土木工程材料第三章无机胶凝材料张德思教授主讲.pptx
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
无机胶凝材料培训资料(ppt 38页)
石膏的性质与技术要求
☺ 技术要求
技 术 指 标 优等品 一等品
合格品
抗折强度/MPa,不小于 2.5
2.1
1.8
抗压强度/MPa,不小于 4.9
3.9
2.9
细度(0.2 mm方孔筛 筛余/％),不大于
凝结时间
岩石—破碎—煅烧—粉磨(消解)
制备工艺与产品
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
1000～1100C
生石 灰粉
磨细
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
3.2.2 石灰的水化与硬化
－－水化
☺ 水化反应 ☺ 水化特点
－速度快、发热量大 －体积增大 －反应可逆
2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应 如何避免？
答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收 缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用， 可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。
3.2 石膏
石膏的组成与结构
☺石膏的矿物组成：
CaSO4·xH2O
x＝2，生石膏 (二水石膏)
☺石灰的性质：
可塑性好； 硬化较慢、强度低； 硬化时体积收缩大； 耐水性差； 吸湿性强。
☺石灰的技术要求：
品种
钙质；镁质 建筑生石灰；建筑生石灰粉；建筑消石灰粉
技术指标
CaO＋MgO含量；CO2含量； 未消化筛余；产浆量（生石灰） 细度（生石灰粉）
等级
土木工程材料——第三章 无机胶凝材料
第三章无机胶凝材料土木工程材料中,凡是经过一系列物理、化学作用,能将散粒或块状材料粘结成整体的材料,统称为胶凝材料.按化学组成分类:无机胶凝材料,有机胶凝材料.按硬化条件:气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料.一、气硬性胶凝材料1.石膏石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料.(1) 石膏胶凝材料的生产生产石膏的原料主要是天然二水石膏(CaSO4·2H2O),天然无水石膏(CaSO4)及含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品.生产石膏的主要工艺流程是破碎、加热与磨细.由于加热方式和加热温度的不同,可以得到具有不同性质的石膏产品.当加热温度为107-170℃时,生成半水石膏(CaSO4·0.5H2O),其反应式为:CaSO4·2H2O→ CaSO4·0.5H2O＋1.5H2Oβ型半水石膏称为建筑石膏.(2) 建筑石膏的凝结和硬化建筑石膏与适量水拌和后,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,这种现象称为凝结硬化.半水石膏与水拌和后，半水石膏与水反应生成二水石膏:CaSO4·0.5H2O＋1.5H2O → CaSO4·2H2O(3) 建筑石膏的技术性质建筑石膏是一种白色粉末状的气硬性胶凝材料.①凝结硬化快②硬化时体积微膨胀③硬化后孔隙率较大,表观密度和强度较低④防火性能良好⑤具有一定的调温、调湿作用⑥耐水性、抗冻性和耐热性差(4) 建筑石膏的技术要求(5) 建筑石膏的应用①制备粉刷石膏②石膏板材③装饰制品2.石灰(1) 石灰的生产生成石灰的主要原料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石.石灰原料在适当温度下煅烧,碳酸钙分解,释放出CO2,得到以CaO为主要成分的生石灰.即CaCO3→ CaO＋CO2↑(900 -1000℃)生石灰是一种白色或灰色块状物质.因石灰原料中常含有一些碳酸镁成分,所以经煅烧生成的生石灰中,也相应含MgO的成分.钙质石灰(MgO含量≤5%),镁质石灰(MgO含量>5%).欠火石灰.过火石灰.(2) 石灰的熟化生石灰加水,使之消解为消石灰的过程,称为石灰的“消化”或熟化.即CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.9×103J石灰熟化为放热反应,熟化时体积增大1-2.5倍.为了消除过火石灰的危害,石灰浆应在储灰坑中“陈伏”两星期以上.消石灰浆,消石灰粉.(3) 石灰的硬化①结晶过程: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:氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶,释放水分并蒸发.(4) 石灰的技术性质①保水性好②凝结硬化速度慢,强度低③体积收缩大④耐水性差(4) 石灰的技术标准(5) 石灰的应用①石灰乳和砂浆②石灰土和三合土③生成硅酸盐制品3.水玻璃一种能溶于水的硅酸盐,由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成.水玻璃通式为R2O·n SiO2, R2O通常为Na2O或K2O,n为水玻璃模数.(1) 水玻璃的生产湿法生产是将石英砂和苛性钠溶液在高压釜内用蒸汽加热,并搅拌,直接生成液体水玻璃.