土木材料.ppt

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1、土木工程材料Civil Engineering MaterialsSchool of Civil Engineering&ArchitectureNanchang University王 信 刚（WANG Xin-gang）第二章第二章气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料Chapter 2Non-Hydraulic Cementitious Materials主要内容主要内容n n胶凝材料胶凝材料Cementitious Materials or Bindern n石灰石灰Limen n石膏石膏Gypsumn n小节与思考小节与思考Summary&ExercisesCementitious Mater

2、ialsn n胶凝材料的概念胶凝材料的概念 Definition物理化学变化可塑浆体坚硬石状体将物理化学变化可塑浆体坚硬石状体将散体材料胶结成为一个整体散体材料胶结成为一个整体Binder is a variety of materials to glue individual filler particles together to form concreten n胶凝材料的分类胶凝材料的分类 Classification有机胶凝材料：有机胶凝材料：Epoxy，Asphalt无机胶凝材料：气硬性无机胶凝材料：气硬性Lime&Gypsum 水硬性水硬性CementCementitious Ma

3、terialsn n气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 Non-Hydraulic只能在空气中凝结只能在空气中凝结(Setting)、硬化、硬化(Hardening)，并保持其强度，并保持其强度n n水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 Hydraulic不仅能在空气中凝结、硬化，而且能在水中不仅能在空气中凝结、硬化，而且能在水中发展其强度发展其强度n n区别区别凝结硬化所处的环境、强度的保持和发展、凝结硬化所处的环境、强度的保持和发展、生产工艺过程生产工艺过程主要内容主要内容n n胶凝材料胶凝材料Cementitious Materials or Bindern n石灰石灰Limen n石膏石膏Gypsu

4、mn n小节与思考小节与思考Summary&Exercises石灰石灰(Lime)n n石灰的制造石灰的制造Manufacturen n石灰的水化、硬化石灰的水化、硬化Hydration&Hardeningn n石灰的应用石灰的应用Application石灰的分类石灰的分类（Classification）n n按使用性质分类按使用性质分类 1）气硬性石灰 Non-Hydraulic Lime 由CaCO3含量较高,粘土含量8%的石灰石煅烧而成,我国目前使用的石灰大多数属于此类 2）水硬性石灰 Hydraulic Lime 用粘土含量8%的石灰石（如泥灰质石灰石等）煅烧而成。其成品中除CaO外，

5、还有一定数量的C2S（2CaOSiO2）、C12A7（12CaO7Al2O3）等，呈现出水硬性石灰的制造石灰的制造(Manufacture)n n原材料原材料 Raw Material以以CaCO3为主要成分的天然岩石（粘土含量为主要成分的天然岩石（粘土含量8%石灰石）石灰石）n n煅烧煅烧 Calcining CaCO3 CaOCO2 n n文学性的高度概括（七言绝句）文学性的高度概括（七言绝句）于谦的于谦的石灰吟石灰吟于谦于谦石灰吟石灰吟石灰吟千锤万凿出深山，千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。烈火焚烧若等闲。粉骨碎身全不怕，粉骨碎身全不怕，要留清白在人间。要留清白在人间。作者简介：作者简介：

6、作者简介：作者简介：于谦，于谦，(1398(13981457)1457)，字延益，浙江钱塘人，字延益，浙江钱塘人，明代杰出的政治家、军事家、诗人。相传此明代杰出的政治家、军事家、诗人。相传此诗为其诗为其1717岁时所作，岁时所作，石灰吟石灰吟可以说是作可以说是作者生平和人格的真实写照者生平和人格的真实写照（石灰石开采）（石灰石开采）（石灰石煅烧）（石灰石煅烧）（石灰石烧成石灰粉）（石灰石烧成石灰粉）（石灰颜色）（石灰颜色）石灰的制造石灰的制造(Manufacture)n n煅烧工艺与性态煅烧工艺与性态 Technique&Characteristic欠烧石灰：欠烧石灰：CaCO3未完全分解，是

