胶凝材料学14
胶凝材料学(绪论)
• 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、胶凝材料的历史与发展
㈠历史
1、远古时期
穴居巢处
2、石器时代
挖土凿石为洞：粘土
伐木搭竹为棚
3、石膏和石灰时代
胶凝材料
绪 论
一、胶凝材料的定义与分类
凡能在物理、化学作用下，可由可塑性浆体逐 渐变成坚固石状体，并能将各种散粒矿物材料或块 状材料粘结成一个整体的材料，统称为胶凝材料。 分类：
有机胶凝材料
无 机 胶 凝 材 料 气硬性 （非水硬性）
水硬性
有机胶凝材料
有机胶凝材料是以高分子化合物为主 要成分的胶凝材料。如：
•石油沥青；
•煤沥青；
•各种天然和人造树脂；
•……
无机胶凝材料
•气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化， 适合于地上或干燥环境，不宜用于潮湿 环境，更不可用于水中。如： 石膏、 石灰、 菱苦土、 水玻璃 •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。既适用于地 上，也适用于地下或水中。如：各种水 泥
横向线
横向主线把各章看似毫无关联的内容连 接到一起。注意采用对比的方法，比较各 种胶凝材料的相同及不同，将各章内容联 系起来，形成一个系统。
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 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
胶凝材料学
浅析胶凝材料学发展摘要：基于胶凝材料的发展历史，提出了非传统胶凝材料的概念，根据工业废渣的化学组成、矿物特征以及胶凝固结特征对其进行了分类并探讨了工业废渣在胶凝材料中的应用途径，指出工业废渣在胶凝材料中的应用不仅有助于解决环境污染，节约能源，而且可降低产品成本，不同程度地改善胶凝材料的性能，具有显著的社会经济效益，并对以土聚水泥为例，介绍其研究现状及应用发展前景。
关键词：胶凝材料；工业废渣；利用；土聚水泥0引言胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固态变成坚硬固体的物质。
胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。
无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等[1-2]。
水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度[3]。
1胶凝材料学的发展历程1.1传统胶凝材料1.1.1古代胶凝材料人类发现和利用胶凝材料，有着悠远的历史。
新石器的前陶器时代人们就开始使用天然胶凝材料粘土和姜石，并且在9000年前开始使用最早的人造胶凝材料—石灰。
公元前2500～3000年，人们就开始使用石膏—石灰类胶凝材料。
公元初期，石灰—火山灰水硬性胶凝材料开始使用。
这种胶凝材料表现出极强的耐久性[4-7]。
古代胶凝材料的最大不同是AL203和SiO2含量高而且有大量(40％)的方沸石存在。
方沸石是一种化学稳定性较高的水化产物，溶解度小，与Ca(OH)2几乎完全反应。
因此古代的胶凝材料的溶解度小，其内的成分不会因为时间的流失而流失，所以古代胶凝材料有卓越的耐久性。
1.1.2现代胶凝材料。
现代胶凝材料一般指硅酸盐水泥、石灰、石膏等最常用的胶凝材料。
而铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、则又称为非硅酸盐水泥。
现代以波特兰水泥为主的胶凝材料的最大特点是强度主要由硅酸盐熟料四种矿物质和石膏水解水化而形成强度[8]。
第三章--胶凝材料(1)ppt课件(全)
0.4~2.0
0.4~2.0
0.4~2.0
体积安定性
合格 合格 — 合格 合格 — 合格 合格
—
0.90㎜筛筛余 细 /%，不大于
0
0
0.5
0
0
0.5
0
0
0.5
度
度 0.125㎜筛筛余 /% ，不大于
3
10
15
3
10
15
3
10
15
第三章 胶凝材料
（四） 石灰的技术性质
1.可塑性、保水性好 2.凝结硬化慢、强度低 3.体积收缩大 4.耐水性差 5.吸湿性强
2.3
2.0
第三章 胶凝材料
项目
表3-2 建筑生石灰粉的技术指标
钙质生石灰粉
镁质生石灰粉
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+ MgO含量/%，不小于
85
80
75
80
75
70
CO2含量/%，不大于
7
9
11
8
10
12
细 0.90㎜筛筛余ຫໍສະໝຸດ %，不大于 0.20.51.5
0.2
0.5
1.5
建筑石膏按产品名称、代号、等级及标准标号的顺序标记。 如等级为2.0的天然建筑石膏标记如下：建筑石膏N 2.0 GB/ T 9776-2008。
建筑石膏在运输与储存时，不得受潮和混入杂质。建筑石膏 自生产之日起，在正常运输与储存条件下，储存期为三个月。
第三章 胶凝材料
（四） 建筑石膏的技术性质
1.凝结硬化快 2.体积微膨胀、装饰性好 3.孔隙率大、质量轻 4.防火性好 5.隔热、吸声性好 6.具有一定的调温调湿性 7.可夹攻性好 8.耐水性和抗冻性差
