1、建筑材料绪绪 论论 建筑材料的定义：早在远古，人类就直接使用天然资源作为建筑材料，如块石、泥土、树枝和树叶以及将它们简单加工的材料如夯土、草泥等；而将天然资源进行不同程度深加工，生产出来的建筑材料，也就成为古代与现代人类建造各种类型建筑物的基础 一、定义 建筑材料 是用于土木建筑结构物的所有材料的总称。 二、分类黑色金属：钢金属材料有色金属：铜、铝、锌无机材料：砖、玻璃、水泥、石灰沥青：煤沥青、石油沥青非金属材料植物：木材、竹材合成高分子：塑料、合成橡胶、涂料有机与无机非金属结合：聚合物砼复合材料金属与有机材料结合：PVC 钢板 （ 2）材料决定了建筑结构的设计方法； （ 3）必须恰当选择和合
2、理使用原材料 材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量 （ 4）材料决定了施工的方法； 例：水泥混凝土的特点是抗压强度高、抗拉强度低 ; 因此，水泥混凝土只适合设计为耐压构件；四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法1.作用1.1 为后续课程的学习提供必要的知识1.2 为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打下基础2.任务 2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求2.2 了解常用材料的生产、成分和构造2.3 掌握常用材料的技术性质， 以及影响材料性质的主要因素及其相互关系第 1 章 土木工程材料的基本性质第 1 章 土木工程材料的基本性质 1.1 材料的物理性质
3、(physical properties) 1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度 (1)密度(density) 近似密度（视密度）(apparent density) (2)表观密度(apparent density) (3)堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles) 压实密度（compacted density）密实材料，如金属材料、花岗岩等材料的内部有许多孔隙孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等第 1 章 土木工程材料的基本性质 1.1.2 材
4、料的密实度与孔隙率 (1)密实度(density) (2)孔隙率(porosity) 1.1.3 材料的填充率与空隙率（散粒体） (1)填充率(filling ratio) (2)空隙率(voids ratio, void content, void volume) 1.1.4 材料与水有关的性质 (1) 材料的亲水性与憎水性 亲水性（被水润湿 90）(hydrophilic nature) 憎水性（润湿角 90）(hydrophobic nature) (2) 材料的吸水性与吸湿性 吸水性(water absorptivity) 吸水率(water absorption) 吸湿性(hydro
5、scopic nature) 含水率(moisture content) (3) 材料的耐水性(抗水性)(water resistance) 软化系数(softening coefficient) 1.1.5 材料的抗冻性与抗渗性 (1)抗冻性(frost resistance) 水结冰时体积约增大 9，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。 冻融循环(freezing and thawing circle) 抗冻等级(grade) D15(Dong)F15(Freeze) (2)抗渗性(impermeability) 渗透系数(coefficient of permeability) 抗渗等级 S
6、(Shen) P(Permeate)材料的抗冻性由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。 1. 材料的内部一般都充满着孔隙，2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水4. 气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化3. 气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀5. 经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。6. 材料的质量损失5，强度损失25时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级第 1 章 土木工程材料的基本性质 1.2 材料的基本力学性质 1.2.1 材料的强度(strength) (
7、1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度 (2)材料的抗弯强度 表 1.3 常用材料的强度/MPa 1.2.2 材料的弹性与塑性 1.2.3 材料的脆性与韧性第 1 章 土木工程材料的基本性质 1.3 材料的热工、声学性质及材料的耐久性 1.3.1 材料的热工性质 (1)材料的导热性（thermal conductivity) 导热系数 影响材料导热系数的主要因素 材料的表观密度 孔隙大小与构造 湿度 温度 热流方向 (2)材料的热容量(heat capacity) 比热容 (3)耐燃性（防失火）(flame resistance) 建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。
