湖南大学等四校合编《土木工程材料》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第三章 无机胶凝材料)

第三章无机胶凝材料

3.1 复习笔记【知识框架】

【重点难点归纳】

胶凝材料是指土木工程材料中，凡是经过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料。根据胶凝材料的化学组成，一般可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料 石膏胶凝材料的生产 石膏 建筑石膏的凝结硬化

建筑石膏的技术性质与应用

气硬性胶凝材料 石灰的生产

石灰 石灰的硬化

石灰的技术性质和要求

石灰在土木工程中的应用

水玻璃的生产

水玻璃 水玻璃的硬化

水玻璃的性质与应用

硅酸盐水泥的生产及矿物组成

硅酸盐水泥的水化及凝结硬化

细度

凝结时间

硅酸盐水泥的技术性质 体积安定性

强度及强度等级 硅酸盐水泥 碱含量和氯离子含量 水化热 软水的侵蚀

盐类的腐蚀 水泥的腐蚀与防止 酸类腐蚀

强碱的腐蚀

腐蚀的防止

硅酸盐水泥的应用与存放

水泥混合材料的类别 水泥混合材料 活性混合材料的作用 普通硅酸盐水泥

掺混合材料的硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥

火山灰质硅酸盐水泥

粉煤灰硅酸盐水泥

复合硅酸盐水泥

白色和彩色硅酸盐水泥

快硬硅酸盐水泥

其他水泥 快硬水泥 铝酸盐水泥

快硬硫铝酸盐水泥

膨胀水泥及自应力水泥

道路硅酸盐水泥

无机胶凝材料

两大类。根据无机胶凝材料凝结硬化条件的不同，又可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两类。

一、气硬性胶凝材料

在无机胶凝材料中，气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料。常用的有石膏、石灰和水玻璃。

1．石膏

石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。其来源丰富，生产能耗低，在建筑工程中得到广泛应用。目前，常用的石膏胶凝材料有建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥等。

（1）石膏胶凝材料的生产

①生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏（CaSO4·2H2O）矿石，也可用含有二水石膏的化工副产品和废渣（称为化工石膏）。

②天然无水石膏（CaSO4）又称天然硬石膏，只可用于生产无水石膏水泥。

③石膏胶凝材料生产的主要工序是破碎、加热煅烧与磨细。根据加热方式和煅烧温度的不同，可生产出不同性质的石膏胶凝材料产品。

（2）反应过程及产物

主要成分为二水石膏的天然二水石膏或化工石膏。加热时，随着温度的升高，将发生如下变化：

当加热温度为65～75℃时，CaSO4·2H2O开始脱水，至107～170℃时，生成半水石膏其反应式为：

在该加热阶段中，因加热条件不同，所获得的半水石膏有α型和β型两种形态。

①β型半水石膏。将二水石膏在非密闭的窑炉中加热脱水得到，又称建筑石膏。建筑石膏的晶粒较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而硬化后强度较低。

②α型半水石膏。将二水石膏置于0.13MPa、124℃的过饱和蒸汽条件下蒸炼脱水，或置于某些盐溶液中沸煮得到，又称高强石膏。高强石膏的晶粒较粗，调制成一定稠度的浆体时，需水量较小，因而硬化后强度较高。

在土木建筑工程中，应用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。

（3）建筑石膏的凝结硬化

凝结硬化是指建筑石膏与适量的水拌合后，最初成为可塑的浆体，但很快就失去塑性和产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体的现象。这是由于浆体内部发生了一系列的物理化学变化。建筑石膏与水拌合后，半水石膏与水反应生成二水石膏，其反应式为：

由于二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏溶解度的1／5左右，半水石膏的饱和溶液对于二水石膏就成了过饱和溶液。所以二水石膏以胶体微粒自溶液中析出，从而破坏了半水石膏溶解的平衡，使半水石膏又继续溶解和水化。如此循环进行，直到半水石膏全部耗尽。在这一过程中，浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”。其后，浆体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体，晶体逐渐长大、共生和相互交错，使浆体产生强度，并不断增长，这就是石膏的“硬化”（图3-1）。

图3-1建筑石膏凝结硬化示意

（a）胶化；（b）结晶开始；（c）结晶长大与交错1—半水石膏；2—二水石膏胶体微粒；3—二水石膏晶体；4—交错的晶体（4）建筑石膏的技术性质与应用（见表3-1）

表3-1 建筑石膏的技术性质与应用

2．石灰

石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。在土木工程中应用很广。目前，工程中常用的石灰产品有磨细生石灰粉、消石灰粉和石灰膏。

（1）石灰的生产

生产石灰的原料有石灰石、白云石、白垩、贝壳等。它们的主要成分是碳酸钙，经煅烧后，碳酸钙分解成为氧化钙，得到块状生石灰：

在生产石灰的原料中，常含有碳酸镁，经煅烧后，分解成氧化镁；按氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰和镁质石灰两类。《建筑生石灰》（JC／T 479—92）规定，生石灰中氧化镁含量≤5％时，称为钙质石灰；氧化镁含量>5％时，称为镁质石灰。

（2）石灰的熟化

熟化是指在使用石灰时，将生石灰加水，使之消解为消石灰的过程，又称“消化”：