北京交通大学教学课件—《土木工程材料》第二章无机胶凝材料
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土木工程材料讲稿第二章精选全文完整版
（２）凝结硬化时的膨胀性
建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的 结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨 胀（0.2%~1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危 害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰 完整、避免了普通材料干燥时的开裂。
（３）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低
建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加 入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化 过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成 孔隙，造成石膏内部的大量微孔，使其重量减轻，但 是抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度 约为８00kg／ｍ3～1000 kg／ｍ3，抗压强度约为３Ｍ Pa～5ＭPa。
（３）耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成
ＳiO2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。
3.4 水玻璃的应用 （1）用作涂料，涂刷材料表面 （2）配制防水剂 （3）加固土壤 （4）配制水玻璃砂浆。 （5）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热 混凝土
随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶， 结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生 了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降， 这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间 磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降， 直至消失，这种现象为石膏的终凝。
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， 其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发， 形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏 的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是 交叉进行的。
钙质生石灰 MgO≤5%；钙质消石灰粉 MgO≤4%
镁质生石灰 MgO﹥5%；镁质消石灰粉 MgO﹥4%
三.石灰的技术性质 （1）可塑性好
土木工程材料第2章 无机气硬性胶凝材料
生石灰的熟化反应为放热反应， 生石灰的熟化反应为放热反应，熟化 体积增大1 2.5倍 煅烧良好的CaO与水 时体积增大1～2.5倍。煅烧良好的 与水 接触时几秒钟内即反应完毕。 接触时几秒钟内即反应完毕。 几秒钟内即反应完毕
陈伏： 陈伏：
为了消除过火石灰的危害， 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 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” 这一过程称为石灰的“陈伏” 陈伏” 期 石灰浆表面应保有一层水分 保有一层水分， 间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔 以免碳化。 绝，以免碳化。
六、 石灰的应用
（1）石灰乳和石灰砂浆 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， 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。 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。 也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料可使色彩 丰富。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰， 丰富。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， 提高其耐水性，调入氯化钙或明矾， 可减少涂层粉 化现象。 化现象。 石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成， 石灰砂浆是将石灰膏 、砂加水拌制而成 ，按其用 分为砌筑砂浆和抹面砂浆。 途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
第一节
一、石灰的生产
石
灰