8、材料根据耐燃性可分为三大类： 1)不燃烧类，如石材、混凝土、砖、石棉等； 2)难燃烧类，如沥青混凝土、经防火处理的木材等； 3)燃烧类，如木材、沥青等。 (4)耐火性（耐高温） （耐热性）(fire resistance) 材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的性能。 按耐火性高低可将材料分为以下 3 类： 1)耐火材料，耐火度15800C，如耐火砖中的硅砖、镁砖、铝转、铬砖等； 2)难熔材料，耐火度 13500C15800C，如难熔粘土砖、耐火混凝土等； 3)易熔材料，耐火度5%） 块灰、磨细生石灰、消石灰粉、石灰浆、石灰膏 生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀
9、等原因，生石生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为 “欠火石灰欠火石灰 ”。 石灰利用率低，粘结能力差石灰利用率低，粘结能力差 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 ”。过火石灰表面常被粘。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，
10、过火石灰才开始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。熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。 熟化慢；硬化后体积膨胀，引起鼓包和开裂熟化慢；硬化后体积膨胀，引起鼓包和开裂石灰的熟化(消解)(slake)熟化(消解)：CaO+H2O=Ca(OH)2+15.5 千卡工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟(消)石灰氢氧化钙的过程。特点：速度快；体积膨胀特点：速度快；体积膨胀 1-2.5 倍；放出大量的热倍；放出大量的热 石灰浆、石灰膏、熟石灰粉 常用的熟化方法有： 化灰池（用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆） 分层
11、淋水法(熟石灰粉:用于拌制灰土、三合土) 在石灰工业企业里进行干消化生产熟石灰粉块状生石灰石灰膏生石灰粉消石灰粉，主要成分为 Ca(OH)2，又称“熟石灰” 。用于拌制石灰土、三合土用于拌制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆石灰的“陈伏”为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，使过为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为石灰的火石灰充分熟化，这一过程称为石灰的 “陈伏陈伏 ”。“陈伏陈伏 ”期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防止发生碳化反应。期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防止发生碳化反应。石膏的原料 石
12、膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。 根据石膏中含有结晶水的多少，原料分为：根据石膏中含有结晶水的多少，原料分为： 天然二水石膏，又称软石膏或生石膏。天然二水石膏，又称软石膏或生石膏。 大部分天然石膏为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。大部分天然石膏为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。 天然硬石膏天然硬石膏 以无水硫酸钙（以无水硫酸钙（ CaSO4）为主要成分的天然矿石。也称无水石膏，结晶紧密，）为主要成分的天然矿石。也称无水石膏，结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的重要辅助原料。质地较硬，是生产硬石膏水泥的重要辅助原料。 化工废石膏化工废石膏
13、(含有二水石膏含有二水石膏 (CaSO42H2O)或含有或含有 CaSO42H2O 与与 CaSO4 的混合物的化的混合物的化工副产品及废渣工副产品及废渣 ) 脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等建筑石膏 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 型半水石膏型半水石膏和和 型半水石膏。型半水石膏。 将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到 型半水石膏和型半水石膏和 型半水石膏。型半水石膏。 型半水石膏和型半水石膏和 型半水石膏相比，其结晶颗粒较粗，
