14-胶凝材料_3.ppt

1、材料学概论,14 胶凝材料,胶凝材料定义：经过自身的物理化学作用后，能够由浆体变成固体的物质， 并在变化过程中能够把一些散粒料或块体材料胶结成一个整体。,2,材料学概论,14-1 石 灰,一、 石灰的生产： 原料：石灰岩 原理：CaCO3 CaO+CO2 MgCO3 MgO+CO2 注意事项：1、可逆反应 2、三种火候对应 不同的石灰品质,石灰岩- CaCO3 生石灰- CaO 熟石灰- Ca(OH)2,欠火石灰-废品 过火石灰-次品 正火石灰-正品,3,4,5,6,7,8,9,10,11,包钢耐火厂 石灰窑,12,材料学概论,6-1 石 灰,二、 石灰的熟化： 石灰熟化反应： CaO + H

2、2O Ca(OH)2 特点： 1、 熟化反应是放热反应 2、 熟化反应过程 体积膨胀12.5倍。,13,材料学概论,6-1 石 灰,三、石灰的硬化： Ca(OH)2 CO2 + nH2O CaCO3 +（n1） H2O 过程：碳化：表面生成致密碳酸钙薄膜 结晶：内部氢氧化钙结晶 新生的CaCO3晶粒是相互共生的，晶粒之间相互胶接新生的。,四、石灰的应用： 砌筑、抹面、粉白、基础、道路、地面：三合土、四合土。 石灰石是气硬性胶凝材料，不能用于潮湿、与水接触的建筑物.,五、特点：石灰浆在凝结硬化过程中体积收缩大、易开裂。石灰浆不宜单独使用，常掺入砂、纸筋以防开裂。,空气中进行。,14,14-2 石

3、 膏,15,石膏 Gypsum,單斜晶系 CaSO4+* 2H2O 為一種含水硫酸鈣礦物，硬度2，比重2.32，發育良好的晶體呈透明的稱為透石膏。纖維狀、塊狀變種具絹絲光澤為纖維石膏，細粒塊狀稱為雪花石膏。晶體呈接觸雙晶十分普遍，如燕尾雙晶、箭頭雙晶等。一般具有玻璃光澤，透明到半透明，或灰、黃、紅、棕等色，條痕白色。 主要用於製造燒石膏，因有凝固性，可作為陶器模型、塑像、建築材料、石膏板、石膏磚等。石膏粉亦可作為土壤改良劑，製造肥料和水泥緩凝劑，也是製造豆腐的原料之一。,16,17,材料学概论,14-2 石 膏,天然无水石膏、硬石膏- CaSO4 生石膏、软石膏-CaSO4 .2H2O（二水石

4、膏）。 熟石膏、建筑石膏- CaSO4 .1/2H2O,主要技术性质：1、白色 2、密度：2.62.7 3、分为三级,主要特性：1、孔隙率大 2、硬化快 （515min）。 3、硬化后体积膨胀 4、耐水性、抗冻性差 5、防火 。 6、保温性好。,分析：石膏制品能否用于室外？ （孔隙率大、 不耐水）,18,附：石膏的不同结晶形态,a 型半水石膏和 b 型 是结晶学的分类，宏观物理性质两者有明显的差别，例如:两者的密度分别为2.74 和2.63kkg/m3,两者的光折射率也有明显的差别。,19,用途：室内粉刷、抹灰和油漆前的打底。 石膏的装饰品。,20,21,22,23,24,25,14-3 镁质

5、胶凝材料（了解）,材料学概论,一、化学组成：MgO 二、硬化特点：与建筑石膏相似。快硬性胶凝材料。,26,材料学概论,14-4 水 玻 璃（了解）,一 、化学组成：硅酸钠, 亦称：泡化碱、水玻璃 英文名：water glass 化学式：Na2OnSiO2 Na2O *nSiO2 +CO2 +m H2O Na2CO3 +nSiO2 * mH2O 二、性质： 无色、淡黄色或青灰色透明的粘稠液体。溶于水呈碱性。遇酸分解（空气中的二氧化碳也能引起分解）而析出硅酸的胶质沉淀。无水物为无定形，天蓝色或黄绿色，为玻璃状。相对密度随模数的降低而增大。无固定的熔点。 硬化特点：水玻璃在空气中吸收CO2，析出Si

6、O2凝胶， 凝胶逐渐干燥而硬化。硬化过程缓慢。,27,三、建筑方面的主要应用； 可作建筑行业（如水泥）快干剂、防水剂 1、加固土壤，提高地基承载力。 2、涂刷混凝土表面，提高建筑物抗风化能力。 3、配制防水剂，用于堵漏。 4、配制耐酸、耐热制品。 其他用途： 硅酸钠可广泛用于纸合、铸造、建材、焊条的粘合剂，制皂和合成洗涤剂的助剂。同时是生产分子筛、硅胶、白炭黑、偏硅酸钠等化工产品的基本原料。,28,14-5 水泥,29,资料,30,1949年以前，水泥主要依靠进口，椐记载最高年产量仅2.29*106t，1949年以后，水泥工业有了迅速的发展。 从1949年到1983年，增长了160多倍，198