以天然碳酸岩类岩石（石灰石、白云石等， 主要成分为碳酸钙）经高温煅烧，生成的以CaO CaO为 CaO 主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：
CaCO3 → CaO + CO2
900o C
生石灰（堆积密度为800~1000 kg/m3 )一般为白 色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。
第2章无机胶凝材料解读
6
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
170-200oC 200-250oC 400-750oC 大于850oC
05:37
半水石膏继续脱水，生成可溶性硬 石石膏膏，中与残水留拌很合少后的仍水能分很，快这凝种结石硬膏 化 凝石。结膏硬完化全很失慢水。，失去凝结硬化能力， 成部为分不石溶膏性分硬解石生膏成(死的烧氧石化膏钙)具。有催 化作用，所得产品有重新具有凝胶 硬化性能，高温煅烧石膏。
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
凡是能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状 体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称 为胶凝材料。
有机胶凝材料 ：沥青、各种树脂
胶凝材料
气硬性 ：石灰、石膏、水玻璃 无机胶凝材料 ：石灰、石膏、水玻璃、各种水泥
水硬性 ：各种水泥
05:37
1
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
1.石灰的生产及分类
2.石灰的熟化与硬化
3. 石灰的性质与技术要求 4. 石灰的应用
05:37
4
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
天然二水石膏 化工石膏
（CaSO4·2H2O）矿石是生产石膏 是胶凝指材含料有的C主aS要O原4·2料H2，O纯与二C水aS石O4膏混 合矿物石呈的无化色工透副明产或品白及色废。渣。例如磷
7
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，但 浆体很快失去塑性并产生强度，这种现象成为石膏的凝结硬化。
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
CaSO4
2H
2O
二水石膏在水中的溶解度为半水石膏的1/5左右，二水石膏易 饱和析出，浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体变稠 而失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。而后随 着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降， 直至消失，称为石膏的终凝。终凝时间一般不超过30 min。
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
170-200oC 200-250oC 400-750oC 大于850oC
05:37
半水石膏继续脱水，生成可溶性硬 石石膏膏，中与残水留拌很合少后的仍水能分很，快这凝种结石硬膏 化 凝石。结膏硬完化全很失慢水。，失去凝结硬化能力， 成部为分不石溶膏性分硬解石生膏成(死的烧氧石化膏钙)具。有催 化作用，所得产品有重新具有凝胶 硬化性能，高温煅烧石膏。
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
凡是能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状 体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称 为胶凝材料。
有机胶凝材料 ：沥青、各种树脂
胶凝材料
气硬性 ：石灰、石膏、水玻璃 无机胶凝材料 ：石灰、石膏、水玻璃、各种水泥
水硬性 ：各种水泥
05:37
1
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
1.石灰的生产及分类
2.石灰的熟化与硬化
3. 石灰的性质与技术要求 4. 石灰的应用
05:37
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土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
天然二水石膏 化工石膏
（CaSO4·2H2O）矿石是生产石膏 是胶凝指材含料有的C主aS要O原4·2料H2，O纯与二C水aS石O4膏混 合矿物石呈的无化色工透副明产或品白及色废。渣。例如磷
7
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，但 浆体很快失去塑性并产生强度，这种现象成为石膏的凝结硬化。
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
CaSO4
2H
2O
二水石膏在水中的溶解度为半水石膏的1/5左右，二水石膏易 饱和析出，浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体变稠 而失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。而后随 着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降， 直至消失，称为石膏的终凝。终凝时间一般不超过30 min。
