無(wú)機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程-無(wú)機(jī)膠凝材料基本知識(shí)

《無(wú)機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程》主講：李子成相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》JC/T621-1996《建筑石灰》JC/T478.1-1992《建筑石灰試驗(yàn)方法物理試驗(yàn)方法》JC/T478.2-1992《建筑石灰試驗(yàn)方法化學(xué)分析方法》GB/T9776-1988《建筑石膏》GB/T17669.4-1999《建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定》課程定位：《無(wú)機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程》與前續(xù)和后續(xù)課程的關(guān)系。課程性質(zhì)：膠凝材料學(xué)是材料學(xué)的一個(gè)分支，它是指研究膠凝材料的組成、結(jié)構(gòu)和膠凝性能的理論科學(xué)。課程介紹：《無(wú)機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程》以硅酸鹽水泥為主，介紹了膠凝材料的水化硬化機(jī)理以及改善硬化體結(jié)構(gòu)與性能的途徑。對(duì)石膏、石灰、鎂質(zhì)膠凝材料的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)，以及混合材料的組成、特性等也做了介紹。課程介紹模塊一無(wú)機(jī)膠凝材料基本知識(shí)一、膠凝材料定義及分類膠凝材料的定義——凡能在物理、化學(xué)作用下，從具有可塑性的漿體逐漸變成堅(jiān)固石狀體的過(guò)程中，能將其他物料膠結(jié)為整體并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料，又稱膠結(jié)料。這里指的其他材料包括粉狀材料（石粉等）纖維材料（鋼纖維、礦棉、玻纖、聚酯纖維等）散粒材料（砂子、石子等）塊狀材料（磚、砌塊等）板材（石膏板、水泥板等）等。依據(jù)膠凝材料水化生成物的類別將無(wú)機(jī)膠凝材料分為：硅酸鹽類——水化硅酸鈣；鋁酸鹽類——水化鋁酸鈣；硫鋁酸鹽類——水化硫鋁酸鈣。膠凝材料分類如瀝青、聚合物等膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通稱為“水泥”氣硬性膠凝材料——只能在空氣中硬化的膠凝材料。這類材料在水中不凝結(jié)，也基本沒(méi)有強(qiáng)度，即使在潮濕環(huán)境中強(qiáng)度也很低，通常不宜使用。（石灰，石膏，水玻璃，鎂質(zhì)膠凝材料等）水硬性膠凝材料——在拌水后既能在空氣中硬化，又能在水中硬化并具有強(qiáng)度的材料稱為水硬性膠凝材料。這類材料在水中凝結(jié)硬化比在空氣中更好，因此，在空氣中使用時(shí)，凝結(jié)硬化初期要盡可能澆水或保持潮濕養(yǎng)護(hù)。無(wú)機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料石灰——以碳酸鈣為主要成分的原料(如石灰石、白堊等)，經(jīng)過(guò)高溫煅燒后所得到的產(chǎn)品，其主要成分是氧化鈣。生石灰CaO加水反應(yīng)生成Ca(OH)2的過(guò)程稱為熟化。生成物Ca(OH)2稱為熟石灰。

熟化過(guò)程特點(diǎn)—放熱；體脹1.5～3.5倍。硬化過(guò)程體積收縮。900℃CaCO3==CaO+CO2生石灰石膏石膏天然二水石膏軟石膏（CaSO4·2H2O）無(wú)水石膏硬石膏（CaSO4）建筑石膏化學(xué)石膏（CaSO4·0.5H2O）水玻璃又稱泡花堿，是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成。是一種能夠溶解于水的硅酸鹽材料。水玻璃的硬化液體水玻璃吸收空氣中的二氧化碳，形成無(wú)定型硅酸凝膠，并逐漸干燥硬化：Na2O?nSiO2+CO2+mH2O＝Na2CO3+nSiO2?mH2O水玻璃的性質(zhì)

1.粘結(jié)力強(qiáng)2.耐酸性好3.耐熱性好水泥—指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。礦物成分主要水硬性物質(zhì)主要品種硅酸鹽水泥硅酸鈣絕大多數(shù)通用水泥、專用水泥和特種水泥鋁酸鹽水泥鋁酸鈣高鋁水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥、快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥等。硫鋁酸鹽水泥無(wú)水硫鋁酸鈣硅酸二鈣有自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等鐵鋁酸鹽水泥鐵相、無(wú)水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣有自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥、膨脹鐵鋁酸鹽水泥、快硬鐵鋁酸鹽水泥等氟鋁酸鹽水泥氟鋁酸鈣、硅酸二鈣氟鋁酸鹽水泥等其他水泥活性二氧化硅活性氧化鋁石灰火山灰水泥、石膏礦渣水泥、低熱鋼渣礦渣水泥等按性能和用途分類水泥通用水泥專用水泥特性水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥石灰石硅酸鹽水泥砌筑、油井、道路、大壩水泥等白色硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥等二、膠凝材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用膠凝材料應(yīng)用膠凝材料不僅廣泛的應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、水利工程及城鄉(xiāng)建設(shè)，而且還可代鋼代木生產(chǎn)軌枕、電桿、坑木、壓力管、水泥船及海洋開(kāi)發(fā)用的各種構(gòu)筑物等。同時(shí)也是一系列大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)施和國(guó)防工程不可缺少的材料。膠凝材料的特點(diǎn)

