《无机胶凝材料》PPT课件.ppt

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1、第 3章 无机胶凝材料 参与式试验 练习题 历史回顾 3.1 石灰 3.2 石膏 3.3 其它气硬性胶凝材料 3.4 通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 3.5 通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能 3.6 特性水泥和专用水泥 创新能力培养 常见问题及解答 本章学习指导 本章学习指导 本章共 6个知识点。本章的学习目标是： 掌握石膏、石灰及水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化 机理性质及使用要点，熟悉其主要用途； 熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理，熟 练掌握通用硅酸盐水泥的性能特点，相应的检测方法及选 用原则； 了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点。 本章的难点是硅酸盐水泥的组成、技术要求，重点是

2、通用 硅酸盐水泥的性能特点和选用原则。水泥品种繁多，建议 学习中以硅酸盐水泥为点，搞清楚此点后拓展至其它通用 硅酸盐水泥，再拓展至其它特性水泥和专用水泥，采用点 面结合、对比的学习方法。建议本章课内 5学时，课外 3学 时。 历史回顾 古埃及人发现尼罗河流域盛产 的石膏可以做成很好的粘结材料。 他们发现，把开采出来的石膏碾碎 磨细，再加上少量粘土一起煅烧， 就会失去一部分结晶水成为熟料。 熟料中加水，调成糊状，过不了多 久又会重新变硬，而且石膏糊粘性 甚好。由此，埃及人发明了与水泥 相似的石膏粘结剂，并用它创造了 世界建筑史上的奇迹 金字塔。 这些金字塔是由巨大的石块以石膏 复合胶凝材料粘结而

3、成的具有良好 的耐久性。 金字塔使用的胶凝材料 基础知识 3.1 石灰 3.1.1 石灰的生产及分类 3.1.2 石灰的熟化与硬化 3.1.3 石灰的性质与技术要求 3.1.4 石灰的应用 观 察 与讨论 讨论 3.1 石灰 石灰砂浆的裂纹 请观察下图 A、 B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂 纹有何差别，并讨论其成因。 石灰砂浆 A 石灰砂浆 B 工程 实 例分析 3.1 石灰 (1) 内外墙粉刷层爆裂 (2) 石灰的选用 3.2 石膏 3.2.4 建筑石膏的应用 3.2.1 石膏的种类 3.2.2 建筑石膏的水化硬化 3.2.3 建筑石膏的性质与技术要求 基础知识 观 察 与讨论 (1)建筑

4、石膏粉的质量问题 (2)硬化石膏的结构与性能 3.2 石膏 工程 实 例分析 3.2 石膏 （ 1） 石膏饰条粘贴失效 （ 2） 石膏制品发霉变形 基础知识 3.3 其他气硬性胶凝材料 3.3.1 水玻璃 3.3.2 菱苦土 观 察 与讨论 讨论 水玻璃与铝合金窗表面的斑迹 3.3 其他气硬性胶凝材料 某些建筑物的室内墙面装修过程中可以观察到， 使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施 工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外 表形成有损美观的斑迹。试分析原因，应采取什么 措施避免这类现象。 工程 实 例分析 水玻璃表面处理 现象 原因分析 3.3 其它气硬性胶凝材料 把水玻璃涂在粘土

5、砖表面，可以提高抗风化能力； 但涂在石膏制品表面则会使石膏制品破坏。 相关知识 3.4.1 通用硅酸盐水泥的定义及生产概况 3.4.2 通用硅酸盐水泥的组成材料 3.4通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 3.4.3 通用硅酸盐水泥的技术要求 1. 按 水泥的命名、定义和术语 （ GB/T 4131-1997） ： 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 年度 1991年 2000年 2001

