胶凝材料思维导图
胶凝材料
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思维导图大纲
胶凝材料思维导图模板大纲
经物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结为整体的材料，称为胶凝材料
按化学成分分类
有机胶凝材料（树脂、沥青等）
以天然或人工合成高分子 化合物为基本组成
无机胶凝材料
以无机化合物为 基本成分
水硬性 胶凝材料
空气、水中皆可硬化（水泥）
是以硅酸盐为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。
按其用途和性能分类
通用水泥
硅酸盐水泥（代号 P.I, P.II ）
概念
由硅酸盐水泥熟料， 0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）
不掺加混合材料的称为 Ⅰ型硅酸盐水 泥，代号为 P.I
掺加不超过水泥质量的 5% 的石灰石或粒化高炉矿渣的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号 P.Il
需加入适量石膏（ CaS04 · 2H20 ），其目的是延缓水泥的凝结，便于施工。
硅酸盐水泥的生产
两磨一烧
混合料分类
活性混合料
粒化高炉矿渣
火山灰质混合材料（如火山灰、浮石、硅藻土、烧秸土、 股烧煤石于石、煤渣等）
粉煤灰
非活性
粒化高炉矿渣
火山灰质混合材料（如火山灰、浮石、硅藻土、烧秸土、 股烧煤石于石、煤渣等）
粉煤灰、
磨细石英砂、石灰石粉、素占土、慢冷矿渣等。
硅酸盐水泥矿物组成
硅酸三钙C3S
水化产物为水化硅酸钙（ C-S-H ）+氢氧化钙Ca(OH)2
硅酸二钙C2S
水化产物为水化硅酸钙（ C-S-H ）+氢氧化钙Ca(OH)2
铝酸三钙C3A
水化产物为钙矾石（AFt和AFm）+水化铝酸钙（C3AH6）
铁铝酸四钙 AF
水化铁酸钙CFH
硅酸盐水泥的水化及凝结硬化
硅酸盐水泥的水化
水泥加水后，在水泥颗粒表面的熟料矿物立即水化，形成水化产物并放出一定热量
第一个放热峰对应的是铝酸三钙与石膏反应，生成物为钙矾石（三硫型水化硫铝酸钙，代号 AFt ），第二放热峰为硅酸三钙的水化放热峰，生成物为水化硅酸钙（ C-S-H ）凝胶和 Ca(OH)2。
水化产物
凝胶类
水化硅酸钙（ C-S-H ）
70%
对水泥石的强度和其他性质起决定性作用
水化铁酸钙（CFH）
晶体类
氢氧化钙Ca(OH)2，
20%
水化铝酸钙（C3AH6）
水化硫铝酸钙（包括AFt和AFm）
7%
硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥浆硬化后的水泥石是由水化产物（包括凝胶和晶体）、未水化的水泥熟料颗粒、孔隙和水等组 成的不均质体
水泥石中的孔隙
C-S-H 凝胶的层孔空隙（孔径为 ～5nm ）
水分蒸发留下的毛细孔隙（孔径为 10 -1000nm ，具体尺寸取决于水灰比和水化程度，一般水化程度较为充分时，毛细孔尺寸小于 l00nm）
对 材料耐久性产生主要影响
拌和水泥浆体时，为了使水泥浆体具有一定的塑性和流动性，加入的水量通常要大于水泥水化时所需要的水量，多余的水蒸发后，在硬化的水泥石内形成毛细孔，有效受力面积降低，水泥石的强度下降
气孔（一般由引气剂引人的封闭孔隙，尺寸为 lmm 左右）
影响水泥凝结硬化的因素
水泥熟料矿物组成、细度、水灰比、温度、养护时间等。
国标规定：硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积 >300㎡/kg；其他五类水泥 细度用筛析法检验，要求在 80μm 标准筛上筛余量不得超过超过10%，否则为不合格。
水泥颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。一般认为水泥颗粒小于 40μm(0.04mm)时，才具有较高的活性，大于 100μ m (0.1mm)活性就很小了
硅酸盐水泥石的侵蚀与防止
水泥石在通常使用条件下，有较好的耐久性，但在某些侵蚀性介质（如流动的软水、酸、镇盐、硫酸盐等）的作用下，硅酸盐水泥石会逐渐被侵蚀导致强度降低，甚至破坏，这种现象称为水泥石的侵蚀。
水泥石侵蚀类型
溶出性侵蚀
在流动的软水作用下，水泥石中的氢氧化钙溶解并流失，使孔隙增多， 强度降低。
分解性侵蚀
水泥石中的氢氧化钙与酸（如盐酸、硝酸、醋酸等）反应生成可溶性钙盐，加速氢氧化钙溶解流失， 使水泥石孔隙率增大，强度降低。
膨胀性侵蚀
膨胀性侵蚀又称硫酸盐侵蚀，硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，硫酸钙再与水化铝酸 钙反应生成钙矶石（三硫型水化硫铝酸钙），体积膨胀 1.5 倍以上