北京交通大学教学课件—《土木工程材料》第二章无机胶凝材料
可
溶
无
200~360C
水
石
膏
地板石膏
CaSO4与CaO
石膏生产流程图
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：
CaSO4·0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4·2H2O＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应
❖ 1、凝结 ❖ 2、硬化
凝结硬化的物理化学过程
➢ 强度：抗折强度、抗压强度;
➢ 细度：0.2mm方孔筛筛余;
➢ 凝结时间：初凝、终凝时间;
❖ 石膏硬化体及制品的特性：
➢ 表观密度较小：～1.0 ➢ 孔隙率较大 ➢ 强度较低 ➢ 耐水性和抗冻性较差 ➢ 防火性较好 ➢ 隔热性和吸声性良好
➢ 装饰性
学会分析、思考和回答问题！
1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？
后得到水泥
❖ 自动化生产过程
“两磨一烧”
硅质 (粘土)
钙质 (石灰石)
调节 原料
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
粉磨
生料
1450℃
煅烧
水泥
石膏
粉磨
熟料 石膏 混合材
水泥制造厂全貌
回 转 窑 尾
水泥生料煅烧回转窑
1450~1500C
二、硅酸盐水泥的组成
❖ 硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥
➢ 硅酸盐水泥熟料 ➢ 石膏(CaSO42H2O)
非密闭煅烧脱水工艺及其产品
不
溶
无
水
500~750C
石
膏
-半水石膏
120~180C
CaSO42H2O
400~500 C
第2章 无机胶凝材料
表2.4 建筑石膏的技术指标
等级 3.0 2.0 1.6
细度 （0.2mm 方孔筛筛 余）/%
≤10%
凝结时间/mm 初凝 终凝
2h强度/MPa 抗折强度 ≥3.0 抗压强度 ≥6.0 ≥4.0 ≥3.0
18
≥3
≤30
≥2.0 ≥1.6
第2章 无机胶凝材料 （5）建筑石膏的应用 ① 制备粉刷石膏 ② 制作各种石膏板材 ③ 装饰制品 （6）建筑石膏的运输与贮存 建筑石膏在运输和储存过程中不得受潮和混入 杂物；在正常运输与储存条件下，储存期为三个月， 超过三个月以后，强度明显降低。
20
第2章 无机胶凝材料
（1）水玻璃的生产 湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠 溶液置于压蒸釜内用蒸汽加热，并加以搅拌，使之 直接生成液体水玻璃，其反应式如下： 2NaOH+ nSiO2→Na2O· nSiO2+H2O 干法是将石英砂和碳酸钠磨细，按一定比例混 合均匀，在熔炉内加热熔化，冷却后为固体水玻璃， 其反应式如下： Na2CO3+ nSiO2→Na2O· nSiO2+ CO2
6
第2章 无机胶凝材料
②消石灰粉法 将生石灰加适量的水熟化成消石
灰粉。 消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化 后使用。 消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化 不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。
7
第2章 无机胶凝材料
（3）石灰的硬化(Hardening) ① 结晶过程(Crystallization)：游离水分蒸发， 氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。 ② 碳化过程(Carbonation)：氢氧化钙与空气中 的二氧化碳化作用，生成碳酸钙晶体，释放水分并 蒸发。即 Ca(OH)2+CO2+ nH2O→CaCO3+（n+1）H2O
等级 3.0 2.0 1.6
细度 （0.2mm 方孔筛筛 余）/%
≤10%
凝结时间/mm 初凝 终凝
2h强度/MPa 抗折强度 ≥3.0 抗压强度 ≥6.0 ≥4.0 ≥3.0
18
≥3
≤30
≥2.0 ≥1.6
第2章 无机胶凝材料 （5）建筑石膏的应用 ① 制备粉刷石膏 ② 制作各种石膏板材 ③ 装饰制品 （6）建筑石膏的运输与贮存 建筑石膏在运输和储存过程中不得受潮和混入 杂物；在正常运输与储存条件下，储存期为三个月， 超过三个月以后，强度明显降低。
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第2章 无机胶凝材料
（1）水玻璃的生产 湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠 溶液置于压蒸釜内用蒸汽加热，并加以搅拌，使之 直接生成液体水玻璃，其反应式如下： 2NaOH+ nSiO2→Na2O· nSiO2+H2O 干法是将石英砂和碳酸钠磨细，按一定比例混 合均匀，在熔炉内加热熔化，冷却后为固体水玻璃， 其反应式如下： Na2CO3+ nSiO2→Na2O· nSiO2+ CO2
6
第2章 无机胶凝材料
②消石灰粉法 将生石灰加适量的水熟化成消石
灰粉。 消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化 后使用。 消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化 不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。
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第2章 无机胶凝材料
