胶凝材料学课件
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第二章无机胶凝材料
B）石灰砂浆：是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途， 分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
（2）石灰土（灰土）和三合土
如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三 合土（泥土、熟石灰、沙 ），二灰土（石灰、 粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉 灰、级配碎石）等。
石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用， 制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量 的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中 使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化 硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙 或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。
经过加工而成的半水石膏（
故又称熟石膏。
CaSO4.
1 2
H2O）
破碎、加热和磨细
（3）化学反应式：
天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度 和加热方式的不同，可以得到不同性质的
石膏产品。
二
107~1700
水
煅烧
石 膏
1250C，0.13MPa
蒸压锅蒸炼
性半水石膏
（建筑石膏）
性半水石膏
（高强石膏）
Ca(OH)2+水
（2） 石灰按氧化镁（MgO)含量分 类：
钙质生石灰： 氧化镁（MgO)含量<5%;
镁质生石灰： 氧化镁（MgO)含量>5%;
3 石灰的熟化
称生为石石灰灰（的C熟aO化)加或水消生解成过C程a。(OH)2过程，
C H a 2 O O C ( O a ) 2 H 6 .8 4 K 5 /m J
硅酸钾 : K2O.nSiO2等 其中n称为水玻璃的模数，n=1.5~3.5
2 水玻璃的应用
（１）用作涂料;涂刷材料表面直接将液体水玻璃 涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、 水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强 度、抗渗性、耐水性均得到提高。
（2）石灰土（灰土）和三合土
如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三 合土（泥土、熟石灰、沙 ），二灰土（石灰、 粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉 灰、级配碎石）等。
石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用， 制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量 的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中 使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化 硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙 或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。
经过加工而成的半水石膏（
故又称熟石膏。
CaSO4.
1 2
H2O）
破碎、加热和磨细
（3）化学反应式：
天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度 和加热方式的不同，可以得到不同性质的
石膏产品。
二
107~1700
水
煅烧
石 膏
1250C，0.13MPa
蒸压锅蒸炼
性半水石膏
（建筑石膏）
性半水石膏
（高强石膏）
Ca(OH)2+水
（2） 石灰按氧化镁（MgO)含量分 类：
钙质生石灰： 氧化镁（MgO)含量<5%;
镁质生石灰： 氧化镁（MgO)含量>5%;
3 石灰的熟化
称生为石石灰灰（的C熟aO化)加或水消生解成过C程a。(OH)2过程，
C H a 2 O O C ( O a ) 2 H 6 .8 4 K 5 /m J
硅酸钾 : K2O.nSiO2等 其中n称为水玻璃的模数，n=1.5~3.5
2 水玻璃的应用
（１）用作涂料;涂刷材料表面直接将液体水玻璃 涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、 水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强 度、抗渗性、耐水性均得到提高。