14、比表面积较小，拌制石膏浆型半水石膏相比，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，因此又称为体时的需水量较小，硬化后强度高，因此又称为 “高强石膏高强石膏 ”。 建筑石膏是以建筑石膏是以 型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装饰制品的主要原料。饰制品的主要原料。 型半水石膏晶粒细，需水量较大（型半水石膏晶粒细，需水量较大（ 60%80%）
15、 ，强度低。，强度低。在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但物理力学性能有差异。二水石膏溶解度比半水石膏溶解度小得多，所以二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。2. 建筑石膏的凝结随水化反应进行，浆体中的自由水分因水化和蒸发而不断减少，二水石膏胶体微粒随水化反应进行，浆体中的自由水分因水化和蒸发而不断减少，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，表现为石膏的数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性
16、逐渐减小，表现为石膏的 “凝结凝结 ”。3. 建筑石膏的硬化石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化石膏结构，这一过程称为石膏的结构，其强度也不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化石膏结构，这一过程称为石膏的“硬化硬化 ”。必须理解的是，石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的，贯穿于整个凝结硬必须理解的是，石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的，贯穿于整个凝结硬化全过程。化全过程。建筑石膏的技术性质1. 凝结硬化速度快建筑石膏浆体凝结硬化速
17、度很快。一般初凝时间仅为建筑石膏浆体凝结硬化速度很快。一般初凝时间仅为 10min 左右，终凝时间不超过左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。需要操作时间较长时，可加入适量的缓凝剂，这对于普通工程施工操作十分方便。需要操作时间较长时，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、亚硫酸盐酒精废液等。如硼砂、亚硫酸盐酒精废液等。2. 硬化时体积膨胀建筑石膏凝结硬化是石膏的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（建筑石膏凝结硬化是石膏的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（ 0.2% 1.5%） ，这种微膨胀不会对石膏制品造成危害，反而能使石膏表面较为光滑饱满，棱，这种微膨胀
18、不会对石膏制品造成危害，反而能使石膏表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，没有其它材料干燥时的开裂现象。角清晰完整，没有其它材料干燥时的开裂现象。3. 轻质多孔，但强度低使用建筑石膏时，为获得良好的流动性，加入的拌和水要比水化的理论需水量多使用建筑石膏时，为获得良好的流动性，加入的拌和水要比水化的理论需水量多的多。因此，石膏在硬化过程中由于多余水分的蒸发，使原来的水空间形成孔隙，造成硬的多。因此，石膏在硬化过程中由于多余水分的蒸发，使原来的水空间形成孔隙，造成硬化后的石膏内部形成大量微孔，硬化后的表观密度约为化后的石膏内部形成大量微孔，硬化后的表观密度约为 800kg / 3 1000 kg/ 3，
19、重量，重量较轻。较轻。但是抗压强度也因此下降。约为但是抗压强度也因此下降。约为 3MPa 5MPa。受力时，石膏制品很容易损坏。受力时，石膏制品很容易损坏。4. 良好的保温隔热和吸声、吸湿功能石膏硬化体中的大量微孔，使其传热性显著下降，因而具有良好的保温绝热能石膏硬化体中的大量微孔，使其传热性显著下降，因而具有良好的保温绝热能力；力；其表面微孔对声音传导或反射的能力也明显下降，因而具有较强的吸声能力。其表面微孔对声音传导或反射的能力也明显下降，因而具有较强的吸声能力。 大热容量和大孔隙率以及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。大热容量和大孔隙率以及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。建
20、筑石膏制品 5. 防火性好硬化后的石膏主要成分是二水石膏，受到高温作用时或遇火后会脱出硬化后的石膏主要成分是二水石膏，受到高温作用时或遇火后会脱出 21%左右的左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效阻止火势的蔓延，因而具有良好的防火效结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效阻止火势的蔓延，因而具有良好的防火效果。果。6. 耐水性差由于硬化石膏的强度来自晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可由于硬化石膏的强度来自晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏将溶解，发生局部溃散，故建筑石膏硬化时的耐水性较差。能被削弱。部分二水石膏将溶解，发生局部溃散
