凝土内部和外部产生温差，造成胀缩不同，有时会产生裂缝。荷载变形：一种是短期荷载作用下的变形，弹性和塑性；另一种是在长期荷载作用下的变形徐变4.

35、混凝土的耐久性概念：混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性和耐热性决定着混凝土经久耐用的程度，统称为耐久性。抗渗性：指混凝土在水、油等液体作用下，抵抗渗透的性能。抗冻性：指混凝土在饱和水的状态下，能经受多次冻融循环而不破坏和不严重降低强度的性能。混凝土的碳化（中性化）：是空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙和水。碱骨料反应：混凝土中的骨料与水泥中的碱反应，引起混凝土体积膨胀和开裂。提高混凝土耐久性的措施：合理选择水泥品种；控制水灰比及水泥用量；提高砂石质量；掺用外加剂(引气剂、或减水剂）；改善施工方法六.混凝土的质量控制（自学）七.普通混凝土的配合比设计确定水泥、水、砂子、石子四项基本

36、组成之间的比例关系。三个重要参数：水灰比；砂率；单位用水量。混凝土的配合比的设计步骤：1)配制强度（Rh）的选择：RhRd+1.64502）初步确定水灰比（W/C)：R28=ARC(C/W-B)3)确定单位用水量（Wo）：根据坍落度值、所用骨料的种类、规格来选择4） 计算水泥用量（Co)：5）选择合理的砂率值（s)：6）计算粗、细骨料用量（Go、So)：绝对体积法；假定表观密度法7）配合比的试配、调整与确定八.其它品种混凝土轻骨料混凝土；加气混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土；耐热混凝土；硅酸盐耐热混凝土；铝酸盐耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土；磷酸盐耐热混凝土；防水混凝土；聚合物混凝土；聚合物水泥混

37、凝土；聚合物浸渍混凝土；高性能混凝土。第六章 水 泥第一节 绪论一、水泥的定义加入适量水后可形成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，统称为水泥。简言之，水泥是一种水硬性胶凝材料。特征：具有流动性、胶结性和强度二、水泥的分类按其用途和性能分: 通用水泥、专用水泥、特性水泥按主要水硬性物质分:硅酸盐水泥系列（简称硅酸盐水泥）、铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、其他：如无熟料、少熟料水泥等（1）通用水泥有六种：硅酸盐水泥05%；普通硅酸盐水泥615%；矿渣硅酸盐水泥2070%；火山灰硅酸盐水泥2050

38、%；粉煤灰硅酸盐水泥2040%；复合硅酸盐水泥1550%（2）专用水泥：油井水泥；建筑水泥；道路水泥（3）特性水泥：快硬硅酸盐水泥；抗硫硅酸盐水泥；中热硅酸盐水泥；膨胀硫铝酸盐水泥；自应力铝酸盐水泥第二节 硅酸盐水泥生产概述一.通用硅酸盐水泥的标准类型：100多个水泥专业标准强制性标准：国家标准（代号GB）；建材行业标准（代号JC）推荐性标准：国家标准（代号GB/T）；建材行业标准（代号JC/T）此外还有企业标准（代号：Q）1.通用硅酸盐水泥的定义GB175-2007规定以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料，称为通用硅酸盐水泥。凡由硅酸盐水泥熟料、0%5%的石灰石

39、或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。(P·、P·)不掺混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P·；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P·凡由硅酸盐水泥熟料、6%15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。( P·O)【组份材料】硅酸盐水泥熟料（clinker)；石膏 （gypsum ）；混合材料（admixture)；窑灰（kiln dust)；助磨剂窑灰：从回转窑窑尾气中收集下来的粉尘，品质指标应符合JC/T742的规定。助磨剂：水

40、泥粉磨时允许加入主要起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂，其加入量不得超过水泥质量的0.5%。助磨剂应符合JC/T667的规定硅酸盐水泥熟料（clinker)：按适当比例配合磨成细粉（生料）烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水硬性胶凝物质。石膏（ gypsum ）-缓凝剂天然石膏：符合GB/T5483规定的G类、M类或A类二级（含）以上的石膏、混合石膏。硬石膏：以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的天然矿石。工业副产品石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产品，采用时必须经过试验，证明对水泥性能无害，方可以使用。混合材料（adminixture)：指在水泥磨细时常掺入一些天然或人工合成的矿物材料、