①原料豐富，能就地取材，生產(chǎn)成本低；②耐久性好，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于水中、海洋以及炎熱寒冷的環(huán)境；③耐火性好；④維修工作量小，折舊費(fèi)用低；⑤作為基材組合或復(fù)合其他材料的能力強(qiáng)，如纖維增強(qiáng)膠凝材料⑥有利于有效地利用工業(yè)廢渣(也是科研發(fā)展方向)。一、膠凝材料定義及分類膠凝材料的定義——凡能在物理、化學(xué)作用下，從具有可塑性的漿體逐漸變成堅(jiān)固石狀體的過(guò)程中，能將其他物料膠結(jié)為整體并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料，又稱膠結(jié)料。如瀝青、聚合物等膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通稱為“水泥”二、膠凝材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用膠凝材料應(yīng)用膠凝材料不僅廣泛的應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、水利工程及城鄉(xiāng)建設(shè)，而且還可代鋼代木生產(chǎn)軌枕、電桿、坑木、壓力管、水泥船及海洋開(kāi)發(fā)用的各種構(gòu)筑物等。同時(shí)也是一系列大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)施和國(guó)防工程不可缺少的材料。膠凝材料的特點(diǎn)

①原料豐富，能就地取材，生產(chǎn)成本低；②耐久性好，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于水中、海洋以及炎熱寒冷的環(huán)境；③耐火性好；④維修工作量小，折舊費(fèi)用低；⑤作為基材組合或復(fù)合其他材料的能力強(qiáng)，如纖維增強(qiáng)膠凝材料⑥有利于有效地利用工業(yè)廢渣(也是科研發(fā)展方向)。三、膠凝材料的發(fā)展簡(jiǎn)史

粘土?xí)r期——石膏-石灰時(shí)期——石灰-火山灰時(shí)期——通用水泥時(shí)期——特種(專用)膠凝材料時(shí)期——復(fù)合膠凝材料時(shí)期四、膠凝材料科學(xué)的發(fā)展①膠凝材料的組分、結(jié)構(gòu)與膠凝性能的關(guān)系；②膠凝材料水化硬化以及結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的規(guī)律；③膠凝材料硬化體的組成、結(jié)構(gòu)與工程性質(zhì)的關(guān)系；④制備具有指定性能和結(jié)構(gòu)的膠凝材料及其制品的技術(shù)途徑。如：中冶集團(tuán)用高鋁水泥+普硅水泥作為復(fù)合膠凝材料，用于隧道防火涂層的研究。水泥細(xì)度檢測(cè)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測(cè)定水泥凝結(jié)時(shí)間測(cè)定水泥體積安定性檢測(cè)水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)五、主要水泥實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目水泥細(xì)度檢測(cè)水篩法GB/T1345-2001《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法》水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測(cè)定水泥凝結(jié)時(shí)間測(cè)定水泥體積安定性檢測(cè)GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測(cè)方法》水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)（GB/T17671-1999,idtISO679:1989）《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》主要水泥實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目水泥細(xì)度礦物組成相同，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時(shí)與水的接觸面大，水化速度快，相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就快，早期強(qiáng)度就高。但是成本高，能耗大。細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。細(xì)度表述有篩余、比表面積、顆粒級(jí)配、平均粒徑等幾種。水泥顆粒的粗細(xì)，直接影響其需水量、水化反應(yīng)速度、安定性和強(qiáng)度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥的細(xì)度用篩析法和比表面積法來(lái)測(cè)定。硅酸鹽水泥（P.I和P.II）和P.O的細(xì)度為其比表面積大于300m2/kg（勃氏透氣儀）。其他品種水泥用篩余百分率表示（負(fù)壓篩，干篩法或水篩法）。細(xì)度測(cè)定：在0.08mm方孔篩上的篩余率不得超過(guò)10％；0.045方孔篩篩余不大于30%。

