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：
• 加气混凝土是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾 矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料， 掺加发气剂（铝粉），经加水搅拌，由化学反应 形成孔隙，通过浇注成型、预养切割、蒸压养护 等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。
生产流程示意
二、多孔结构的形成
蒸压加气混凝土的结构形成包括两个过程： 1、由于铝粉与碱性水溶液之间反应发生气体 是料浆膨胀以及水泥和石灰凝结而形成多 孔结构的物理化学过程； 2、蒸压条件下材质材料与规制材料发生水热 反应使强度增长的物理化学过程。
胶 凝 材 料 学
加气混凝土
• 一.加气混凝土简介 • 二.加气混凝土多孔结构的形成 • 三.加气混凝土的工程应用
一.简介
• 加气混凝土是一种容重小、绝热性高的人造多孔 混凝土。
• 它具有容重轻、保温性能好和可加工等优点，兼可作保温 和承重材料，可制作砌块、屋面板、墙板和保温管等制品， 广泛用于工业与民用建筑。
图2
（1）石灰与含硅材料的水热反应
• 生石灰遇水消解为Ca(OH)2。Ca(OH)2首先 同硅砂表面发生反应，生成高碱性水化硅 酸钙，随后高碱性水化硅酸钙又同内部未 反应的硅砂反应，相继生成低碱性水化硅 酸钙。 • 当C/S>1.5时，生成C2SH(A)，随着反应进 一步深入，C/S逐渐减少。 • 当C/S<1时，生成卷箔状半结晶性的CSH(B)。
• 可加工性：加气混凝土不用粗骨料、具有良好的可加工性， 可锯、刨、钻、钉，并可用适当的粘结材料粘结，为建筑 施工创造了有利的条件。 • 良好的吸声性能：加气混凝土由于特有的多孔结构，因而 具有一定的吸声能力(吸声系数0.2～0.3)；也和其它轻质 材料一样，加气混凝土隔声性能不好，这是受“质量定律” 支配，单位面积材料的质量越轻，隔声能力越差，但可以 通过建筑措施来解决。 • 吃灰量大、利废率高：粉煤灰等灰渣占其总配比量的75% 以上。可大量消化粉煤灰、煤矸石、废砖头、磷石膏、电 石渣、尾矿砂和脱硫石膏等工业废渣，有利于治理污染。 加气混凝土的资源利用率高，1m 3 原材料可生产5m 3 产 品，在为人类生存环境做出贡献的同时，也符合发展循环 经济战略。 • 加气混凝土具有能耗低（包括生产能耗、运输能耗和使用 能耗），单位制品的生产能耗56.8kg(标煤)。
某蒸压加气混凝土试样（恒温9h， 恒压2MPa）SEM
CSH凝胶
贝托莫来石
Hale Waihona Puke 三、工程应用1、加气混凝土的优点： • 质量轻：加气混凝土的孔隙率占70%～80%，体积 密度一般为400～700kg/m3，相当于实心粘土砖的 1/3，普通混凝土的1/5。 • 保温性能好：加气混凝土内部具有大量的气孔和 微孔，具有极低热透过率，因而有良好的保温隔 热性能。通常200mm 厚的加气混凝土墙的保温隔 热效果，相当于490mm 厚的普通实心粘土砖墙。 • 良好的耐火性能与不散发有害气体：加气混凝土 的主要原材料大多为无机材料，其本身又具有保 温隔热性能，因而还有良好的耐火性能，并且遇 火不散发有害气体；由于对建筑物中的钢筋具有 较好的隔热作用，当加气混凝土建筑遭遇火灾时， 往往仅在表面造成损伤，对结构性能并不起根本 的破坏。
• 当气体压力引起的切应力大于料浆极限切 应力时，这些氢气泡尺寸增大，料浆开始 膨胀，此时铝粉微粒正位于小气泡中央 （见图1-2）。 • 这些气孔是分散在料浆的整个体积内。在 合理工艺条件下，这一膨胀一直可以进行 到铝粉完全耗尽为止。 • 因此料浆的膨胀可视为是球状气孔的发生 与长大的过程。
图1
（2）水泥和含硅材料的水热反应
• 纯水泥在常温下水化，C3S水化生成C2SH2和相应 数量的Ca(OH)2。C2S也水化生成C2SH2。 • 在175~200°C时，C3S水化生成C2SH(A)、C2SH(C) 和C2SH2，并析出Ca(OH)2；C2S水化生成C2SH(C)、 C2SH(A)。 • 此时水泥与硅砂的水热反应分为两个方面：一方 面上述水化物和SiO2作用逐渐由高钙转化为低钙 水化产物CSH(B)及贝托莫来石；另一方面水泥析 出的Ca(OH)2与硅砂水热合成贝托莫来石。
• 2Al+Ca(OH)2+6H2O=3CaO〃Al2O3〃6H2O+ 3H2↑ • 水中氢气的溶解度不大（t=20°C时，1升水仅溶 解0.0189升氢气）。由于气相的增加以及氢气受热 体积增大。因此，混合料浆膨胀。 • 在铝粉颗粒与碱性饱和溶液接触的一瞬间（见图 1-1），就开始放氢气，形成最小的气泡。 • 当接触处温度不低于35°C，便产生大量气体，因 而铝粉微粒周围极小区域产生了气体压力。此压 力直接作用在塑粘性料浆上。 • 但是，当气体压力引起的切应力未超过料浆的极 限切应力（τ0）时，料浆不会膨胀。 • 由于发气反应继续进行，生成的氢气分子数增加， 气体压力逐渐增大。