2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,*,*,第二章 无机胶凝材料,1、胶凝材料定义:,,,,,,,物理化学作用,（能胶结其它物料）,坚强固体,塑性浆体,第二章 无机胶凝材料1、胶凝材料定义: 物理化学作用,1,2、胶凝材料作用,,,散粒材料(砂、石等),块状材料(砖、石块),,胶结,整体,,,,2、胶凝材料作用胶结整体,2,3、胶凝材料分类,

2、,有机 不饱和树脂、沥青、,,气硬性,－只能在空气中硬化,无机,,水硬性,－不仅能在 空气中 硬化,,而且能在 水中 硬化。,,,,3、胶凝材料分类,3,分类的意义：,气硬性胶凝材料(石灰、石膏、菱苦土、水玻璃)——耐水性差，只能用于干燥环境,水硬性胶凝材料（水泥）,——耐水性好，可用于潮湿环境。,,分类的意义：,4,§2-1 石 灰,一、原料及生产,原料：石灰石（主要成份CaCO,3,）,生产：,CaCO,3,CaO（生石灰）＋CO,2,↑,900℃,,,§2-1 石 灰 一、原料及生产900℃,5,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件

3、,6,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,7,二、石灰熟化与硬化,1、熟化,CaO＋H,2,O Ca(OH),2,(,熟石灰)＋64.9KJ/Mol,,,粉状,－消石灰：只用少量水(约70％),(理论值为 31.2%),,,浆状,－石灰浆：加过量水(2.5～3倍),,,熟石灰,二、石灰熟化与硬化1、熟化熟石灰,8,过烧石灰,危害,：,熟化缓慢，浆体硬化后仍在熟化，,体积膨胀，导致硬化浆体开裂。,消除危害方法,：“陈伏”两星期,过烧石灰危害：,9,2、石灰硬化,晶体交错生长,干燥,(空气中),CO2+H2O,(空气中),塑性浆体,硬化浆体,Ca(OH),2,结晶析出,CaC

4、O,3,结晶析出,2、石灰硬化晶体交错生长干燥CO2+H2O塑性浆体硬化浆体C,10,石灰碳化的条件与作用,条件,：,CO,2,，湿度,,Ca(OH),2,+CO,2,+nH,2,O,→,CaCO,3,+(n+1)H,2,O,,作用：,形成CaCO,3,晶体并相互共生，或与Ca(OH),2,共生，构成结构紧密交织的结晶网，强度提高。,,,特点：,缓慢，因表层碳化膜阻碍了空气中CO,2,的进入，也阻碍了内部水分的蒸发,石灰碳化的条件与作用条件：CO2，湿度 Ca(,11,三、石灰技术性质1、质量评定指标,三、石灰技术性质1、质量评定指标,12,2、石灰性质,①可塑性好,②凝结硬

5、化慢、强度低,③耐水性差,④体积收缩大,2、石灰性质,13,四、石灰应用,1、石灰乳 粉刷,2、石灰膏 砌筑、抹灰,3、消石灰 石灰土、三合土,4、生石灰粉 碳化石灰板、硅酸盐制品,,,四、石灰应用,14,石灰石 CaCO,3,生石灰 CaO,熟石灰 Ca(OH),2,成品,,Ca(OH),2,CaCO,3,,,煅烧,熟化,碳化,结晶,石灰的强度不高，为什么会使用其作为地基材料,？,石灰石 CaCO3煅烧熟化碳化结晶石灰的强度不高，为,15,§2-2 石 膏,一、原料和生产,,二水石膏,（,生石膏）,破碎,加热处理,磨细,半水石膏,（熟,石膏）,原料：天然

6、二水石膏与,工业副产品，按二水石,膏含量分五级：特，,95%、85%、75%,‥55%,,,,§2-2 石 膏一、原料和生产二水石膏破碎加热处理磨,16,加热,处理,方式,煅烧,蒸炼,普通建筑石膏,高强建筑石膏,(107~170℃，干燥),(125℃，1.3atm，有液态水),水化需水大60-80%,水化需水小35-45%,加热煅烧蒸炼普通建筑石膏高强建筑石膏(107~170℃，干燥,17,,α,、,β,半水石膏,→→,无水半水石膏,→→,,,可溶性硬石膏,→→,不溶性硬石膏,→→,,,高温煅烧石膏（地板石膏）,180-210,℃,320-360,℃,400-750,℃,800-120

