无机胶凝材料项目化教程-无机胶凝材料基本知识课件.ppt

无机胶凝材料项目化教程无机胶凝材料项目化教程主讲：李子成主讲：李子成u相关检测标准n GB175-2007通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥n JC/T621 -1996建筑石灰建筑石灰 n JC/T478.1-1992建筑石灰试验方法物理试验方建筑石灰试验方法物理试验方法法n JC/T478.2-1992建筑石灰试验方法化学分析方建筑石灰试验方法化学分析方法法n GB/T9776-1988建筑石膏建筑石膏n GB/T17669.4-1999建筑石膏建筑石膏 净浆物理性能的测净浆物理性能的测定定 课程定位：无机胶凝材料项目化教程与前续和后续课程的关系。 课程性质：胶凝材料学是材料学的一个分支，它是指研究胶凝材料的组成、结构和胶凝性能的理论科学。 课程介绍：无机胶凝材料项目化教程以硅酸盐水泥为主，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。对石膏、石灰、镁质胶凝材料的生产和应用技术，以及混合材料的组成、特性等也做了介绍。课程介绍课程介绍模块一模块一 无机胶凝材料基本无机胶凝材料基本知识知识一、胶凝材料定义及分类一、胶凝材料定义及分类o胶凝材料的定义胶凝材料的定义凡能在物理、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中，能将其他物料胶结为整体并具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。o这里指的其他材料包括这里指的其他材料包括l粉状材料（石粉等）粉状材料（石粉等）l纤维材料（钢纤维、矿棉、玻纤、聚酯纤维等）纤维材料（钢纤维、矿棉、玻纤、聚酯纤维等）l散粒材料（砂子、石子等）散粒材料（砂子、石子等）l块状材料（砖、砌块等）块状材料（砖、砌块等）l板材（石膏板、水泥板等）等。板材（石膏板、水泥板等）等。 p 依据胶凝材料水化生成物的类别将无机胶凝材料分为： 硅酸盐类硅酸盐类水化硅酸钙；水化硅酸钙； 铝酸盐类铝酸盐类水化铝酸钙；水化铝酸钙； 硫铝酸盐类硫铝酸盐类水化硫铝酸钙。水化硫铝酸钙。p胶凝材料分类胶凝材料分类如沥青、聚合物等胶凝材料胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水 泥” 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化的胶凝材料。这类材料在水中不凝结，也基本没有强度，即使在潮湿环境中强度也很低，通常不宜使用。（石灰，石膏，水玻璃，镁质胶凝材料等） 水硬性胶凝材料在拌水后既能在空气中硬化，又能在水中硬化并具有强度的材料称为水硬性胶凝材料。这类材料在水中凝结硬化比在空气中更好，因此，在空气中使用时，凝结硬化初期要尽可能浇水或保持潮湿养护。 p无机胶凝材料无机胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 石灰石灰以碳酸钙为主要成分的原料(如石灰石、白垩等)，经过高温煅烧后所得到的产品，其主要成分是氧化钙。生石灰CaO加水反应生成Ca(OH)2的过程称为熟化。生成物Ca(OH)2称为熟石灰。 熟化过程特点熟化过程特点放热；体胀放热；体胀1.51.53.53.5倍。硬化过倍。硬化过程体积收缩。程体积收缩。900 CaCO3 = CaO + CO2生石灰生石灰石膏石膏石 膏天然二水石膏软石膏（CaSO42H2O）无水石膏硬石膏（CaSO4）建筑石膏化学石膏（CaSO40.5H2O） 水玻璃水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。 水玻璃的硬化水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化：Na2OnSiO2+ CO2+mH2ONa2CO3 + nSiO2mH2O 水玻璃的性质水玻璃的性质 1.粘结力强 2.耐酸性好 3. 耐热性好 水泥水泥指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。矿物成分矿物成分主要水硬性物质主要水硬性物质主主 要要 品品 种种硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸钙硅酸钙绝大多数通用水泥、专用水泥和特种水泥绝大多数通用水泥、专用水泥和特种水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸钙铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。水泥等。硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙硅酸二钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙酸钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸氟铝酸钙、硅酸二钙二钙氟铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥等其他水泥其他水泥活性二氧化硅活性二氧化硅活性氧化铝活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等水泥等 按性能和用途分类按性能和用途分类水 泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥砌筑、油井、道路、大坝水泥等白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等二、胶凝材料在国民经济中的作用二、胶凝材料在国民经济中的作用p 胶凝材料应用胶凝材料应用 胶凝材料不仅广泛的应用于工业与民用建筑、水利工程及城乡建设，而且还可代钢代木生产轨枕、电杆、坑木、压力管、水泥船及海洋开发用的各种构筑物等。同时也是一系列大型现代化技术设施和国防工程不可缺少的材料。p 胶凝材料的特点胶凝材料的特点 原料丰富，能就地取材，生产成本低；原料丰富，能就地取材，生产成本低； 耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热寒冷耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热寒冷的环境；的环境； 耐火性好；耐火性好；维修工作量小，折旧费用低；维修工作量小，折旧费用低； 作为基材组合或复合其他材料的能力强，如纤维增强胶作为基材组合或复合其他材料的能力强，如纤维增强胶凝材料凝材料 有利于有效地利用工业废渣有利于有效地利用工业废渣( (也是科研发展方向也是科研发展方向) )。一、胶凝材料定义及分类一、胶凝材料定义及分类o胶凝材料的定义胶凝材料的定义凡能在物理、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中，能将其他物料胶结为整体并具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。如沥青、聚合物等胶凝材料胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水 泥”二、胶凝材料在国民经济中的作用二、胶凝材料在国民经济中的作用p 胶凝材料应用胶凝材料应用 胶凝材料不仅广泛的应用于工业与民用建筑、水利工程及城乡建设，而且还可代钢代木生产轨枕、电杆、坑木、压力管、水泥船及海洋开发用的各种构筑物等。同时也是一系列大型现代化技术设施和国防工程不可缺少的材料。p 胶凝材料的特点胶凝材料的特点 原料丰富，能就地取材，生产成本低；原料丰富，能就地取材，生产成本低； 耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热寒冷耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热寒冷的环境；的环境； 耐火性好；耐火性好；维修工作量小，折旧费用低；维修工作量小，折旧费用低； 作为基材组合或复合其他材料的能力强，如纤维增强胶作为基材组合或复合其他材料的能力强，如纤维增强胶凝材料凝材料 有利于有效地利用工业废渣有利于有效地利用工业废渣( (也是科研发展方向也是科研发展方向) )。 三、胶凝材料的发展简史三、胶凝材料的发展简史 粘土时期粘土时期石膏石膏- -石灰时期石灰时期石灰石灰- -火山灰时火山灰时期期通用水泥时期通用水泥时期特种特种( (专用专用) )胶凝材料时胶凝材料时期期复合胶凝材料时期复合胶凝材料时期 四、胶凝材料科学的发展四、胶凝材料科学的发展 胶凝材料的组分、结构与胶凝性能的关系； 胶凝材料水化硬化以及结构形成过程的规律； 胶凝材料硬化体的组成、结构与工程性质的关系； 制备具有指定性能和结构的胶凝材料及其制品的技术途径。 如：中冶集团用高铝水泥如：中冶集团用高铝水泥+ +普硅水泥作为复合胶凝材料，普硅水泥作为复合胶凝材料，用于隧道防火涂层的研究。用于隧道防火涂层的研究。 水泥细度检测水泥标准稠度用水量测定水泥凝结时间测定水泥体积安定性检测水泥胶砂强度检测五、主要水泥实训项目五、主要水泥实训项目水泥细度检测水筛法水筛法 GB/T1345-2001GB/T1345-2001水泥细度检验方法水泥细度检验方法水泥标准稠度用水量测定水泥凝结时间测定水泥体积安定性检测GB/T1346-2011GB/T1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法检测方法水泥胶砂强度检测（GB/T17671-1999,idt ISO679:1989GB/T17671-1999,idt ISO679:1989）水泥胶砂强度检测水泥胶砂强度检测方法方法主要水泥实训项目主要水泥实训项目水泥细度矿物组成相同，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。但是成本高，能耗大。细度指水泥颗粒的粗细程度。细度表述有筛余、比表面积、颗粒级配、平均粒径等几种。