胶凝
4
胶凝 材料
气硬性胶凝材料（非水硬性材料）
只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发 展其硬度。 已硬化并具有强度的制品在水的长期作用下，强度 会显著下降以至破坏。
水硬性胶凝材料
既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持并继续 发展其强度。
5
石灰
石灰的生产： 原料：石灰岩（煅烧） 石灰岩--- CaCO3 原理：CaCO3 CaO+CO2 生石灰--- CaO MgCO3 MgO+CO2 熟石灰--- Ca(OH)2
水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙(3CaO· 2，简写为C3S，占36%~60%) SiO （2）硅酸二钙(2CaO· 2，简写成C2S，占15%~37%) SiO
（3）铝酸三钙(3CaO· 2O3，简写成C3A，占7%~15%) Al
（4）铁铝酸四钙(4CaO· 2O3· 2O3，简写为C4AF，占 Al Fe 10%~18%)。
水泥系列、膨胀水泥系列。
工程多用硅酸盐类水泥(重点学习内容）
30
硅酸盐水泥
硅酸盐水泥—以硅酸钙为主要成分的熟料所制得 得水泥的总称，又是专指一种水泥品种
硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、0~5%的混合料(如 石灰石或粒化高炉矿渣等)、适量石膏磨细制成的水硬 性胶凝材料。 硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合料的称Ⅰ型硅酸 盐水泥，其代号为P· Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺 加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材 的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P· Ⅱ。
3CaOAl2O3 6H2O 3CaOAl2O3 H 2 O 6
4CaOAl2O3 Fe2O3 7H 2O 3CaOAl2O3 H 2 O 6 CaOFe2O3 H 2O
胶凝 材料
气硬性胶凝材料（非水硬性材料）
只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发 展其硬度。 已硬化并具有强度的制品在水的长期作用下，强度 会显著下降以至破坏。
水硬性胶凝材料
既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持并继续 发展其强度。
5
石灰
石灰的生产： 原料：石灰岩（煅烧） 石灰岩--- CaCO3 原理：CaCO3 CaO+CO2 生石灰--- CaO MgCO3 MgO+CO2 熟石灰--- Ca(OH)2
水泥熟料主要成分
（1）硅酸三钙(3CaO· 2，简写为C3S，占36%~60%) SiO （2）硅酸二钙(2CaO· 2，简写成C2S，占15%~37%) SiO
（3）铝酸三钙(3CaO· 2O3，简写成C3A，占7%~15%) Al
（4）铁铝酸四钙(4CaO· 2O3· 2O3，简写为C4AF，占 Al Fe 10%~18%)。
水泥系列、膨胀水泥系列。
工程多用硅酸盐类水泥(重点学习内容）
30
硅酸盐水泥
硅酸盐水泥—以硅酸钙为主要成分的熟料所制得 得水泥的总称，又是专指一种水泥品种
硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、0~5%的混合料(如 石灰石或粒化高炉矿渣等)、适量石膏磨细制成的水硬 性胶凝材料。 硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合料的称Ⅰ型硅酸 盐水泥，其代号为P· Ⅰ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺 加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材 的称Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P· Ⅱ。
3CaOAl2O3 6H2O 3CaOAl2O3 H 2 O 6
4CaOAl2O3 Fe2O3 7H 2O 3CaOAl2O3 H 2 O 6 CaOFe2O3 H 2O
高校高等职业教育《建筑工程材料与检测》教学课件 第2章 气硬性胶凝材料
2.1.2 石灰的熟化 一般情况下，在生石灰熟化过滤时即可筛除块状的欠火石灰，
而过火石灰则难以通过滤网除去，被存留在石灰膏中，使之可能成 为石灰工程的质量隐患。
为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前须进行“陈伏”。 陈伏是指石灰膏（或石灰乳）在储灰坑中放置2周以上时间，使过火 石灰逐渐熟化的过程。其间石灰膏表面应保持一层水分，目的是使 其与空气隔绝，以免与空气中的二氧化碳发生碳化反应。