干法生产是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀,在1300-1400℃的熔炉中熔融,经冷却后生产固体水玻璃,然后,在水中加热溶解成液体水玻璃.(2) 水玻璃的硬化Na2O·n SiO2＋CO2＋m H2O=Na2CO3＋n SiO·m H2O 2[Na2O·n SiO2＋Na2SiF6＋m H2O=6NaF＋(2n＋1)SiO·m H2O(3) 水玻璃的技术性质①水玻璃有良好的粘结能力②水玻璃有良好的耐热性能③水玻璃有良好的耐酸性能(4) 水玻璃的应用①涂刷建筑物表面②配制快凝堵漏防水剂③用于土壤加固二、硅酸盐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(波特兰水泥).不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥(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料的称Ⅱ型硅酸盐水泥(P. Ⅱ).整个水泥生产过程可以概括为“两磨一烧”.水泥的主要成分是熟料,熟料烧成是水泥生产的关键.1.硅酸盐水泥的生产及其矿物组成水泥熟料矿物主要有:硅酸三钙3CaO ·SiO 2,简写为C 3S,含量37%-60%;硅酸二钙2CaO ·SiO 2,简写为C 2S,含量15%-37%;铝酸三钙3CaO ·Al 2O 3,简写为C 3A,含量7%-15%;铁铝酸四钙4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3,简写为C 4AF,含量10%-18%.2.硅酸盐水泥的水化及凝结硬化(1) 硅酸盐水泥的水化水泥与水接触时,水泥中的各组分(熟料矿物)与水的反应称为水化.2(3CaO·SiO2) ＋6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O(水化硅酸钙)＋3Ca(OH)2(氢氧化钙) 2(2CaO·SiO2) ＋4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O (水化硅酸钙) ＋Ca(OH)2(氢氧化钙) 3CaO·Al2O3 ＋6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O (水化铝酸钙) 4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O ＋CaO·Fe2O3·H2O (水化铁酸钙)在有石膏存时,水化铝酸钙会与石膏反应,生成高硫型水化硫铝酸钙(钙矾石,AFt) 晶体:3CaO ·Al 2O 3·6H 2O ＋3(CaSO 4·2H 2O) ＋19H 2O = 3CaO ·Al 2O 3·3CaSO 4·31H 2O( 高硫型水化硫铝酸钙)当石膏消耗完后,部分钙矾石将转变为单硫型水化硫铝酸钙(3CaO ·Al 2O 3·CaSO 4·12H 2O, AFm )晶体.硅酸盐水泥主要水化产物:凝胶:水化硅酸钙,水化铁酸钙晶体:水化铝酸钙,氢氧化钙,高硫型水化硫铝酸钙,单硫型水化硫铝酸钙.充分水化的水泥石中,C-S-H凝胶约占70%,CH约占20%,AFt和AFm约占7%.硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性各不相同,即不同熟料矿物与水作用所表现的性质各不相同.水泥是几种熟料矿物的混合物,改变熟料矿物成分间的比例,水泥的性质即发生相应的变化.(2) 硅酸盐水泥的凝结硬化水泥加水拌和后,成为可塑的水泥浆,水泥浆逐渐变稠失去塑性,但尚不具有强度的过程,称为水泥的凝结;随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚强的人造石——水泥石,这一过程称为水泥的硬化.硬化水泥石中,有水化产物、未水化的水泥颗粒、水和孔隙.水泥石的工程性质决定于水泥石的组成和结构.(3) 影响水泥凝结硬化的因素①熟料矿物组成②水泥细度③养护时间④用水量⑤温度和湿度⑥石膏掺量3.硅酸盐水泥的技术性质(1) 细度国家标准规定,硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg.(2) 凝结时间国家标准规定,硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h.(3) 体积安定性水泥硬化后,体积变化的均匀性.水泥硬化后,产生不均匀的体积变化,即为体积安定性不良.国家标准规定,水泥熟料中,游离氧化镁含量不得超过5.0%,水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%.(4) 强度及强度等级国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)中,将硅酸盐水泥分为42.5,42.5R,52.5,52.5R62.5,62.5R六个强度等级.(5) 碱含量国家标准规定:水泥中碱含量(按Na2O＋0.658K2O计算值表示)不得大于0.6%.(6) 水化热4.水泥石的腐蚀与防止(1) 软水的侵蚀(溶出性侵蚀)(2) 盐类腐蚀①硫酸盐腐蚀4CaO·Al2O3·12H2O＋3CaSO4＋20H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O＋Ca(OH)2②镁盐腐蚀MgSO4＋Ca(OH)2＋2H2O=CaSO4·2H2O＋Mg(OH)2 MgCl2＋Ca(OH)2=CaCl2＋Mg(OH)2(3) 酸类腐蚀①碳酸腐蚀Ca(OH)2＋CO2＋H2O=CaCO3＋2H2O CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2(可逆)②一般酸腐蚀2HCl＋Ca(OH)2=CaCl2＋2H2OH2SO4＋Ca(OH)2=CaSO4·2H2O(4) 强碱腐蚀3CaO·Al2O3＋6NaOH=3Na2O·Al2O3＋3Ca(OH)22NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O。