7、3年产量达1.06*108t, 居世界第二位，1989年产量达2.07*108t，居世界第一位。其中1999年我国水泥产量占世界的3716。,31,19491998年我国水泥年产量示意图,32,材料学概论,14-5 水泥,水泥: 粉末物质。水泥遇水后，经过化学反应和物理作用，能够由塑性浆体变成坚硬的石状体 （此石状体性状相似于英国Portland 的山石因而得名），并能将散粒材料胶结成整体。 水泥是最重要的建筑材料之一，应用广泛。 水泥品种很多，按用途和性能分类： 通用水泥： 专用水泥： 特性水泥： 但在工程中使用最多的是硅酸盐类水泥。 学习的重点是硅酸盐水泥。,33,硅酸盐水泥定义 由硅酸盐

8、水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（ Portland Cement）. 硅酸盐水泥熟料的矿物组成与特性： 水泥熟料定义:煅烧时由生料脱水和分解出的CaO,Al2O3,SiO2,Fe2O3,在约1450的高温下产生化学反应,生成以硅酸盐为主的新的化合物,称为水泥熟料.,34,材料学概论,通用水泥 6511 硅酸盐水泥, 硅酸盐水泥的生产：两磨一烧 a、生料的制备 b、生料的煅烧 c、熟料的磨细, 水泥熟料矿物组成： 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 C3S (=3CaO SiO2), C2S, C3A, C4AF, 3760% 1537

9、% 715% 1018%。 。凝固过程的物理化学反应： 水化反应：水泥与水发生的反应。 。水化反应的快慢比较： 在其矿物组成中， C3S 反应最快, C2S 最慢。,3CaOSiO2(C3S) 2CaOSiO2(C2S) 3CaOAl2O3(C3A) 4CaOAl2O3Fe2O3(C4AF),35,各类水泥熟料的基本组成是硅酸钙，所以生产水泥用的原材料必须以适当的形式和比例提供钙和硅。 1。钙质的来源:常用天然碳酸钙材料有石灰石、白垩，泥灰岩。 2。硅质原材料来源：水泥厂多采用粘土或页岩作为水泥生产的。 在粘土中一般还含有氧化铝氧化铁和钾、钠。 虽然石英岩或砂岩中含有较多的SiO，但其为石英化

10、的二氧化硅，较难参与烧成反应.,36,水泥生产工艺过程如下： 1。配料：钙质原料和硅质原料按适当的比例配合，有时为了改善烧成反应过程，还加入适量的铁矿粉和矿化剂 2。磨料：磨机中磨成生料（粗磨）. 3。煅烧: 将生料入窑煅烧成熟料。 4。 磨料：熟料配以石膏，掺入混合材料，入磨机磨至适当细度，即制成水泥成品（细磨）。 整个水泥生产工艺过程可概括为“两磨一烧”。,37,38,39,40,Quarrying and crushing,41,Preparation of raw materials (limestone) for cement production at a plant,42,43,

11、44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,Raw material feed system ( 2。硬化：凝结后的浆体强度逐渐提高最终成为硬的人造石。,水泥水 （水泥浆）,水泥浆失去 塑性但无强度,水泥石,凝结过程,硬化过程,14511 硅酸盐水泥,66,材料学概论,14511 硅酸盐水泥,(续）硅酸盐水泥的凝结、硬化：,1、水化及水化产物： 水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 反应方程 2(3CaO.SiO2)+6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+ ( 水化硅酸钙凝胶)3Ca(OH)2 水化产物：晶体：Ca（OH）2 C3AH

12、6 胶体: C-S-H CFH,2、凝结硬化过程：(了解）,67,材料学概论,14511 硅酸盐水泥,、硅酸盐水泥的主要技术要求： 1、密度：.3.13.2g/cm3 2、细度： 比表面积法：300 m2/ kg 细度不符和规定为不合格品 3、凝结时间： 初凝时间：45分钟 （否则为废品） 终凝时间：6.5小时 （否则为不合格品）,68,材料学概论,14511 硅酸盐水泥, 硅酸盐水泥的主要技术指标： 强度与强度等级： 水泥强度：是选用水泥的重要指标。 强度等级：反映水泥胶结强度大小的指标。 掌握强度的确定 ； 目前测定水泥强度的方法使ISO法。将水泥与标准砂按1：3 混合，用0.5的水灰比拌

13、制的一组塑性胶砂制成试件，在标准温度的水中养护，测定其3天及28天的抗压、抗折强度值。按强度测定结果，确定水泥的强度等级。要求各龄期的强度值均不得低于国家标准规定的强度指标。,69,例： 强度等级为 62.5R ，其强度指标为：28d 的抗压强度为：62.5MPa, 3d 的抗压强度应为其的1/2 （早强： R）。 （此外还有抗折强度的要求）。,70,材料学概论,14512 其他品种的通用水泥 掺混合材料的硅酸盐水泥,硅酸盐水泥加入一定量的混合料可制成其他通用水泥。 活性混合料：凡材料，其细粉加水本身不会硬化，但与激发剂 混合、加水拌和后 能硬化（空气中和水中），则此材料材料称 为活性混合料。,71,材料学概论,14512 其他品种的通用水泥 掺混合材料的硅酸盐水泥,1、普通水泥与硅酸盐水泥比较： 基本相似，但强度有所降低，耐腐蚀性有所提高 2、 矿