41、工业废渣。活性混合材料（active admixture) 系指符合GB/T1596、 GB/T2847、 GB/T203、GB/T18046规定的粉煤灰、火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）。 非活性混合材料（inactive admixture) 系指活性指标分别低于GB/T203 、GB/T1596、 GB/T2847、GB/T18046 规定的粒化高炉矿渣（或粒化高炉矿渣粉）、粉煤灰、火山灰质混合材料，以及石灰石和砂岩。其中石灰石中三氧化二铝含量不得超过2.5%，以限制石灰石中的泥土含量。水泥的标号按规定龄期的抗压和抗折强度来划分：硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52

42、.5、52.5R、62.5、62.5R六个标号；普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个标号；矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个标号。2.通用硅酸盐水泥标号品种标号抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.5普通硅酸盐水泥52.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.0其他通用硅酸盐水泥52.521.052.54.07.052.5R23.052.5

43、4.57.03.技术要求（1）化学指标不溶物：指水泥经酸和碱处理，不能被溶解的残留物。其主要成分是结晶二氧化硅，其次是R2O3。型0.75 型1.50 烧失量：指水泥在9501000高温下灼烧时，会发生氧化、还原、分解及化合等一系列反应并放出气体，灼烧时产生的一系列化学反应引起的质量增加和减少的代数和。型3.0 ；型3.5； 普通水泥5.0（2）碱含量（选择性指标）水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于 0.6%，或由供需双方商定。（3）物理指标4.检验规则（1）编号与取样年产120万吨以上不超过1200吨为一编号；6

44、0万吨以上至120万吨，不超过1000吨为一编号；30万吨以上至60万吨，不超过600吨为一编号；10万吨以上至30万吨，不超过400吨为一编号；10万吨以下，不超过200吨为一编号。（2）判定规则不合格品：化学要求、物理要求中任何一项不符合标准技术要求。包装不合格：水泥包装标志中水泥名称、强度等级、生产者名称和出厂编号不全。二.硅酸盐水泥的生产工艺1.生产过程（两磨一烧）硅酸盐水泥的生产过程通常可分为三个阶段：生料制备 熟料煅烧 水泥粉磨生料制备：原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适、质量均匀的生料。熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟

45、料。水泥粉磨：熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥。2.生产方法按生料制备方法分： 湿法、干法按煅烧熟料窑的结构分： 立窑生产（普通立窑、机械化立窑）；回转窑生产（干法回转窑；湿法回转窑；半干法回转窑）干法：生料烘干，细磨（同时或不同时）生料粉干法窑内煅烧熟料半干法：生料粉加水制成生料球立窑烧成生料湿法：原料水水磨料浆湿法回转窑熟料湿磨干烧（半湿法）：原料水水磨料浆脱水生料块煅烧熟料新型干法：生料粉预热器分解炉干法窑煅烧熟料3.新型干法水泥生产工艺新型干法水泥生产的特点 :(1)优质 (2)低耗：热耗3000kJ/kg以下，水泥单位电耗90110kWh/t以下。 (3)高

46、效 ：单位容积产量达110270kg/m2，劳动生产率达10004000t/年·人。(4)环保 (5)装备大型化 ：单机生产能力达10000t/d (6)生产控制自动化 (7)管理科学化 (8)投资大建设周期较长 第三节 硅酸盐水泥熟料的组成一、熟料的化学成分及含量主要氧化物：CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3其总和通常占熟料总量的95%以上。其它:MgO(M);SO3 (S);Na2O、K2O(R2O);TiO2(T);P2O5 (P)等，其总量通常占熟料的5%以下。二、熟料的矿物组成及含量硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小（ 3060m ）的人造石。主要四种矿物：&

47、#216; 硅酸三钙：3CaO·SiO2，可以简写C3S，6070%；Ø 硅酸二钙：2CaO·SiO2，可以简写C2S，20；Ø 铝酸三钙：3CaO·Al2O3 ，可以简写C3A，715；Ø 铁相固溶体：4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，1018。其他：少量游离氧化钙(f-CaO)、方镁石、含碱矿物及玻璃体。三、熟料的化学成分与矿物组成的关系四、熟料矿物的特性1、硅酸三钙(tricalcium silicate)(1) 纯C3S是在室温下存在的介稳的高温型矿物。(2) 纯C3S具有同质多晶现象。(3)

48、 在熟料中，C3S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称之为阿利特（Alite），简称A矿。在反光显微镜下为黑色多角形颗粒。常温下，A矿晶型为M型(单斜晶系)或R型（三方晶系）。(4) 矿物水化特性：水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化过程基本完成；水化热较高，抗水性较差;(5) 矿物强度特性：早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种矿物之首，28d强度达一年强度的70%80%;(6)易磨性好，干缩变形小。2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)(1) 纯C2S具有同质多晶现象。(2) 在熟料中