第三章-无机胶凝材料
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缺点：抗水性差。
原因：氯盐的吸湿性大，结晶接触点的溶解度高，潮 湿条件硬化结构网受到破坏。
1、无机胶凝材料的定义及分类。
2、硅酸盐水泥各成分作用，固化机理及固化产物组 成及作用。 难点:氯化镁在镁质胶凝材料中的作用和缺点，如何 改善。
熟悉内容:各类无机胶凝材料在各领域中的应用。
3
主要英文词汇：
cement ---水泥 White cement---白水泥 Silicate cement---硅酸盐水泥 Gypsum---石膏 High strength gypsum---高强度石膏 Building gypsum---建筑石膏 Hydrating of cement---水泥的水化 Cement mark---水泥的标号 Uncalcined cement material---水泥生料 Cement clinker---水泥熟料 Magnesia refractory---镁质耐火材料 Sintered dolomite---烧结白云石（白云石熟料）
长纤维网络起着改善水泥石本身强度和变形的作用。
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水泥中的铁铝酸盐相在水化时，可生成形态与结晶完全 不同的三种水化产物：“钙矾石”、“单硫相”和“水化石榴 石”的固溶体。
由于硅酸盐水泥水化过程中产生大量Ca(OH)2，故其水泥 石孔隙液相的pH值很高，一般在12.5~13.0。
硫铝酸盐熟料的主要矿物成分为无水硫铝酸钙 [3CaO.3Al2O3.CaSO4，简写C4A3(SO3)]与--C2S。 当 85~90%的硫铝酸盐熟料与10~15%的二水石膏粉磨可得硫铝酸 盐型早强水泥。
土木工程材料(全套)精品PPT课件
2002年水泥产量的大幅度增长与我国 持续快速稳定增长的宏观经济形势密切
相关。今年我国经济增长速度将达到
8％，GDP将突破10万亿元大关。建筑材料 工业在国民经济建设中意义重大
2.必须恰当选择和合理使用原材料 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
3.发展绿色建材
四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法 1.作用
2. 金属材料以元素含量来表示。
3. 化学组成决定着材料的化学性质，影 响其物理性质和力学性质。
1.2 矿物组成
材料中的元素和化合物以特定的矿 物形式存在并决定着材料的许多重要 性质。
矿物组成是无机非金属材料中化合 物存在的基本形式。
1.3 相组成
材料中结构相近性质相同的均匀部分。
2. 材料的结构与构造 2.1 宏观结构（构造） 材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜 能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫 米级大小，以及更大尺寸的构造情况。 宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：
土木工程材料的基本性质，是指材料 处于不同的使用条件和使用环境时，通 常必须考虑的最基本的、共有的性质。 因为土木建筑材料所处建（构）筑物的 部位不同、使用环境不同、人们对材料 的使用功能要求不同，所起的作用就不 同，要求的性质也就有所不同。
第一节 材料的组成与结构
1. 材料的组成 1.1 化学组成 无机非金属建筑材料的化学组成以各 种氧化物含量来表示。
土木工程材料
Civil engineering materials
绪论
一.建筑材料的分类 用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工
程材料。 1.按化学成分分类： 1.1 无机材料：金属材料：
黑色金属材料——钢、铁 有色金属材料——铝、铜、 合金 非金属材料：天然石材——大理石、花岗石 陶瓷和玻璃——砖、瓦、卫生陶瓷、 玻璃
土木工程概论第三章 土木工程材料PPT课件
建筑石膏制品
防火性好，耐水性差
特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热
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CaCO3 900~1100℃
CaOCO 2
块状生石灰
生石灰粉
磨细 加适量水消化、然后干燥
加过量水消化 石灰膏
加水拌合
消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。
用于拌制石灰砌筑 砂浆或抹灰砂浆
陈伏
用于拌制石灰土、 三合土
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2. 石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程 来完成的：
易受潮
27
5. 易受潮不宜贮存
