1、膠 凝 材 料 學第一章 石 膏第一節 石膏的原料、消費及其構造特點 目的：獲得石膏的組成及構造特點，目的：獲得石膏的組成及構造特點，分析其具有水化活性的緣由。分析其具有水化活性的緣由。 一、原料一、原料 1、天然二水石膏：或生石膏、軟石、天然二水石膏：或生石膏、軟石膏膏 分子式：分子式：CaSO42H2O 晶體構造：晶體構造：Ca2+與與SO42-四面體組四面體組成的離子結合層與水分子層交替構成成的離子結合層與水分子層交替構成的一種層狀構造。的一種層狀構造。 在離子結合層內部是由正、負離子相互作用而產生的結合力；在水分子層內部，是由偶極子與偶極子之間的相互作用而產生的結合力。水分子層與離子結

2、合層之間是由離子與偶極子的相互作用而產生結合力。2、天然硬石膏：無水石膏化學成分：CaSO43、工業副產品：含有CaSO4成分的廢渣磷石膏：制造磷酸時的廢渣。是用磷灰石或含氟磷灰石與硫酸反響而得產物。主要成分為CaSO42H2O。氟石膏：制造氫氟酸時的廢渣。螢石與硫酸反響而得。成分為CaSO4排煙脫硫石膏：工廠燃煤或重油過程中排放的大量SO3廢氣經脫硫安裝或采用隔離預洗滌循環處置法后得到的副產品。成分為CaSO42H2O二、消費：加熱脫水常溫下二水石膏構造穩定。在加熱過程中，水分子層以及水分子層與離子層之間的結合力較弱，水分子易于脫出，使構造發生變化構成脫水相。采用有：建筑石膏半水石膏三、建筑

3、石膏的構造特點半水石膏1、化學成分： -CaSO41/2H2O或 -CaSO41/2H2O2、晶體構造特點兩種半水石膏微觀晶體構造一樣：經過加熱使二水石膏兩個離子層之間的水分子失去3/4，同時使Ca2+與SO42-彼此錯開，最終在水分子層中構成了直徑為3A0.3nm的溝道，因此使半水石膏構造不穩定，容易水化。 二水石膏 半水石膏3、和型半水石膏細觀構造的差別 結晶度上： 半水石膏結晶度角度較完好； 半水石膏結晶度較差。結晶形狀上： 半水石膏是致密、完好、粗大的原生顆粒，顆粒間密實；半水石膏是由單個細小晶粒組成的次生顆粒，為疏松的片狀、不規那么形狀。晶粒分散度上： 半水石膏晶粒平均粒徑大，比外表

4、積大；半水石膏晶粒平均粒徑小，比外表積大。4、和型半水石膏宏觀性質的差別水化速度上： 半水石膏水化較慢；型半水石膏水化較快。水化放熱上： 半水石膏水化放熱較少；型半水石膏水化放熱較多。水化需水量： 半水石膏水化需水量較少；型半水石膏水化需水量較多。硬化體的強度上： 半水石膏硬化體強度較高；型半水石膏硬化體強度較低。第二節石膏脫水相的水化反響與水化機理一、石膏脫水相的水化動力學特征：水化過程中的水化放熱量，放熱量越大，水化越快。二、半水石膏的水化反響過程及水化機理1、水化反響式：CaSO41/2H2O + 1.5H2O = CaSO42H2O2、水化過程：半水石膏結合水為6.2%結合水轉變成二水

5、石膏結合水量20.93%的過程。3、半水石膏的水化機理溶解析晶實際半水石膏與水拌合后，即在水中溶解，并反響生成二水石膏。由于半水石膏的溶解度大于二水石膏的溶解度，即半水石膏的飽和溶解度對于二水石膏的平衡溶解度而言是高度過飽和的，所以在半水石膏的溶液中二水石膏的晶核會自發構成并長大，析出二水石膏晶體。二水石膏的析出，破壞了溶液中原有半水石膏溶解的平衡形狀，使半水石膏進一步溶解，以補償二水石膏析晶而在液相中減少的硫酸鈣含量。如此不斷進展半水石膏的溶解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化為止。4、溶解析晶實際半水石膏的溶解以及從溶液中再結晶出熱力學上較為穩定的、在該條件下較難溶于水的新的水化產物二