胶凝材料学
石膏矿-二水石膏的结晶结构
二水石膏属单斜晶系
❖一般向a轴和c轴发展 形成 对{010}晶面发育的板状晶体
❖有时也只向c轴生长延长 形成拄状或针状晶体。
❖由于二水石膏的{010}晶面发 育好， {010}面解理完全，所 以在显微镜下常看到菱形薄 板状，柱板状或针状晶体。
石膏矿-二水石膏性质及特征
建筑石膏的性质、结构与特征
❖ 结晶形态分析-小角度X-ray分析
建筑石膏的性质、结构与特征
❖ 结晶形态分析-差热分析DSC
放 热
190℃吸热峰：半水石膏
Ⅲ 型硬石膏
230℃、370 ℃放热峰：Ⅲ 型硬石膏
Ⅱ型硬石膏
建筑石膏的性质、结构与特征
❖ 结晶形态分析- X-ray分析
谱线基本一致，但衍 射峰强度差异大
硬石膏 Ca[SO4] (Anhydrite)
化学组成: Ca[SO4]
结构特点: 正交晶系。晶体结构中, 在(100)和(010)面上 Ca2+和[SO4]2-分布成层，而在(001)面上[SO4]2-则成不平 整的层。Ca2+居于四个[SO4]2-之间而为八个O2-所包围， 配位数为8。每个O2-则与一个S6+和两个Ca2+相连接，故配 位为3。
❖β型一般为60—80％
强度
❖α型半水石膏的强度要高得多
❖原因：半水石膏完全水化所需要的水仅为18.6%,多 余的水分在石膏硬化体内留下大量的孔隙,使密实度 和强度大降低
❖降低半水石膏的需水量的措施：加入糖蜜（与石灰 混合使用））、亚硫酸酒精废液及水解血等稀释 剂）。
凝结时间，β型半水石膏的凝结时间更快。
❖ 石膏相的组成和晶型：
二水石膏CaSO4·2H2O
胶凝材料学-123章 课件
2、水固比的影响 • 水固比较小时，浆体结构中充水空间小，即孔隙率
较小，则在整个浆体内形成结晶结构网所需水化产 物数量较少。随着过饱和度提高，结晶应力起着破 坏作用。 • 所以，当水固比较小时，提高浆体的硬化温度，可 以降低过饱和度，减少结晶应力，即减少了结构的 破坏而提高强度。反之，降低温度则降低强度。 • 水固比较大时，浆体结构中充水空间较大，孔隙率 较高，则在整个浆体内形成结晶结构网所需水化产 物数量较多，在结晶结构内产生结晶应力的可能性 减少或不存在了。提高过饱和度及其持续时间，有 利于硬化浆体结构的正常发展。 • 所以，水固比较大时，较高的硬化温度使过饱和度 降低，形成的晶核数量少，产生的结晶接触点也少， 强度较低。反之，降低温度则可提高强度。
• 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。
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。
建筑石膏浆体结构形成过程
半水石膏 二水石膏
交错的晶体
(a) 晶核形成
(C) 结晶长大与交错
二水石膏 晶体
二水石膏 交错晶体
(b) 结晶开始
(D) 实际石膏制品显微结构
三、影响石膏浆体结构强度的因素 • 最本质因素是溶液的过饱和度。 • 当过饱和度较高时，液相中形成的晶核多，生成的
晶粒较小，因而产生的结晶接触点多，容易形成结 晶结构网。形成一定结晶结构需要水化产物少。 • 当过饱和度较小时，液相中形成的晶核少，生成的 晶粒较大，产生的结晶接触点少，要形成同样的结 晶结构需要的水化产物多。 • 当初始结构形成后，水化产物继续增多，可以使结 构网进一步密实而起到强化作用。当达到一定限度 后（即已经形成密实结构），水化产物继续增加， 就会对形成的结构网产生一种内应力（称为结晶应 力）。此后，形成的水化产物晶体越多，结晶应力 越大，当结晶应力大于结构所能承受的极限时，结 构就会破坏，使强度降低。
胶凝材料学
胶凝材料学历史回顾：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。
一、石灰1.石灰的生产及分类：生石灰粉：石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，生石灰粉是由块状生石灰磨细而成。
消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2,称为消石灰粉。
石灰膏：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3～4倍)消化，或将消石灰粉和水拌和，所得的一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水。
2.石灰的熟化与硬化：a.石灰的熟化生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。
石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。
为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。
陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置14d以上的过程。
b.石灰浆体的硬化石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。