21、，故建筑石膏硬化时的耐水性较差。7. 装饰性和可加工性好石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉，具有良好的可加工性。其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉，具有良好的可加工性。建筑石膏的应用及保管1 配制石膏砂浆及粉刷石膏；（可用于内墙还是外墙？）配制石膏砂浆及粉刷石膏；（可用于内墙还是外墙？）2 制作各种保温、吸声、防火制品：石膏板、石膏砌块等；制作各种保温、吸声、防火制品：石膏板、石膏砌块等；石膏板是土木工程中使用量
22、最大的一类板材。吊顶、隔板制作各种装饰制品；石膏板是土木工程中使用量最大的一类板材。吊顶、隔板制作各种装饰制品；3 制作建筑雕塑和模型等；制作建筑雕塑和模型等；4 生石膏可作为水泥生产的原料。水泥生产过程中必须掺入适量的石膏作为缓凝剂，不生石膏可作为水泥生产的原料。水泥生产过程中必须掺入适量的石膏作为缓凝剂，不掺、少掺或多掺都会导致水泥无法正常使用或根本无法使用。掺、少掺或多掺都会导致水泥无法正常使用或根本无法使用。建筑石膏在运输和贮存中要注意防止受潮，一般贮存建筑石膏在运输和贮存中要注意防止受潮，一般贮存 3 个月后，其强度会降低约个月后，其强度会降低约 30%。建筑石膏是在高温条件下煅烧而
23、成的一种白色粉末状材料，本身易吸湿受潮，而建筑石膏是在高温条件下煅烧而成的一种白色粉末状材料，本身易吸湿受潮，而且其凝结硬化速度很快，因此在储存和运输过程中，一定要注意防潮防水。同时，石膏若且其凝结硬化速度很快，因此在储存和运输过程中，一定要注意防潮防水。同时，石膏若长期存放长期存放 ,强度也会降低，一般储存三个月后强度会下降强度也会降低，一般储存三个月后强度会下降 30%左右，因此建筑石膏储存时间左右，因此建筑石膏储存时间不宜过长，一般不超过三个月。若超过三个月，应重新检验并确定其质量等级。不宜过长，一般不超过三个月。若超过三个月，应重新检验并确定其质量等级。 高 强 石 膏 高强石膏即 型
24、半水石膏。 型半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，比表面积较小，需水量约为 3545%，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3 小时抗压强度可达 924PMa，7 天抗压强度可达 1540PMa。 高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成黏结剂，其特点是无收缩。 粉刷石膏 是由 型半水石膏和其它石膏相（硬石膏或煅烧黏土质石膏） 、各种外加剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等缓凝剂）及附加材料（石灰、烧黏土、氧化铁红等）所组成的一种新型抹灰材料。 粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，
25、还可调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。无水石膏水泥和地板石膏 将天然二水石膏加热至 400以上（400-750）,石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石膏水泥。 无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其它制品，也可用于室内抹灰。 将天然二水石膏加热到 800以上，得到的石膏称为地板石膏。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。水玻璃概述 硅酸钠水玻璃(Na2OnSiO2) 硅酸钾水玻璃(K2OnSiO2) 水玻璃分子式中的 n，即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为水玻璃的模数，一般在 1.5-3.5 之间。 工程中
26、常用的水玻璃模数为 2.62.8。 根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（和“中性”水玻璃（3） 。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。 水玻璃的凝结硬化 Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH2O 硅胶（nSiO2mH2O）脱水析出固态的 SiO2 液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化. 氟硅酸钠(Na2SiF6)促硬剂（accelerant） 2Na2OnSiO2mH2ONa2SiF6(2n1)SiO2mH2O6NaF SiO2mH2OSiO2mH2O水玻璃的性质 良好的粘结能力 :水玻璃硬化后具有较高的粘结