（3）石灰的硬化(Hardening) ① 结晶过程(Crystallization)：游离水分蒸发， 氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。 ② 碳化过程(Carbonation)：氢氧化钙与空气中 的二氧化碳化作用，生成碳酸钙晶体，释放水分并 蒸发。即 Ca(OH)2+CO2+ nH2O→CaCO3+（n+1）H2O
《土木工程材料(第3版)》教学课件第2章 无机气硬性胶凝材料
出，产生凝结硬化。
Na2O.nSiO2+CO2 +mH2O
Na2CO3+nSiO2.mH2O
上述反应因空气中二氧化碳含量太低而进行很慢，使用 中加入氟硅酸钠作为促硬剂，以加快水玻璃的硬化。
2 [ Na2O.nSiO2 ]+Na2SiF6 +mH2O
6 NaF+(2n+1)SiO2.mH2O
2.3 水玻璃
三、水玻璃的技术性能
（1）粘结力强，强度较高。水玻璃混凝土的抗压强度可达 15－40MPa。 （2）耐酸性好，硬化后的主要成份为二氧化硅，可抵抗多 数有机酸、无机酸侵蚀性气体。适宜配制水玻璃耐酸混凝 土、耐酸砂浆。 （3）耐热性好，可配制耐热水玻璃混凝土、耐热砂浆、耐 热胶泥。 （4）耐碱性和耐水性差，由于水玻璃硬化过程中反应不完 全，部分未反应的水玻璃在水中和碱性溶液中均可以溶解， 所以水玻璃不耐水，不耐碱。
2.3 水玻璃
四、水玻璃的应用
（1）用于土壤加固。将水玻璃与氯化钙溶液交替灌入土 壤中，两种溶液反应生成硅酸胶体，胶结和填充土壤空隙， 阻止水分的渗透，增加土壤的密实度和强度。
（2）涂刷建筑物表面。涂刷材料表面或浸渍多孔材料， 增加材料的密实度和强度，提高其抗风化能力。但不能对 石膏制品进行涂刷和浸渍，因为水玻璃能与石膏反应生成 硫酸钠晶体，产生体积膨胀，造成破坏。
2.1 石灰
2.石灰的硬化
石灰浆体的硬化包括碳化作用和分逐渐蒸发或被砌体吸收，使
Ca(OH)2溶液过饱和而逐渐结晶析出，促使石灰浆体硬化，与逐渐失去水 分的胶体结合成固体。
（2）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水化合成为碳酸钙的过 程。
Ca(OH)2+ CO2 + nH2O
Na2O.nSiO2+CO2 +mH2O
Na2CO3+nSiO2.mH2O
上述反应因空气中二氧化碳含量太低而进行很慢，使用 中加入氟硅酸钠作为促硬剂，以加快水玻璃的硬化。
2 [ Na2O.nSiO2 ]+Na2SiF6 +mH2O
6 NaF+(2n+1)SiO2.mH2O
2.3 水玻璃
三、水玻璃的技术性能
（1）粘结力强，强度较高。水玻璃混凝土的抗压强度可达 15－40MPa。 （2）耐酸性好，硬化后的主要成份为二氧化硅，可抵抗多 数有机酸、无机酸侵蚀性气体。适宜配制水玻璃耐酸混凝 土、耐酸砂浆。 （3）耐热性好，可配制耐热水玻璃混凝土、耐热砂浆、耐 热胶泥。 （4）耐碱性和耐水性差，由于水玻璃硬化过程中反应不完 全，部分未反应的水玻璃在水中和碱性溶液中均可以溶解， 所以水玻璃不耐水，不耐碱。
2.3 水玻璃
四、水玻璃的应用
（1）用于土壤加固。将水玻璃与氯化钙溶液交替灌入土 壤中，两种溶液反应生成硅酸胶体，胶结和填充土壤空隙， 阻止水分的渗透，增加土壤的密实度和强度。
（2）涂刷建筑物表面。涂刷材料表面或浸渍多孔材料， 增加材料的密实度和强度，提高其抗风化能力。但不能对 石膏制品进行涂刷和浸渍，因为水玻璃能与石膏反应生成 硫酸钠晶体，产生体积膨胀，造成破坏。
2.1 石灰
2.石灰的硬化
石灰浆体的硬化包括碳化作用和分逐渐蒸发或被砌体吸收，使
Ca(OH)2溶液过饱和而逐渐结晶析出，促使石灰浆体硬化，与逐渐失去水 分的胶体结合成固体。
（2）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水化合成为碳酸钙的过 程。
Ca(OH)2+ CO2 + nH2O
土木工程材料第2版课2
石 灰 吟 -- 于 谦 [明代]
千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲； 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。
§2-2 建 筑 石 灰
2.2.1 石灰的生产、化学成分与品种
原料：石灰石、白垩等 （主要成份CaCO3） 生产：
CaCO3 900~1000 ℃ CaO（生石灰）＋CO2↑
次品
原因
缺点
欠火石灰
浆体变稠
完全干燥
长大
变稠
摩擦力 粘结力
石膏结构
硬化
晶体结构网 交错 晶体
交错进行的连续过程
失去可塑性
凝结
石膏凝结硬化示意图
（2）浆体性状变化
开始失去
完全失去
塑性
塑性
流动性
有部分
Hale Waihona Puke 具有强度可塑性可塑性
硬化浆体
应≥6min
应≤30min
加水
初凝
终凝
（3）硬化浆体结构特征 —— 多孔性
理论需水量(用于水化) 18.6% 多余水分蒸发 实际需水量(便于操作) 35~80% 内部留下孔隙
及适量的浸润剂混合制成浆料，在长网成型机上经铺浆、脱水而制成无纸 面的纤维石膏板。 • 抗弯强度和弹性模量都高于纸面石膏板。 • 纤维石膏板主要用作建筑物的内隔墙、吊顶以及预置石膏板复合墙板。
（4）石膏砌块 ➢ 石膏砌块有实心、空心和夹心砌块三种。
• 空心石膏砌块的石膏用量少，绝热性能好。
• 聚苯乙烯泡沫塑料为芯层可制成夹心石膏砌块。 由于泡沫塑料的导热系数小，因而达到相同绝热效果
表2-5 建筑生石灰的化学成分和含量及物理性质
(氧化钙+氧化镁) 氧化镁质量 二氧化碳质 三氧化硫质
质量分数(%) 分数(%) 量分数(%) 量分数(%)
千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲； 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。
