第三章无机胶凝材料
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无机胶凝材料
CaSO42H2O
120~180C 干燥空气 -CaSO40.5H2O 200~360C -CaSO4(Ⅲ)可溶 400~800C 非 密 闭 煅 烧 工 艺 及 其 产 品 组 成
CaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO
石膏生产流程图
废气排放
原料入口
熟石膏
产品
高强石膏
三、建筑石膏的凝结硬化
凝结硬化过程中的水化反应：
问题
1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？
答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水 化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积 膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期， 或过滤掉。
Plaster Production
建筑石膏的凝结与硬化
Setting and Hardening of Plastter
建筑石膏的性质
Properties of Plaster and its Articles
建筑石膏的应用
Utilization of Plaster and its Articles
三、石灰的硬化
结晶作用
氢氧化钙晶体 生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH) 碳酸钙晶体 2浆体； 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶； 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。
碳化作用
水分损失
碳化
Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜 层。 提高耐久性。 水 孔隙
非密闭煅烧脱水工艺及其产品
随着煅烧温度升高： -半水石膏
不 溶 无 水 石 膏
120~180C
二水石膏转变为-型半水石膏 -型转变可溶性无水石膏 难溶性转变为不溶性无水石膏 200~360C CaSO42H2O
第3章无机胶凝材料
3
任务1
石灰
千锤万击出深山， 烈火焚烧若等闲。 粉身碎骨全不怕， 要留清白在人间。
(明) 于谦
4
一、石灰的生产
（一）、石灰的生产
温度过低时 欠火石灰 煅烧石灰石 或白垩,内 含CaCO3 温度在900℃左右时 温度过高时 正火石灰
碳酸钙没有完全 分解，降低了生 石灰的产量
因煅烧温度过高使粘土杂质 融化并包裹石灰，从而延缓 石灰的熟化，导致已硬化的 砂浆产生鼓泡、崩裂等现象
46
建筑石膏的应用
纸面石膏条板
石膏空心条板
47
纸面石膏板与龙骨组成轻质墙体：美国，70％以上的 民用住宅内隔墙 轻钢龙骨石膏板墙体体系(简称QST)具有以下优点： (1)质轻，强度较高。 (2)尺寸稳定。 (3)抗震性好。 (4)自动调湿性好。 (5)装饰方便。 (6)占地面积少。 (7)便于管道及电线等埋设。 (8)施工简便，进度快。 艺术装饰石膏制品：石膏注模成型
自热式米饭
3.1 石灰
石灰砂浆的裂纹
观察与讨论
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
讨论
工程实例 1
某工地购进一批块状生石灰，作为材料员，你如 何对石灰的品质进行检验？
过程： 1、首先观察颜色，如果颜色为深褐色则可判断为过火石灰。 2、如果颜色为白色，则用小锤将块状生石灰砸开，观察是 否有硬心，如有则为欠火石灰。 3、如无硬心，为白色疏松块状固体，则为优质生石灰。
• （3）灰砂砖和硅酸盐制品 石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅 拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期 强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝
第三章无机胶凝材料
第二种情况是由于烧制的温度过高或 时间过长，使得石灰表面出现裂缝或 玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色 呈灰黑色，这种石灰称为“过火石 灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融 化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。 当石灰已经硬化后，过火石灰才开始 熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓 包和开裂。
为了消除过火石灰的危害， 生石灰熟化形成的石灰浆 应在储灰坑中放置两周以 上，这一过程称为石灰的 “陈伏”。“陈伏”期间， 石灰浆表面应保有一层水 分，与空气隔绝，以免碳 化。
碳化作用实际是二氧化碳与水形 成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成 碳酸钙。所以这个作用不能在没有 水分的全干状态下进行。
二.建筑石灰的技术指标
建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、
C为O2优含等量品和、体一积等安品定和性合等格。品并三按个技等术级指。标分具
体技术要求见：
<土木工程材料>
JC/T479-1992 建筑生石灰（P48 表3-2）、 JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P48 表3-3） JC/T481-1992 建筑消石灰粉(P48 表3-34）
（3）灰砂砖和硅酸盐制品
石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀， 加水搅拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。 为使其获早期强度，往往采用高温高压养护 或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著 加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂 砖、硅酸盐砖、硅酸盐砂浆
