胶凝材料学123章PPT课件
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2、天然硬石膏：无水石膏
• 化学成分：CaSO4
3、工业副产品：含有CaSO4成分的Baidu Nhomakorabea渣
• 磷石膏：制造磷酸时的废渣。是用磷灰石或含氟 磷灰石与硫酸反应而得产物。主要成分为 CaSO4·2H2O。
• 氟石膏：制造氢氟酸时的废渣。萤石与硫酸反应 而得。成分为CaSO4
• 排烟脱硫石膏：工厂燃煤或重油过程中排放的大 量SO3废气经脱硫装置或采用隔离预洗涤循环处 理法后得到的副产品。成分为CaSO4·2H2O
水石膏水化较快。 • 水化放热上： 半水石膏水化放热较少；
型半水石膏水化放热较多。 • 水化需水量： 半水石膏水化需水量较少；
型半水石膏水化需水量较多。 • 硬化体的强度上： 半水石膏硬化体强度较
高；型半水石膏硬化体强度较低。
13
第二节石膏脱水相的水化反应与水化机理
一、石膏脱水相的 水化动力学特征：
胶凝材料学 绪论
1
一、胶凝材料的定义和分类
1、定义：能在物理、化学作用下，在从具有 可塑性的浆体逐渐变成坚硬石状体的过程 中，能将其他物料胶结为整体的物质，统 称为胶凝材料。
2、分类：按照化学成分
• 有机胶凝材料：树脂、沥青、橡胶 • 无机胶凝材料：气硬性胶凝材料：石灰、石膏
水硬性胶凝材料：水泥
2
• 水化过程中的水 化放热量，放热 量越大，水化越 快。
14
二、半水石膏的水化反应过程及水化机理 1、水化反应式： CaSO4·1/2H2O + 1.5H2O = CaSO4·2H2O
2、水化过程： 半水石膏（结合 水为6.2%）结合 水转变成二水石 膏（结合水量 20.93%）的过程。
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3、半水石膏的水化机理—溶解析晶理论
• 凝结硬化：
水泥
水泥浆
水泥石
+水— （可塑性）—凝结、硬化（有强度的固体）
石膏
石膏浆
石膏制品
• 气硬性：只能在空气中凝结硬化
• 水硬性：在空气和水泥中均可凝结硬化
二、胶凝材料在国民经济中的作用
• 混凝土的基本组成材料
3
三、本课程学习内容及方法
1、胶凝材料的原料、生产过程—影响其组成、 结构
2、胶凝材料组成、结构与其水化活性的关系
构相同）：
• 经过加热使二水石膏两个离子层之间的水 分子失去3/4，同时使Ca2+与SO42-彼此错开， 最终在水分子层中形成了直径为3A° （0.3nm）的沟道，因而使半水石膏结构不 稳定，容易水化。
10
二水石膏
半水石膏 11
3、和型半水石膏细观结构的差异
• 结晶度上： 半水石膏结晶度角度较完整； 半水石膏结晶度较差。
• 如此不断进行半水石膏的溶解和二水石膏的析晶， 直到半水石膏完全水化为止。
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4、溶解析晶理论
• 半水石膏的溶解以及从溶液中再结晶出热 力学上较为稳定的、在该条件下较难溶于 水的新的水化产物（二水石膏）是半水石 膏水化硬化的先决条件之一。
• 结晶沉淀的原因是存在溶液的过饱和度
• 溶液的过饱和度：溶液的浓度与新相的饱 和浓度之比。
一、原料 1、天然二水石膏：或生石膏、软石膏 • 分子式：CaSO4·2H2O • 晶体结构：Ca2+与[SO4]2-四面体组成的离
子结合层与水分子层交替形成的一种层状 结构。
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• 在离子结合层内部 是由正、负离子相 互作用而产生的结 合力；在水分子层 内部，是由偶极子 与偶极子之间的相 互作用而产生的结 合力。水分子层与 离子结合层之间是 由离子与偶极子的 相互作用而产生结 合力。
• 半水石膏与水拌合后，即在水中溶解，并反应生 成二水石膏。
• 由于半水石膏的溶解度大于二水石膏的溶解度， 即半水石膏的饱和溶解度对于二水石膏的平衡溶 解度而言是高度过饱和的，所以在半水石膏的溶 液中二水石膏的晶核会自发形成并长大，析出二 水石膏晶体。
• 二水石膏的析出，破坏了溶液中原有半水石膏溶 解的平衡状态，使半水石膏进一步溶解，以补偿 二水石膏析晶而在液相中减少的硫酸钙含量。
• 石膏浆体的过饱和度：半水石膏的溶解度 与该条件下二水石膏的平衡溶解度之比。
• 建立较高的过饱和度并使之维持足够的时 间是半水石膏凝结硬化的必要条件。
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5、影响半水石膏水化过程的主要因素： • 水化温度：随着温度提高，过饱和度减少，
水化速度降低。 • 半水石膏的细度：颗粒越细，水化越快 • 结晶形态：疏松形态，水化快。 • 外加剂：缓凝剂
3、胶凝材料的水化产物、硬化过程以及结构 形成过程
4、胶凝材料的硬化体的组成、结构与其工程 性质的关系
• 原料、生产—组成、结构—水化过程、产 物—硬化过程、硬化体组成和结构—工程 性质、特性
4
胶凝材料学 第一章 石 膏
5
第一节 石膏的原料、生产及其结构特点
• 目的：获得石膏的组成及结构特点， 分析其具有水化活性的原因。
18
第三节 石膏浆体的硬化及其强度 发展过程
