胶凝材料复习重点

什么是胶凝材料：凡能在物理、化学作用下，从具有流动性的浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，具有一定的机械强度的物质，统称胶凝材料（以称胶结材料）。

1824年，英国的约瑟夫·阿斯普丁首先取得了该产品的专利权。

石膏的变体类型为什么会形成：二水石膏，αβ半水石膏，αβⅢ型硬石膏，Ⅱ型硬石膏，Ⅰ型硬石膏
1.二水石膏在加压水蒸气/酸和盐溶液中加热形成α半水石膏；
2.在干燥情况下形成β半水石膏。

3.αβ半水石膏加热脱水于较低蒸汽压下形成Ⅲ硬石膏；
4.二水石膏，半水石膏，Ⅲ硬石膏高温脱水常温下形成Ⅱ硬石膏；
5.Ⅰ硬石膏仅出现在1180℃以上，低于则变为Ⅱ硬石膏。

α型半水石膏强度比β型的高：两者的差别主要表现在亚微观状态下晶体的形态大小以及分散度方面的不同。

1.α型半水石膏是致密的完整的，粗大的原生颗粒，而β型半水石膏是片状的，不规则的，由细小的单个晶粒组成的次生颗粒。

2.β型半水石膏分散度比α大得多。

半水石膏的水化机理：CaSO4·1/2H2O+3/2H2O=CaSO4·2H2O+Q(19.27J/gSO3)
水化机理有两种：溶解析晶理论（建立较高的过饱和度半水石膏溶解，二水石膏析出，破坏水中CaSo4平衡，继续溶解半水石膏，直至完全溶解）局部化学反应（水分子在半水石膏表面上吸附，所吸附的水分子溶解，新相的形成）影响水化的主要因素：石膏的煅烧温度，粉磨细度，结晶形态，杂质情况以及水化条件。

溶解析晶理论：半水石膏与水拌合后，首先是半水石膏在水溶液中的溶解，因为半水石膏的饱和溶解度对于二水石膏的平衡溶解度来说是高度过饱和的，所以在半水石膏的溶中二水石膏的晶核会自发形成和长大。

由于二水石膏的析出，便破坏了原有半水石膏溶解的平衡，半水石膏进一步溶解以补偿二水石膏析晶而在溶液中减少的硫酸钙含量，如此循环直到半水石膏完全水化为止。

建筑石膏耐水差的原因：1)二水石膏溶解度较大，20℃时为2.08g/l，超过水泥水化产物水化硅酸钙、钙矾石等溶解度30倍以上，这是水，特别是动水作用下，石膏制品发生质量溶蚀的原因所在。

二水石膏晶体接触点溶解度高于晶体，使之更易被水溶解破坏，从而削弱了晶体间的结合，导致强度下降；
2)内部结构呈多孔状，孔隙率高达50～70％，是含有大量毛细孔、凝胶孔及微细裂纹，具有庞大内比表面积的多孔硬化体，这种多孔硬化体结构为水对二水石膏的侵蚀提供了大量的通道；
3) 二水石膏具有亲水性，即水对二水石膏具有良好的润湿性，硬化体中大量的毛细孔的存在，使水在毛细孔压力作用下，与其接触的水因毛细作用而进入硬化体内部，吸水速率快、吸水率高，进入硬化体内部的水份，一方面对二水石膏晶体产生溶蚀作用，另一方面在晶体表面形成水膜，对其微细裂纹产生楔入尖劈作用，破坏晶体结构间微单元的结合。

改善措施:
1)改变相组成，降低溶解度，提高软化系数；
2)降低石膏的亲水性和吸水率；
3)减少水对石膏的侵蚀性（与水隔绝）：浸渍和外涂
石灰浆体在空气中逐渐硬化的原因：（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合生成碳酸钙结晶。

释出水分并被蒸发
石灰煅烧过程对石灰活性的影响：新制备石灰的活性即与水反应的能力，主要由两个因素决定：1.内比表面积，2.晶格的变形程度，形成CaO的所有原材料的结构，煅烧温度短少时间以及煅烧时的环境的状态对其活性有着重大的影响。

