第4章 土木工程材料_无机胶凝材料

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1、第4章无机胶凝材料本章导学学习目的：本章着重讲述硅酸盐水泥的熟料矿物组成、凝结硬化过程、技术性质及应用；在此基础上介绍混合材料，以及掺混合材料硅酸盐水泥的组成、特性及应用；概要介绍高铝水泥的组成及特点；简介其他品种水泥。通过学习掌握硅酸盐水泥的性质、影响因素及应用范围；掌握掺混合材料硅酸盐水泥的特性，并能合理选用；了解高铝水泥的特性及应用范围，一般了解其他品种水泥的特点。气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的概念。过火石灰与欠火石灰，以及它们对石灰质量的影响。石灰的熟化与硬化过程。石灰的主要特性及在建筑中的应用。石膏的主要品种。建筑石膏的

2、凝结硬化过程。建筑石膏的主要特性及用途。教学要求：要求重点掌握硅酸盐水泥，在此基础上学习其它水泥。硅酸盐水泥的简单生产过程。硅酸盐水泥的主要矿物组成。它们单独与水作用的特性。生产硅酸盐水泥时要加入适量石膏的目的。硅酸盐水泥的主要水化产物及硬化后水泥石的结构。影响水泥凝结硬化的主要因素。硅酸盐水泥的技术性质。国家标准中对各项技术性质的要求。各项技术性质的测定方法。硅酸盐水泥腐蚀的类型。防止硅酸盐水泥腐蚀的措施。硅酸盐水泥的特性及应用范围。硅酸盐水泥在贮存运输中的注意事项。活性混合材料和非活性混合材料的区别。活性混合材料的种类。在硅酸盐

3、水泥中加入混合材料的目的。激发剂的概念。常用五大品种水泥各自的组成和主要特点。高铝水泥的主要矿物组成和水化产物。高铝水泥的特性及使用时应注意的问题。快硬硅酸盐水泥的特点及应用范围。白色及彩色硅酸盐水泥的特点及用途。膨胀水泥的主要特点。土木工程中常常需要将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结成为整体，具有这种粘结作用的材料，统称为无机胶结材料或无机胶凝材料。胶凝材料，确切地说是指经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固态变成坚硬固体的物质。胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为

4、：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，如各种水泥。4.1建筑石膏4.1.1石膏的原料、生产及品种石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。石膏是一种传统的胶凝材料，由于它的资源丰富，其制品具有一系列的优良性质，所以得到很快的发展，其中发展最快的是纸面石膏板、纤维石膏板、建筑饰面板及隔音板等新型建筑材料。生产石膏的主要原料为天然石膏、或称生石膏，属于沉积岩，其化学式为C

5、aSO4。2H2O也称二水石膏。化学工业副产物的石膏废渣（如磷石膏、氟石膏、硼石膏）其成分也是二水石膏，也可作为生产石膏的原料。采用化工石膏时应注意，如废渣（液）中含有酸性成分时，须预先用水洗涤或用石灰中和后才能使用。石膏按其生产时煅烧的温度不同，分为低温煅烧石膏与高温煅烧石膏。（一）低温煅烧石膏低温煅烧石膏是在低温下（110～160℃）煅烧天然石膏所获得的产品，其主要成分为半水石膏（CaSO4•0.5H2O）。因为在此温度下，二水石膏脱水，转变为半水石膏：CaSO4•2H2O=CaSO4•0.5H2O+1.5H2O属于低温煅烧石膏

6、的产品有：建筑石膏、模型石膏和高强度石膏。1．建筑石膏是天然石膏在回转窑或炒锅中煅烧后经磨细所得到的产品。煅烧时设备与大气相通，原料中的水分呈蒸汽热电排出，生成的半水石膏是细小的晶体，称β型半水石膏。建筑石膏中还含有少量的无水石膏（CaSO4）和未分解的原料颗粒。建筑上所用的石膏均属这一品种。2．模型石膏也是β型半水石膏，但含杂质少，细度小。它在陶瓷工业中用作成型的模型。3．高强度石膏是以高品痊的天然石膏为原料，用蒸压釜于蒸汽介质（124℃，0.13MPa）中蒸炼而成。生成的半水石膏是粗大而密实的晶体，称α型半水石膏，它与β型半水石

7、膏比较，达到一定稠度所需的用水量小，这就决定了α型半水石膏硬化后具有密实结构，抗压强度高，可达15～２５ＭＰa。（一）高温煅烧石膏是天然石膏在600～900℃下煅烧后经磨细而得到的产品。高温下二水石膏不但完全脱水成为无水硫酸钙（CaSO4），并且部分硫酸钙分解成氧化钙，少量的氧化钙是无水石膏与水进行反应的激发剂。高温煅烧石膏与建筑石膏比较，凝结硬化慢，但耐水性和强度高，耐磨性好，用它调制抹灰、砌筑及制造人造大理石的砂浆，可用于铺设地面，也称地板石膏。4.1.2建筑石膏的凝结与硬化建筑石膏与水拌合后，最初是具有可塑性的石膏浆体，承后逐

8、渐变稠失去可塑性，但尚无强度，这一过程称为凝结，以后浆体逐渐变成具有一定强度的固体，这一过程称为硬化。建筑石膏在凝结硬化过程中，与水进行水化反应：CaSO4•0.5H2O+1.5H2O=CaSO4•H2O半水石膏加水后首先进行的是溶解