第3章_无机胶凝材料(石灰和水泥实验)

历史回顾
金字塔使用的胶凝材料
古埃及人发现尼罗河流域盛产 的石膏可以做成很好的粘结材料。 他们发现，把开采出来的石膏碾碎 磨细，再加上少量粘土一起煅烧， 就会失去一部分结晶水成为熟料。 熟料中加水，调成糊状，过不了多 久又会重新变硬，而且石膏糊粘性 甚好。由此，埃及人发明了与水泥 相似的石膏粘结剂，并用它创造了 世界建筑史上的奇迹——金字塔。 这些金字塔是由巨大的石块以石膏 复合胶凝材料粘结而成的具有良好 的耐久性。
讨论
3.3 其它气硬性胶凝材料
水玻璃表面处理
现象
工程实例分析
把水玻璃涂在粘土砖表面，可以提高抗风化能力； 但涂在石膏制品表面则会使石膏制品破坏。
原因分析
3.4通用硅酸盐水泥的组成与技术要求
基础知识
3.4.1 通用硅酸盐水泥的定义及生产概况
3.4.2 通用硅酸盐水泥的组成材料
3.4.3 通用硅酸盐水泥的技术要求
原因分析
3.5通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能
3.5.1 硅酸盐水泥的水化硬化
基础知识
3.5.2 通用硅酸盐水泥的性能特点及应用 3.5.3 通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防
3.5通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能
观察与讨论
某停车场混凝土不耐磨
某施工队使用一立窑水泥厂生产的普通水泥铺 筑停车场。该水泥颜色为较深的灰黑色，据了解是 以煤渣作混合材料，混凝土的水灰比为0.55。完工 后一个月发现混凝土强度正常，边部切割后观察， 混凝土基本无大的孔洞。但表面耐磨性差，且在局 部低凹表面的颜色为明显不同的灰黑色，其耐磨性 更差。水泥经检验强度及安定性等合格，但烧失量 为6.3％。请分析原因。
原因分析
3.6 特性水泥和专用水泥 3.6.1 铝酸盐水泥 3.6.2 中热水泥和低热矿渣水泥 3.6.3 道路水泥 3.6.4 其他水泥
基础知识
3.6 特性水泥和专用水泥
观察与讨论
钢筋混凝土开裂
某钢筋混凝土基墩使用5年后出现大量裂纹。经 检查混凝土环境水，其pH=5.5；SO42-含量为6 000 mg/L；Cl-含量为400 mg/L。该混凝土采用普通硅酸 盐水泥。请讨论此钢筋混凝土开裂的原因。
讨论
3.5 通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能
工程实例分析
(1)某机场道肩混凝土破坏
现象 某机场道肩混凝土于1995年7-11月施工，当年10月就发现 网状裂缝，次年6月表面层开始剥落。该混凝土使用某立窑水 泥厂生产的普通硅酸盐水泥。该厂当时生产的熟料呈暗红色， 还有一些白色物质。钻取破坏与未破坏的混凝土各加工成试件， 未被破坏混凝土强度可满足设计要求，密实，颜色为正常的青 灰色。而已破坏的混凝土强度大大下降，低于设计值，劈开可 见砂浆层与集料之间粘结疏松。经X射线衍射分析可知，已破 坏混凝土试样有大量Ca(OH)2和大量CaCO3。 原因分析
3.4通用硅酸盐水泥的组成与技术要求
观察与讨论
假凝现象
某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和 后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌， 水泥浆体又恢复塑性，随后过3 h才凝结。请讨论 形成这种现象的原因。
讨论
3.4 通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 工程实例分析
现象
水泥凝结时间前后变化
某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量 较高，加水拌和后初凝时间仅40 min，本属于废品。 但后来放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下 降。
第3章 无机胶凝材料
本章学习指导 历史回顾 3.1 石灰 3.2 石膏 3.3 其它气硬性胶凝材料 3.4 通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 3.5 通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能 3.6 特性水泥和专用水泥 创新能力培养 常见问题及解答 练习题
参与式试验
本章学习指导
本章共6个知识点。本章的学习目标是： ⑴ 掌握石膏、石灰及水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化 机理性质及使用要点，熟悉其主要用途； ⑵ 熟悉硅酸盐水泥的矿物组成，了解其硬化机理，熟 练掌握通用硅酸盐水泥的性能特点，相应的检测方法及选 用原则； ⑶ 了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点。 本章的难点是硅酸盐水泥的组成、技术要求，重点是通用 硅酸盐水泥的性能特点和选用原则。水泥品种繁多，建议 学习中以硅酸盐水泥为点，搞清楚此点后拓展至其它通用 硅酸盐水泥，再拓展至其它特性水泥和专用水泥，采用点 面结合、对比的学习方法。建议本章课内5学时，课外3学 时。
工程实例
在放置不久的新建房内墙 壁抹灰层中，表面出现“鼓泡 ”或“开裂 ” 现象，试分析原 因。
注意
过火石灰可以使用，但应 陈伏半个月
三、石灰的消化和硬化
• 区别消石灰粉和石灰浆（乳） • 消石灰粉：将生石灰用适量的水消化而得的粉末。 • 石灰浆：将生石灰用较多的水消化而得的可塑性浆体，也称石 灰膏。 • 石灰乳：石灰浆若水分加的更多，则成石灰乳。
二、石灰的生产工艺
1、原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等） 。 2、原理：高温煅烧 CaCO3 CaO + CO2 从化学平衡的角度看，应尽可能排除CO2，使反应向右移动。 优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆 积密度为８００～１０００ｋｇ／ｍ3，具有多孔结构。