块状石灰放置太久，会吸收空气中水分而自动熟化成消石灰 粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。 所以石灰不能用于潮湿环境。
生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失 去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不 易久存。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。
强度、细度、凝结时间（初凝、终凝）。 按强度和细度又分为优等品、一等品和合格品。
（具体技术要求见GB9776—1988《建筑石膏》此处略）教材中表3-1
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，石膏若长期存放,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。
2. 有机材料：木材、沥青、树脂和塑料等。
复合材料：是由两种或两种以上不同性 质的材料，通过物理或化学的方法，在 宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
3
第3章 无机胶凝材料
石灰
水泥
3.1 石灰
基础知识
3.1.1 石灰的生产及技术要求 3.1.2 石灰的熟化与硬化
3.1.3 石灰的应用
3.1.1 石灰的生产及技术要求
石灰是以氧化钙或氢氧化钙为主要成分的气 硬性胶凝材料。
特点：原料来源广泛、生产工艺简单、使用 方便、成本低廉，具有良好的建筑性能。
Ca(OH)2 CO2 nH2O 碳化CaCO3 (n 1)H2O
2.石灰的技术性质 1.石灰的特性 1）可塑性和保水性好
生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直 径约为1μ）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸 附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突 出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石 灰浆，可使可塑性和保水性显著提高。
熟化为石灰膏：
将生石灰放入水 中，注意水要过量
池中透明液体为氢氧 化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰
生石灰要在水中放置两周以上，此过程 即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完 全和水反应，不会因含有过火石灰造成 熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。
石灰的技术要求
建筑生石灰技术指标
钙质生石灰
镁质生石灰
项
目
使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危 害人民利益。
(2) 石灰的选用
现象
工地急需配制石灰砂 浆。当时有消石灰粉、生 石灰粉及生石灰三种材料 可供选用。因生石灰价格 相对较便宜，便选用，并 马上加水配制石灰膏，再 配制石灰砂浆。使用数日 后，石灰砂浆出现众多凸 出的膨胀性裂缝。
原因分析
石灰砂浆的膨胀性裂缝
胶凝材料
胶凝材料：在土木工程材料中，凡是经过 一系列的物理、化学作用，能将散粒状或 块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝 材料。
第3章无机胶凝材料中
水泥浆凝结硬化的物理过程
❖ 先在固－液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内 核区域沉积；
❖ 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应—— 进入潜伏期；
减缓，并减少了溶液中的Al3＋浓度，延缓了水泥浆的 凝结速度。
❖ 为什么水泥硬化后能产生强度？
➢ 水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体； ➢ 在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较
大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增 强，产生的强度越来越高。
❖ 水泥浆体强度的增长规律是什么？
水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后 期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强 度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反 应规律是一致的。
硅酸二钙
水化硅酸钙
氢氧化钙
铝酸3 C 三钙A a 2 O 3 l 6 O H 水2 O 化 铝酸3 C 三钙A a 2 O 3 6 l O H 2 O
4 C A 2 O a 3 F 2 l O 3 O 7 H e 2 O 3 C A 2 O a 3 6 H l 2 O O C F 2 O a 3 H 2 e O O
❖水水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快； ❖化 度水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；