将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的 水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的 涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室 内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石 灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、 粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性， 调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。
土木工程材料课件——第3章 无机胶凝材料
水泥
水泥是重要的建筑材料之一，是水硬性胶凝材料的典型
代表。广泛应用于建筑工程、道路、桥梁、水利、国防工程 等。水泥作为胶凝材料可以用来制作混凝土、钢筋混凝土和 预应力混凝土构件，也可用来配制各类砂浆用于建筑物的砌 筑、抹面、装饰等，被称为建筑工业的“粮食”。目前我国 的水泥产量高居世界各国之首。
1.最早的水泥
水玻璃块状成品
小结
气硬性胶凝材料的定义和分类：
石灰、石膏、镁质胶凝材料、水玻璃都是气硬性胶凝材， 在现代建筑中是很常见的建筑材料。 (1)石灰品种很多，各种石灰产品都统称石灰。石灰的强
度很低，主要来源于Ca(OH)2的结晶和碳化。
利用石灰的特性可将其用于拌制砂浆、配制灰土三合土、
制作石灰碳化板和硅酸盐制品等。
（2）石灰的硬化
Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生， 从而提高强度。——此过程称为石灰的“结晶”过程，会 发生体积收缩现象 Ca（OH）2空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3 使石灰的强度逐渐提高——此过程称为石灰的“碳化”过 程
干燥结晶硬化：
水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子
“十五”以来历年我国水泥散装水泥发展示意
160000 140000 120000 单位：万吨
100000
80000 60000 40000 20000 0 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年
水泥产量（万吨）
散装水泥供应量（万吨）
水泥的特点和适用范围
5. 使用简单，维护方便。
水泥适用范围
不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且
也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。
3.4.1 水泥的分类
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1991年 2000年 2019年 2019年 2019年 2019年 2019年
2.52 5.97 6.26 7.25 8.63 9.7 10.64
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J·Aspdin。
第3章 无机胶凝材料
本章学习指导 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 练习题 参与式试验
本章学习指导
本章共6个知识点。本章的学习目标是： ⑴ 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； ⑵ 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； ⑶ 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。
讨论
3.3 其它气硬性胶凝材料
工程实例分析
水玻璃表面处理
现象
把水玻璃涂在粘土砖表面，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。
原因分析
3.4通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 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 3.4.3 通用硅酸盐水泥的技术要求
3-无机胶凝材料(水硬性)
由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很
快凝结，为使工程使用时有足够的操 作时间，水泥中加入了适量的石膏。 水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始 水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生 成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于 水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥 颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的 水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物 的向外扩散，降低了水泥的水化速度， 使水泥的初凝时间得以延缓。
（２）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为 2ＣaＯ· ＳiＯ 2 ，其简写为C2S， 约占水泥熟料总量的15％～37％。 硅酸二钙遇水后反应较慢，水化 热也较低。它不影响水泥的凝结， 对水泥的后期强度起主要作用。
（３）铝酸三钙
铝酸三钙的化学成分是３CaO· 2O3 ， Al 其简写为C3Ａ，约占水泥熟料总量的7～ 15％。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的 热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝 结起主导作用，但其水化产物强度较低， 主要对水泥的早期强度有所贡献。