水泥颗粒的粗细，直接影响其需水量、水化反应速度、安定性和强度。国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定。硅酸盐水泥（P.I和P.II）和P.O的细度为其比表面积大于300m2/kg（勃氏透气仪）。其他品种水泥用筛余百分率表示（负压筛，干筛法或水筛法）。细度测定：在0.08mm方孔筛上的筛余率不得超过10；0.045方孔筛筛余不大于30%。 主要用于测定水泥，粉煤灰等的比表面积GB8074-2008水泥比表面积测试方法水泥比表面积测试方法 -勃氏法勃氏法数显勃氏透气比表面积测定仪 水筛法 GB/T1345-2001水泥细度检验方法水泥细度检验方法装置：标准筛（0.08mm方孔筛），水筛架（50r/min），喷头，水压表,天平和烘箱。检测步骤：准备工作：天平调零，水质，水压表安装并调节水压（0.050.02MPa），水筛架，水泥样烘干。称取50g水泥试样，置于筛内，立即用水冲洗（用水喷头预先从筛底下反冲，注意水压不要太大）。然后置于水筛架上，用固定水压0.050.02MPa的喷头连续冲洗3min。筛毕，将筛余物小心移至蒸发皿中，置于烘箱中烘干。称量筛余量（精确至0.1g）。结果处理与评定。%10001mmFF：筛余百分数，%，计算结果精确至0.1%m1：筛余量，g，m0：称取试样量，g两次筛余结果绝对误差大于0.5%时，需在做一次，取两次结果相近的算术平均值为结果。注意：负压筛法称取注意：负压筛法称取25g进行试验，而水筛法和干筛进行试验，而水筛法和干筛法取法取50g。 采用采用0.080mm方孔筛，筛余不超过方孔筛，筛余不超过10%。如果采用如果采用0.045mm方孔筛，则筛余不超过方孔筛，则筛余不超过30%。检测报告中需注明检测方法与评定结果。检测报告中需注明检测方法与评定结果。 标准稠度及其用水量 GB/T1346-2011水泥标准稠度用水水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法量、凝结时间、安定性检测方法l标准稠度：在测水泥的凝结时间、体积安定性等性能时，为使测得的结果有准确的可比性，应该使水泥净浆在一个规定的可塑性程度下进行。l标准稠度用水量：达到标准稠度时的用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示。 水泥标准稠度用水量检测装置：水泥净浆搅拌机，标准法维卡仪（水泥标准稠度与凝结时间测定仪），天平和烘箱。检测步骤：准备工作：天平调零，水泥净浆搅拌机检验是否正常运转，维卡仪调整（金属棒自由滑动等），水泥样烘干。水泥净浆拌制。拌合用具（搅拌锅和搅拌叶等）先用湿布擦抹，先将拌合水加入搅拌锅内，在将称量好的水泥样在5-10s内加入水中，将搅拌锅升至搅拌位置，打开自动挡进行拌合（低速搅拌120s-停15s-高速搅拌120s-停机）。注意：采用不变水量法时称量用水注意：采用不变水量法时称量用水142.5ml142.5ml，准确至，准确至0.5ml0.5ml。 采用调整用水量法时，需根据情况调整加水量。采用调整用水量法时，需根据情况调整加水量。拌合结束，立即将办好的水泥净浆一次装入锥模内（锥模预先用湿布擦湿），用小刀插捣并振动数次，刮去多余浆体，抹平。将抹平的试锥迅速移至测定仪固定位置上，调整测试棒，1-2s内突然放松螺丝，让试锥垂直自由地沉入净浆中。在释放试锥30s时，记录试锥下落读数，升起试锥，整个过程应在1.5min内完成。结果处理与评定。以试锥下沉深度（282）mm时的拌合用水量为标准稠度用水量P，以占水泥质量百分数表示。若超出范围，则需另取试样调整水量，重新测定，直至下沉深度为（282）mm。注意：用不变水量法时，根据下沉深度注意：用不变水量法时，根据下沉深度s s，可按下列经验公式计，可按下列经验公式计算标准稠度用水量算标准稠度用水量P P: (: (当当s s小于小于13mm13mm时必须用调整水量法测定时必须用调整水量法测定) )SP185. 04 .33 水泥凝结时间l初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间。便于施工操作。 终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性的时间。便于缩短工程周期，尽快拆模。l水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟。 l国家标准GB1752007规定：硅酸盐水泥(PI,PII)初凝不得早于45min，终凝不得大于390min。PO，PS，PP，PF，PC，初凝不得早于45min，终凝不得大于600min。l初凝时间不合要求，该水泥报废； 终凝时间不合要求，视为不合格。 水泥凝结时间检测装置：水泥净浆搅拌机，标准法维卡仪（水泥标准稠度与凝结时间测定仪），水泥试件养护箱，天平和烘箱。检测步骤：准备工作：天平调零，水泥净浆搅拌机检验是否正常运转，维卡仪调整（金属棒自由滑动等），水泥样烘干。水泥净浆拌制。拌合用具（搅拌锅和搅拌叶等）先用湿布擦抹，先将测定好的标准稠度用水量拌合水加入搅拌锅内，在将称量好的水泥样在5-10s内加入水中，将搅拌锅升至搅拌位置，打开自动挡进行拌合（低速搅拌120s-停15s-高速搅拌120s-停机）。