％
时间(天)
水泥熟料中单一矿物的水化速度
石膏掺量的影响
❖ 石膏主要降低C3A的水化速度；
❖ 放掺量太少，凝结较快；
❖
热过多，凝结硬化过快。
速
度
石膏掺量增加：
• 放热速度减慢 • 放热峰延后
土木工程材料胶凝材料ppt课件
2.水化热大，水化速率快
3.水化过程中体积增大
工程中熟化的方法有两种 1、熟化为熟石灰粉：
将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会 过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。 2、熟化为石灰膏：
将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。
熟化过程中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”。石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝， 以免碳化。
4.1.4 建筑石膏的应用
1.粉刷石膏 用于室内抹灰与粉刷，按用途分类可分为： 面层粉刷石膏 地层粉刷石膏 保温粉刷石膏 2.建筑石膏用品
装饰石膏板 嵌装式装饰石膏板 艺术装饰石膏制品
装饰石膏板
装饰石膏板
吸声用穿孔石膏板
石膏艺术制品
4.2 建筑石灰
4.2.1 石灰的生产、化学成分与品种
4 无机气硬性胶凝材料
教学要求： 1、了解气硬性材料的定义及分类； 2、掌握石膏的技术性质； 3、掌握石灰的特性及技术要求； 4、了解水玻璃的特性及应用。
一、胶凝理、化学作用，
能将散粒状（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块等）粘结 成整体的材料，统称为胶凝材料。
熟化为石灰膏：
将生石灰放入水 中，注意水要过量
池中透明液体为氢氧 化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰
4.2.3 石灰浆的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的
过程来完成的： 1）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）
滞流在孔隙中的自由水蒸发或被周围环境吸收，使 Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶。
物理状态
有效成分
灰白色块状物 Cao+Mgo
土木工程材料3无机胶凝材料
• 石灰：石灰的原料与生产。石灰的熟化与硬化。石灰
的特性、质量要求与应用。
• 水玻璃：水玻璃的组成；水玻璃的硬化；水玻璃的性
质；水玻璃的应用。
• 硅酸盐水泥： 硅酸盐水泥的生产过程与硅酸盐水泥熟
料的矿物组成。硅酸盐水泥的凝结与硬化。硅酸盐水泥 的技术要求。水泥石的腐蚀与防止。硅酸盐水泥的性质 、应用与存放。
[内容评析]
「粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间」。
石灰岩经过了火的洗礼，还得经过水的考验。生石灰被投入水中， 坚硬的生石灰经过一阵爆烈，逐渐解体，最终溶化成粉末状的熟石灰， 供人们粉刷墙壁，于是在人间出现了一座粉妆玉琢的白色宫殿。「粉 骨碎身全不怕，要留清白在人间。」仿佛听到石灰在说话了：「将我 粉身碎骨，最后化成石灰浆水，我也全然不怕，我的心愿就是要把清 白的本色长留人间呀！」诗人是借石灰之口，表示自己不怕牺牲的精 神和执着热烈的追求。 这首诗通篇运用借喻的手法，借物喻人，咏物言志。表面上是写 石灰，实际上是写人，写自己，勉励自己要以石灰为榜样，要经得起 任何严酷的考验。
（3）石灰时期：由于石灰煅烧温度比石膏高很多，而 燃料短缺，因此石灰的使用比石膏迟一些。希腊在上古 时代就已使用石灰；古罗马人从古希腊学来使用石灰， 砌墙的一些罗马砂浆保持至今。我国古人于公元前220 年修建长城时，用石灰、砂、粘土配成三合土，洒水夯 实筑成城墙。
古埃及金字塔
万里长城
万里长城
胶凝材料的发展历史(the history of binding materials)
气硬性 强度 低 耐水性 差 抗渗、抗冻性 差 用 途 地面以上、干燥环境
水硬性
高
好
好
干燥或潮湿环境、水中
胶凝材料的发展历史
• 粘土时代：始于4000~10000年前的新石器时期 其中发现天然姜石 • 石膏、石灰时代：约在公元前2000~3000年开始 • 石灰+火山灰：公元初，大量应用三合土 • 石灰+人工烧粘土材料：公元初 • 水硬性石灰、罗马水泥及天然水泥：18世纪后半期 • 硅酸盐水泥（波特兰水泥)的诞生：19世纪初期 （1810~1825年） • Joseph.Apsdin 首先获得专利权 ：1824年 • 糯米、红糖、植物粘液等都作为胶凝材料在建筑中使用过。
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2. 石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下 面两个同时进行的过程来完成的：
（１）结晶作用：游离水分蒸发，氢 氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。
（２）碳化作用：氢氧化钙与空气中 的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释 出水分并被蒸发：
Ca(OH )2 CO2 nH2O 碳化CaCO3 (n 1)H2O