一、浆体硬化体的形成 • 形成条件：足够的水化产物，而且水化产
物晶体相互连生形成结晶结构网 • 形成过程：浆体硬化过程就是浆体结晶结
构网形成的过程，这一过程伴随着硬化体 强度的发展。 • 浆体硬化体形成过程的表征：塑性强度， 即极限剪应力，随时间的变化。
• 结晶形态上： 半水石膏是致密、完整、粗 大的原生颗粒，颗粒间密实；半水石膏是 由单个细小晶粒组成的次生颗粒，为疏松 的片状、不规则形态。
• 晶粒分散度上： 半水石膏晶粒平均粒径 大，比表面积大；半水石膏晶粒平均粒径 小，比表面积大。
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4、和型半水石膏宏观性质的差异 • 水化速度上： 半水石膏水化较慢；型半
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二、生产：加热脱水 • 常温下二水石膏结构稳定。在加热过程中，
水分子层以及水分子层与离子层之间的结合 力较弱，水分子易于脱出，使结构发生变化 形成脱水相。
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三、建筑石膏的结构特点（半水石膏）
1、化学成分： -CaSO4·1/2H2O或
-CaSO4·1/2H2O 2、晶体结构特点（两种半水石膏微观晶体结
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二、石膏浆体结构的形成及强度发展过程
1、第一阶段： 5min之前，形成凝聚结 构。石膏浆体中微粒彼此之间存在水的 薄膜，所以粒子之间是通过水膜以范德 华分子引力相互作用，因此它们的强度 低，这种结构具有触变复原性。 2、第二阶段：5~30min，结晶结构网的 形成和发展。水化产物晶核大量生成、 长大，晶体之间相互接触和连生，在浆 体中 形成结晶结构网，强度较高，不具 有触变复原性。 3、第三阶段：反映结晶结构网中，结 晶接触点的特性。在结晶接触点的区段， 晶格会发生扭曲和变形，所以结晶接触 点在热力学上不稳定。在潮湿条件下， 会产生接触点溶解和较大晶体的再结晶， 所以强度降低。
2、天然硬石膏：无水石膏
• 化学成分：CaSO4
3、工业副产品：含有CaSO4成分的Baidu Nhomakorabea渣
• 磷石膏：制造磷酸时的废渣。是用磷灰石或含氟 磷灰石与硫酸反应而得产物。主要成分为 CaSO4·2H2O。
• 氟石膏：制造氢氟酸时的废渣。萤石与硫酸反应 而得。成分为CaSO4
• 排烟脱硫石膏：工厂燃煤或重油过程中排放的大 量SO3废气经脱硫装置或采用隔离预洗涤循环处 理法后得到的副产品。成分为CaSO4·2H2O
水石膏水化较快。 • 水化放热上： 半水石膏水化放热较少；
型半水石膏水化放热较多。 • 水化需水量： 半水石膏水化需水量较少；
型半水石膏水化需水量较多。 • 硬化体的强度上： 半水石膏硬化体强度较
高；型半水石膏硬化体强度较低。
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第二节石膏脱水相的水化反应与水化机理
一、石膏脱水相的 水化动力学特征：
胶凝材料学 绪论
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一、胶凝材料的定义和分类
1、定义：能在物理、化学作用下，在从具有 可塑性的浆体逐渐变成坚硬石状体的过程 中，能将其他物料胶结为整体的物质，统 称为胶凝材料。
2、分类：按照化学成分
• 有机胶凝材料：树脂、沥青、橡胶 • 无机胶凝材料：气硬性胶凝材料：石灰、石膏
水硬性胶凝材料：水泥
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• 水化过程中的水 化放热量，放热 量越大，水化越 快。
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二、半水石膏的水化反应过程及水化机理 1、水化反应式： CaSO4·1/2H2O + 1.5H2O = CaSO4·2H2O
2、水化过程： 半水石膏（结合 水为6.2%）结合 水转变成二水石 膏（结合水量 20.93%）的过程。
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3、半水石膏的水化机理—溶解析晶理论
• 凝结硬化：
水泥
水泥浆
水泥石
+水— （可塑性）—凝结、硬化（有强度的固体）
石膏
石膏浆
石膏制品
• 气硬性：只能在空气中凝结硬化
• 水硬性：在空气和水泥中均可凝结硬化
二、胶凝材料在国民经济中的作用
• 混凝土的基本组成材料
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三、本课程学习内容及方法
1、胶凝材料的原料、生产过程—影响其组成、 结构
2、胶凝材料组成、结构与其水化活性的关系
构相同）：
• 经过加热使二水石膏两个离子层之间的水 分子失去3/4，同时使Ca2+与SO42-彼此错开， 最终在水分子层中形成了直径为3A° （0.3nm）的沟道，因而使半水石膏结构不 稳定，容易水化。
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二水石膏