未消化残渣含量（5mm圆孔 筛筛余量）（%），≤
5
10 15
5
10 15
CO2含量（%），≤
5
7
9
6
8
10
产浆量（L/kg），≥
2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0
Civil Engineering Materials
建筑生石灰粉的技术指标（JC/T 480-1992）
项目
钙质生石灰粉
镁质生石灰粉
Civil Engineering Materials
2.1.7 工程案例 2. 防治措施
（1）选用熟化充分的石灰配制抹面砂浆。抹面混合砂浆所用的 石灰膏熟化“陈伏”时间一般不少于30天，以消除过火石灰后期熟 化时的体积膨胀。
（2）淋制石灰膏时，选用孔径不大于3mm×3mm的滤网进行过 滤，并防止黏土等杂质混入化灰池和储灰池。
《建筑消石灰粉》（ JC/T481-92）标 准规定：MgO≤4%的消石灰粉称为钙质 消石灰粉；4%≤MgO＜24%的消石灰粉称 为镁质消石灰粉；24%≤MgO＜30%的消 石灰粉称为白云石质消石灰粉。
Civil Engineering Materials
2.1.2 石灰的熟化 消石灰粉在使用前，一般也需要“陈伏”，如果将生石灰磨细
第五章 无机胶凝材料
工业副产石膏
2、磷石膏 磷石膏是洗衣粉厂和磷肥厂等制造磷酸时的废渣，是 磷灰石（或氟磷灰石）和硫酸反应生成磷酸及石膏。 反应如下： Ca5F(PO4)3+5 H2SO4+10H2O=3H3PO4+5[CaSO4·2H2O]+ HF↑ 磷石膏主要成分为二水石膏，含量可达85％以上。常 含有2％左右的磷、氟、有机物等杂质。磷石膏的结 晶与天然二水石膏很接近。多数呈菱形板状，部分呈 长板状，少量为燕尾双晶。
什么是胶凝材料cementing material
又称胶结料。在物理、化学作用下，能 从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其 他物料，制成有一定机械强度的复合固 体的物质。分为水硬性胶凝材料和气硬 性胶凝材料两大类。
1、水硬性胶凝材料 和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化 的胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、 铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。 2、气硬性胶凝材料 不能在水中硬化但能在空气中或其他条件下硬化的 胶凝材料。分为无机的（包括石灰、建筑石膏、水 玻璃和菱苦土）和有机的（如沥青、树脂等）两种。 一般用途的有石灰、石膏等。
2、普通纸面石膏板
1)定义：是以半水石膏和护面纸为胶凝材料，掺加适 量纤维、胶粘剂、促凝剂、缓凝剂，经料浆配制、成 型、切割、烘干而成的轻质薄板。 2)特点：具有质轻、保温、防火、吸声、抗冲击，调 节室内温度湿度等性能，可锯、可钉、可钻，并可以 用钉子、螺栓和石膏为基材的粘结剂粘结。 3)应用：主要适用于室内隔断和吊顶，而且要求环境 干燥。不适用于厨房、卫生间以及空气相对湿度大于 70%的潮湿环境。
图4.1
普通纸面石膏板的棱边
3、装饰石膏板
1)定义：装饰石膏板是以建筑石膏为胶凝材料，加入 适量的纤维增强材料、胶粘剂、改性剂等辅料，与水 拌和成料浆，经成型、干燥而成的不带护面的装饰板 材。 2)特点：它具有质轻、强度高、图案饱满、细腻、色 泽柔和、美观、吸音、防火、隔热、变形小及可调节 室内湿度等优点，并具有施工方便，加工性能好，可 锯、可钉、可刨、可粘贴等特点，是较理想的顶棚吸 音板及墙面装饰板材。
无机胶凝材料
不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等
体
4、如何改善石膏制品的耐水性 How?
解 理
答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎面水处理，以
减小吸水率；
掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止 水分子对晶体颗粒间的削弱作用。
石膏
4.建筑石膏的特性与技术性质
建筑石膏的技术要求(GB9776－88)：
36
凝(曲线c)
一些无机盐(如硫酸钾)可以促膏进膏
细度
凝酸结)可硬以化延，缓而凝一结些硬有化机酸(如柠的晶体檬的晶体
细度时越间(细s) ，凝结硬化越快。较粗较细
石膏
石膏凝结硬化的特点
CaSO4· ＋1.5H2O CaSO4·2H2O＋Q
理论需水量：18% 实际需水量：60-80%
产生什么现象？
石灰
1.建筑石灰的组成与品种
气硬性石灰
粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物及其水化物： ➢ 生石灰粉：CaO； ➢ 熟(消)石灰粉：Ca(OH)2； ➢ 石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；
水硬性石灰
粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物： CaO、活性Si2O、Al2O3等
石灰
2.建筑石灰的生产
所以，石膏胶防凝水材，料以运免输失、效储！存中，必须颗粒表面二水石膏晶体不断增多石 膏 颗 粒 表 面 分 子 首 先 水 化防半水石膏全部水化成二水石膏潮、
石膏
石膏凝结硬化强度发展过程
第一阶段：5min以前， 浆体的塑性强度很低， 且增长很慢； 第二阶段：5min~30min， 强度迅速增大，并发展 到最大值； 最后：如果硬化浆体在 潮湿条件下养护，则强 度逐渐有所下降。
原料：
以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。 石灰的制备：
胶凝材料
（5）装备水平提高；（6）效益同步增长
2.5 硅酸盐水泥
通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料、 适量石膏和混合材料制成的水硬性胶凝 材料。包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水 泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水 泥。 硅酸盐水泥分为I型硅酸盐水泥（代号 P〃I，不掺加混合材料）和II型硅酸盐 水泥（代号P〃II，可掺加不超过水泥质 量5% 石灰石或粒化高炉矿渣）。
② 适宜的石膏掺量主要取决于水泥中铝酸 三钙和石膏中SO3的含量，同时与水泥细度 及熟料中SO3的含量有关，石膏掺量一般为 水泥质量的3%～5%。 ③ 拌合水泥浆时，水与水泥的质量比称为 水灰比。拌合水越多，水泥石中的毛细孔就 越多，而水泥石的强度随其孔隙增加呈线性 关系下降。在熟料矿物组成相近的情况下， 水灰比的大小是影响水泥石强度的主要因素。
图2-1 水泥材料在国民经济中的作用
2.4 水泥工业的发展概况
1 水泥的生产过程
水泥的生产过程可以简称为“两磨一烧”，即原料 （生料磨）→生料（窑烧成）→熟料（水泥磨）→水 泥。
2 水泥的生产方法分类
①按生料制备方法分：湿法[半湿法(湿磨干烧)亦归为湿 法]和干法[半干法(料球)亦归为干法]。 ②按煅烧熟料窑的结构分：立窑生产（普通立窑、机械 化立窑），回转窑生产（干法回转窑：普通干法和新 型干法、湿法回转窑、半干法回转窑）。
安定性是水泥硬化后体积变化的均匀性，体积 的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲等现象。
2.6 通用水泥
2.6.3 粒化高炉矿渣
凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸钙与铝硅酸钙为主 要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣 。
2.5 硅酸盐水泥
通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料、 适量石膏和混合材料制成的水硬性胶凝 材料。包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水 泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水 泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水 泥。 硅酸盐水泥分为I型硅酸盐水泥（代号 P〃I，不掺加混合材料）和II型硅酸盐 水泥（代号P〃II，可掺加不超过水泥质 量5% 石灰石或粒化高炉矿渣）。
② 适宜的石膏掺量主要取决于水泥中铝酸 三钙和石膏中SO3的含量，同时与水泥细度 及熟料中SO3的含量有关，石膏掺量一般为 水泥质量的3%～5%。 ③ 拌合水泥浆时，水与水泥的质量比称为 水灰比。拌合水越多，水泥石中的毛细孔就 越多，而水泥石的强度随其孔隙增加呈线性 关系下降。在熟料矿物组成相近的情况下， 水灰比的大小是影响水泥石强度的主要因素。
图2-1 水泥材料在国民经济中的作用
2.4 水泥工业的发展概况
1 水泥的生产过程
水泥的生产过程可以简称为“两磨一烧”，即原料 （生料磨）→生料（窑烧成）→熟料（水泥磨）→水 泥。
2 水泥的生产方法分类
①按生料制备方法分：湿法[半湿法(湿磨干烧)亦归为湿 法]和干法[半干法(料球)亦归为干法]。 ②按煅烧熟料窑的结构分：立窑生产（普通立窑、机械 化立窑），回转窑生产（干法回转窑：普通干法和新 型干法、湿法回转窑、半干法回转窑）。
安定性是水泥硬化后体积变化的均匀性，体积 的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲等现象。
2.6 通用水泥
2.6.3 粒化高炉矿渣
凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸钙与铝硅酸钙为主 要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣 。
建筑材料学--胶凝材料
氧根离子直接进人晶格中，这一点便决定了它具有大的水 化速度。