27、强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。 良好的耐热性 ：水玻璃不燃烧，硬化后形成iO2 空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。若以镁质耐火材料为骨料时，则耐热度可达 1100。 良好的耐酸性(acid resistance/acid-proof)：硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。不耐碱性介质的腐蚀水玻璃的应用 用水玻璃涂刷建筑材料表面，浸渍多孔性材料，提高材料的密实度、强度和抵抗风化的能力，增加材料的耐久性。这是因为水玻璃与材料中的a（OH)2
28、反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。 同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于材料保护。选用不同的耐火填料，还可配制不同耐热度的水玻璃耐热涂料。 土壤固结(stabilize) 将模数为.的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达。 配制二矾防水剂或四矾防水剂，用于堵漏局部抢修工程。 以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜) 、明矾（钾铝矾） 、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各份，溶于 60 份的沸水中，降温至，投入 400 份
29、水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在 1min 内凝结, 适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。 配制耐酸胶泥、耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热砂浆和耐热混凝土等 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。 配制保温绝热材料 配制碱矿渣（JK）混凝土第 4 章 水泥 我国水泥品种虽然很多，但大量使用的是六大品种水泥： 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 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 水硬性胶凝材料：不仅在空气中而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度。水硬性胶凝材料：
30、不仅在空气中而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度。 (如如各种水泥各种水泥 )特点：在水中凝结硬化比在空气中更好。既适用于干燥环境，又适用于潮湿环境及水中的特点：在水中凝结硬化比在空气中更好。既适用于干燥环境，又适用于潮湿环境及水中的工程部位。工程部位。水泥：指加水拌合成塑性浆体后，能胶结砂、石等散粒或块状材料，并能在空气和水中硬水泥：指加水拌合成塑性浆体后，能胶结砂、石等散粒或块状材料，并能在空气和水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。化的粉末状水硬性胶凝材料。4.1.1 水泥的种类水泥的种类硅酸盐水泥（应用最广）铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥按化学成分可分为：硅酸盐水泥 PI、PII普通硅酸盐水泥
31、 PO矿渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF复合水泥通用水泥硅酸盐系列水泥（按用途和性能分）专用水泥道路水泥、大坝水泥、砌筑水泥等特种水泥膨胀硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥等4.1.2 水泥的特点水泥的特点 制品强度高，坚固耐用；制品强度高，坚固耐用； 制品耐震、耐火、耐潮湿；制品耐震、耐火、耐潮湿； 凝结前可流动，凝结硬化速度快，凝结时间可调；凝结前可流动，凝结硬化速度快，凝结时间可调； 来源广，成本低；来源广，成本低； 使用简单，维护方便。使用简单，维护方便。硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥定义4.2 硅酸盐水泥4.2.1 硅酸盐水泥概述硅酸盐水泥概述1. 定义国标国标 GB175-1999
32、规定：凡由硅酸盐水泥熟料、规定：凡由硅酸盐水泥熟料、 05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为制成的水硬性胶凝材料，称为 “硅酸盐水泥硅酸盐水泥 ”，即，即 “波特兰水泥波特兰水泥 ”（ Portland Cenment） 。2. 分类 I 型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（ P.I） 不掺混合材不掺混合材 II 型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（ P.II） 掺小于掺小于 5%的混合材料的混合材料 依依 GB175-1999： 42.5、 42.5R、 52.5、 52.5R、 62.5、 62.5R 六个等级六个等级注：R早强型（主要是 3d