因为钙矶石呈针状晶体，对水泥石危害严重，常称为“水泥 杆菌。
膨胀性侵蚀的危害最大。
引起水泥石侵蚀的原因
水泥石中含有氢氧化钙Ca(OH)2和水化铝酸钙（C3AH6）等易被侵蚀的成分
水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，易使侵蚀性介质侵入内部。
腐蚀与通道的相互作用。
防止侵蚀的措施
根据工程所处的环境，选择适当品种的水泥，如水化产物中氢氧化钙含量低的水泥。
提高水泥石的密实度，可通过降低水灰比的方式实现。
当侵蚀作用较强时可在构件表面加做耐侵蚀性高且不透水的保护层，如耐酸石料、塑料、沥青等。
硅酸盐水泥的特性及应用
凝结硬化快，强度高
硅酸盐水泥中含有较多的熟料，硅酸三钙多，水泥的早期强度和后期强度均较高
抗冻性好
硅酸盐水泥采用较低的水灰比并经充分养护，可获得较低孔隙率的水泥石，具有较高的密实度，适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。
耐侵蚀性差
硅酸盐水泥石中氢氧化钙及水化铝酸钙较多，耐软水及耐化学侵蚀能力差，故不适宜于经常流动的 淡水及有水压作用的工程，也不适宜于受海水、矿物水、硫酸盐等作用的工程。
耐热性差
硅酸盐水泥石中的水化产物在 250-300°C 时会产生脱水，强度开始下降，当温度达到 700-1000°C 时，水化产物分解，水泥石的结构几乎完全破坏，所以硅酸盐水泥不适宜用于有耐热、高温要求的混凝土工程。
耐磨性好
硅酸盐水泥强度高，耐磨性好，适用于道路、地面等对耐磨性要求高的工程。
水化放热量多
硅酸盐水泥熟料多，水化放热量大，不适宜用于大体积混凝土工程。
掺混合材料的硅酸盐水泥
在生产水泥时，掺入一定量的混合材料，目的是改善水泥的性能，调节水泥的强度等级，增加水泥品种，提高产量，节约水泥熟料，降低成本。
天然的或人工的矿物材料，按其性能不同分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。
普通硅酸盐水泥（简称普通水泥，代号 P.O ）
硅酸盐水泥熟料、 6%-20%混合材料、适量石膏磨细制成
混合材料由符合标准的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料组成，可以是一种主要混合材，也可以是两种或三种主要混合材
掺活性混合材料时，最大掺量不得超过 20% ，其中允许用0～5%符合标准规定的石灰石、砂岩、窑灰中的一种材料代替。
普通水泥中混合材料掺量少，其性能与硅酸盐水泥相近
硅酸盐水泥性能相比，普通水泥硬化稍慢，早期强度稍低，水化热稍小，抗冻性与耐磨性也稍差
应用范围方面，普通水泥与硅酸盐 水泥相同
由于普通水泥与硅酸盐水泥水化放热最大
大体积 混凝土工程不宜选用这两种水泥。
四种掺加活性混合材料较多的硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥，代号 P.S ）
硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为 20%~ 70% ，并分为A 型和B型。
A 型矿渣掺量大于 20%且小于或等于 50% ，代号为 P.S.A
B型矿渣掺量大于 50%且小于或等于 70% ，代号为 P.S.B
允许用0～8%符合标准规定的粉煤灰、火山灰、石灰石、砂岩、窑灰中的一种材料代替。
矿渣水泥的耐热性较强，保水性较差，需水量较大，故抗渗性较差
火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥，代号 P.P ）
由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为 20%~ 40%
火山灰水泥保水性好，抗渗性好，硬化干缩更显著
粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥，代号 P.F ）
硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量有膏磨细制成的水硬性胶凝材料称
水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为 20% ~40%
粉煤灰水泥干缩性小，因而抗裂性好，另外粉煤灰水泥流动性较好，因而配制的了混凝土拌合物和易性好。
复合硅酸盐水泥（简称复合水泥，代号P.C ）
硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
掺入的混合料总量为质量百分比的 20% ~50%
混合材由符合标准 规定的粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石和砂岩中的三种（含）以上材料组成，其主 要混合材不低于三种。