• 硅酸二钙C2S： （1）、β-C2S是在常温下存在的介稳的高温型 矿物，其结构是热力学不稳定的。 （2）、 β-C2S中的钙离子具有不规则配位数， 使其具有较高的活性； （3）、 β-C2S的杂质和稳定剂的存在，也提 高了它的活性；
（4）、在β-C2S其结构中不具有像C3S结构中
从熟料形成过程的反应可知，只有当Al2O3与Fe2O3 的分子比大于1（即质量比大于0.64时），在熟料中才 能既形成C4AF又形成C3A，如果IM小于0.64时，则由 于Al2O3含量没有多余，不能形成C3A，多余的Fe2O3与 CaO生产C2F。
石灰饱和系数表示SiO2与CaO ，饱和形成C3S的程度。 石灰饱和系数是全部氧化硅SiO2生成硅酸钙所需的氧化 钙CaO含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙 所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被 氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。当KH值高时，煅烧 困难，f-cao增加，有安定性不良趋势，硅酸三钙增 加，硅酸二钙减少。其值一般为0.87～0.92
7、硅酸盐水泥的水化反应及机理
• 硅酸三钙C3S的水化：
水化生成产物水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、氢氧化钙 [Ca(OH)2]晶体。 Ⅰ诱导前期：反应急剧，时间短，在15min以内结束。 Ⅱ诱导期：反应速率慢，一般持续2~4h，是硅酸盐水泥能在几 个小时内保存塑性的原因，诱导期结束时水泥到达初凝。 Ⅲ加速期：反应重新加快，出现第二个放热峰，约4~8h本阶段 结束，此时水泥过终凝，开始硬化。 Ⅳ减速期：反应速率随时间下降，水化作用逐渐受扩散速率的 控制。 Ⅴ稳定期：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化作用 完全受扩散速率控制。
• 铁铝酸四钙C4AF：
• 硅酸二钙C2S： （1）、β-C2S是在常温下存在的介稳的高温型 矿物，其结构是热力学不稳定的。 （2）、 β-C2S中的钙离子具有不规则配位数， 使其具有较高的活性； （3）、 β-C2S的杂质和稳定剂的存在，也提 高了它的活性；
（4）、在β-C2S其结构中不具有像C3S结构中
从熟料形成过程的反应可知，只有当Al2O3与Fe2O3 的分子比大于1（即质量比大于0.64时），在熟料中才 能既形成C4AF又形成C3A，如果IM小于0.64时，则由 于Al2O3含量没有多余，不能形成C3A，多余的Fe2O3与 CaO生产C2F。
石灰饱和系数表示SiO2与CaO ，饱和形成C3S的程度。 石灰饱和系数是全部氧化硅SiO2生成硅酸钙所需的氧化 钙CaO含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙 所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被 氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。当KH值高时，煅烧 困难，f-cao增加，有安定性不良趋势，硅酸三钙增 加，硅酸二钙减少。其值一般为0.87～0.92
7、硅酸盐水泥的水化反应及机理
• 硅酸三钙C3S的水化：
水化生成产物水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、氢氧化钙 [Ca(OH)2]晶体。 Ⅰ诱导前期：反应急剧，时间短，在15min以内结束。 Ⅱ诱导期：反应速率慢，一般持续2~4h，是硅酸盐水泥能在几 个小时内保存塑性的原因，诱导期结束时水泥到达初凝。 Ⅲ加速期：反应重新加快，出现第二个放热峰，约4~8h本阶段 结束，此时水泥过终凝，开始硬化。 Ⅳ减速期：反应速率随时间下降，水化作用逐渐受扩散速率的 控制。 Ⅴ稳定期：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化作用 完全受扩散速率控制。
• 铁铝酸四钙C4AF：
无机凝胶材料PPT课件
• 凝结硬化快；
• 生产建筑石膏制品；
• 孔隙率大，热导率小； • 生产水泥时作为缓凝 • 凝结时体积产生微膨胀； 剂加入水泥中。
• 吸湿性强，耐水性差；
• 具有较好的防火性能。
三、水玻璃
• 水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅 结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。
1.水玻璃的生产 湿法生产
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
建筑石膏 高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
800℃
CaSO4 Ⅰ
高温煅烧石膏
• 湿法是将石英砂加入到氢氧化钠溶液中，进行蒸压 使其直接反应生成液态水玻璃。
干法生产