（1）干燥结晶硬化过程石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密并使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。
（2）碳化过程Ca(OH)2与空气中的CO2和水反应，形成碳酸钙。
由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCO3膜层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。
3.石灰的性质与技术要求石灰的性质是可塑性好；硬化较慢，强度低，硬化时体积收缩大，耐水性差，吸湿性强。
a. 石灰乳将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水搅拌稀释，成为石灰乳。
主要用于内墙和天棚刷白，石灰乳中加入各种耐碱颜料，可形成彩色石灰乳。
胶凝材料学
从而形成一种紧密的微结构
玉津桥始建于明末，桥墩台为石灰砂浆灌筑，拱圈为 糯米纸浆灰黏结糯米纸浆灰是由糯米粥、棉纸浆以及 石灰搅拌成的黏稠物。
罗马斗兽场（公元70-80 年) :石材、石灰砂浆
金茂大厦：共88层，高420.5米，建筑面积达29万平方米，1998年建成。
三峡大坝 ：世界第一大水电工程，大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035 米，坝顶高程185米。工期自1993年到2009年共17年，分三期进行，工 程总投资约为1000亿元人民币。
第八章 铝酸盐水泥
第九章 其它品种水泥
本书要求学生具有《材料科学基础》、《物理化
学》等相关知识。
本书是学习《混凝土学》、《土木工程材料》、 《新型建筑材料》等课程的基础课程
思考题
1.胶凝材料的定义、特征、用途。
2.按照硬化条件，胶凝材料可以分为哪两类，其
意义是什么？
三、胶凝材料发展简史
新石器时代 公元前2000-3000年 公元初期
粘土
石灰、石膏
石灰＋火山灰质材料
18世纪后半期
1824年
粘土和粘土煅烧制得天然水泥
硅酸盐水泥
糯米-石灰浆砂浆
古代石造建筑砂浆是一种特殊的有机-无机复合材料。
无机成分即碳酸钙，而有机成分则是来自糯米汤的胶淀
粉，而且胶淀粉充当着抗化剂的作用，抑制碳酸钙结晶，
（1）对胶凝材料的认识由宏观到微观，把性能与内
（2）对胶凝材料生产过程的规律和水化硬化过程的 规律的认识由经验上升到理论，从现象到本质， 为有效控制胶凝材料与制品的生产过程以及采用 新工艺、新技术提供理论基础
本书章节内容
第一章 石膏
第二章 石灰
第三章 镁质胶凝材料 第四章 硅酸盐水泥 第六章 高炉矿渣和矿渣水泥 第七章 火山灰混合材料和火山灰水泥
胶凝材料学概要知识汇总
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。
与普通水泥相比，道路水泥的要求：道路水泥应具有抗折强度，耐磨损，收缩变形小及耐疲劳特点。
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.生料的纸杯以及熟料的粉磨，均应在没有铁及其氧化物沾污的条件下进行。3.输送设备应自习油漆，防止铁屑进入。4.急速冷却。5.漂白处理。6.粉磨熟料时加石膏。
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。
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。
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，因为俄使其稳定性降低，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。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。
《胶凝材料》课件
其他领域的应用
环保领域
利用胶凝材料制作各种环保建材，如生态砖、生态水泥等，可用 于治理污染、修复生态等。
化工领域
用于制作耐酸碱、耐腐蚀的材料，如防腐涂料、耐酸砖等。
农业领域
利用胶凝材料制作农业灌溉渠道、水井等，提高农业用水的效率。
05 胶凝材料的环境影响与可 持续发展
胶凝材料的环境影响
资源消耗
胶凝材料的性能优化
添加物对性能的影
响
通过添加各种不同的添加剂，如 缓凝剂、减水剂、增强剂等，可 以改善胶凝材料的性能。
温度与压力的影响
温度和压力的变化也会对胶凝材 料的性能产生影响，因此在实际 应用中需要考虑到这些因素。
龄期与养护条件
龄期和养护条件对胶凝材料的性 能也有重要影响，需要合理控制 龄期和养护条件。
细度
细度是指胶凝材料的颗粒 大小，对胶凝材料的硬化 速度、强度和耐久性等有 影响。
硬化速度
胶凝材料在一定温度和湿 度条件下硬化的速度，是 影响其使用性能的重要因 素。
胶凝材料的力学性质
抗压强度
胶凝材料抵抗压力的能力，是衡 量其力学性能的重要指标。
抗拉强度
胶凝材料抵抗拉伸力的能力，对于 承受拉应力的结构物非常重要。
新型胶凝材料的开发
高性能混凝土
高性能混凝土是一种新型的胶凝材料，具有高强度、高耐久性等特 点，广泛应用于桥梁、高层建筑等领域。
绿色胶凝材料