§2-2 建 筑 石 灰
2.2.1 石灰的生产、化学成分与品种
原料：石灰石、白垩等 （主要成份CaCO3） 生产：
CaCO3 900~1000 ℃ CaO（生石灰）＋CO2↑
次品
原因
缺点
欠火石灰
浆体变稠
完全干燥
长大
变稠
摩擦力 粘结力
石膏结构
硬化
晶体结构网 交错 晶体
交错进行的连续过程
失去可塑性
凝结
石膏凝结硬化示意图
（2）浆体性状变化
开始失去
完全失去
塑性
塑性
流动性
有部分
Hale Waihona Puke 具有强度可塑性可塑性
硬化浆体
应≥6min
应≤30min
加水
初凝
终凝
（3）硬化浆体结构特征 —— 多孔性
理论需水量(用于水化) 18.6% 多余水分蒸发 实际需水量(便于操作) 35~80% 内部留下孔隙
及适量的浸润剂混合制成浆料，在长网成型机上经铺浆、脱水而制成无纸 面的纤维石膏板。 • 抗弯强度和弹性模量都高于纸面石膏板。 • 纤维石膏板主要用作建筑物的内隔墙、吊顶以及预置石膏板复合墙板。
（4）石膏砌块 ➢ 石膏砌块有实心、空心和夹心砌块三种。
• 空心石膏砌块的石膏用量少，绝热性能好。
• 聚苯乙烯泡沫塑料为芯层可制成夹心石膏砌块。 由于泡沫塑料的导热系数小，因而达到相同绝热效果
表2-5 建筑生石灰的化学成分和含量及物理性质
(氧化钙+氧化镁) 氧化镁质量 二氧化碳质 三氧化硫质
质量分数(%) 分数(%) 量分数(%) 量分数(%)
无机胶凝材料PPT.
• 石膏板及装饰件——石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于 施工，
广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。
常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔石膏板、装饰 石膏板、石膏角线等装饰件。 Nhomakorabea筑石膏的应用
建筑石膏的应用
建筑石膏的保存
从图可见该建筑石膏粉已吸潮结 粒，对凝结硬化性能及强度均有 影响，已不宜使用。
• 二水石膏或无水石膏在800~1000 ℃下煅烧，是部分CaSO4分 解成CaO，磨细后可制得高温煅烧石膏，由于硬化后有较高的 强度，耐磨性高，抗水性好，适宜作地板，故又称为地板石膏。
• 高强石膏(α型)和建筑石膏(β型)
半水石膏的水化与凝结硬化
• 水化反应式:
• •
石 凝
膏 结
的C硬a化S是O4分 ：半水石膏
的自由水因水化和蒸发逐渐减少，浆体逐渐变稠，并失去可塑性。
半水石膏的水化与凝结硬化
• 硬化：浆体继续变稠，二水石膏逐渐凝聚成为晶体，并逐渐长大、共生和交错生长，形成结晶结构网。在 这个过程中，浆体逐渐变硬，强度不断增长，形成具有一定强度的硬化体，直到完全干燥，强度停止增长。
• α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积 较小，强度高，因此又称为高强石膏。
1 2
H 2O
1
1 2
H 2O
1
1
CaSO4 2H 2O 1 24 C压蒸 CaSO4 2 H 2O 1 2 H 2O
石膏的原料、生产及品种
• 无水石膏与激发剂（5%硫酸钠或硫酸氢钠与1%的铁矾或铜矾 的混合物；1%~5%的石灰；10%~15%的碱性粒化高炉矿渣） 共同磨细可制得无水石膏水泥；
由于建筑石膏粉易吸潮，长期储 存也会降低强度，因此建筑石膏 粉存贮时必须防潮，储存时间一 般不得超过三个月。
广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。
常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔石膏板、装饰 石膏板、石膏角线等装饰件。 Nhomakorabea筑石膏的应用
建筑石膏的应用
建筑石膏的保存
从图可见该建筑石膏粉已吸潮结 粒，对凝结硬化性能及强度均有 影响，已不宜使用。
• 二水石膏或无水石膏在800~1000 ℃下煅烧，是部分CaSO4分 解成CaO，磨细后可制得高温煅烧石膏，由于硬化后有较高的 强度，耐磨性高，抗水性好，适宜作地板，故又称为地板石膏。
• 高强石膏(α型)和建筑石膏(β型)
半水石膏的水化与凝结硬化
• 水化反应式:
• •
石 凝
膏 结
的C硬a化S是O4分 ：半水石膏
的自由水因水化和蒸发逐渐减少，浆体逐渐变稠，并失去可塑性。
半水石膏的水化与凝结硬化
• 硬化：浆体继续变稠，二水石膏逐渐凝聚成为晶体，并逐渐长大、共生和交错生长，形成结晶结构网。在 这个过程中，浆体逐渐变硬，强度不断增长，形成具有一定强度的硬化体，直到完全干燥，强度停止增长。
• α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积 较小，强度高，因此又称为高强石膏。
1 2
H 2O
1
1 2
H 2O
1
1
CaSO4 2H 2O 1 24 C压蒸 CaSO4 2 H 2O 1 2 H 2O
石膏的原料、生产及品种
• 无水石膏与激发剂（5%硫酸钠或硫酸氢钠与1%的铁矾或铜矾 的混合物；1%~5%的石灰；10%~15%的碱性粒化高炉矿渣） 共同磨细可制得无水石膏水泥；
由于建筑石膏粉易吸潮，长期储 存也会降低强度，因此建筑石膏 粉存贮时必须防潮，储存时间一 般不得超过三个月。
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气硬性与水硬性胶凝材料的特点
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中 保持和发展其强度； 关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！