33、 强度较同强度等级水泥高） 4.2.2 水泥的原料及生产水泥的原料及生产1. 主原料石灰质原料 提供提供 CaO； 常用石灰石、泥灰岩、白垩土、贝壳、珊瑚类等。常用石灰石、泥灰岩、白垩土、贝壳、珊瑚类等。粘土质原料 提供提供 SiO2， Al2O3，少量，少量 Fe2O3； 常用粘土、黄土、页岩、粉砂岩等。常用粘土、黄土、页岩、粉砂岩等。2. 校正原料铁质校正原料 生料中生料中 Fe2O3 含量不足时加入；含量不足时加入； 常用的有低品位铁矿石、硫铁渣、铜矿石、铝矿渣等。常用的有低品位铁矿石、硫铁渣、铜矿石、铝矿渣等。硅质校正原料 生料中生料中 SiO2 含量不足时加入；含量不足时加入； 常用
34、的有硅藻土、硅藻石、砂岩等。常用的有硅藻土、硅藻石、砂岩等。铝质校正原料 生料中生料中 Al2O3 含量不足时加入；含量不足时加入； 常用的有铝矾土、煤灰渣、煤矸石等。常用的有铝矾土、煤灰渣、煤矸石等。3. 矿化剂莹石、石膏、重晶石等。促使原料分解，降低煅促使原料分解，降低煅 烧烧 温度要求，降低温度要求，降低 热热 耗成本，提高耗成本，提高 产产 量， 缩缩 短生成周期。短生成周期。4. 缓凝剂石膏水泥熟料单独与水拌合，会很快凝结，使得施工无法进行。熟料中水泥熟料单独与水拌合，会很快凝结，使得施工无法进行。熟料中 C3A 含量越高，这一现含量越高，这一现象越严重。在熟料中掺入适量石膏，可起到
35、缓凝作用，还可提高水泥强度。石膏掺量一般象越严重。在熟料中掺入适量石膏，可起到缓凝作用，还可提高水泥强度。石膏掺量一般为为 3%6%。5. 工业废渣粉煤灰、高炉矿渣、煤矸石、石煤、钢渣、铝渣、炉渣等等工业废料，富含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 等，可作为生产水泥的原料。作作 为为 原料之一，直接与其它原料一起混合磨原料之一，直接与其它原料一起混合磨 细细 后，送入窖内煅后，送入窖内煅 烧烧 成水泥。作作 为为 混合材料，在水泥混合材料，在水泥 烧烧 成之后， 掺掺 入水泥熟料中，一起磨成水泥。入水泥熟料中，一起磨成水泥。生生 产产幻灯片 176. “两磨一烧”石灰质原料按比例混合、
36、磨细水泥水泥生料生料粘土质原料其它原料石膏混合材料（粉煤灰、矿渣等）在熟料中掺入不同混合材料在熟料中掺入不同混合材料 获得不同品种水泥：获得不同品种水泥：煅烧是水泥生产的主要过程，生料要经历干燥、预热、分解、烧成和冷却几个阶段。简写： CaOC， SiO2 S， Al2O3 A， Fe2O3 F煅烧时首先生料脱水和分解出 C.S.A.F，后在更高温度下 C 和 S， A 和 F 相结合，形成新的化合物，称水泥熟料矿物。100 200 ： 加热生料， f-H2O 蒸发300 500 ： 预热生料500 800 ： 粘土分解 A、 S, CaCO3 分解成 CaO 和 CO2800 左右 ： 生成
37、 CA 、 C2F 和少量 C2S900 1100 ： C3A 、 C4AF 形成， CaCO3 分解最大1100 1200 ： C3A 、 C4AF 大量形成， C2S 达最大1300 1450 ： C3A 、 C4AF 呈熔融，将 CaO 和 C2S 溶于其中 C2S 吸收 CaO成 C3S，这一过程是关键，要 有足够时间，然后速冷，得到水泥熟料水泥预热煅烧工艺流程水泥煅烧工艺示意图加入石膏的目的是调节水泥的凝结时间，使之不发生急凝现象。水泥粉常用纸袋包装，但近年来已大量改用散装船、散装车输送，提高了装运效率，降低了成本。硅酸盐水泥的煅烧 窑型 立窑 回转窑 煅烧过程 7. 熟料的矿物组成
38、 硅酸三钙（硅酸三钙（ 3CaO SiO2） C3S 3760% 硅酸二钙（硅酸二钙（ 2CaO SiO2） C2S 1537% 铝酸三钙（铝酸三钙（ 3CaO Al2O3） C3A 715% 铁铝酸四钙（铁铝酸四钙（ 4CaO Al2O3 Fe2O3） C4AF 1018% 除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离 CaO、 MgO、 SO3、及碱、及碱（ K2O、 Na2O） ，这些均为有害成分，国家标准中有严格限制。，这些均为有害成分，国家标准中有严格限制。4.2.3 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化硅酸盐水泥的水化及凝结硬化1. 水化、凝结、硬化的含义 水
39、化水化 水泥加水拌合，与水发生反应，生成水化产物的过程。水泥加水拌合，与水发生反应，生成水化产物的过程。 凝结凝结 水泥加水拌合，成为可塑性浆体，随水化产物不断生成而变稠，逐渐失水泥加水拌合，成为可塑性浆体，随水化产物不断生成而变稠，逐渐失去塑性并开始产生强度的过程。去塑性并开始产生强度的过程。 硬化硬化 随水化产物产生，失去塑性后强度逐渐增加，直至称为坚硬水泥石的过随水化产物产生，失去塑性后强度逐渐增加，直至称为坚硬水泥石的过程。程。 凝结、硬化是连续、复杂的物理化学反应过程。凝结、硬化是连续、复杂的物理化学反应过程。水泥 + 水（流体） 可塑性浆体（塑性体） 固体水泥的水化反应：2C3S