整个煅烧过程分三个阶段：一、原料的分解，形成亚稳CaO 二、亚稳CaO再结晶形成稳定的CaO，其内比表面积达到最高点。

三、CaO的烧结为主要方面，其内比表面积减小，且当煅烧温度提高时，CaO的活性降低，再经过长时间的较高温度的煅烧下，发生“死烧”现象，此时的CaO的活性很弱甚至基本丧失。

生料在煅烧过程中形成水泥熟料的物理化学过程：1、生料的干燥与脱水；2、碳酸钙分解；3、固相反应；4、液相的形成与熟料的烧结；5、熟料的冷却
水泥生料在煅烧过程中碳酸钙分解反应的过程、特点、影响因素：过程两个传热过程：热气流向颗粒表面传热、热量以传导方式向分解面传热；一个化学反应过程：分解面上的CaCO3分解并放出CO2；两个传质过程：分解放出的CO2穿过分解层（CaO层）向便面扩散、表面CO2向周围介质气流扩散。

特点（反应条件石灰石的种类和物理性质生料细度和颗粒级配生料悬浮分散程度粘土质组分的性质）因素1、可逆反应2、强吸热反应3、烧失量大4、分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关。

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影响固相反应的因素：生料的细度和均匀性温度和时间原料性质矿化剂石灰水化的特点：水化热高，需水量大，体积膨胀
水泥生产中为什么采用急冷措施：1、提高熟料质量2、改善熟料的易磨性3、回收余热
铝率，硅率，石灰饱和度系数的意义及对煅烧的影响：
硅率：SM 表示熟料中的SiO2含量与Al2O3和Fe2O3的含量之和的质量比值。

硅率越高，则硅酸盐矿物的含量越高，溶剂矿物越少，所以在煅烧过程中出现的液相含量越小，所要求的烧成温度越高，但硅率越小，则硅酸盐矿物大小影响水泥强度，液相过多一出现结大块，结炉瘤或结圈等而影响窑的操作。

铝率：IM 熟料中的氧化铝与氧化铁的含量的质量比。

铝率的高低在一定程度上反映了水泥煅烧过程中的高温液相的粘度。

铝率高则熟料中的C3A多，C4AF 较少，则液相粘度大，物料难烧；铝率过低，虽液相粘度小，液相中的质点比较易扩散，对C3S形成有利。

但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。

石灰饱和系数：KH是熟料中的二氧化硅被氧化钙饱和形成C3S的程度。

水泥熟料矿物具有胶凝能力的本质与条件：1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应活性决定于起结构的不稳定性，这种结构的不稳定使结晶结构的有序度降低，因而其稳定性降低，水化反应能力增大。

2.晶体结构存在活性阳离子，阳离子处于价键不饱和状态，在一定意义上可以认为熟料矿物水化反应的反应实质是活性阳离
子在水介质的作用下，与极性离子OH或极性水分子互相作用并进入溶液，使熟料矿物溶解与解体。

必要条件：1.形成的水化物必须是稳定的，这一点是由水化物本身的结构特性所决定的。

2.形成的水化物要有足够的数量，他们之间彼此交叉连生，并且能在整个水泥讲题的空间形成连续的网状结构，这一点主要决定于液相的过饱和度及其延续的时间。

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硅酸三钙水化经历的阶段及特征：C3S+nH→C-S-H+(3-x)CH （水化硅酸钙和氢氧化钙）1.诱导前期：加水后立即发生急剧反应，但该阶段的时间很短，15分钟以内结束。

2.诱导期：这一阶段反应速率极其缓慢，一般持续2-4小时，是硅酸盐水泥浆体保持塑性的原因。

3.加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第而个放热峰，在达到峰值时本阶段即告结束，此时终凝已过，开始硬化。

4.减速期：反应速率随时间下降的阶段，水化作用逐渐受扩散速率的控制。

5.稳定期：反应速率很低，反应过程基本稳定，水化作用完全受扩散速率控制。

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影响水泥水化速率的因素：1、水泥熟料粒子的矿物组成与结构；2、水泥粒子的大小；3、水泥的加水量；4、水化时的温度（P103）
孔的分类：1、凝胶孔，包含凝胶粒子之间的孔和凝胶粒子内孔，1.2~3.2nm 2、过渡孔，指外部水化物之间的孔，10~100nm；3、毛细孔，指没有被水泥水化物所填充的原充水空间，100~1000nm；4、大孔，大于1000nm的孔（P136）
水泥浆体结构形成过程：1、无结构的悬浮状态；2、凝聚结构状态；3、凝聚-结晶结构共存状态；4、结晶结构迅速发展状态。