• 干法是把石英砂和碳酸钠按比例混合磨细，在300~ 1400℃高温的熔炉内熔化，生成固态水玻璃。
三、水玻璃
1.水玻璃的生产 水玻璃的硅酸盐模数
• 水玻璃的模数n：指硅酸钠中氧化硅和氧化钠的分 子数之比，一般在1.5~3.5之间。
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
• 建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：
建筑石膏+水
浆体
凝结
硬化
建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结 晶的过程；
第三章 气硬性胶凝材料(石膏、石灰、水玻璃)
过火石灰
石灰的熟化
3.1.2 石灰的熟化与硬化 1. 石灰的熟化
熟化（消化）：工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之 消解为熟(消)石灰——氢氧化钙的过程。
CaO nH2O Ca(OH)2 nH2O 64.9KJ/mol
特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热
石灰产品
CaCO3
900~1100℃
消石灰粉 粘土 砂或石屑、炉渣 水 碾压夯实
石灰与粘土或硅质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝可在
潮湿环境中与水反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化氯 酸钙，故石灰土可在潮湿环境中使用。 常用于建筑物基础、路面的垫层。
硅酸盐制品
石灰土
三合土
5. 硅酸盐制品
石灰 天然砂 硅铝质工业废渣 水 硅酸盐制品
Ca(OH)2 CO2 nH 2O CaCO3 (n 1)H 2O
碳化作用实际上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。
碳化
硬化的特点
3. 硬化的特点
◘ 结晶自里向表，碳化自表向里 ◘ 速度慢（通常需要几周的时间） ◘ 体积收缩大（容易产生收缩裂缝）
生产
3. 建筑石膏的生产
生石膏在常压下煅烧加热到107℃~170 ℃ ，可得到β型建
筑石膏：
二水石膏 β型半水石膏
107 C ~170 C常压
CaSO 4 2H 2 O
1 1 CaSO 4 H 2 O 1 H 2 O 2 2
生石膏在124 ℃ 、1.3大气压条件下压蒸加热，可得到α型建
建筑石膏
2. 建筑石膏
熟石膏（CaSO4﹒1/2H2O）—— 也称熟石膏或半水石膏。是由生石膏加工而成的，根据内 部结构不同可分为α型半水石膏和β型半水石膏。 将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到β型半水石膏和α 型半水石膏。 α型半水石膏和β型半水石膏相比，其结晶颗粒较粗，比 表面积较小，拌制石膏浆体时的需水量较小，硬化后强度高， 因此又称为“高强石膏”。 在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。
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2、蒸压硬化过程
• 料浆凝结后，整个体系也就基本稳定，成 为胚体。静停后的胚体由于具有一定结构 强度，故可进行切割。但是由于时间段， 温度低，水化产物少，结晶度差，胚体强 度很低，尚属于半成品。为了使反应充分 而快速的进行以制成高强度的加气混凝土 成品，常采用蒸压养护。
• 含硅材料与钙质材料在8~16个大气压 （175~203°C饱和蒸汽）下的水热反应如 图2示。其中包含石灰与含硅材料的水热反 应和水泥与含硅材料的水热反应。
• 最后生成板状结晶的贝托莫来石，其变化 过程如下： • C+S+H→C2SH(A) →CSH(B) →C5S6Hn→C5S6H5(贝托莫来石) • CSH(B)强度高，但收缩大，而板状结晶贝 托莫来石强度较高，收缩较小，且甚稳定， 收缩减小。贝托莫来石生成以后，如升温 至200°C以上，便生成硬硅钙石。
• 2、工程应用 • 由于加气混凝土具有以上优点，因而加气混凝土在工程中 应用十分广泛： • （1）使用蒸压加气混凝土砌块替代传统粘土砖等砌块， 作为一种新型的砌体材料。 • （2）由于具有易于成型，保温性、隔音等特点往往用于 制作屋面板及墙板等板材。 • （3）另外由于其良好的保温性能往往用来制作保温管等 制品。
• 当使用粉煤灰、页岩等原料代替硅砂时， 这类原料中SiO2和Ca(OH)2反应生成CSH(B) 及贝托莫来石。其中有相当部分水化硅酸 钙中含有Al的水化硅酸钙。同时这类原料 中含较多Al2O3会生成C3ASnH6-2n型水石榴 石。 • 综上所述，蒸压石灰-砂加气混凝土水热反 应主要是C-S-H三元系反应，其生成物是以 贝托莫来石为主体的水化硅酸盐。
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1、发气反应和气孔结构的形成