通用硅酸盐水泥的技术性质
通用硅酸盐水泥有不溶物、氧化镁、三氧化硫、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度、碱含量和氯离子含量等技术要求
碱含量 Na20+0.658K20 不大于 0.6% 的水泥为低碱水泥
氯离子 含量不大于 0.10%
影响水泥性质的主要指标
细度
水泥颗粒越细，与水起反应的表面积越大，水化速度越快，早期强度及后期强度均较高，但硬化收缩较大，成本也较高。若水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥，强度低。
硅酸盐水泥的细度以比表面积表示，不低于300m2 /kg ；普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥的细度以筛余表示， 80µm 方孔筛筛余不大于 10%
凝结时间
硅酸盐水泥的初凝时间不小于45min,终凝时间不大于390min（6.5h）。
普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的初凝时间不小于45min,终凝时间不大于600min（10h）。
体积安定性
水泥体积安定性不良的主要原因是熟料中所含的游离氧化钙或游离氧化镁过多，或水泥粉磨时掺入的石膏过量。
游离氧化钙引起的安定性不良用沸煮法检验
游离氧化续引起的安定性不良由压蒸法检验
强度
采用胶砂强度表示水泥的强度，即水泥与中国 ISO 标准砂的比例为1 : 3 （质量比），水灰比为 0.5，按规定的方法制成40mm× 40mm ×160mm的试件，在标准温度 20°C±1°C 的水中养护，分别测定其 3d 与28d 的抗压强度与抗折强度，以此划分水泥的强度等级。
硅酸盐水泥强度等级分为 42.5 ，42.5R ，52.5, 52. 5R、 62.5 ，62.5R 六种
普通水泥的强度等级分为42.5 ，42.5R ，52.5, 52. 5R 四种
矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥强度等级分为 32.5,32.5R ，42.5 ，42.5R ，52.5, 52. 5R 六种
复合硅酸盐水泥强度等级分为42.5 ，42.5R ，52.5, 52. 5R 四种
水泥的储存
通用硅酸盐水泥的储存期为三个月，因为在一般储存条件下，三个月后水泥的强度降低 10% -20% ；
快 硬水泥更易吸收空气中的水分，储存期一般不超过一个月。
其他品种水泥
白色硅酸盐水泥
白白色硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料
白色硅酸盐水泥的技术要求
细度
凝结时间
初凝时间不小于 45min ，终凝时间不大于 600min
白度
强度
32.5 42.5 52.5 三个等级
放射性
彩色硅酸盐水泥
彩色硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料及适量石膏（或白色硅酸盐水泥）、混合材及着色剂磨细或混合制成的带有色彩的水硬性胶凝材料。混合材掺量不超过水泥质量的 50%。
80µm 方孔筛筛余不大于 6.0% ；初凝时间不早1h ，终凝时间不迟于 10h ；强度分为 27.5 32.5 42.5 三个等级
快硬硅酸盐水泥
凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以 3d 抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。
其生产方法与硅酸盐水泥基本相同，提高水泥早期强度增进率的措施 有：提高熟料中铝酸三钙与硅酸三钙的含量，适当增加石膏掺量（达 8% ）以及提高水泥的粉磨细度等
道路硅酸盐水泥
砌筑水泥
专用水泥
道路水泥
砌筑水泥
大坝水泥
特种水泥
快硬硅酸盐水泥
膨胀水泥
按主要水硬性物质名称
硅酸盐水泥
铝酸盐水泥
硫铝酸盐水泥等
气硬性胶凝材料
只在空气中硬化 （石灰、石膏、水玻璃）
石灰
以CaCO3为主要成分的岩石(石灰石、白云石，白垩等）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰
由于石灰原料中会含有一些碳酸馍，故生石灰中含有一些 MgO。
钙质石灰（ Mg0≤5% ）
钙质石灰（ Mg0≤5% ）
石灰在生产过程中，应严格控制锻烧温度，否则容易生成“欠火石灰”和“过火石灰”
欠火石灰
内部尚有未分解的石灰石内核，不仅降低了石灰的利用率，而且有效氧化钙和有效氧化镁含量低，黏结能力差。
过火石灰