7、未完全分解，是CaCO3和和CaO的混合物，胶凝性差的混合物，胶凝性差僵烧石灰：僵烧石灰：也称过火石灰，也称过火石灰，CaO晶格畸变，活晶格畸变，活性变差，与水发生化学反应较慢性变差，与水发生化学反应较慢n n如何处理僵烧石灰如何处理僵烧石灰陈伏：陈伏：将生石灰与水置于一将生石灰与水置于一“水封水封”的池中陈的池中陈化化14天，称为陈伏天，称为陈伏目的：目的：消除过火石灰的不利影响消除过火石灰的不利影响 (a)(a)中等煅烧的石灰中等煅烧的石灰 (b)(b)强烈煅烧的石灰强烈煅烧的石灰 (c)“(c)“僵烧僵烧”的石灰的石灰CaO晶体在已煅烧的方解石中的分布晶体在已煅烧的方解石中的分布 CaO

8、CaO晶体晶体n n水化反应过程水化反应过程 Autogenous ProcessingCaOH2OCa(OH)264.9kJ（自发过程）n n水化特点水化特点 1）水化热高：强烈的水化反应能力 2）需水量大：需加入的水（理论需水量32，放热导致蒸发水量约37）3）体积膨胀：膨胀1.02.5倍（固相的绝对体积增加了97.92，但石灰水系统总体积减少了4.54，发生了化学减缩）石灰的水化石灰的水化n n生石灰与熟石灰生石灰与熟石灰 Calces&White Lime 1）生石灰：生石灰：CaO，白色块状，酥松状态，白色块状，酥松状态，极易吸水极易吸水2）熟石灰：熟石灰：Ca(OH)2，粉末状，白

9、色，密，粉末状，白色，密度度2.1g/cm3，松散状态下堆积密度，松散状态下堆积密度 400500 kg/m3石灰的水化石灰的水化石灰的硬化石灰的硬化n n硬化过程硬化过程 Hardening Processing Ca(OH)2CO2H2OCaCO32H2O结晶和结晶和碳化碳化两个平行过程两个平行过程碳化的特点：体积收缩碳化的特点：体积收缩n n为什么说石灰是气硬性胶凝材料为什么说石灰是气硬性胶凝材料主要水化产物的耐水性性质决定的主要水化产物的耐水性性质决定的SEM Photograph of Ca(OH)2 Crystal （a）层状Ca(OH)2（3000）（b）正六边形的Ca(OH)2

10、（2000）SEM Photograph of CaCO3 （a）CaCO3（5000）（b）CaCO3（10000）石灰的应用石灰的应用(Application)n n建筑工程建筑工程(如何处理收缩问题如何处理收缩问题)砌筑砂浆与抹灰砂浆，强调易铺性和胶结性砌筑砂浆与抹灰砂浆，强调易铺性和胶结性n n灰土工程灰土工程石灰土、三合土石灰土、三合土n n气硬性与水硬性气硬性与水硬性石灰虽然是气硬性胶凝材料，但与粉煤灰等工业石灰虽然是气硬性胶凝材料，但与粉煤灰等工业废渣发生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸废渣发生水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等，表现出水硬性钙等，表现出水硬性n n石灰是碱

11、性激发剂石灰是碱性激发剂 Alkali Activator与工业废渣与工业废渣(Fly Ash,Slag)中的活性硅、铝发生中的活性硅、铝发生二次水化反应生成胶凝物质二次水化反应生成胶凝物质主要内容主要内容n n胶凝材料胶凝材料Cementitious Materials or Bindern n石灰石灰Limen n石膏石膏Gypsumn n小节与思考小节与思考Summary&Exercises石膏石膏(Gypsum)n n石膏的制造石膏的制造Manufacturen n石膏的水化、凝结、硬化石膏的水化、凝结、硬化Hydration,Setting&Hardeningn n石膏的技术性质石膏

12、的技术性质Propertiesn n石膏的应用石膏的应用Application石膏的制造石膏的制造(Manufacture)n n原材料原材料 Raw Material天然二水石膏天然二水石膏(CaSO42H2O)，即生石膏；，即生石膏；天然无水石膏天然无水石膏(CaSO4)，即硬石膏，即硬石膏；工业副产石膏工业副产石膏(如磷石膏、氟石膏等如磷石膏、氟石膏等)n n煅烧煅烧 CalciningCaSO42H2OCaSO41/2H2O3/2H2O107200，常压，常压，CaSO42H2O脱水，脱水，形成形成 CaSO41/2H2O，称熟石膏，称熟石膏n n粉粉磨 Milling通常采用雷蒙磨或