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虎克弹性固体：是指这样一种弹性固体，当其在外力作用下，变形立即发生，变形的大小与作用力成正比，当外力取消以后，物体能恢复原来的形状。

圣·维南塑性固体：是指这样一种理想塑性体，当使固体产生变形的力超过屈服应力后，在应力不变的情况下，物体产生塑性流动。

影响水泥浆的流变特性的因素：1、水化龄期的影响2、水灰比的影响3、水化温度的影响4、水泥熟料矿物组成的影响
水泥浆的流动性：是指在外力作用下克服水泥浆内部粒子间互相作用而产生变形的性能，粒子间相互作用的力愈小，则流动性愈大。

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从水泥石的抗冻性考虑，为什么要降低孔隙率，却要增加气泡含量：硬化水泥石的抗冻性主要与水泥石中水分的结冰以及由此产生的体积变化有关，在负温度下，是你是中的毛细管水首先结冰，由于水分的结冰伴随着固相体积的增加，因而在水泥石中产生膨胀力，它会导致水泥石的体积变化，当膨胀应力超过水泥石的强度时还会引起水泥石的强度降低或者破坏，温度进一步降低，将引起凝胶水向毛细孔转移，凝胶体会因失水而收缩，形成小孔可以降低水的结冰温度，不至于过早引起水泥石体积的膨胀。

描述硬化水泥石晶体的结构：在常温下硬化的水泥石，通常是由未水化的水泥熟
料颗粒。

水化水泥，水和少量的空气，以及由水和空气占有的空隙网组成，因此它是一个固-液-气三相多孔体。

在常温下硅酸盐水泥的水化产物，按其结晶程度可分为两大类，一类是结晶比较差，晶粒的大小相当于胶体尺寸的水化硅酸钙凝胶，简称C-S-H凝胶，它既是微晶质可以彼此交叉和连生，又因为其大小在胶体尺寸范围内而具有凝胶体的特性。

还有结晶度比较完整、晶粒比较大的一类水化物。

描述水泥石干缩变形与失水的关系：由于湿度和温度的变化，要引起水泥石中水分的变化，伴随着水泥石失水的过程，必然要引起水泥石的收缩，把水分损失区别为两类：一是与相对湿度有关的干燥脱水，二是在高温作用下的温度脱水。

失水阶段1.相对湿度100%-30% ΔV o/ΔVw=0.025 毛细水脱出（毛细管张力引起收缩）2.相对湿度30%-1% ΔV o/ΔVw=0.22 凝胶水脱出 3.相对湿度1%-脱水温度200℃ΔV o/ΔVw=0.40 结晶水脱出（主要脱水） 4.脱水温度200-525℃ΔV o/ΔVw=1.0 结构水脱出
什么条件下水泥石碳化收缩最快及原因：湿度对碳化收缩影响很大，当相对湿度为100%时不产生碳化收缩，随着湿度的下降，碳化收缩值增大，当湿度为55%时，碳化收缩达最大值。

之后碳化收缩有减小，当相对湿度大约低于25%时，碳化收缩就不再产生了。

原因：由于空气中的二氧化碳与水泥石中的水化物，特别是与氢氧化钙的不断作用，引起水泥石结构的解体所致。

由于二氧化碳与水化物的置换反应描绘释放出水分子，而只有这些水分子失去时，才能早成水泥石体积的变化。

显然水分的失去是随着相随湿度的下降而增大。

防止化学侵蚀的技术措施：1.改变熟料矿物组成。

2.在硅酸盐水泥中加入某些外加剂。

3.提高混凝土的密实度。

4.在混凝土外部加覆盖层。

5.对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，可以采用浸渍混凝土，也就是将树脂单位浸渍到混凝土的空隙中，再使之聚合以填满混凝土的空隙，这种混凝土具有较高的抗侵蚀性
掺粉煤灰后，水泥水化程度降低，干缩变形减小的原因：粉煤灰玻璃体中网络形成离子较多，结构稳定性较强，因此早期水化活性很低，且结构比较致密，内比表面积较小，有很多球状颗粒，所以需水量较低，干缩性小，抗裂性较好。