过火石灰是由于股烧温度过高， 煅烧时间过长所致，其颜色较深，密度较大，颗粒表面部分被玻璃状物质或袖质物所包裹，使过火石灰与水的作用减慢，当石灰已经硬化后，过火石灰才 开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。在工程中使用会影响工程质量。
使用前应经陈伏处理（时间2周），石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。
生石灰的消化
生石灰使用前，需加水使之消解为膏状或粉状的消石灰，这个过程称为石灰的“消化”或“熟化”， 成品称为消石灰或熟石灰，主要成分为氢氧化钙。
为消除过火石灰的危害，防止抹灰层爆灰起鼓，必须将石灰 浆在储存坑中放置两周以上（称为“陈伏”），方可使用。袋石灰（生石灰粉）使用前也需“陈伏”。
石灰的硬化
结晶作用
Ca(OH)2 在潮湿条件下与空气中的 C02 化合生成 CaC03 结晶，释出水分并被蒸发，这一过程称为碳化作用
石灰的结晶作用和碳化作用过程可知，硬化过程中要蒸发大量的水分，引起体积显著收缩，石灰不宜单独使用，一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并节省石灰。此 外，石灰浆的硬化过程很慢，硬化石灰浆体的强度一般不高，强度增长慢，受潮后强度更低。
石灰的应用
配置石灰砂浆、石灰乳
配置石灰土、三合土
石灰土
石灰+黏土
三合土
石灰＋黏土＋砂石或炉渣、碎砖等填料
二灰土
石灰+粉煤灰+黏土
生产灰砂砖、碳化石灰板
石膏
建筑石膏的原料与生产
生产建筑石膏的主要原料是天然二水石膏（又称生石膏或软石膏）（主要成分为 CaS04 · 2H20 ），二水 石膏在107-170℃下锻烧，磨细可得β型半水石膏，即建筑石膏，主要成分为半水硫酸钙（ CaS04 · 1/2H20 ）
建筑石膏主要成分为半水硫酸钙（ CaS04 · 1/2H20 ）
建筑石膏的水化、凝结与硬化
半水石膏粉末与水搅拌成浆体，初期具有可塑性，但很快就失去可塑性并产生强度，发展成为具有 强度的固体，这个过程称为石膏的凝结和硬化。
建筑石膏的特性
凝结硬化快
建筑石膏凝结快一般初凝时间只有 5min ，终凝时间在 30min 以内
硬化后体积微膨胀
石膏在凝结硬化时，不像其他胶凝材料（如石灰、水泥）那样出现收缩，反而略有膨胀（膨胀率为1% ），使石膏硬化体表面光滑饱满，不开裂，可制作出纹理细致的浮雕花饰。
硬化体的孔隙率大
建筑石膏硬化时有大量的水分蒸发，使硬化体的孔隙率高达 50% 60% ，所以硬化体的表观密度小，强度较低，导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内的温度和湿度。
防火性好，耐热性差
石膏制品本身为不燃材料，同时在遇到火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面 形成蒸汽幕和脱水物隔热膜，有效地减少火焰对内部结构的危害，具有较好的防火性能。但是石膏制品 的耐热性差，使用温度应该低于 65℃
耐水性和抗冻性能差
建筑石膏硬化体吸湿性强，因而耐水性 差。吸水饱和的石膏制品受冻后，会因孔隙中的水结冰而开裂崩溃，因此抗冻性差。
石灰宜用消石灰粉或磨细生石灰，灰土中石灰用量一般为灰土总重的 6% 10%思维导图模板大纲
需符合标准思维导图模板大纲
主要成分
活性氧化硅（Si02）
活性氧化铝（Al203）
活性指标低于标准要求思维导图模板大纲
活性混合材料的活性成分为活性氧化硅和活性氧化铝，有水的前提下，能与石灰反应形成水化硅酸 钙和水化铝酸钙，这一反应称为火山灰反应。 掺入水泥中，会和硅酸盐水泥熟料水化形成的氢氧化钙发生二次水化，因而使掺混合材料硅酸盐水泥的性能及应用与硅酸盐水泥有很大的差异。思维导图模板大纲
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此两种产物易被侵蚀思维导图模板大纲
四种硅酸盐水泥的特性思维导图模板大纲
早期强度较低，后期强度增长较快。
环境温度、湿度对水泥凝结硬化的影响较大，故适于采用蒸汽养护
水化热较低，放热速度慢。
抗软水及硫酸盐侵蚀的能力较强。
抗冻性、抗碳化性与耐磨性较差。
以上四种水泥与硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥性质上存在差异的原因，在于这四种水泥中活性混合材料的掺加量较大，熟料矿物的含量相对减少。另外，活性混合材料中的活性 Si02 和活性 Al203会与熟料水化形成的 Ca(OH)2 反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，这种反应称为二次水化，所以这四种水泥Ca(OH)2 的含量很少。思维导图模板大纲
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