水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在 水中硬化，保持并发展其强度。 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的 性能！
本章主要内容
石膏 石灰 硅酸盐水泥 掺混合材的硅酸盐水泥
二、石灰的熟化与硬化
1、熟化
1）工地上使用石灰时，生石灰加水，使之消 解为消石灰（ Ca(OH) 2），其过程称为熟化。
特点：放热；体积膨胀。
2）熟化方法
（1）石灰膏——砌筑砂浆或抹灰砂浆
生石灰+3-4倍水——石灰乳——筛入灰坑——石灰膏
筛网
沉淀、陈伏
陈伏：为了消除过火石灰的危害，石灰膏在储灰 坑中存放两周以上的称为“陈伏”
材料； 法国的Lesage 和Vicat，英国的Frost 和Parke，煅烧石灰与粘
土混合物—水泥 1824年，英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸盐
水泥的专利技术 1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水
泥生产大规模化
水泥在土木工程中的重要作用
（1）功能强大——水硬性，可加工性 （2） 不可替代——住宅、办公楼、道路、桥 梁、
目的：过火石灰熟化及其缓慢，当石灰使用硬化 后，它才开始熟化，体积发生膨胀，引起 鼓包和开裂。
（2）消石灰粉——石灰土、三合土 加水60-80%，陈伏两周以上。
2、硬化
1）干燥 （1）毛细水蒸发，产生负压，颗粒间紧密接触； （2）水分蒸发，氢氧化钙析晶。
2）碳化 表面形成碳酸钙晶体
表面碳化为主，内部干燥为主。
1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？
答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可 塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量； 即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥 发留下大量孔隙。
2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？
答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、 天花板、墙面粉刷砂浆等。
800~1180C
可
溶
无
200~360C
水
石
膏
地板石膏
CaSO4与CaO
石膏生产流程图
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：
CaSO4·0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4·2H2O＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应
1、凝结 2、硬化
石灰的硬化与碳化
氢氧化钙晶体 水分损失
碳酸钙晶体 碳化
石灰浆体
水 石灰凝胶体
孔隙 石灰碳化体
生石 灰粉
磨细
煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰
煅烧温度较高，时间较长时，
石灰石 过火石灰
1000～1200C
生石灰
水喷淋
熟石 灰粉
浓缩
石灰膏
(水)化灰池
石灰浆
陈伏
减轻或消除过火石灰的危害
四、石灰的性质
密度：2.50~2.70;
强度：抗折强度、抗压强度;
细度：0.2mm方孔筛筛余;
凝结时间：初凝、终凝时间;
石膏硬化体及制品的特性：
表观密度较小：～1.0 孔隙率较大 强度较低 耐水性和抗冻性较差 防火性较好 隔热性和吸声性良好
装饰性
学会分析、思考和回答问题！
我 国 石 膏 矿 分 布 非 常 广 泛
一、石膏的组成与结构
石膏的矿物组成：
x＝2，生石膏 (二水石膏)
CaSO4·xH2O
X为结晶水H2O
x＝0，硬石膏 (无水石膏)
x＝0.5 ，熟石膏(半水石膏)
石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成： CaSO4·0.5H2O或CaSO4 。
建筑石膏的应用
Utilization of Plaster and its Articles
石膏应用的历史
9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹； 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨
成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材 料——灰浆； 372-287 BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏） 做神庙的窗户； 古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊得雕塑。 十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆 （plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石 膏的首都（capital of plaster）之称。 石膏灰浆又称为“Plaster of Paris”它是半水硫酸钙 (CaSO4½ H2O)，二水硫酸钙 (CaSO42H2O)称为 gypsum
硅酸盐水泥的历史