绿色胶凝材料是一种环保型的胶凝材料，如利用工业废弃物制备的 混凝土掺合料等。
智能胶凝材料
智能胶凝材料是一种具有自适应性能的胶凝材料，如自修复混凝土 等。
04 胶凝材料的应用
1 2
节能减排
通过采用先进的生产技术和设备，降低能源消耗 和减少污染物排放，实现节能减排。
胶凝材料ppt课件
• 硬化后的水泥石结构：未水化的水泥颗粒 、凝胶体、毛细孔隙网
• 水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的 ，开始进行较快，随后由于水泥颗粒表层生成了 凝胶膜，水分渗入越来越困难，水化作用越来越 慢。
• 实践证实，完成水泥的水化和水解作用的全过程 ，需要几年、几十年时间。
子式、简写式。 • 2.写出硅酸盐水泥的主要水化产物及其分子
式和简式。 3.硅酸盐水泥中什么组分决定水泥早期强度 ？什么组分保证后期强度？什么组分凝结硬化 速度最快？
六、硅酸盐水泥的主要技术性质
（一）实际密度与堆积密度
（1）硅酸盐水泥的实际密度为3100 kg／m3～ 3200kg ／m3。 （2）硅酸盐水泥的堆积密度为1300 kg／m3～1600kg ／m3。 （二）细度
• （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，释放出水分并被蒸发。
• 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。这个作用不能在没有水分的全 干状态下进行。而且，碳化作用在长时间内只限于表 面，石灰浆硬化后，是由碳酸钙和氢氧化钙两种不同 的晶体组成。
• 二、 石 膏 • （一）石膏的原料与生产 • 1、原料：天然二水石膏、化工石膏等 • 2、生产（基于外部条件之差异，相应的品种也有差
别） • （二）石膏的水化与硬化 • 1、水化：
• CaSO4·1/2H2O+1.5H2O——CaSO4·2H2O • 2、硬化：随着水化的进行，浆体逐渐失去可塑性，
粉化后，搅拌成浆，通过6mm筛网过滤（除渣）， 流入淋灰坑内呈膏状材料。为保证石灰完全熟化， 石灰膏必须在坑中保存两星期以上，这个过程称为 “陈伏”。否则未熟化的颗粒，将混入砂浆中，有 碍工程质量。有条件时也可用机械淋制石灰膏。
《胶凝材料学》--绪论--PDF
有资料表明，法国拉法基公司，目前可燃性废弃物替代自然矿物质燃料的 替代率已达50％左右。德国海德堡水泥集团、日本三菱材料公司、墨西哥 CEMEX公司、丹麦史密斯公司在水泥窑焚烧垃圾方面也有丰富的经验。例如： 德国和欧洲诸国多年的实践证明，将垃圾送到水泥厂进行适当地预处理后，部 分用作生产水泥的原料，部分用作替代燃料，是处置城市垃圾非常经济、安全、 环保的措施。
1、胶凝材料的定义和分类
拌水后只能在空气中硬化、保持强度
气硬性－－石灰、石膏、镁质 无机胶凝材料
（需水参与）
拌水后既能在空气中，又能在水中硬 化、保持和发展强度。
水硬性－－各种水泥 有机胶凝材料
（无水参与）
－－沥青、各种树脂等
1、胶凝材料的定义和分类
问题：用量最大、用途最广的胶凝材料是什么？ 硅酸盐类 铝酸盐类 水 泥 种 类 硫铝酸盐类 铁铝酸盐类 磷酸盐类 其他
水泥的发明
英国工匠阿斯普丁（J.Aspdin）对史密顿的发明进行改进： 石灰、黏土、矿渣等各种原料进行人工配料、高温煅烧、 再经磨细制成水硬性胶凝材料。1824年，阿斯普丁申请了 专利权。由于阿斯普丁的水泥在硬化后的颜色和强度，都 和当时英国波特兰岛上所产的石材差不多，所以人们就称 它为“波特兰水泥”。 “波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿越泰 晤士河河底的隧道。随后，它在世界各地迅速推广应用， 法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。现 在，水泥已成为现代基础建设中不可缺少的基本材料。
3、胶凝材料的历史与发展趋势
阶段 天然黏土时期 石膏一石灰时期 石灰一火山灰时期 天然水泥时期 硅酸盐水泥时期 多品种水泥时期 绿色环保方向 时间 新石器时代 距今约 4000—10000年 胶凝材料 天然黏土
建筑材料学--胶凝材料
• 硅酸二钙C2S： （1）、β-C2S是在常温下存在的介稳的高温型 矿物，其结构是热力学不稳定的。 （2）、 β-C2S中的钙离子具有不规则配位数， 使其具有较高的活性； （3）、 β-C2S的杂质和稳定剂的存在，也提 高了它的活性；
（4）、在β-C2S其结构中不具有像C3S结构中
从熟料形成过程的反应可知，只有当Al2O3与Fe2O3 的分子比大于1（即质量比大于0.64时），在熟料中才 能既形成C4AF又形成C3A，如果IM小于0.64时，则由 于Al2O3含量没有多余，不能形成C3A，多余的Fe2O3与 CaO生产C2F。
石灰饱和系数表示SiO2与CaO ，饱和形成C3S的程度。 石灰饱和系数是全部氧化硅SiO2生成硅酸钙所需的氧化 钙CaO含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙 所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被 氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。当KH值高时，煅烧 困难，f-cao增加，有安定性不良趋势，硅酸三钙增 加，硅酸二钙减少。其值一般为0.87～0.92