（3）硬化时游 离水而引起显著的收缩，所以除调 成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独 使用。常在其中掺入砂、纸筋等以 减少收缩和节约石灰。
（4）耐水性差，不易贮存
块状类石灰放置太久，会吸收空气中的 水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中 二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结 能力。所以贮存生石灰，不但要防止受潮， 而且不宜贮存过久。最好运到后即熟化成 石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石 灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨 胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注 意安全。
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
生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极 细（直径约为1μ）的呈胶体分散状态的氢氧 化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰 调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可 塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑 性显著提高。
材 料
第 二 章 无 机 胶 凝
第二 章
无机 胶凝 材料 (一） 气硬 性胶 凝材
料
只能在空气中硬化、保持或继续发展强度 的无机胶凝材料称为气硬性无机胶凝材料。 不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬 化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料 称为水硬性无机胶凝材料。
土木工程中常用的气硬性无机胶凝 材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻 璃。
2.1 石膏的原料、分类及生产
根据石膏中含有结晶水的多少 不同可分为：
（1）无水石膏（ＣaSO4）：也称硬 石膏，它结晶紧密，质地较硬，是 生产硬石膏水泥的原料。
（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也称 生石膏或二水石膏，大部分自然石膏矿 为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。
（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、硅酸盐混凝土制品等。#
第二节 建筑石膏
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。
（2）硬化慢、强度低
从石灰浆体的硬化过程可以看出， 由于空气中二氧化碳稀薄，碳化 甚为缓慢。而且表面碳化后，形 成紧密外壳，不利于碳化作用的 深入，也不利于内部水分的蒸发， 因此石灰是硬化缓慢的材料。
同时，石灰的硬化只能在空气中 进行，硬化后的强度也不高。受 潮后石灰溶解，强度更低，在水 中还会溃散。如石灰砂浆（1：3） 28天强度仅为0.2-0.5MPa。所以， 石灰不宜在潮湿的环境下作用， 也不宜用于重要建筑物基础。
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
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。如建筑物或道路 基础中使用的石灰土，三合土，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。
1.石灰的熟化和“陈伏”
工地上使用石灰时，通常将生石灰加水， 使之消解为消（熟）石灰—氢氧化钙， 这个过程称为石灰的“消化”，又称 “熟化”：
CaO H2O Ca(OH )2 64.85KJ / mol
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“欠火石灰”。
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O优2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）
第一节
石灰
天然碳酸岩类岩石——（石灰石、 白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3 分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化 学反应可表示如下：
CaCO3 900 C CaO CO2
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。
一.石灰的消化和硬化
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。
四. 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，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。