（1）料浆的发气膨胀 • 加气混凝土系弹-塑-粘性体系。 • 原料（砂浆、水泥、生石灰、铝粉、水及 其他外加剂）在搅拌浇筑过程中即已开始 了化学反应，水泥水化析出Ca(OH)2,生石 灰与水反应生成Ca(OH)2，整个料浆迅速变 成碱性饱和溶液（ph值达12左右）。铝粉 是一种最活泼的组分，他同碱性饱和溶液 发生反应，产生氢气：
• 加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾 矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料， 掺加发气剂（铝粉），经加水搅拌，由化学反应 形成孔隙，通过浇注成型、预养切割、蒸压养护 等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。
生产流程示意
二、多孔结构的形成
蒸压加气混凝土的结构形成包括两个过程： 1、由于铝粉与碱性水溶液之间反应发生气体 是料浆膨胀以及水泥和石灰凝结而形成多 孔结构的物理化学过程； 2、蒸压条件下材质材料与规制材料发生水热 反应使强度增长的物理化学过程。
胶 凝 材 料 学
加气混凝土
• 一.加气混凝土简介 • 二.加气混凝土多孔结构的形成 • 三.加气混凝土的工程应用
一.简介
• 加气混凝土是一种容重小、绝热性高的人造多孔 混凝土。
• 它具有容重轻、保温性能好和可加工等优点，兼可作保温 和承重材料，可制作砌块、屋面板、墙板和保温管等制品， 广泛用于工业与民用建筑。
图2
（1）石灰与含硅材料的水热反应
• 生石灰遇水消解为Ca(OH)2。Ca(OH)2首先 同硅砂表面发生反应，生成高碱性水化硅 酸钙，随后高碱性水化硅酸钙又同内部未 反应的硅砂反应，相继生成低碱性水化硅 酸钙。 • 当C/S>1.5时，生成C2SH(A)，随着反应进 一步深入，C/S逐渐减少。 • 当C/S<1时，生成卷箔状半结晶性的CSH(B)。
• 可加工性：加气混凝土不用粗骨料、具有良好的可加工性， 可锯、刨、钻、钉，并可用适当的粘结材料粘结，为建筑 施工创造了有利的条件。 • 良好的吸声性能：加气混凝土由于特有的多孔结构，因而 具有一定的吸声能力(吸声系数0.2～0.3)；也和其它轻质 材料一样，加气混凝土隔声性能不好，这是受“质量定律” 支配，单位面积材料的质量越轻，隔声能力越差，但可以 通过建筑措施来解决。 • 吃灰量大、利废率高：粉煤灰等灰渣占其总配比量的75% 以上。可大量消化粉煤灰、煤矸石、废砖头、磷石膏、电 石渣、尾矿砂和脱硫石膏等工业废渣，有利于治理污染。 加气混凝土的资源利用率高，1m 3 原材料可生产5m 3 产 品，在为人类生存环境做出贡献的同时，也符合发展循环 经济战略。 • 加气混凝土具有能耗低（包括生产能耗、运输能耗和使用 能耗），单位制品的生产能耗56.8kg(标煤)。
某蒸压加气混凝土试样（恒温9h， 恒压2MPa）SEM
CSH凝胶
贝托莫来石
Hale Waihona Puke 三、工程应用1、加气混凝土的优点： • 质量轻：加气混凝土的孔隙率占70%～80%，体积 密度一般为400～700kg/m3，相当于实心粘土砖的 1/3，普通混凝土的1/5。 • 保温性能好：加气混凝土内部具有大量的气孔和 微孔，具有极低热透过率，因而有良好的保温隔 热性能。通常200mm 厚的加气混凝土墙的保温隔 热效果，相当于490mm 厚的普通实心粘土砖墙。 • 良好的耐火性能与不散发有害气体：加气混凝土 的主要原材料大多为无机材料，其本身又具有保 温隔热性能，因而还有良好的耐火性能，并且遇 火不散发有害气体；由于对建筑物中的钢筋具有 较好的隔热作用，当加气混凝土建筑遭遇火灾时， 往往仅在表面造成损伤，对结构性能并不起根本 的破坏。
• 当气体压力引起的切应力大于料浆极限切 应力时，这些氢气泡尺寸增大，料浆开始 膨胀，此时铝粉微粒正位于小气泡中央 （见图1-2）。 • 这些气孔是分散在料浆的整个体积内。在 合理工艺条件下，这一膨胀一直可以进行 到铝粉完全耗尽为止。 • 因此料浆的膨胀可视为是球状气孔的发生 与长大的过程。
图1
（2）水泥和含硅材料的水热反应
• 纯水泥在常温下水化，C3S水化生成C2SH2和相应 数量的Ca(OH)2。C2S也水化生成C2SH2。 • 在175~200°C时，C3S水化生成C2SH(A)、C2SH(C) 和C2SH2，并析出Ca(OH)2；C2S水化生成C2SH(C)、 C2SH(A)。 • 此时水泥与硅砂的水热反应分为两个方面：一方 面上述水化物和SiO2作用逐渐由高钙转化为低钙 水化产物CSH(B)及贝托莫来石；另一方面水泥析 出的Ca(OH)2与硅砂水热合成贝托莫来石。
• 2Al+Ca(OH)2+6H2O=3CaO〃Al2O3〃6H2O+ 3H2↑ • 水中氢气的溶解度不大（t=20°C时，1升水仅溶 解0.0189升氢气）。由于气相的增加以及氢气受热 体积增大。因此，混合料浆膨胀。 • 在铝粉颗粒与碱性饱和溶液接触的一瞬间（见图 1-1），就开始放氢气，形成最小的气泡。 • 当接触处温度不低于35°C，便产生大量气体，因 而铝粉微粒周围极小区域产生了气体压力。此压 力直接作用在塑粘性料浆上。 • 但是，当气体压力引起的切应力未超过料浆的极 限切应力（τ0）时，料浆不会膨胀。 • 由于发气反应继续进行，生成的氢气分子数增加， 气体压力逐渐增大。