7、硅酸盐水泥的水化反应及机理
• 硅酸三钙C3S的水化：
水化生成产物水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、氢氧化钙 [Ca(OH)2]晶体。 Ⅰ诱导前期：反应急剧，时间短，在15min以内结束。 Ⅱ诱导期：反应速率慢，一般持续2~4h，是硅酸盐水泥能在几 个小时内保存塑性的原因，诱导期结束时水泥到达初凝。 Ⅲ加速期：反应重新加快，出现第二个放热峰，约4~8h本阶段 结束，此时水泥过终凝，开始硬化。 Ⅳ减速期：反应速率随时间下降，水化作用逐渐受扩散速率的 控制。 Ⅴ稳定期：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化作用 完全受扩散速率控制。
• 铁铝酸四钙C4AF：
胶凝材料学-期末复习题
一、填空题1．石膏板不能用作外墙板的主要原因是由于它的性差。
2．石膏制品应避免用于和较高的环境。
3．按消防要求我们尽可能用石膏板代替木质板材，是因为石膏板具有好的特性。
4．石灰熟化时放出大量的______，体积发生显著______；石灰硬化时放出大量的______，体积产生明显______。
5．石灰浆体的硬化包括______和_____两个交叉进行的过程，而且______过程是一个由_____及______的过程，其硬化速度_____。
6．在石灰应用中，常将石灰与纸筋、麻刀、砂石等混合应用，其混合的目的是______，否则会产生______。
7．在水泥砂浆中掺入石灰膏制成混合砂浆，掺入石灰膏是利用了石灰膏具有______好的特性，从而提高了水泥砂浆的______。
8．生石灰按氧化镁的含量，分为__________和__________两类。
9．生石灰在使用前的陈伏处理：是使其在储灰池中存放______天以上，储存时要求水面应高出灰面，是为了防止石灰______。
10．菱苦土在使用时不能用水拌制，通常用_________水溶液拌制，由于菱苦土与各种_________粘结性好，且______较低，因此常用之与木屑等植物质材料拌制使用。
11．菱苦土耐水性差，吸湿后会产生______变形，表面___，强度______。
为了改善其耐水性，可采用MgSO4 7H2O等来拌制。
12．常用水泥中，硅酸盐水泥代号为_______、________，普通水泥代号为_______，矿渣水泥代号为_______，火山灰水泥代号为________，粉煤灰水泥代号为________。
13．改变硅酸盐水泥的矿物组成可制得具有不同特性的水泥，提高含量，可制得高强水泥，提高_____和__的含量，可制得快硬早强水泥，降低_______和_______的含量，提高_______的含量，可制得中、低热水泥；提高_______含量、降低________含量可制得道路水泥。
胶凝材料复习资料.doc
胶凝材料复习资料一、胶凝材料的定义与分类1、定义：凡能在物理、化学作用下，从具有可塑性的浆体逐渐变成坚固石状体的过程屮, 能将其他物料胶结为整体并具有一•定机械强度的物质。
2、分类：（1）.有机胶凝材料（沥青、树脂）（2）.无机胶凝材料（水泥、石灰、石膏等）3、水硬性胶凝材料:在拌水后既能起空气屮硬化，又能在水屮硬化并具有强度的材料，通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。
4、非水硬性胶凝材料：不能在水屮硬化，但能在空气屮或具他条件下换化。
只能在空气中硬化的胶凝材料，称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、镁质胶凝材料等。
5、胶凝材料发展史：黏土——石灰——石灰火山灰——水泥二、石膏3、石膏相种类11H2O、、CaSO4 H2O）二水石膏（CaSO4 2H2O）、半水石膏（'CaSO4 、22III 型硬石膏（~CaS04III、CaS04III） CaS04II）＞ II型硬石膏（、I型硬石膏（CaS04I）五种形态、七个变种。
4、二水石膏：石膏属于单斜晶系：Ca2+联结［SO42-］四面体，构成双层结构层，H20分子分布于双层结构层Z间。
在显微镜下呈菱形薄板状、柱板状或针状晶体。
由于H20分了与层状结构之间的结合力较弱，因此当加热二水石膏时，层间水首先脱出，而使其结晶结构发生变化。
5、（X、卩型半水石膏结构的细微差别：（1）结晶形态上：a型半水石膏致密、完整、粗人的原生颗粒；卩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住颗粒。
（2）分散度（细度）：a型半水石膏的比表面积小于卩型半水石膏，品粒平均粒径大于卩型半水石膏。
（3）水化热：ct型半水石膏水化热小于卩型半水石膏。
（4）弟热分析结果：高强石膏在不断加热时，转变为II型硬石膏的温度要比建筑石膏低。
（5）x射线衍射谱：两者晶体结构相差不大，高强石膏的特征峰更强，结晶度更完整。
6、石膏脱水相的水化动力学特征：（1）半水石膏加水后立即溶解并在溶液屮发生水化反应，数分钟后反应加快，放热量增大并出现放热高峰，lh左右水化基本结束。
《胶凝材料学》课程在建材专业学生培养中的重要作用