6、年 2002年 2003年 2004年 2005年 产 量（ 亿吨 ） 2.52 5.97 6.26 7.25 8.63 9.7 10.64 概 述 3. 水泥发明于 1824年。由于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 ： 硅酸盐 、 铝酸盐 、 硫铝酸盐 等系列水泥； 大量使用的一 般用途的水泥 专门用途 的水泥 某种性能比较突出，用 于有特殊要求的工程 目前水泥品种已达到 100多种。 按 用途及性能 ： 通用水泥 、 专用水泥 及 特种水泥 。 观

7、 察 与讨论 假凝现象 3.4通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和 后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌， 水泥浆体又恢复塑性，随后过 3 h才凝结。请讨论 形成这种现象的原因。 讨论 现象 原因分析 水泥凝结时间前后变化 某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量 较高，加水拌和后初凝时间仅 40 min，本属于废品。 但后来放置 1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下 降。 3.4 通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 工程 实 例分析 基础知识 3.5.2 通用硅酸盐水泥的性能特点及应用 3.5.1 硅酸盐水泥的水化硬化 3.5通用硅酸盐水泥的水化硬化与

8、性能 3.5.3 通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防 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。 1.分散在水中 未水化的水泥 颗粒 2.在水泥颗粒表面 形成水化物膜层 3.膜层长大并相 互连接（凝结） 4.水化物进一步 发展，填充毛细 孔（硬化） 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 水 泥 凝 结

9、 硬 化 过 程 示 意 图 石膏在水泥中的作用 控制 C3A的水化和凝结硬化速度， 调节水泥凝结时间 。掺量 3 左右。 C3A的水化： OHOAlC a OOHOAlC a O 232232 6363 反应迅速，产生急凝，或闪凝。 加入石膏： 2 3 2 4 2 2 2 3 4 23 6 3 2 1 9 3 3 3 1C a O A l O H O C a S O H O H O C a O A l O C a S O H O （）高硫型水化硫铝酸钙 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 )123(34)3(2

10、3233 24322322432 OHC a S OOAlC a OOHOAlC a OOHC a S OOAlC a O 单硫型水化硫铝酸钙 溶于水，水化继续 体积增大 1.5倍 硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性 低 低 高 高 后期 低 低 低 高 早期 强度 中 最多 少 多 28d水化热 快 最快 慢 快 水化凝结硬化速度 C4AF C3A C2S C3S 熟料矿物 性能指标 （ 1）软水的腐蚀（溶出性腐蚀） 软水 :雨水、雪水、蒸馏水及 含重碳酸盐甚少 的河水与湖水 。 水泥石中各水化物能稳定存在的 极限石灰浓度 ： Ca(OH)2： 1.3gCaO/L； 水化硅酸三钙： 1.2

11、g CaO/L； 水化铁铝酸四钙： 1.06 gCaO/L； 水化硫铝酸钙： 0.045g CaO/L。 如果水泥石长期处于 流水 或 压力流水 作用下， Ca(OH)2 将 不断流失 而使水泥石破坏。 硬水中不腐蚀： OHC a C OH C OCaOHCa 23232 22)()( （ 2）盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀 OHC a S OOHCaSO 2)( 4224 水化铝酸钙 钙矾石 体积增加 1.5倍以上， 膨胀破坏 硫酸盐浓度较高：结晶破坏 镁盐腐蚀。 2222 )()( OHMgCaOHCaMg 硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。 （ 3）酸类腐蚀 碳酸腐蚀 OHC a C O

12、OHCOOHCa 23222 2)( 23223 )( H C OCaOHCOC a C O “碳化” 一般酸腐蚀 因为水泥的水化产物呈 碱性 。 OHC a C lOHCaH C l 222)( ， CaCl2溶于水。 OHC a S OOHCaSOH 24242 2)( （ 4）强碱腐蚀 232232 )(3363 OHCaOAlONaN a O HOAlC a O 观 察 与讨论 讨论 3.5通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能 某停车场混凝土不耐磨 某施工队使用一立窑水泥厂生产的普通水泥铺筑 停车场。该水泥颜色为较深的灰黑色，据了解是以煤 渣作混合材 料 ，混凝土的水灰比为 0.55。完工后