6、水石膏是半水石膏水化硬化的先決條件之一。結晶沉淀的緣由是存在溶液的過飽和度溶液的過飽和度：溶液的濃度與新相的飽和濃度之比。石膏漿體的過飽和度：半水石膏的溶解度與該條件下二水石膏的平衡溶解度之比。建立較高的過飽和度并使之維持足夠的時間是半水石膏凝結硬化的必要條件。5、影響半水石膏水化過程的主要要素：水化溫度：隨著溫度提高，過飽和度減少，水化速度降低。半水石膏的細度：顆粒越細，水化越快結晶形狀：疏松形狀，水化快。外加劑：緩凝劑第三節 石膏漿體的硬化及其強度開展過程一、漿體硬化體的構成構成條件：足夠的水化產物，而且水化產物晶體相互連生構成結晶構造網構成過程：漿體硬化過程就是漿體結晶構造網構成的過程，

7、這一過程伴隨著硬化體強度的開展。漿體硬化體構成過程的表征：塑性強度，即極限剪應力，隨時間的變化。二、石膏漿體構造的構成及強度開展過程1、第一階段： 5min之前，構成凝聚構造。石膏漿體中微粒彼此之間存在水的薄膜，所以粒子之間是經過水膜以范德華分子引力相互作用，因此它們的強度低，這種構造具有觸變復原性。2、第二階段：530min，結晶構造網的構成和開展。水化產物晶核大量生成、長大，晶體之間相互接觸和連生，在漿體中 構成結晶構造網，強度較高，不具有觸變復原性。3、第三階段：反映結晶構造網中，結晶接觸點的特性。在結晶接觸點的區段，晶格會發生扭曲和變形，所以結晶接觸點在熱力學上不穩定。在潮濕條件下，會

8、產生接觸點溶解和較大晶體的再結晶，所以強度降低。建筑石膏漿體構造構成過程建筑石膏漿體構造構成過程(a) (a) 晶核構成晶核構成(b) 結晶開場結晶開場(C) (C) 結晶長大與交錯結晶長大與交錯(D) (D) 實踐石膏制品顯微構造實踐石膏制品顯微構造半水石膏二水石膏二水石膏晶體交錯的晶體二水石膏交錯晶體三、影響石膏漿體構造強度的要素最本質要素是溶液的過飽和度。當過飽和度較高時，液相中構成的晶核多，生成的晶粒較小，因此產生的結晶接觸點多，容易構成結晶構造網。構成一定結晶構造需求水化產物少。當過飽和度較小時，液相中構成的晶核少，生成的晶粒較大，產生的結晶接觸點少，要構成同樣的結晶構造需求的水化產

9、物多。當初始構造構成后，水化產物繼續增多，可以使構造網進一步密實而起到強化作用。當到達一定限制后即曾經構成密實構造，水化產物繼續添加，就會對構成的構造網產生一種內應力稱為結晶應力。以后，構成的水化產物晶體越多，結晶應力越大，當結晶應力大于構造所能接受的極限時，構培育會破壞，使強度降低。 即當結晶構成條件有利于構造密實時，強度會提高，當構造到達一定密實程度，仍具有晶體定向增長的條件時，那么晶體的定向發育增長會產生內部拉應力，使構造破壞。 1、溫度的影響 提高溫度，石膏漿體的過飽和度降低。構成一定結晶構造需求的水化產物多，同時產生的結晶應力較小，漿體硬化體的強度較高。所以，硬化漿體的強度隨漿體硬化