7、0,℃,结构无显著变化,水化凝结快、放热,需水大、强度低,结构紧密难溶于水，,凝结硬化需加激发剂,部分分解为CaO, 有水化凝,结（慢）能力，硬化后强,度高、耐磨耐水性较好,180-210℃320-360℃400-750℃800-12,18,二、石膏水化硬化,1、物理化学变化,半水石膏,(晶体),半水石膏,(饱和溶液),溶解,二水石膏,(过饱和溶液),水化,二水石膏,(针状晶体),结晶,促进,8.16g/l,20,℃,2.05g/l,20,℃,二、石膏水化硬化 半水石膏半水石膏溶解二水石膏,19,石膏凝结硬化示意图,石膏凝结硬化示意图,20,2、浆体性状变化,,,,,,,,,,流

8、动性,可塑性,有部分,可塑性,具有强度,硬化浆体,应≥6min,≤30min,开始失去,塑性,完全失去,塑性,终凝,初凝,加水,2、浆体性状变化 流动性有部分具有强度应≥6mi,21,3、硬化浆体结构特征 —— 多孔性,理论需水量(用于水化) 18.6%,多余水分蒸发,实际需水量(便于操作) 35~80%,内部留下孔隙,,3、硬化浆体结构特征 —— 多孔性,22,四、石膏技术性质,1、质量评定指标,①强度 —— 抗折、抗压,②细度,③凝结时间 —— 初凝、终凝,四、石膏技术性质1、质量评定指标,23,2、性质特征,①凝结硬化快 ②早期强度高,③微膨胀性

9、 ④孔隙率高,⑤耐水性差 ⑥耐火性强,,2、性质特征,24,四、石膏应用,1、室内抹灰、粉刷,2、建筑装饰制品,3、石膏板,四、石膏应用1、室内抹灰、粉刷,25,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,26,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,27,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,28,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,29,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,30,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,31,煅烧,水化,硬化,生石膏,熟石膏,成品,复习,煅烧水化生石膏熟石膏成品复习,32,§2-3 菱苦土,原料制备：MgCO,3,→Mg

10、O + CO,2,↑,,成分：MgO,,水化：MgO+H,2,O→Mg(OH),2,mMgO+nMgCl,2,6·H,2,O→mMgO·nMgCl,2,·qH,2,O,分 4-1-8，2-1-8 等，,或用MgSO,2,·,7H2O,FeCl,3,,FeSO,4,·,H,2,O作调和剂,,性质特点：抗压强度大、吸湿性强、碱性低,,应用：制作地板、木屑板、绝热材料等,§2-3 菱苦土原料制备：MgCO3→MgO + CO2↑,33,§2-4 水玻璃,制备：Na,2,CO,3,+,nSiO,2,→→,Na,2,O,·,nSiO,2,+,CO,2,↑,组成：Na,2,O·nSiO,2,SiO,2

11、,/,,Na,2,O=n 模数,硬化： Na,2,O·nSiO,2,+,CO,2,+mH,2,O,→,Na,2,CO,3,+,nSiO,2,·mH,2,O,2(Na,2,O·nSiO,2,),+Na,2,SiF,6,+mH,2,O,→,6NaF,+(2,n,+1,)SiO,2,·mH,2,O,性能特点：与水任意调和、粘接性好、耐酸性好、耐热性好,应用：涂刷材料、沙土固化、堵漏材料、配制耐酸、耐热混凝土等。,,n,↑ 粘结性↑ 难溶于水↑,1300-1400,℃,§2-4 水玻璃制备：Na2CO3+nSiO2→→Na2O,34,2.5 水 泥,水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后,

12、经物理化学反应可由塑性浆体变为坚硬的,石状体，不仅可在空气中而且可更好的在,水中硬化并继续发展保持其强度。,,,2.5 水 泥水泥是重要的建筑材料之一，加水拌和后,35,水泥分类,通用水泥（主体结构）：,硅酸盐水泥P.,Ⅰ,P.Ⅱ,普通硅酸盐水泥,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,特种水泥：,,特种用途水泥或非硅酸盐类水泥，如高铝水泥、硫铝酸盐水泥、白水泥、膨胀水泥、快凝水泥等,水泥分类通用水泥（主体结构）：,36,石灰石,粘土,辅料,生料,石膏,熟料,,混合,磨细,煅烧,水泥,磨细,,§1通用水泥§1-1硅酸盐水泥,一、生产,石灰石生料石膏熟料煅烧