13、一个 月发现混凝土强度正常，边部切割后观察，混凝土基 本无大的孔洞。但表面耐磨性差，且在局部低凹表面 的颜色为明显不同的灰黑色，其耐磨性更差。水泥经 检验强度及安定性等合格，但烧失量为 6.3。请分 析原因。 工程 实 例分析 (1)某机场道肩混凝土破坏 3.5 通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能 现象 原因分析 某机场道肩混凝土于 1995年 7-11月施工，当年 10月就发现 网状裂缝，次年 6月表面层开始剥落。该混凝土使用某立窑水 泥厂生产的普通硅酸盐水泥。该厂当时生产的熟料呈暗红色， 还有一些白色物质。钻取破坏与未破坏的混凝土各加工成试件， 未被破坏混凝土强度可满足设计要求 ， 密实 ，

14、颜色为正常的青 灰色。而已破坏的混凝土强度大大下降，低于设计值，劈开可 见砂浆层与集料之间粘结疏松。经 X射线衍射分析可知，已破 坏混凝土试样有大量 Ca(OH)2和大量 CaCO3。 讨论 以下是 A、 B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分 比含量，请分析 A、 B两种硅酸盐水泥的早期强度及 水化热的差别。 （ 2） 熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响 现象 工程 实 例分析 现象 原因分析 某大体积的混凝土工程， 浇筑两周后拆模 ，发现 挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水 泥厂生产 的 42.5 型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如 下： C3S 61； C2S 14； C3A 14；

15、 C4AF 11。 （ 3） 挡墙开裂与水泥的选用 工程 实 例分析 基础知识 3.6 特性水泥和专用水泥 3.6.4 其他水泥 3.6.1 铝酸盐 水泥 3.6.2 中热水泥和低热矿渣水泥 3.6.3 道路水泥 观 察 与讨论 讨论 3.6 特性水泥和专用水泥 钢筋混凝土开裂 某钢筋混凝土基墩使用 5年后出现大量裂纹。经 检查混凝土环境水，其 pH=5.5； SO42-含量为 6 000 mg/L； Cl-含量为 400 mg/L。该混凝土采用普通硅酸 盐水泥。请讨论此钢筋混凝土开裂的原因。 工程 实 例分析 3.6 特性水泥和专用水泥 膨胀水泥与膨胀剂的应用 概况 硅酸盐水泥水化收缩，会产

16、生裂缝。为此，引入膨胀组分如明矾石、 石灰等以补偿收缩，或产生自应力。因大批量生产的膨胀水泥调节不同 需求的膨胀量较困难。为适应不同工程的需求，又发展为膨胀剂，如我 国较著名的 U型膨胀剂（ UEA）。 我国驻孟加拉国大使馆 1991年 2月正式开工， 1992年 6月竣工，被 评为使馆建设 “ 优质样板 ” 工程。孟加拉国是世界暴风雨灾害中心区， 年降雨量 2 000 3 000 mm，雨期长达 6个月，使馆区地势低洼，暴雨后 地面积水深达 500 mm。在该使馆工程地下室，楼板、公寓、地下室、室 外游泳池、观赏池的混凝土中采用 UEA膨胀剂防水混凝土，抗渗 等级 S8。 用内掺法，掺入水泥量 的 12，经长时间使用未发现混凝土收缩裂缝， 使用效果好。 膨胀剂的应用除需正确选用品种、配比外，还需合理养护 等一系列技术措施。 创新能力培养 (1) 提高石膏制品的耐水性 (2) 漫谈土壤固化剂 常见问题及解答 3-1 为何矿渣水泥、火山灰水泥的耐腐蚀性优于 硅酸盐水泥？ 3-2 为何粉煤灰水泥的干缩性小于火山灰水泥？ 3-3 为何高铝水泥不宜在高于 30 的温度条件下养 护？ 3-1 解答 3-2 解答 3-3 解答