浅谈《胶凝材料学》课程在建材专业学生培养中的重要作用摘要：《胶凝材料学》是高等学校建筑材料专业的重要课程。
随着高等学校教育教学改革及企业实际生产中对高素质人才需要的日益迫切，培养具有一定操作技能和更多基础理论知识的大学毕业生成为一种趋势和要求。
本文从作者的教学体验和我校《胶凝材料学》课程教学现状出发，并从教学观念、教学内容、教学方式以及往届毕业生在工作中的体会等方面出发，阐述了《胶凝材料学》课程对于建材专业学生的职业生涯的重要性，并对如何提高教学效果提出建议。
关键词：《胶凝材料学》；重要性；教学效果胶凝材料，又称胶结料，是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。
胶凝材料有着悠久的发展历史，从人们使用最早的胶凝材料——粘土到目前应用量最大的胶凝材料——水泥，胶凝材料的发展伴随着人类文明的发展，尤其随着我国社会主义现代化建设的逐步深入，各种新型胶凝材料的应用也越来越广泛。
《胶凝材料学》经高等学校无机非金属材料类专业教学指导委员会审定为无机非金属材料、建筑工程材料与制品专业本科教学用书。
《胶凝材料学》以硅酸盐水泥为主，按材料品种阐述各类胶凝材料的组成、结构与性能的关系，介绍了胶凝材料的水化硬化机理以及改善硬化体结构与性能的途径。
作为我校材料科学与工程专业建筑材料方向的专业基础课程，《胶凝材料学》起到基础知识的延伸和为专业知识做铺垫的作用，它为《房屋建筑学概论》、《建筑结构材料》、《建筑功能材料》、《建筑施工》、《概预算》等后续专业课的学习奠定重要基础。
然而在课程教学中存在着诸多问题，如内容繁多而抽象枯燥，学生学习兴趣不大，自主学习动力不足，仍存在为考试而学的不良习惯，对学生将来的就业和工作产生较大影响。
本文结合多年的教学经验，分析《胶凝材料学》课程教学现状，对《胶凝材料学》在培养高素质研发、施工及管理人才方面的重要作用进行论述，并提出一些建议。
胶凝材料学
第一篇胶凝材料学第一章气硬性胶凝材料在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它散粒物料(如砂、石等)，制成有一定机械强度的复合固体的物质称为胶凝材料，又称为胶结料。
胶凝材料根据其化学组成可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。
无机胶凝材料是按一定要求制备的粉状物料，能以一定速度与水或电介质溶液作用，生成真溶液或胶体溶液，经过一定的时间能形成可塑性浆体，最后凝结硬化，粘结骨料形成有承受外力能力的整体，并可以在一定的介质中（空气、水或一定浓度的酸、碱、盐溶液及温度的变化）仍然保持强度及增加强度。
这类材料在常温下，当其与水或适当的盐类水溶液混合后，经过一定的物理化学变化过程，由浆状或可塑状逐渐失去塑性，进而硬化，并能将松散材料胶结成具有一定强度的整体——人造石。
无机胶凝材料按硬化条件义可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。
水硬性胶凝材料是指和水成浆后，既能在空气中硬化并保持强度，又能在水中硬化并长期保持和提高其强度的材料，这类材料常统称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。
气硬性胶凝材料是指不能在水中硬化，只能在空气中硬化，保持或发展强度，如石膏、石灰、镁质胶凝材料，水玻璃等。
气硬性胶凝材料只适用于地上或干燥环境，而水硬性胶凝材料既适用于地上，也可用于地下潮湿环境或水中。
第一节石膏胶凝材料石膏是一种应用历史悠久的材料。
它与石灰、水泥并列为无机胶凝材料中的三大支柱。
在化工、医药、工艺美术、建筑雕塑，建筑材料工业等方面都有广泛的用途。
如在水泥工业中，石膏可作为硅酸盐型水泥的缓凝剂，可用于配制硅酸盐与铝酸盐自应力水泥，也可用作生产硫铝酸钙早强水泥的原料。
在硅酸盐建筑制品生产中，石膏作为外加剂能有效改善产品的性能。
石膏胶凝材料包括建筑石膏、高强石膏、硬石膏水泥等，不仅用于粉刷和制备砌筑砂浆，而且还可制成各种石膏制品。
我国天然石膏储量丰富，随着工业的日益发展而相应的伴生出多种副产化学石膏。
胶凝材料学课件
2、蒸压硬化过程
• 料浆凝结后，整个体系也就基本稳定，成 为胚体。静停后的胚体由于具有一定结构 强度，故可进行切割。但是由于时间段， 温度低，水化产物少，结晶度差，胚体强 度很低，尚属于半成品。为了使反应充分 而快速的进行以制成高强度的加气混凝土 成品，常采用蒸压养护。
• 含硅材料与钙质材料在8~16个大气压 （175~203°C饱和蒸汽）下的水热反应如 图2示。其中包含石灰与含硅材料的水热反 应和水泥与含硅材料的水热反应。
• 最后生成板状结晶的贝托莫来石，其变化 过程如下： • C+S+H→C2SH(A) →CSH(B) →C5S6Hn→C5S6H5(贝托莫来石) • CSH(B)强度高，但收缩大，而板状结晶贝 托莫来石强度较高，收缩较小，且甚稳定， 收缩减小。贝托莫来石生成以后，如升温 至200°C以上，便生成硬硅钙石。
• 2、工程应用 • 由于加气混凝土具有以上优点，因而加气混凝土在工程中 应用十分广泛： • （1）使用蒸压加气混凝土砌块替代传统粘土砖等砌块， 作为一种新型的砌体材料。 • （2）由于具有易于成型，保温性、隔音等特点往往用于 制作屋面板及墙板等板材。 • （3）另外由于其良好的保温性能往往用来制作保温管等 制品。