10、時的溫度提高而增大；硬化漿體構成初始構造時，所需水化產物也隨硬化溫度提高而最多。2、水固比的影響水固比較小時，漿體構造中充水空間小，即孔隙率較小，那么在整個漿體內構成結晶構造網所需水化產物數量較少。隨著過飽和度提高，結晶應力起著破壞作用。所以，當水固比較小時，提高漿體的硬化溫度，可以降低過飽和度，減少結晶應力，即減少了構造的破壞而提高強度。反之，降低溫度那么降低強度。水固比較大時，漿體構造中充水空間較大，孔隙率較高，那么在整個漿體內構成結晶構造網所需水化產物數量較多，在結晶構造內產生結晶應力的能夠性減少或不存在了。提高過飽和度及其繼續時間，有利于硬化漿體構造的正常開展。所以，水固比較大時，較高

11、的硬化溫度使過飽和度降低，構成的晶核數量少，產生的結晶接觸點也少，強度較低。反之，降低溫度那么可提高強度。3、半水石膏顆粒的細度分散度硬化漿體的強度隨著細度增大而提高，但當細度超越一定值后，細度繼續增大強度下降。半水石膏細度越大其溶解度也越大，那么過飽和度提高，所以構成的水化產物越多，強度提高。但當分散度添加使其過飽和度超越一定的數量時，那么會產生較大的結晶應力，使硬化漿體的構造破壞，強度下降。4、結論：過飽和度是結晶構造構成的決議要素，也是引起構造破壞的要素。過飽和度影響著晶核的構成速度和數量以及晶體的生長和連生。過飽和度也決議著晶體結晶應力的大小。第四節 石膏硬化漿體的構造與性質一、石膏硬

12、化漿體的構造1、構造：水化產物二水石膏結晶體彼此交叉連生而構成的多孔的網絡構造。2、構造特征對性質的影響水化產物晶粒之間相互作用力的性質范德華分子力或化學鍵。水化產物晶粒之間結晶接觸點的數量與性質。接觸點越多，接觸點尺寸越小，接觸點晶格變形越厲害，構造強度降低的能夠性越大。硬化漿體中孔隙的數量及孔徑大小分布。孔隙率越小，孔徑越小，漿體的強度和耐水性提高。二、石膏硬化漿體的強度取決于結晶接觸點的數量和性質以及內部孔隙率及孔徑分布。三、石膏硬化漿體的耐水性耐水性：指硬化漿體長期在飽和水作用下，強度不顯著降低的性質。目的：軟化系數。Kp=f0/f，越大，約好。石膏硬化漿體的軟化系數為0.20.3，耐

13、水性差。緣由：結晶接觸點溶解度大；孔隙率和孔徑大，容易吸水。第五節 石膏資料的運用一、石膏制品的性能1、質輕，表觀密度小，絕熱、隔音2、強度較高3、防火4、尺寸穩定，裝飾性好5、耐水性差二、運用：石膏板、石膏砌塊、石膏粘接劑、抹灰石膏補充作業1、闡明建筑石膏具有活性的構造特點。2、比較兩種建筑石膏的細觀構造差別，闡明它們宏觀性質的不同。3、闡明建筑石膏水化機理。4、表達石膏膠凝資料的水化凝結硬化過程，在水化硬化過程中有何景象產生？根據這些景象在拌制或運用石膏漿體時應留意什么問題？5、石膏硬化體具有什么樣的構造特征？根據石膏硬化體的構造特點，分析石膏制品的性能和運用特點。影響石膏水化硬化的要素有

14、哪些？如何影響？建筑石膏具有哪些優越性能？存在的最大缺陷是什么？闡明緣由。膠凝資料學第二章 石 灰第一節第一節 石灰的原料、消費及其構造特點石灰的原料、消費及其構造特點一、原料：含碳酸鈣CaCO3為主的天然巖石，即石灰石二、消費：高溫煅燒CaCO3 +178kJ/mol=CaO+ CO2煅燒后質量減少44%，而體積只減少10%15%，所以石灰是多孔構造三、氧化鈣活性與構造關系石灰的“活性即其與水反響的才干，主要由兩個要素決議：內比外表積和晶格變形程度氧化鈣的三種構造及其活性1、亞穩的氧化鈣：分解反響不徹底，仍堅持著碳酸鈣晶格，即Ca2+和O2- 均堅持在原來的晶格位置上。其晶格變形程度很小，活

