土木工程材料无机胶凝材料

1、会计学1土木工程材料无机胶凝材料土木工程材料无机胶凝材料X为结晶水为结晶水H2Ox0，硬石膏(无水石膏)x0.5 ，熟石膏(半水石膏)x2，生石膏(二水石膏) 石膏是晶体结构天然石膏矿纤维状晶体我国石膏矿分布非常广泛CaSO42H2O 120180C干燥空气125180C水蒸气 -CaSO4 0.5H2O -CaSO4 0.5H2O -CaSO4()可溶 -CaSO4()可溶200360C 200360C 400800C400800CCaSO4()不溶 8001180CCaSO4()不溶CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成型和型半水石膏，虽然化学成分相同，但宏观性能上相差很

2、大。型半水石膏结晶完整，常是短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小。型半水石膏结晶较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。因此，型半水石膏的水化速度慢，水化热低，需水量小，硬化体的强度高，其强度比型半水石膏高27倍，所以称为高强石膏。 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。 二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网石膏浆体石膏胶体石膏硬化体水孔隙随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体水化初

3、期：二水石膏晶体较少石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多半水石膏全部水化成二水石膏 所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！各种墙板德国一所教堂的外墙面雕饰室内墙面和天花板的雕饰纸面石膏板的生产工艺流程纸面石膏板生产线1、石膏制品孔隙率较大，在应用上有哪些优点和缺点？ 答：答：优点优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。、天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。材料，不宜用于潮湿环境等

4、。3、如何改善石膏制品的耐水性? 答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；处理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。5、试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？6、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？石灰石10001200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰

5、池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时， 过火石灰减轻或消除过火石灰的危害石灰浆体石灰凝胶体石灰碳化体水孔隙水分损失碳化 结晶作用结晶作用生石灰或熟石灰水成为生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体；浆体中游离水的不断损失，导致浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。硬化。 碳化作用碳化作用Ca(OH)2与空气中的与空气中的CO2气体反应，在表面形成气体反应，在表面形成CaCO3膜层。膜层。提高耐久性。提高耐久性。水泥的特性膨胀水泥快 硬 水 泥低 热 水 泥抗腐蚀水

6、泥 根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。硬化时膨胀硬化速度快水化热低耐腐蚀性好 根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。硅酸盐系水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥 硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；掺大量混合材的硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥u重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。 a本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8

7、%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。b本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%其它活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替。c本组分材料为的活性火山灰混合材料。d本组分材料为符合要求的粉煤灰活性混合材料。e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准的活性混合材料或/和符合标准的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。 20 x 5混合材普通硅酸盐水泥70 x 20矿 渣矿渣硅酸盐水泥40 x 20火山灰火山灰硅酸盐水泥40 x 20粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥50 x 20两种混

8、合材复合硅酸盐水泥硅酸盐水泥5 x 0混合材硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！必要组分v（1）通用硅酸盐水泥的组成“两磨一烧”硅质(粘土)钙 质(石灰石)1450调节原料石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 原料采掘原料采掘原料磨细原料磨细原料混合原料混合反应物产物反应物产物中间产物中间产物预热器回转窑产产 物物熟料冷却熟料冷却熟料储存熟料储存矿物名称 英文名称 缩写分子式矿 物 式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2

9、SiO42CaOSiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)376015377151018 化学组成：化学组成： 主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。 矿物组成：矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：水泥颗粒宏观形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构化学过程水泥熟料矿物的水化反应水泥熟料

10、矿物的水化反应特征与顺序水化度水化度水化时间（天）水化时间（天）离子在水中的扩散C3S表面离子水化弱化晶体中的化学键，增加pH值水化产物成核CSH析出、凝聚、脱水离开水相，形成凝胶，CH结晶生长 水化物层在固液界面上形成，并不断增厚颗粒表面离子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生长CSH凝胶体结构重新排列和凝聚后的凝胶体结构硅酸钙矿物水化物的特征 这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！ 这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。石膏缓凝机理：v 在水泥颗粒表面析出致密的钙矾石凝胶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。当凝胶体破裂（转变为

11、晶体后，孔隙增加；或渗透压作用凝胶体破裂），矿物水化又正常进行。水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d龄期龄期)C-S-H钙矾石钙矾石3d7d49d182d水泥的水化过程： 当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和； 几分钟内，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH离子间反应，形成钙钒石； 几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间； 几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。 此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体

12、 凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”； 硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。水泥浆如何转变成坚硬固体？水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散新拌1小时后数小时后几天后几周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶体水泥颗粒水泥颗粒水水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体水泥水化物膜层水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒

13、粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。硅酸盐水泥水化时的放热曲线水化放热速度水化放热速度溶解：溶解：钙钒石钙钒石形成形成诱导期：诱导期：Ca2浓度增加浓度增加C-S-H和和CH快速形成快速形成初凝初凝终凝终凝单硫型硫铝单硫型硫铝酸钙形成酸钙形成扩散控制反应扩散控制反应水化度()时间(天) 水泥熟料矿物的水化速度： C3A C3ACaSO42H2O C3S C

14、4AF C2S 水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快； 水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；水泥细度水泥细度Fineness of Cement粒径： 3m 水化非常迅速，需水量增大； 90 m 几乎接近惰性。 答：水泥的水化反应是液固异相反应，反应首先发生在液固界面上； 水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。比表面积比表面积 m2/kg放热速度放热速度时间时间/小时小时细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比1.0)水化速度(放热量)的影响水泥浆比表面积与水化度随时间的关系水泥浆比表面积与水化度随时间的关系水化度(%)比表面积(m2/cm3

15、)温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短水泥浆中矿物随时间的生长3 天7 天28 天365 天石膏掺量对C3A浆体(水/固比1.0)水化速度(放热量)的影响放热速度(W/kg)试时间(h)石膏掺量增加： 放热速度减慢 放热峰延后石膏掺量对石膏掺量对C3A与硅酸钙与硅酸钙浆体初凝时间的影响浆体初凝时间的影响 石膏掺量增加，凝结硬化加快； 掺量达到一定后，再增加，影响不大。石膏掺量过多时，不仅缓凝作用不大，而且造成体积安定性不良。4）混合材品种与掺量4）混合材品种与掺量水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响 答：水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形

16、成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重影响。 水泥宜在什么条件下凝结硬化？ 答：水泥宜在常温(2010C)与相对湿度较高的条件下，凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水化 所需水分供应充足的条件。试锥下降高度试锥下降高度水泥浆水泥浆试锥试锥水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定标准稠度标准稠度水泥浆水泥浆离底离底12mm为初凝为初凝园弧形园弧形压痕压痕终终凝凝 答：答： 水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；操作和硬化的混凝土质量；

17、初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为能差，水泥无使用价值，即为废品废品； 终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工周期，即终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工周期，即为为不合格品不合格品。为什么？试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法合格标准：5mm。肉眼观察表面肉眼观察表面有无裂纹有无裂纹用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h

18、后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验3d28d时间（时间（d）强度强度（MPa）不溶物含量可以作为评价水泥在制造过程中烧成反应是否完全的指标。国家标准规定I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，II型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。根据烧失量可以大致判断水泥的受潮及风化程度。国家标准规定I型硅酸盐水泥的烧失量不得大于3.0%，型硅酸盐水泥的烧失量不得大于3.5%。国标规定若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。水泥中氯离子

19、含量不大于0.06%。以防在添加助磨剂等增加氯盐含量，对钢筋产生锈蚀作用。 钙矾石钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂结晶产物引起的开裂水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落 答：降低水泥石中答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。 因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。密切相关。为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三