• 当使用粉煤灰、页岩等原料代替硅砂时， 这类原料中SiO2和Ca(OH)2反应生成CSH(B) 及贝托莫来石。其中有相当部分水化硅酸 钙中含有Al的水化硅酸钙。同时这类原料 中含较多Al2O3会生成C3ASnH6-2n型水石榴 石。 • 综上所述，蒸压石灰-砂加气混凝土水热反 应主要是C-S-H三元系反应，其生成物是以 贝托莫来石为主体的水化硅酸盐。
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1、发气反应和气孔结构的形成
（1）料浆的发气膨胀 • 加气混凝土系弹-塑-粘性体系。 • 原料（砂浆、水泥、生石灰、铝粉、水及 其他外加剂）在搅拌浇筑过程中即已开始 了化学反应，水泥水化析出Ca(OH)2,生石 灰与水反应生成Ca(OH)2，整个料浆迅速变 成碱性饱和溶液（ph值达12左右）。铝粉 是一种最活泼的组分，他同碱性饱和溶液 发生反应，产生氢气：
《胶凝材料》PPT课件
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第一节 气硬性胶凝材料
一、石膏
1、石膏的生产 2、建筑石膏的凝结硬化 3、建筑石膏的技术性质 4、建筑石膏的应用
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一、石膏的生产
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶 凝材料。
常用产品：建筑石膏、高强石膏、无水 石膏、高温煅烧石膏等。
原材料：天然二水石膏（CaSO4•2H2O)、
其特点是无收缩。
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二、石灰 (lime)
1、石灰的生产：石灰石经高温煅烧得到块体 生石灰。 CaCO3 900℃ CaO + CO2↑
分类：
钙质石灰：氧化镁含量≤5% 镁质石灰：氧化镁含量>5%。镁质石灰熟 化慢，但硬化后强度较高。 由于炉温不均匀，生石灰中会含有一些 欠溶解；
n>3时，在4个大气压以上的蒸汽中才能溶
解。
n愈大，愈难溶于水，其粘结力越强。
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三、 水玻璃
2、水玻璃的硬化
Na2O•nSiO2 + CO2 + mH2O == Na2CO3 + nSiO2•mH2O
硬化过程很慢，常用加热与加入促硬剂 硅氟酸钠(Na2SiF6)的办法来促使硬化。
化工石膏
生产工序：
破碎 煅烧 磨细
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一、石膏的生产
天 然 65～75C 二水石膏
107～170C
开始脱水
400～750C
死烧石膏
800～1000C 高温锻烧石膏 (地板石膏)
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排烟脱硫石 燃煤或重油排放的SO2废气经脱硫装置 膏 处理后得到的副产品 乳石膏 制造乳酸时的副产品
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2 石膏的水化硬化机理及结构
2.1 石膏的相组成及其形成条件与机理
（1）石膏相种类
1 1 半水石膏（ CaSO 4 H 2 O、 CaSO 4 H 2 O） 2 2 III型硬石膏（ CaSO4 III、 CaSO4 III）
石膏
第14组组员： 徐娜、张文文、曹攀攀
11绪论公元前Fra bibliotek000年，埃及人在切奥帕斯（Cheops）和金字塔建筑中 采用了石膏浆，它由煅烧不纯的石膏制得。
1 130 C） 2CaSO 4 2 H 2 O 加热（约 2CaSO 4 H 2 O 3H 2 O 2
当拌入少量水时，这种材料由于经过煅烧的石膏与煅烧时驱出 的结晶水重新组合而凝结。
按其二水硫酸钙百分含量的多少，二水石膏分为五个等级。
等级 二水硫酸钙% 一 ≥95 二 94~85 三 84~75 四 74~65 五 64~55
在确定二水石膏等级时，应先对其化学成分进行分析，根据所得CaO、 SO3和结晶水百分含量分别计算CaSO4· 2H2O的量，然后取三者中的最小值
作为定级的依据，其计算系数分别为3.07、2.15、4.18。即
1180℃
97℃
在加压水蒸汽条件下
α 型半水石膏
100℃
α 型可溶硬石膏 α -III型硬石膏
177℃
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石膏胶凝材料的制备过程主要是二水石膏加热脱水转变为不同脱水 石膏相的过程，二水石膏转变为脱水相的温度，由于各种条件的变化，不 同的研究者提出过不同的参数。由于半水石膏和III型硬石膏是介稳态化合
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（4）α 型半水石膏（高强石膏）的形成机理
α 型半水石膏是在加压水蒸汽条件下由二水石膏溶解析晶过程形成。 制备方法：加压水蒸汽法与水溶液法（常压水溶液法与加压水溶液法）