13、柱磨进行粉磨通常采用雷蒙磨或柱磨进行粉磨实验室理想条件下二水石膏的脱水转变温度图二水石膏型半水石膏(-CaSO4 H2O)型半水石膏(-CaSO4 H2O)45在干燥空气条件下在加压水蒸汽条件下97107 100 型可溶硬石膏 CaSO4 型可溶硬石膏-CaSO4 400 177 型硬石膏1180 型硬石膏400 177 一般工业上常见的脱水温度转变图一般工业上常见的脱水温度转变图二水石膏型半水石膏 (建筑石膏)型半水石膏 (高强石膏)107170 炒锅、回转窑 蒸压锅125，0.13MPa320360 230 型可溶硬石膏 CaSO4 型可溶硬石膏 CaSO4 4001000 慢溶性硬石膏(

14、CaSO4 II)吸湿 4001000 （a）差热曲线 （b）X射线衍射图 190半水 190半水 370 230 如何区分如何区分型与型与型半水石膏？型半水石膏？吸热峰吸热峰放热峰放热峰石膏的水化、凝结、硬化石膏的水化、凝结、硬化n n水化反应过程水化反应过程 Autogenous Processing特点：这是一个自发过程，且伴随着放热和特点：这是一个自发过程，且伴随着放热和膨胀膨胀(0.51.0%)CaSO41/2H2O3/2H2OCaSO42H2On n凝结硬化过程凝结硬化过程 Setting Processing凝结：凝结：CaSO41/2H2O属高温下形成的介稳属高温下形成的介稳状

15、态，自发与水结合，形成稳定的状态，自发与水结合，形成稳定的CaSO42H2O；由于前者溶解度大于后者，；由于前者溶解度大于后者，所形成的所形成的CaSO42H2O结晶，浆体凝结结晶，浆体凝结硬化：硬化：随着随着CaSO42H2O不断不断结晶析出结晶析出，形，形成骨架，浆体硬化成骨架，浆体硬化SEM Photograph of Gypsum二水石膏（2000）石膏的技术性质石膏的技术性质n n物理性质物理性质白色粉末，白色粉末，2.602.75g/cm3 8001000kg/m3n n体积膨胀体积膨胀1%n n能溶于水，吸水性强、耐水性差（主要缺点）能溶于水，吸水性强、耐水性差（主要缺点）n n

16、凝结硬化快，凝结硬化快，510minn n制品孔隙率大，强度低，保温隔热性好制品孔隙率大，强度低，保温隔热性好n n耐火性好耐火性好石膏的应用石膏的应用(Application)n n制作模型制作模型无需掺入骨料，其硬化后不会收缩开裂无需掺入骨料，其硬化后不会收缩开裂n n用于室内材料用于室内材料保温、隔热、吸音、装饰保温、隔热、吸音、装饰n n石膏制品石膏制品如纸面石膏板等；工程中一般只使用其制品，如纸面石膏板等；工程中一般只使用其制品，为什么？为什么？n n硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂概念、作用与效果概念、作用与效果主要内容主要内容n n胶凝材料胶凝材料Cementitious Materia

17、ls or Bindern n石灰胶凝材料石灰胶凝材料Limen n石膏胶凝材料石膏胶凝材料Gypsumn n小节与思考小节与思考Summary&Exercises小节与思考小节与思考(Summary&Exercises)n n胶凝材料的概念与分类胶凝材料的概念与分类n n气硬性与水硬性胶凝材料的区别是什么气硬性与水硬性胶凝材料的区别是什么n n石灰水化过程伴随的现象是什么石灰水化过程伴随的现象是什么n n石灰凝结、硬化的两个平行过程是什么石灰凝结、硬化的两个平行过程是什么n n石灰消解过程中陈伏的概念及目的如何石灰消解过程中陈伏的概念及目的如何n n石膏凝结、硬化的特点是什么石膏凝结、硬化的特点是什么n n何谓生石灰、熟石灰、生石膏、熟石膏何谓生石灰、熟石灰、生石膏、熟石膏n n何谓碱性激发剂和硫酸盐激发剂何谓碱性激发剂和硫酸盐激发剂END下一章：下一章：水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料Hydraulic Cementitious Materials