13、水泥磨细§1通用水泥§1-1硅酸盐,37,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,38,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,39,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,40,水泥熟料,水泥熟料,41,二、熟料矿物及其特性,,,,,,,,,,,名称成分,简写,含量,(%),水化,速度,水化热,强度,硅酸三钙,（3CaO·SiO,2,）,C,3,S,37~60,快,多,早高,后高,硅酸二钙,（2CaO·SiO,2,）,C,2,S,15~37,慢,少,早低,后高,铝酸三钙,（3CaO·Al,2,O,3,）,C,3,A,7~15,最快,最多,早高,后低,铁铝酸四钙（4CaO·Al,2,O,3,

14、·Fe,2,O,3,）,C,4,AF,10~18,快,中,早低,后低,二、熟料矿物及其特性名称成分简写含量水化水化热强度硅酸三钙C,42,,矿物组成 水泥性能 应用,C,3,S ↑ 高强 结构工程,C,3,A、C,3,S↓,C,2,S ↑ 水化热低 大体积砼,C,3,S、C,3,A↑ 快硬高强 抢修工程,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,43,三、水化硬化,1、铝酸盐水化,C,3,A+ H→3CaO·Al,2,O,3,·6H,2,O,石膏存在时:,C,3,A+ CaSO4·H,2,+H→C,3,A·3(

15、CaSO,4,)·H,32,2、硅酸盐水化,2C,3,S+6H→C,3,S,2,H,3,+3CH,2C,2,S+4H→ C,3,S,2,H,3,+ CH,三、水化硬化1、铝酸盐水化,44,3、凝结硬化,,,,,,,影响因素：,初,凝,加,水,可塑浆体,具流动性,≥ 45min,诱导期,终,凝,稠硬浆体,塑性渐失,≤ 10h,凝结期,后期强度,缓慢增长,稳定期,硬化浆体,强度增长,硬化期,温度、湿度、养护时间,3、凝结硬化初加可塑浆体≥ 45min诱导期终稠硬浆体≤ 1,45,4、水泥石,⑴,水泥石组成,⑵,水化产物组成,(充分水化时),,,⑶,孔隙组成,,孔隙率决定因素,：,＝水化产物＋未水化

16、熟料颗粒＋孔隙,,＝C-S-H凝胶＋Ca(OH),2,晶体＋水化(硫)铝酸钙,70% 20% 7％,＝凝胶孔＋毛细孔＋气孔,水灰比、水化程度,4、水泥石 ＝水化产物＋未水,46,四、品质要求,1、凝结时间,⑴,分类,：,⑵,影响因素,：,,⑶,不正常凝结,：,初凝、终凝,矿物组成、细度、加水量、环境温湿度,,,假凝、闪凝,四、品质要求初凝、终凝,47,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,48,2、强度——水泥胶结能力的体现,⑴,影响因素,,⑵,强度检验,,,,⑶,强度标号,,矿物组成

17、、细度、温湿度、龄期,,①固定的胶砂比和水灰比，,②规定的试件尺寸、水养护温度，,,以28d,抗压强度划分的强度等级。,2、强度——水泥胶结能力的体现矿物组成、细度、温湿度、龄期,49,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,50,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,51,3、体积安定性,——水泥硬化后体积变化的均匀性,3、体积安定性,52,,,,,,水泥安定性检验：试饼法,合格,不合格,水泥安定性检验：试饼法合格不合格,53,,水泥安定性检验：雷氏夹法,,,,,初值 A,养护24h后,,,,终值 C,沸煮3h后,安定性评定：C－A≤5.0mm 合格,C－A ＞5.0mm

18、 不合格,水泥安定性检验：雷氏夹法初值 A养护24h后终值 C沸煮3h,54,4、细度,作用,：,,,检测方法,：,细度↑→水化快、充分 →强度↑,,,,比表面积、筛分析,,,4、细度 细度↑→水化快、充分 →强度,55,2第二章无机胶凝材料-土木工程材料课件,56,5、水化热,,利,：,,弊,：,影响因素,：,改善水化热的水泥品种,冬季施工,大体积砼开裂,,矿物组成、细度,,中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥,,,2m× 2m× 2m水泥石,100℃(两昼夜),5、水化热 冬季施工2m× 2m× 2m水泥,57,6、烧失量,烧失量对硅酸盐水泥（3