（４）体积安定性 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为
水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能 保持一定形状，不开裂，不变形，不溃 散的性质。体积安定性不良的水泥应作 废品处理，不得应用于工程中，否则将 导致严重后果。
导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料 中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等 原因造成的，其中游离氧化钙是一种最为常见， 影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙 或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加 之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经 硬化后才进行熟化，生成六方板状的 Ca（OH） 2 晶体，这时体积膨胀９７％以上， 从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。 当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石 膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大 约1.5倍，从而导致水泥石开裂。 国家标准规定．水泥的体积安定性用雷氏法或试 饼沸煮法检验。
第三章 无机凝胶材料
3
原料：
白云质石灰石 石灰石
白 垩
贝 壳
4
石
一、 石灰的生产与分类
灰
石灰：包含不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬 性石灰的统称。 将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅 烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产 品即为生石灰。
900~1200C CaCO3 CaO生石灰 CO2
37
一、水玻璃的组成和硬化
硬化
• 水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化 硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。 • 由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水 玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作 为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。
38
二、水玻璃的性质与应用
• 水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性 好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。 • 利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主 要有以下几方面用途： • 涂刷材料表面，提高抗风化能力； • 加固土壤； • 配制速凝防水剂； • 修补砖墙裂缝。
石膏
23
建筑石膏的技术指标（GB 9776-88）
技术指标 抗折强度/MPa, 不小于 抗压强度/MPa, 不小于 细度(0.2 mm方 孔筛筛余/％), 不大于 凝结时间
优等品 2.5 4.9
一等品 2.1 3.9
合格品 1.8 2.9
5.0
10.0
15.0
初凝时间不早于6 min；终凝时间不迟于30 min
26
制作石膏制品
建筑石膏制品的种类很多。如纸面石膏板、空心石膏板、石 膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用 于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。 石膏制品质量轻，可锯、可刨、可钉，加工性能好，可连续 生产，生产效率高，有广阔的发展前途。
无机凝胶材料57932ppt课件
所示：
二水石膏
CaSO4·2H2O
107～170℃ 加热、脱水
CaSO4·0.5H2O β型
125℃ 0.13MPa
蒸压锅
CaSO4·0.5H2O
α型
170～360℃ 加热、脱水
CaSO4 Ⅲ
400～750℃ CaSO4 Ⅱ
建筑石பைடு நூலகம் 高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
800℃
CaSO4 Ⅰ
高温煅烧石膏
一、石灰
生石灰的熟化
熟化过程的注意事项
• 熟石灰在使用前必须陈伏两周以上——防止过 火石灰的危害；
• 在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。
石灰的硬化
• Ca(OH)2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连
生，从而提高强度。
（干燥硬化）
• Ca(OH)2与空气中CO2发生反应，形成CaCO3
使石灰的强度逐渐提高。
如： 水泥
有机胶凝材料
如沥青、聚合物等
§3.1气硬性胶凝材料
一、石灰 二、石膏 三、水玻璃
一、石灰
1.石灰的生产
原材料
• 生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品。 主要成分为CaCO3。
生产工艺——煅烧
生石灰
CaCO3 == CaO + CO2 MgCO3== MgO + CO2
• 石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程 度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。
在常温下不存在
• 建筑工程中常用建筑石膏;高强石膏用于生产建筑石膏制品。
二、石膏
2.建筑石膏的凝结与硬化