主要用于測(cè)定水泥，粉煤灰等的比表面積GB8074-2008《水泥比表面積測(cè)試方法-勃氏法》數(shù)顯勃氏透氣比表面積測(cè)定儀水篩法GB/T1345-2001《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法》裝置：標(biāo)準(zhǔn)篩（0.08mm方孔篩），水篩架（50r/min），噴頭，水壓表,天平和烘箱。檢測(cè)步驟：準(zhǔn)備工作：天平調(diào)零，水質(zhì)，水壓表安裝并調(diào)節(jié)水壓（0.05±0.02MPa），水篩架，水泥樣烘干。稱取50g水泥試樣，置于篩內(nèi)，立即用水沖洗（用水噴頭預(yù)先從篩底下反沖，注意水壓不要太大）。然后置于水篩架上，用固定水壓0.05±0.02MPa的噴頭連續(xù)沖洗3min。篩畢，將篩余物小心移至蒸發(fā)皿中，置于烘箱中烘干。稱量篩余量（精確至0.1g）。結(jié)果處理與評(píng)定。F：篩余百分?jǐn)?shù)，%，計(jì)算結(jié)果精確至0.1%m1：篩余量，g，m0：稱取試樣量，g兩次篩余結(jié)果絕對(duì)誤差大于0.5%時(shí)，需在做一次，取兩次結(jié)果相近的算術(shù)平均值為結(jié)果。注意：負(fù)壓篩法稱取25g進(jìn)行試驗(yàn)，而水篩法和干篩法取50g。采用0.080mm方孔篩，篩余不超過(guò)10%。如果采用0.045mm方孔篩，則篩余不超過(guò)30%。檢測(cè)報(bào)告中需注明檢測(cè)方法與評(píng)定結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)稠度及其用水量

GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測(cè)方法》標(biāo)準(zhǔn)稠度：在測(cè)水泥的凝結(jié)時(shí)間、體積安定性等性能時(shí)，為使測(cè)得的結(jié)果有準(zhǔn)確的可比性，應(yīng)該使水泥凈漿在一個(gè)規(guī)定的可塑性程度下進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量，以水與水泥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量檢測(cè)裝置：水泥凈漿攪拌機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)法維卡儀（水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀），天平和烘箱。檢測(cè)步驟：準(zhǔn)備工作：天平調(diào)零，水泥凈漿攪拌機(jī)檢驗(yàn)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，維卡儀調(diào)整（金屬棒自由滑動(dòng)等），水泥樣烘干。水泥凈漿拌制。拌合用具（攪拌鍋和攪拌葉等）先用濕布擦抹，先將拌合水加入攪拌鍋內(nèi)，在將稱量好的水泥樣在5-10s內(nèi)加入水中，將攪拌鍋升至攪拌位置，打開(kāi)自動(dòng)擋進(jìn)行拌合（低速攪拌120s-停15s-高速攪拌120s-停機(jī)）。注意：采用不變水量法時(shí)稱量用水142.5ml，準(zhǔn)確至0.5ml。采用調(diào)整用水量法時(shí)，需根據(jù)情況調(diào)整加水量。拌合結(jié)束，立即將辦好的水泥凈漿一次裝入錐模內(nèi)（錐模預(yù)先用濕布擦濕），用小刀插搗并振動(dòng)數(shù)次，刮去多余漿體，抹平。將抹平的試錐迅速移至測(cè)定儀固定位置上，調(diào)整測(cè)試棒，1-2s內(nèi)突然放松螺絲，讓試錐垂直自由地沉入凈漿中。在釋放試錐30s時(shí)，記錄試錐下落讀數(shù)，升起試錐，整個(gè)過(guò)程應(yīng)在1.5min內(nèi)完成。結(jié)果處理與評(píng)定。以試錐下沉深度（28±2）mm時(shí)的拌合用水量為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P，以占水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。若超出范圍，則需另取試樣調(diào)整水量，重新測(cè)定，直至下沉深度為（28±2）mm。注意：用不變水量法時(shí)，根據(jù)下沉深度s，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P:(當(dāng)s小于13mm時(shí)必須用調(diào)整水量法測(cè)定)水泥凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間是從加水至水泥漿開(kāi)始失去塑性的時(shí)間。便于施工操作。