埃及时代 煅烧石膏—金字塔 希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆 希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂—胶凝材料 罗马人 用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料—混凝土、砌
块 中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点 14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起 1759~1759年, 英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合—胶凝
一、石灰的制备
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：
石灰石的热分解反应：
CaCO3
CaO＋CO2
煅烧温度：1000-1200ºC
制备工艺：
岩石 破碎 煅烧 粉磨(消解)
生石 灰粉
磨细
石灰石
1000～1200C
生石灰
水喷淋
熟石 灰粉
欠火石灰：外部正常，内部含有未分解成分 过火石灰：孔隙率小，结构致密，表面包裹。 正火石灰：内外烧结良好，孔隙率大。
自动化生产过程
“两磨一烧”
硅质 (粘土)
钙质 (石灰石)
调节 原料
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
粉磨
生料
1450℃
煅烧
水泥
石膏
粉磨
熟料 石膏 混合材
水泥制造厂全貌
回 转 窑 尾
水泥生料煅烧回转窑
1450~1500C
二、硅酸盐水泥的组成
硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥
硅酸盐水泥熟料 石膏(CaSO42H2O)
知识应用
某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆 抹面。数月后，墙面上出现了许多不 规则的网状裂纹。同时在个别部位还 发现了部分凸出的放射状裂纹。试分 析上述现象产生的原因。
第五节
硅酸盐水泥
Portland Cement
概述
什么是水泥(cement)？
水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料
水泥颗粒宏观形貌
室内墙面和天花板的雕饰
Summary
性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分 是-半水石膏CaSO40.5H2O;
生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 120~180 C干燥下脱水制备；
凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏 在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、 相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；
一）技术要求 根据氧化镁含量分为钙质与镁质石灰。
二）性质 1、保水性、可塑性好； 2、硬化慢，强度低； 3、耐水性差 4、干燥收缩大
五、石灰的应用
配制建筑砂浆和石灰乳 配制无熟料水泥
石灰＋火山灰活性材料 配制三合土
石灰＋粘土＋砂＋水 作为其它建材制品的原料
如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。 软土地基加固
性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨 胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻 性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、 耐火、对人体和环境无害。
应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。
第二节 石 灰 lime
建筑石灰的制备 石灰的硬化 石灰的性质 石灰的应用
第一节 石 膏
Plaster
石膏的组成与结构
Composition and Structure of Plaster
石膏的生产
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
3C3a7O~·6S0iO2 2C1a5O~·3S7iO2 3Ca7O~·1A5l2O3 4CaO1·A0l~2O138·Fe2O3
每一种矿物单独水化的特征
石膏是晶体结构
天然石膏矿纤维状晶体
二、石膏的生产
原料：
天然二水石膏； 天然无水石膏； 工业副产物——磷石膏、氟石膏等。
生产工序：
原料(破碎) 脱水 磨细
生产(脱水)的工艺：
非密闭煅烧(干燥空气中)： 密闭蒸练(湿的水蒸气)：
不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料
什么是硅酸盐水泥？ 硅酸盐水泥是怎样制造的？ 硅酸盐水泥的组成？ 水泥浆如何转变成坚硬固体？ 水泥应满足哪些技术性质？ 如何正确使用水泥？
凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％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，称为硅酸盐水泥(即 国外通称的Portland Cement).
第二章
无机胶凝材料
Inorganic Binders or
Inorganic Cementitous materials
基本概念：什么是胶凝材料？