40、+ 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)22C2S + 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2C3A + 6H2O = 3CaOAl2O36H2OC3A + Ca(OH)2 + 12H2O = 4CaOAl2O313H2O2C4AF + 7H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O 4CaOAl2O313H2O + 3(CaSO42H2O) + 14H2O = 3CaOAl2O33CaSO4 32H2O + Ca(OH)22C3A + 3CaOAl2O33CaSO432H2O + 4H2O = 3(3CaOAl2O3CaS
41、O412H2O )水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水
42、泥的初凝。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。当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。水泥的水化过程的五个阶段 （1）水泥水化
43、反应的激烈反应阶段(反应的初始期 )； （2）水化反应速度很低的阶段(反应的诱导期) ； （3）水化反应活泼阶段(反应加速期 )； （4）水化反应速度下降的阶段(减速期 )； （5）水化反应速度降低很显著的阶段(稳定期 )。水化硅酸钙凝胶 70%胶体水化铁酸钙Ca(OH)2 六方片状晶体水化铝酸钙 六方晶体钙钒石 针状晶体晶体2、凝结硬化过程（a）分散在水中未水化的水泥颗粒（b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层（c）膜层长大并互相连接（凝结）（d）水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化)水泥水化过程硬化后的水泥石包含有凝胶体、结晶体、未水化的水泥内核、水和孔隙。硅酸盐水泥凝结硬化的特点：（1）是由表及
44、里进行的。（2）水分和温度是硅酸盐水泥的凝结硬化的必要条件。2. 熟料矿物的水化特性及强度特性水泥是几种熟料矿物组成的混合物，改变矿物组成相对比例，水泥的性能即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强度水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝水泥。4.2.4 影响水泥凝结硬化的因素影响水泥凝结硬化的因素1. 熟料矿物组成矿物组成是影响水泥凝结硬化的直接因素。改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将矿物组成是影响水泥凝结硬化的直接因素。改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将发生明显变化。发生明显变化。用水量用水量2. 水泥细度细细 度是指粉体材料
45、的粗度是指粉体材料的粗 细细 程度。水泥水泥 颗颗 粒越粒越 细细 与水接触面与水接触面 积积 越大；水化反水化反 应应 越快；凝凝 结结 硬化越快；硬化越快；早期早期 强强 度越大。 在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。3. 拌合用水量为使水泥浆体具有塑性和流动性，加入的水量通常超过水泥充分水化时所需的水为使水泥浆体具有塑性和流动性，加入的
46、水量通常超过水泥充分水化时所需的水量。多余的水在水泥石内形成毛细孔隙，水灰比越大，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水量。多余的水在水泥石内形成毛细孔隙，水灰比越大，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水泥石的强度降低。泥石的强度降低。水灰比直接影响硬化水泥石的孔隙率，并且与水泥石强度密切相关。水灰比直接影响硬化水泥石的孔隙率，并且与水泥石强度密切相关。 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较大，此时水泥的初期水化反应得以充
47、分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。 水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多 , 造成水泥石的强度较造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。4. 环境温、湿度在适当的温度、湿度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。在适当的温度、湿度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。温度升高，水泥的水化反应加速，
48、从而使其凝结硬化速率加快，早期强度提高，但温度升高，水泥的水化反应加速，从而使其凝结硬化速率加快，早期强度提高，但对后期强度反而可能有所下降。对后期强度反而可能有所下降。相反，在降低温度下，水泥的凝结硬化速度慢，早期强度低。负温下，水泥水化将相反，在降低温度下，水泥的凝结硬化速度慢，早期强度低。负温下，水泥水化将停止。停止。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。正常增长。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护5. 养护