19、-3.5%）、普通水泥(5.0%)作规定、,,7、碱含量,定义,：水泥中Na,2,O和K,2,O的含量（0.6%）。,危害,：碱—骨料反应，混凝土开裂。,,废品,：,MgO、SO,3,、f-CaO、初凝时间 不合格,6、烧失量,58,五、水泥石的腐蚀与防止,1、,腐蚀种类,,2、,腐蚀原因,,,3、,防止措施,,①溶出性 ②离子交换 ③膨胀性,,,①水泥中存在CH、C,3,AH,6,，本身不密实,②周围存在侵蚀性介质,,①水泥组成 ②密实度 ③保护层,五、水泥石的腐蚀与防止①溶出性 ②离子交换 ③膨胀性 ,59,离子交换,溶出性,膨胀性,盐类 易溶物,酸

20、类 松软物,+,CH,→,软,CH,其他水化,水 溶出 产物溶出,→,,→,钢筋,锈蚀,内应力↑,硫酸盐 →,CaSO,4,→ 石膏,,CH,钙凡石,C,3,AH,6,碱度↓,孔隙率↑,侵蚀加速,强度↓,变形开裂,渗透性↑,,离子交换溶出性膨胀性盐类 易溶物+,60,六、硅酸盐水泥应用,,1、适应环境,,,2、适用工程,,,3、不适应工程,,干燥、潮湿环境，水中，严寒地区。,,快硬、高强、抗渗、耐磨混凝土工程,,大体积混凝土、海工混凝土、高温环境,六、硅酸盐水泥应用干燥、潮湿环境，水中，严寒地区。,61,七、水泥的风化,,1、受潮风

21、化机理,⑴ f-CaO + H,2,O →Ca(OH),2,有利,⑵ C,3,S C-S-H + Ca(OH),2,,H,2,O + CaCO,3,,2、储运注意事项,⑴ 防水防潮 ⑵ 不宜久存,H,2,O(空气中),CO,2,(空气中),不利,七、水泥的风化H2O(空气中)CO2(空气中)不利,62,§1-2掺混合材的硅酸盐水泥,一、混合材,1、种类,,活性,——,,非活性,——,2、活性成分,,水淬矿渣、火山灰、粉煤灰,慢冷矿渣、磨细石英砂等,,SiO,2,、Al,2,O,3,、CaO、Fe,2,O,3,§1-2掺混合材的硅酸盐水泥一、混合材水淬矿渣、火山灰

22、、粉煤,63,,,a.粉煤灰原灰 b.玻璃质微珠 c.富铁微珠,a.粉煤灰原灰 b.玻璃质微珠,64,3、作用原理,⑴,潜在活性,,,⑵,激发剂种类,,①本身水化活性极小,②在激发剂作用下，具有较好的水化活性。,,—— 氢氧化钙、石膏,3、作用原理①本身水化活性极小,65,二、掺混合材的水泥,1、,水泥品种,普通硅酸盐水泥(混合材掺量：6～15％)、,火山灰水泥(20～50)、矿渣水泥(20～70),粉煤灰水泥(20～40)、复合水泥(15～50),,★,普通硅酸盐水泥的性能接近于硅酸盐水泥,二、掺混合材的水泥,66,2、掺混合材水

23、泥的,水化过程,⑴,⑵,,激发剂,活性混合材,水,水化硅(铝)酸钙,水化硫铝酸钙,熟料矿物水化,2、掺混合材水泥的水化过程激发剂水化硅(铝)酸钙熟料矿物水化,67,粉煤灰水泥水化28d,粉煤灰表面已有一层水化产物,,粉煤灰水泥水化28d粉煤灰表面已有一层水化产物,68,3、掺混合材水泥的共性,,,,,⑵,水化热较低,——适用于大体积混凝土,⑶,抗软水、硫酸盐侵蚀能力强,——适用于水工、海港工程,⑷,抗冻性差、抗碳化能力差,——不宜用于受冻部位，注意钢锈,⑴,早期强度低，后期强度增长较大,，,——宜蒸汽养护，不宜低温施工,3、掺混合材水泥的共性⑵水化热较低⑶抗软水、硫酸盐侵蚀能力强,69,4、掺