半水石膏 11
3、和型半水石膏细观结构的差异
• 结晶度上： 半水石膏结晶度角度较完整； 半水石膏结晶度较差。
• 如此不断进行半水石膏的溶解和二水石膏的析晶， 直到半水石膏完全水化为止。
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4、溶解析晶理论
• 半水石膏的溶解以及从溶液中再结晶出热 力学上较为稳定的、在该条件下较难溶于 水的新的水化产物（二水石膏）是半水石 膏水化硬化的先决条件之一。
• 结晶沉淀的原因是存在溶液的过饱和度
• 溶液的过饱和度：溶液的浓度与新相的饱 和浓度之比。
一、原料 1、天然二水石膏：或生石膏、软石膏 • 分子式：CaSO4·2H2O • 晶体结构：Ca2+与[SO4]2-四面体组成的离
子结合层与水分子层交替形成的一种层状 结构。
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• 在离子结合层内部 是由正、负离子相 互作用而产生的结 合力；在水分子层 内部，是由偶极子 与偶极子之间的相 互作用而产生的结 合力。水分子层与 离子结合层之间是 由离子与偶极子的 相互作用而产生结 合力。
• 半水石膏与水拌合后，即在水中溶解，并反应生 成二水石膏。
• 由于半水石膏的溶解度大于二水石膏的溶解度， 即半水石膏的饱和溶解度对于二水石膏的平衡溶 解度而言是高度过饱和的，所以在半水石膏的溶 液中二水石膏的晶核会自发形成并长大，析出二 水石膏晶体。
• 二水石膏的析出，破坏了溶液中原有半水石膏溶 解的平衡状态，使半水石膏进一步溶解，以补偿 二水石膏析晶而在液相中减少的硫酸钙含量。
• 石膏浆体的过饱和度：半水石膏的溶解度 与该条件下二水石膏的平衡溶解度之比。
• 建立较高的过饱和度并使之维持足够的时 间是半水石膏凝结硬化的必要条件。
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5、影响半水石膏水化过程的主要因素： • 水化温度：随着温度提高，过饱和度减少，
水化速度降低。 • 半水石膏的细度：颗粒越细，水化越快 • 结晶形态：疏松形态，水化快。 • 外加剂：缓凝剂
3、胶凝材料的水化产物、硬化过程以及结构 形成过程
4、胶凝材料的硬化体的组成、结构与其工程 性质的关系
• 原料、生产—组成、结构—水化过程、产 物—硬化过程、硬化体组成和结构—工程 性质、特性
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胶凝材料学 第一章 石 膏
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第一节 石膏的原料、生产及其结构特点
• 目的：获得石膏的组成及结构特点， 分析其具有水化活性的原因。
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第三节 石膏浆体的硬化及其强度 发展过程
一、浆体硬化体的形成 • 形成条件：足够的水化产物，而且水化产
物晶体相互连生形成结晶结构网 • 形成过程：浆体硬化过程就是浆体结晶结
构网形成的过程，这一过程伴随着硬化体 强度的发展。 • 浆体硬化体形成过程的表征：塑性强度， 即极限剪应力，随时间的变化。
• 结晶形态上： 半水石膏是致密、完整、粗 大的原生颗粒，颗粒间密实；半水石膏是 由单个细小晶粒组成的次生颗粒，为疏松 的片状、不规则形态。
• 晶粒分散度上： 半水石膏晶粒平均粒径 大，比表面积大；半水石膏晶粒平均粒径 小，比表面积大。
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4、和型半水石膏宏观性质的差异 • 水化速度上： 半水石膏水化较慢；型半
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二、生产：加热脱水 • 常温下二水石膏结构稳定。在加热过程中，
水分子层以及水分子层与离子层之间的结合 力较弱，水分子易于脱出，使结构发生变化 形成脱水相。
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三、建筑石膏的结构特点（半水石膏）
1、化学成分： -CaSO4·1/2H2O或
-CaSO4·1/2H2O 2、晶体结构特点（两种半水石膏微观晶体结
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二、石膏浆体结构的形成及强度发展过程
1、第一阶段： 5min之前，形成凝聚结 构。石膏浆体中微粒彼此之间存在水的 薄膜，所以粒子之间是通过水膜以范德 华分子引力相互作用，因此它们的强度 低，这种结构具有触变复原性。 2、第二阶段：5~30min，结晶结构网的 形成和发展。水化产物晶核大量生成、 长大，晶体之间相互接触和连生，在浆 体中 形成结晶结构网，强度较高，不具 有触变复原性。 3、第三阶段：反映结晶结构网中，结 晶接触点的特性。在结晶接触点的区段， 晶格会发生扭曲和变形，所以结晶接触 点在热力学上不稳定。在潮湿条件下， 会产生接触点溶解和较大晶体的再结晶， 所以强度降低。