影响矿渣活性的结构因素：矿渣的水化特点主要取决于结构，其结构由主要由其化学组成成分和热历史决定的，在工业生产中，粒化矿渣很难被全部玻璃花，矿渣实际上由玻璃相，结晶相或者微晶相组成的复合体。

第一结构层次：粗略的将结构视为有玻璃相打分为惰性组成，因此玻晶相越大，矿渣水硬活性越高。

第二结构层次：从玻璃结构组成分析可知，网络形成剂如二氧化硅上升，而网络调整剂越少，则网的氧化硅离子四面体越多，所以玻璃结构的稳定性增大而活性减少，可以用网络调整剂和网络形成剂的比值作为玻璃相结构的表征参数，当玻璃相结构的网络调整剂与网络形成集的比值相当时，矿渣玻璃体的活性与玻璃相的网络结构相关，我们称为矿渣玻璃结构的第三层次。

矿渣与粉煤灰在化学做成和矿物组成，水化过程差异：矿渣水泥中，CaO含量占30%-50%矿物组成主要为介稳玻璃体以及矿渣结晶相；在一般条件下，矿渣-
水浆体并不具备水硬性，即矿渣的胶凝能力不能自动发挥出来，但在少量激发剂的情况下，它能依靠自身的化学组成形成胶凝物质而具有水硬性，因此矿渣具有潜在水硬性的物质能促使矿渣自身呈现胶凝能力的外加剂称为激发剂。

粉煤灰，主要成分为二氧化硅氧化铝含少量的氧化钙，粉煤灰的矿物组成相主要是铝硅玻璃体，是粉煤灰具有火山灰活性的主要组成成分，其含量越高，活性越高，其本身具有水化胶凝能力。

高铝水泥的特性，使用时应该注意的问题：特性：1.高铝水泥强度发展很快，24小时内几乎可以达到最高强度。

2.放热速率高，在低温也能很好的硬化，在寒冷地区使用特别有效。

3.具有很高的抗硫酸盐性及抗海水腐蚀性能。

4.具有一定的耐高温性，在高温下仍能保持较高的强度。

注意的问题：1.由于放热迅速，所以浇注的混凝土构件的体积不宜过大，也不宜用作大体积混凝土工程，以免硬化过程种温度超过30℃，更不宜采用蒸汽养护。

2.不经过实验，不能任意与石灰或水化后有氢氧化钙形成的胶凝材料，使用，否则会发生凝结不正常和强度下降。

在膨胀水泥中，膨胀组分有哪些？膨胀组分与强度组分不协调会发生什么问题？一、1.在水泥中掺入一定量的在特定温度下煅烧制得的氧化钙（生石灰），氧化钙水化时产生体积膨胀。

2.在水泥中掺入一定量的特定温度下煅烧制得的氧化镁（菱苦土），氧化镁水化时产生体积膨胀。

3.在水泥浆体水化硬化过程的某一适当时机形成钙矾石，产生体积膨胀。

二、强度组分与膨胀组分必须协调，若水泥的强度发展过快，则膨胀值变小（自应力值变小），若膨胀过大，则强度下降，甚至破坏，所以配比必须恰当，并且与水泥细度也有关系，也就是要控制钙矾石的形成速度。

如何提高白水泥的白度：1.原料选较纯的石灰岩，高岭土或含铁低的砂质粘土。

2.采用铁含量很低的铝酸盐或硫铝酸盐水泥生料。

3.输送设备应自习油漆，防止铁屑进入。

4.采用漂白措施，将刚出窑的熟料急冷。

5..粉磨熟料时加入白度较高的石膏。

6.在煅烧时宜采用弱还原气氛
硅酸盐矿物：C3S C2S 溶剂性矿物：C3A C4AF
石灰的特性：可塑性好，硬化缓慢，硬化时体积收缩大，和耐水性差。