24、混合材水泥的个性,⑴,矿渣水泥,,,⑵,火山灰水泥,,,⑶,粉煤灰水泥,,⑷,复合水泥,泌水性、干缩性较大，养护不当易开裂。,耐热性较好——可用于耐热混凝土,,干缩大易开裂——不宜用于干燥环境；,抗渗性好——适用于抗渗混凝土。,,干缩性小，抗裂性好,4、掺混合材水泥的个性泌水性、干缩性较大，养护不当易开裂。,70,常用水泥技术性能（总结）,水泥品种,强度等级,细度,凝结时间,安定,性,SO,3,MgO,烧失量%,质量评定,硅酸盐,ⅠⅡ,42.4-62.5R,>,300/Kg,>45分,<6.5h,煮沸合格,<3.5%,<5% ~<6%,Ⅰ,<3.0,Ⅱ,<3.5,废：初凝，安定性SO3, Mg

25、O任一项,普通硅酸盐,32.5-52.5R,80,μm<10%,>45分,<10h,同上,<3.5%,同上,<5.0,不合格：其他项及掺合料超量,,矿渣水泥,同上,同上,同上,同上,<4.0%,同上,——,同上,粉煤灰,同上,同上,同上,同上,<3.5%,同上,——,同上,火山灰,同上,同上,同上,同上,<3.5%,同上,——,同上,复合水泥,同上,同上,同上,同上,<3.5%,同上,——,同上,常用水泥技术性能（总结）水泥品种强度等级细度凝结时间安定SO,71,§2特种水泥,一、高铝水泥,,1、原料,,2、熟料矿物,,3、特性,,—— 石灰石、矾土,—— 铝酸盐CA,CA,2,, C,12,

26、A,7,,,C,2,S,C,2,AS,① 快硬高强,② 水化热大、且集中在早期,③ 耐高温,④ 抗硫酸盐,⑤ 抗冻性与不透水性均好,,,§2特种水泥一、高铝水泥—— 石灰石、矾土① 快硬高强,72,4、铝酸盐水泥的水化与硬化,T <20℃,CA+10H=CAH10, 2CA2+水=2CAH10+2AH3 , C12A7+水=6C2AH8+AH3,T 20-30℃,CA+水=nCAH10+mC2AH8+mAH3, 2CA2+17H=C2AH8+3AH3,C12A7+33H=4C3AH6+2AH3,T>30℃,均生成或转化为C3AH6,AH3,4、铝酸盐水泥的水化与硬化T <20℃ CA+1

27、0H=CAH,73,5、,高铝水泥的,应用,① 紧急抢修工程,② 冬季施工,③ 抗硫酸盐、冻融交替的工程,④ 制作膨胀水泥,⑤ 配置耐热砂浆、混凝土,,5、高铝水泥的应用,74,6、,高铝水泥的,注意,① 不得与硅酸盐水泥、石灰混用,② 不得用于湿热环境,③ 不能用于结构工程,④ 不宜用于大体积混凝土,6、高铝水泥的注意,75,二、膨胀水泥,,1、原理,,,2、配制,,,水化 水化硫铝酸钙(大量),① 硅酸盐水泥 + 高铝水泥 + 石膏,② 高铝水泥 + 石膏,③ 硅酸盐水泥 + 明矾石 + 石膏 + 矿渣,二、膨胀水泥水化 水化硫铝酸钙(大量)① 硅酸盐水,76,3、类型

28、与应用,,① 收缩补偿型,：,,,② 一般膨胀型,：,,③ 强膨胀型,：,,防止收缩裂缝,——用于防水混凝土、构件接头、修补工程,应用同上,产生膨胀应力,——用于自应力钢筋混凝土压力管,3、类型与应用 防止收缩裂缝,77,三、其他品种水泥,1、白色硅酸盐水泥,白度＝,,2、砌筑水泥,3、硫铝酸盐水泥,矾土+石膏+石灰----C,4,A,3,S,白水泥的反射率,纯净,MgO,的反射率,,煅烧,-,三、其他品种水泥白水泥的反射率煅烧-,78,水泥的正常凝结、瞬凝和假凝的区别？,硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及其特性？,六大品种水泥的基本材料组成与范围？,侵蚀水泥石的环境因素有哪些？,水泥的正常凝结、瞬凝和假凝的区别？,79,