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2.2石膏相的结构特征及其特性
（1）二水石膏
石膏属于单斜晶系： Ca2+联结[SO42-]四面体，构成双层 结构层，H2O分子分布于双层结构 层之间。在显微镜下呈菱形薄板状、 柱板状或针状晶体。由于H2O分子 与层状结构之间的结合力较弱，因
a、一次生成机理 二水石膏加热后直接形成β 型半水石膏 b、二次生成机理 二水石膏直接脱水形成硬石膏III，再立即吸附脱出的水分子转变为β 型半水石膏。 影响因素： 二水石膏脱水时的温度与水蒸汽压有关。在较高的水蒸汽压力下可能 按一次生成机理形成；在气压很低或者真空条件下，则可能按二次生成机 理形成。 研究表明：在真空条件下形成的硬石膏III非常不稳定，起比表面积比 普通硬石膏III大10倍，因此它会立即吸收水分子变成β 型半水石膏。
11
107~170℃
320~360℃ β 型半水石膏
炒锅、回转窑
β 型可溶硬石膏 β -III型硬石膏
II 型 硬 石 膏
二 水 石 膏
125℃、0.13MPa
400~1000℃
α 型半水石膏 蒸压锅
230℃
α 型可溶硬石膏 α -III型硬石膏
吸湿
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工业生产控制参数图
（3）β 型半水石膏（建筑石膏）的形成机理
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（3）化学石膏
化学石膏来源——工业副产品
石膏名称 磷石膏 氟石膏 石膏来源 磷酸盐矿与硫酸反应制造磷酸时的副产 品 氟化物与硫酸反应制造HF时的副产品 化学成分 CaSO4· 2H2O 64.0~96.0 88.4~95.2
盐石膏
海水制造NaCl时钙化合物与硫酸盐反应 产物
98.0
90%以上 77.0~80.0
II型硬石膏（ CaSO4 II）
I型硬石膏（CaSO4 I）
二水石膏（CaSO4 2H 2 O）
五种形态、七个变种。
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（2）石膏的脱水转变及脱水石膏的形成机理
45℃
在干燥空气条件下
β 型半水石膏
107℃
β 型可溶硬石膏 β -III型硬石膏
400℃
II 型 硬 石 膏
I 型 硬 石 膏
二 水 石 膏
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石膏胶凝材料的原料
（1）天然二水石膏 天然二水石膏又称生石膏、软石膏或简称石膏，分子式为 CaSO4· 2H2O，化学组成的理论质量为：CaO-32.57%，SO3— 46.50%，H2O—20.93%。常含有黏土、细砂。纯天然二水石膏呈白 色或无色透明。主要分布于湖北应城、山西太原西山、湖南平江、广 东兴宁、甘肃武威、江苏南京等地。
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石膏建材的特点
（1）来源广泛
天然二水石膏（储量具世界之首，探明的超过500亿吨） 硬石膏 化学石膏（磷石膏排量达到2000万吨/年以上，排烟脱硫石膏上千万吨/年）
（2）能耗低 生产1吨石膏胶凝材料所耗燃料比生产1吨水泥低3/4。
（3）建设投资小
生产1吨石膏胶凝材料的建设投资同等规模水泥生产线低1/2。 （4）质量轻（每平方米墙面（双层石膏板+龙骨）不超过30~40kg）（砖墙重量的1/5） （5）强度高（6~8MPa） （6）防火（石膏不可燃，受二水石膏加热脱水过程影响，温度上升较慢） （7）尺寸稳定、装饰美观（伸缩比小，在最大吸水率时，伸长仅0.09%，干缩更小） （8）用途广泛 （9）耐水性差（适用于R.H.60~70%条件）
物，并且没有十分确定的相变点，因此在实验室要得到一个纯净的石膏相
是十分困难的。 I型硬石膏只有在温度高于1180℃ 才能存在，如果低于该温度，它会
转化为II型硬石膏。因此I型硬石膏在常温下是不存在的。
在上述转变温度下，所需时间较长。在工业化生产中，为提高效率， 石膏煅烧温度超过转变温度，因此很容易出现其他相的混合。
CaSO4· 2H2O ：3.07CaO%；2.15SO3%；4.78H2O%
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（2）天然硬石膏 主要由无水硫酸钙（CaSO4）组成，又称无水石膏。化学组成
的理论质量为CaO—41.19%；SO3—58.81%。纯净的硬石膏透明、
无色或白色，常因含有杂质而成暗灰色，有时微带红色或兰色，玻 璃光泽。主要分布在江苏、山西、广东、湖南、湖北。
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应城境内石膏矿，储量达13亿吨，工业储量为5.1亿吨，其中一级品 （纤维膏）占全国储量的82%以上，其中二水硫酸钙含量大于95%的一级品 纤维石膏，质地优良被誉为“亚洲纤维石膏王国”，居亚洲之首，其产量占 全国的五分之四。是建材、膏塑、医药、化妆、陶瓷、食品、农业等产业的 重要原材料
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二水石膏品质等级划分