49、，C2S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称之为贝利特（Belite），简称B矿。在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。常温下，B矿为介温态。(3) 矿物水化特性：贝利特水化较慢，28天仅水化20左右；贝利特的水化热较小，抗水化性好，适合用于大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水泥；(4) 矿物强度特性：凝结固化较慢，早期强度低，但后期强度增长率较高，在1年后可赶上阿利特；(5)易磨性差3、中间相：充填在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。 (1) 铝酸三钙（tricalcium al

50、uminate) C3A可固溶有少量SiO2、Fe2O3、MgO、R 2O等形成固溶体，在反光镜下，其反光能力弱，呈暗灰色，并填充在A矿与B矿中间，又称黑色中间相。矿物水化特性：水化快，凝结快；水化热高早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强度，以后不增长，甚至倒缩。干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差(2) 铁相固溶体(ferrite solid solution) 熟料中铁相较复杂。铁铝酸四钙代表的是一系列连续的铁相固溶体。通常固溶有少量的MgO、SiO2等氧化物，称之为才利特（Celite）或C矿。在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿与B矿之间，也称白色中间相。 矿物

51、水化特性：水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如C3S;水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好；早期强度似C3A，后期能增长，似C2S。四种矿物性能比较(4) 玻璃相(glass ) 形成:部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体。主要成分:Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量MgO和R2O。含量取决于液相量及冷却条件。 性能:不及晶体稳定，水化热较大；可改善熟料性能与易磨性。4、游离氧化钙和方镁石（1）游离氧化钙 （Free-lime或f-CaO） 种类 产生原因 特点 对水泥安定的影响性 欠烧f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在11001200低温下形成

52、结构疏松多孔 不大 一次f-CaO 因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密 大 二次f-CaO 熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢 较大 一次f-CaO 过多会引起安定性不良：水泥熟料中含有游离氧化钙，其中部分经较高温度煅烧的氧化钙在水泥凝结硬化后，会缓慢与水生成氢氧化钙，一般三天后就能显现出来，体积膨胀（97.9%），使水泥石发生均匀体积变化。CaO+H2O Ca(OH)2 +V 我国回转窑游离氧化钙控制在1.5%以下，立窑控制在3.0%以下。（2）方镁石 熟料中游离氧化镁过多会引起安定性不良：水泥中的氧化镁在水泥凝

53、结硬化后，会与水生成氢氧化镁。该反应比过少的氧化钙与水的反应更加缓慢，会在水泥硬化几个月甚至几年之后显现出来，且体积膨胀（148%），导致水泥石开裂。MgO+H2OMg(OH)2 +V五、熟料的率值1、定义：硅酸盐水泥熟料中各主要氧化物含量之间比例关系的系数称作率值。2、常用率值：我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。项目含义取值影响规律铝率说明熟料中C3A、C4AF的相对含量。 反映液相的性质。 (C3A 产生的液相粘度大；C4AF产生的液相粘度小.)0.91.9。抗硫酸盐水泥或低热水泥的铝率可低至0.7。p值过大，C3A多，液相粘度大，不利于C3S 的形成，易引

54、起熟料快凝；p值过低，C4AF量相对较多，液相粘度小，对C3S 的形成有利，但易使窑内结大块，对煅烧不利。硅率反映了熟料中硅酸盐矿物、熔剂矿物的相对含量。1.72.7。SM值过高，表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料强度有利，但将给煅烧造成困难；随SM值的降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但SM值过低，熟料强度低，操作困难。石灰饱和系数熟料中的总CaO含量扣除饱和酸性氧化物（如Al2O3、Fe2O3）所需要的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。实际生

55、产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值控制在0.870.96。KH值越大，C3S的比例越高，熟料强度越好。KH值过高，熟料烧结困难需延长烧结时间，否则会出现游离氧化钙，同时窑的产量降低，热耗高，窑衬工作条件恶化。KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S；KH1，无论生产条件多好，熟料中都有游离氧化钙存在；KH0. 667，熟料中无C3S，只有C2S、C3A、C4AF 。说明：三个率值要相互配合适当，才能使熟料顺利烧成，并保证熟料质量。应根据各工厂的原燃料和设备等具体条件而定。 六、熟料矿物组成的计算获得熟料的矿物组成的方法：仪器分析法：如岩相分析；X射线分析；红外光谱分析等。理论计算法：如石灰饱和系数法和鲍格法。1、石灰饱和系数法步骤如下：计算铝率（0.64）按不同的公式计算KH按下列公式分别计算C3S、C2S、C3A、C4AF C3S=3.80（3KH-2）SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3)