終凝時(shí)間是從加水至水泥漿完全失去塑性的時(shí)間。便于縮短工程周期，盡快拆模。水泥初凝時(shí)間不宜過(guò)早，終凝時(shí)間不宜過(guò)遲。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175－2007規(guī)定：硅酸鹽水泥(P·I,P·II)初凝不得早于45min，終凝不得大于390min。P·O，P·S，P·P，P·F，P·C，初凝不得早于45min，終凝不得大于600min。初凝時(shí)間不合要求，該水泥報(bào)廢；終凝時(shí)間不合要求，視為不合格。水泥凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)裝置：水泥凈漿攪拌機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)法維卡儀（水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀），水泥試件養(yǎng)護(hù)箱，天平和烘箱。檢測(cè)步驟：準(zhǔn)備工作：天平調(diào)零，水泥凈漿攪拌機(jī)檢驗(yàn)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，維卡儀調(diào)整（金屬棒自由滑動(dòng)等），水泥樣烘干。水泥凈漿拌制。拌合用具（攪拌鍋和攪拌葉等）先用濕布擦抹，先將測(cè)定好的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量拌合水加入攪拌鍋內(nèi)，在將稱量好的水泥樣在5-10s內(nèi)加入水中，將攪拌鍋升至攪拌位置，打開(kāi)自動(dòng)擋進(jìn)行拌合（低速攪拌120s-停15s-高速攪拌120s-停機(jī)）。拌合結(jié)束，立即將辦好的水泥凈漿一次裝入錐模內(nèi)（錐模預(yù)先用濕布擦濕），用小刀插搗并振動(dòng)數(shù)次，刮去多余漿體，抹平。立即放入濕氣養(yǎng)護(hù)箱中。初凝時(shí)間測(cè)定：將養(yǎng)護(hù)30min試樣進(jìn)行第一次測(cè)定（與標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定方法一致），在釋放試錐30s時(shí)，觀察試錐下落讀數(shù)，臨近初凝時(shí)，每隔5min測(cè)定一次，當(dāng)試錐下沉至距底板4±1mm時(shí)，記錄所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為初凝時(shí)間。終凝時(shí)間測(cè)定：初凝時(shí)間測(cè)定后始終應(yīng)將試樣置于養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，臨近終凝時(shí)，每隔15min測(cè)定一次，當(dāng)試錐沉入試樣0.5mm，所需的時(shí)間即為終凝時(shí)間。注意：初凝和終凝時(shí)間的初始應(yīng)從水泥接觸水開(kāi)始拌合進(jìn)行計(jì)時(shí)。水泥體積安定性體積安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。水泥在硬化過(guò)程中體積變化不穩(wěn)定，即為體積安定性不良。水泥安定性不良的原因：熟料中含有過(guò)量的游離氧化鈣（f－CaO沸煮法），或含有過(guò)量的游離氧化鎂（f－MgO壓蒸法-由于MgO水化作用慢）；生產(chǎn)水泥時(shí)摻入的石膏（長(zhǎng)時(shí)間水中浸泡法）過(guò)量。

由于后兩種原因造成體積安定性不良不易檢測(cè)，所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175－2007對(duì)通用硅酸鹽水泥的規(guī)定:P.I,P.II和P.O的MgO≤5.0wt.%,其余水泥MgO≤6.0wt.%；SO3≤4.0wt.%(P.O)，其余水泥SO3≤3.5wt.%。硅酸鹽水泥的安定性用沸煮法檢驗(yàn)必須合格。體積安定性不良的水泥嚴(yán)禁用于工程中。GB規(guī)定硅酸鹽水泥體積安定性檢測(cè)方法有雷氏法（標(biāo)準(zhǔn)法）和試餅法（代用法）。兩種方法所需試樣為標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿制得，最少同時(shí)兩組試樣。將試樣煮沸180±5min，計(jì)算煮沸后雷氏夾口間距增量平均值不大于5.0mm為合格；試餅法則目測(cè)表面彎曲，翹曲現(xiàn)象進(jìn)行判定。

判別水泥的安定性是否合格，幾種簡(jiǎn)易方法：

（1）合格水泥澆筑的混凝土外表堅(jiān)硬刺手，而安定性不合格水泥澆灌的混凝土給人以松軟、凍后融化的感覺(jué)；

（2）安定性合格的水泥澆筑的混凝土多數(shù)呈青灰色且有光亮，而不合格水泥澆筑的混凝土多呈白色且黯淡無(wú)光；

（3）合格水泥拌制的混凝土與骨料的握裹力強(qiáng)、粘結(jié)牢，石子很難從構(gòu)件表面剝離下來(lái)，而安定性不合格的水泥拌制的混凝土與骨料的握裹力差、粘結(jié)力小，石子容易從混凝土的表面剝離下來(lái)。1、膠砂強(qiáng)度國(guó)標(biāo)規(guī)定，水泥(450g)和標(biāo)準(zhǔn)砂按1：3.0質(zhì)量比混合，加入規(guī)定量的水（水灰比為0.50），經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法攪拌成型。制成40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（1