拌合结束，立即将办好的水泥净浆一次装入锥模内（锥模预先用湿布擦湿），用小刀插捣并振动数次，刮去多余浆体，抹平。立即放入湿气养护箱中。初凝时间测定：将养护30min试样进行第一次测定（与标准稠度测定方法一致），在释放试锥30s时，观察试锥下落读数，临近初凝时，每隔5min测定一次，当试锥下沉至距底板41mm时，记录所经过的时间为初凝时间。终凝时间测定：初凝时间测定后始终应将试样置于养护箱内，临近终凝时，每隔15min测定一次，当试锥沉入试样0.5mm，所需的时间即为终凝时间。注意：初凝和终凝时间的初始应从水泥接触水开始拌合进注意：初凝和终凝时间的初始应从水泥接触水开始拌合进行计时。行计时。 水泥体积安定性l体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。 l水泥安定性不良的原因：熟料中含有过量的游离氧化钙熟料中含有过量的游离氧化钙（fCaO 沸煮法），沸煮法），或含或含有过量的游离氧化镁有过量的游离氧化镁（fMgO 压蒸法压蒸法-由于由于MgO水化作水化作用慢）；用慢）；生产水泥时掺入的石膏生产水泥时掺入的石膏（长时间水中浸泡法）（长时间水中浸泡法）过量。过量。 l由于后两种原因造成体积安定性不良不易检测，所以国家标准GB1752007对通用硅酸盐水泥的规定:lP.I,P.II和P.O的MgO5.0wt.%,其余水泥MgO6.0wt.% ；lSO3 4.0wt.%(P.O)，其余水泥SO3 3.5wt.%。l硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。l体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。 GB规定硅酸盐水泥体积安定性检测方法有雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）。两种方法所需试样为标准稠度水泥净浆制得，最少同时两组试样。两种方法所需试样为标准稠度水泥净浆制得，最少同时两组试样。将试样煮沸将试样煮沸1801805min5min，计算煮沸后雷氏夹口间距增量平均值不大，计算煮沸后雷氏夹口间距增量平均值不大于于5.0mm5.0mm为合格；试饼法则目测表面弯曲，翘曲现象进行判定。为合格；试饼法则目测表面弯曲，翘曲现象进行判定。 判别水泥的安定性是否合格，几种简易方法判别水泥的安定性是否合格，几种简易方法： （1）合格水泥浇筑的混凝土外表坚硬刺手，而安定性不合格水泥浇灌的混凝土给人以松软、冻后融化的感觉； （2）安定性合格的水泥浇筑的混凝土多数呈青灰色且有光亮，而不合格水泥浇筑的混凝土多呈白色且黯淡无光； （3）合格水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力强、粘结牢，石子很难从构件表面剥离下来，而安定性不合格的水泥拌制的混凝土与骨料的握裹力差、粘结力小，石子容易从混凝土的表面剥离下来。1、胶砂强度 国标规定，水泥(450g)和标准砂按1：3.0质量比混合，加入规定量的水（水灰比为0.50），经标准试验方法搅拌成型。制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准条件（1d温度为201，相对湿度90以上的空气中带模养护；1d以后拆模，放入201的水中养护）下养护。根据水泥品种不同，分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度，即为水泥的胶砂强度。 l搅拌时间：【水搅拌时间：【水+ +水泥】低速水泥】低速30s-30s-加标准砂加标准砂30s-30s-高速高速30s-30s-停拌停拌90s-90s-高速搅拌高速搅拌60s60s水泥强度等级评定（ISO法）（GB/T17671-1999,idt ISO679:1989）水泥胶砂强度检测方法水泥胶砂强度检测方法水泥抗折强度评定：以一组三个棱柱体抗折强度的平均值为测试结果。当三个强度中有一个超出平均值的10%，应剔除后再取平均值作为强度测试结果。当有两个都超出平均值的10%，则应重做。水泥抗压强度评定：以一组三个棱柱体抗折试验后的六个抗压强度测定的算术平均值为测试结果。如果有一个超过均值的10%，应剔除后再取余下五个数的平均值作为强度测试结果。如果五个测定值中还有超出平均值的10%，则应重做。 2、强度等级 根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级，硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六个等级。强度等级抗压强度，MPa抗折强度，MPa3d28d3d28d42.542.5R52.552.5R62.562.5R17.022.023.027.028.032.042.542.552.552.562.562.53.54.04.05.05.05.56.56.57.07.08.08.0注：注：R R型为早强型，主要是型为早强型，主要是3d3d强度较高。强度较高。结束结束