二、石灰的生产工艺
3.2 石膏
观察与讨论
(1)建筑石膏粉的质量问题
(2)硬化石膏的结构与性能
3.2 石膏
工程实例分析
（1）石
基础知识
3.3.1 水玻璃
3.3.2 菱苦土
3.3 其他气硬性胶凝材料
观察与讨论
水玻璃与铝合金窗表面的斑迹
某些建筑物的室内墙面装修过程中可以观察到， 使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施 工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外 表形成有损美观的斑迹。试分析原因，应采取什么 措施避免这类现象。
四、石灰的技术性质和技术标准
工程实例
某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判断
该石灰的品质？
1.检测石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,细度。
2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰) 3.根据表4.1判定该石灰的等级。
五、石灰的应用
• • • • 1、配制建筑砂浆 用于砌筑砖石等块状材料或抹面工程。 2、配制无熟料水泥 石灰做碱性激发剂与具有火山灰性的材料，以一定的 比例混合磨细，而得到不经过煅烧具有水硬性的胶凝材料 。 • 3、生产硅酸盐制品 • 灰砂砖、加气混凝土制品（轻质墙板、各种保温隔 热制品）
而且能更好地在水中硬保持并 发展其强度。如：水泥
如：沥青、各种合成树脂 有机胶凝材料：
3.1 石灰
基础知识
3.1.1 石灰的生产及分类 3.1.2 石灰的熟化与硬化 3.1.3 石灰的性质与技术要求
3.1.4 石灰的应用
一、概
述
• 什么是石灰？ • 石灰是由以碳酸钙（ＣａＣＯ3）为主要成分的 石灰石，经过适当的煅烧，尽可能分解和排出 CO2后所得的以ＣａＯ为主要成分的材料。通 常叫生石灰。 • 由于原材料分布广，生产工艺简单，成本低， 一直以来应用很广。
三、石灰的消化和硬化
２）硬化石灰浆的碳化 碳化：浆体表面的氢氧化钙在潮湿状态下，与 空气中的二氧化碳作用，生成碳酸钙结晶，释放出 水分，同样水分蒸发，碳酸钙晶体相互交叉连生或 与氢氧化钙共生，构成紧密交叉的结晶网，从而使 硬化浆体的强度进一步提高，但碳化过程十分缓慢 。
三、石灰的消化和硬化
• 如果加水量控制的合适，就可以把块状生石灰变成干消石灰 粉，为什么？ • 原因有两点： • （1）生石灰的结构多孔，其中氧化钙的晶粒尺寸极细，因 此它含有极大的内比表面积，加水后，水立即渗入孔内发生 水化反应，水分子进入氧化钙晶格内生成氢氧化钙，氢氧化 钙质地疏松，密度小，（CaO密度 3.2g/cm3,Ca(OH)2密度 2 .2g/cm3）体积增大约一倍，造成膨胀压力，使石灰自动形 成粉末。 • （2）因消解反应放出大量热，能使水分变成蒸汽，使自由 水蒸发，起干燥作用。
二、石灰的生产工艺
• 3、欠火石灰和过火石灰 • “欠火石灰”：颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时 不能完全消化。产浆量低（有效氧化钙和氧化镁含量低） ，缺乏粘结力； • “过火石灰”：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。块体密度大，消化缓慢，用于建筑 结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂 缝等破坏现象，危害极大。
工程实例分析
（2）熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响
现象
以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分 比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及 水化热的差别。
讨论
工程实例分析
现象
（3）挡墙开裂与水泥的选用
某大体积的混凝土工程，浇筑两周后拆模，发现 挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水 泥厂生产的42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如 下： C3S 61％；C2S 14％；C3A 14％；C4AF 11％。
五、石灰的应用
• • 4、配灰土或三合土 灰土或三合土按一定比例加适量水，捣实做建筑物的 基础，普通路面与简易地面等。 • 特点：不经过消解可直接应用；颗粒细，加水适当， 使石灰的消解和硬化合并，不需陈伏；结构密实，抗水性 好。 • 5、碳化石灰板 • 磨细生石灰+纤维状填料+轻质骨料搅拌成型，人工通 以二氧化碳12~24小时，容重轻，保温隔热性能好。
一、概 述
• • • • • • • • 石灰的分类？ 按粘土含量分为 气硬性石灰：石灰中粘土 ＜8% 水硬性石灰：石灰中粘土 ＞8% 按氧化镁含量分为 钙质石灰： 氧化镁 ≤ 5% 镁质石灰： 氧化镁 ＞ 5% 主要成分为氧化钙（ＣａＯ）和氧化镁（ＭｇＯ）。
三、石灰的消化和硬化
• 1、 石灰的消化 • 烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其 “消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化 ”，故消石灰亦称“熟石灰”。 • 其化学反应式为： • CaO + H2O → Ca(OH)2 + 64.9×103 J • 石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧 良好的石灰体积增大１～２.５倍。 • 消化后的石灰需要“陈伏”一段时间，然后使用。 • 陈伏过程就是使石灰完全消解，以消除过火的危害。 • 时间一般为两星期以上，且表面应保有一层水分。