• 建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下： CaSO4·0.5H2O + 1.5 H2O = CaSO4·2H2O
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建筑石膏的技术要求
▪ 分为优等品、一等品和合格品三个等级 ▪ 强度 ▪ 细度 ▪ 初凝时间 ▪ 终凝时间
河南大学土木建筑学院
School of Civil Engineering and Architecture of Henan University
建筑石膏的技术指标（GB 9776-88）
技术指标
定义：石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含
有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。
▪ 建筑石膏及其制品的优点: ▪ 轻质高强 ▪ 保温隔热、吸声 ▪ 美观 ▪ 易于加工
因此用途广泛，是具有发展前途的新型建筑材料之一
河南大学土木建筑学院
School of Civil Engineering and Architecture of Henan University
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学习重点与难点
•重点：石灰和石膏的特性与用途。 •难点：
① 石灰的熟化和硬化特性； ② 建筑石膏硬化过程的物理化学 变化。
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主要内容 ▪ 建筑石膏的生产 ▪ 建筑石膏的凝结硬化 ▪ 建筑石膏的技术要求 ▪ 建筑石膏的应用
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建筑石膏的生产
▪ 自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水
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石膏的生产
CaSO4
•
2H
2O
0.13MPa,124 o C蒸炼－CaSO4
•
1 2
H2O
1
1 2
H
2O
CaSO4
•
2H
2O
107～170o C煅烧
－CaSO4
胶凝材料的定义
狭义定义：
在建筑工程中，将散粒材料（如砂、石子）或块 状材料（如砖、石块）粘结为整体的材料，统称 为胶凝材料（或称胶结材料）。
广义定义：
凡能经过自身的在物理化学作用, 在由可塑 浆体变成坚硬石状体的过程中，能把散粒或块状 物料胶结成一个整体，且有一定机械强度的材料， 统称为胶凝材料 (Cementitious Materials) 。
造型棱角清晰，有利于制作有复杂图案造型的石膏 装饰件
▪ 硬化后孔隙率大： ▪ 约达总体积的50%～60％，因此隔热性和吸声性好 ▪ 可调节温度和湿度 ▪ 但强度低、吸水率大
水硬性胶凝材料（Hydraulic）
（在拌水后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 提高强度的胶凝材料。如各种水泥）
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3.1 石 膏
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无机胶凝材料分类
有机胶凝材料（如沥青和各种树脂）
无机胶凝材料
气硬性胶凝材料（Non-Hydraulic)
（只能在空气中硬化, 并保持或继续提 高强度的胶凝材料。如石膏、石灰、水 玻璃等）
土木工程材料
第三章 无 机 胶 凝 材 料
一、气硬性胶凝材料
▪ 本节教学内容与学习要求
•教学内容 本章主要介绍下列几种气硬性胶凝材料的特
性、技术性质要求和应用： 石 灰 ( Lime ) 石 膏 ( Plaster ) 水玻璃( Water Glass) 氯氧镁水泥 ( Magnesite )
•学习要求 通过学习要求了解这几种胶凝材料的特性与用途。
•
1 2
H2O
1
1 2
H
2O
▪ 高强度石膏(α型)和建筑石膏(β型)
▪ 高强石膏硬化后，密实度大，强度高，可用于建
筑抹灰或制成石膏制品，但成本高
▪ 建筑石膏生产方便，成本低，可在建筑工程中大
量使用
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石膏CaSO4·2H2O。
▪ 天然无水石膏只可用于生产无水石膏水泥
▪ 在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏
经过加工而成的半水石膏CaSO4·1/2H2O，又 称熟石膏。
▪ 天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的
不同，会得到结构和性能不同的产物:
▪ 高强度石膏(α型)和建筑石膏(β型)
无 水
石
膏
优等品
一等品
合格品
抗折强度/MPa, 不小于
抗压强度/MPa, 不小于
细度(0.2 mm方孔筛 筛余/％),不大于
凝结时间
2.5
2.1
1.8
4.9
3.9
2.9
5.0
10.0
15.0
初凝时间不早于6 min； 终凝时间不迟于30 min
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建筑石膏的凝结硬化
▪ 水化反应式:
CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O
▪ 建筑石膏与适量水混合，最初为可塑的浆体，
但很快就失去可塑性产生强度，并发展成为坚 硬的固体。发生这种现象的实质，是由于浆体 内部经历了一系列物理化学变化。
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建筑石膏的特性
▪ 凝结硬化快 ▪ 微膨胀，装饰性好 ▪ 孔隙率大 ▪ 防火性好 ▪ 耐水性和抗冻性差
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Explanation-1
▪ 凝结硬化快: ▪ 终凝时间<30min，完全硬化约需一星期 ▪ 微膨胀: ▪ 建筑石膏硬化时体积略有膨胀。一般膨胀率约为1% ▪ 使得硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且制品