15、性低。2、穩定的氧化鈣：亞穩氧化鈣再結晶而成，為面心立方晶體。其內比外表積最大，活性高。3、燒結的氧化鈣：即死燒氧化鈣。出現液相，內比外表積減小，活性降低。第二節石灰的水化反響與漿體構造的構成第二節石灰的水化反響與漿體構造的構成一、石灰的水化反響過程及影響要素一、石灰的水化反響過程及影響要素一反響過程：吸附分散和化學分散一反響過程：吸附分散和化學分散1、溶解過程：、溶解過程：磨細的生石灰與水拌和后，水分子吸附在石灰磨細的生石灰與水拌和后，水分子吸附在石灰顆粒外表，并在其外表上立刻水化反響生成顆粒外表，并在其外表上立刻水化反響生成氫氧化鈣。氫氧化鈣。 CaO + H2O = Ca(OH)2 +

16、64.9kJ由于氫氧化鈣可以溶解于水，所以立刻進入溶由于氫氧化鈣可以溶解于水，所以立刻進入溶液內并離解：液內并離解： Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- 由于石灰表層的最初水化產物進入到溶液中，由于石灰表層的最初水化產物進入到溶液中，石灰粒子新表層顯露來繼續和水反響，產物石灰粒子新表層顯露來繼續和水反響，產物再溶解。以上過程不斷進展到溶液變成飽和再溶解。以上過程不斷進展到溶液變成飽和溶液為之。溶液為之。 由于氫氧化鈣的溶解度很小，生成飽和溶液時耗費的生石灰很少。 2、吸附分散 水分子和OH-沿著石灰粒子的微細裂痕向內深化，并吸附在裂痕的兩壁構成吸附層，從而降低了石灰粒子內部的外表張力，在熱

17、運動作用下，將加速石灰粒子沿著這些裂痕分裂成更細的顆粒，即為吸附分散。 3、化學分散 水分子或OH-直接與CaO反響構成Ca(OH)2晶體，即OH-經過和石灰粒子中的Ca2+ 、O2-重新陳列構成Ca(OH)2晶體。CaO轉變成Ca(OH)2時，固相體積增大，這種膨脹作用會使石灰粒子分散，這種分散稱為化學分散。二反響產物構成石灰粒子分散后構成膠體粒子。即在固體核一部分為Ca(OH)2晶體，另一部分為吸附分散但尚未水化的石灰粒子周圍吸附了一層Ca2+和OH-構成吸附層，外面聚集了一群OH-構成分散層，其中保有很大一部分水。三影響石灰水化才干的要素1、煅燒條件：影響石灰的內比外表積和晶粒大小。防止

18、過燒石灰。2、水化溫度：水化速度隨溫度提高而加快3、外加劑加速劑：如NaCl、CaCl2等氯鹽與石灰作用生成比Ca(OH)2易溶的化合物，加速外加劑的消化，還有助于消除CaO顆粒周圍的部分過飽和景象。減速劑：如磷酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽等可以與Ca(OH)2生成難溶的化合物沉淀在CaO顆粒外表，妨礙CaO和水的相互作用1、水化熱高石灰遇水會迅速放出大量熱量，水化1h的放熱量為1156J/g。二、石灰的水化特點 猛烈的放熱使水變成水蒸氣而沸騰，從而破壞了石灰的凝聚-結晶構造的構成，使石灰漿體變成松散毫無聯絡的石灰 2、需水量大。 石灰水化的實際需水量為32%，但實踐反響時，由于大量放熱使水蒸發，蒸發

19、量為37%。因此要使CaO全部轉變為Ca(OH)2 ，約需70%水，才可得到非常枯燥、體積疏松的消石灰粉。3、體積膨脹：石灰水化過程中固相體積增大97.92%，但石灰-水系統的體積減少4.54%。但實踐上，石灰與水作用時，外觀體積增大，體積膨脹率可達44%，膨脹壓力可達14MPa。 石灰水化時體積顯著膨脹的緣由： 1水化過程中物質的轉移水化動力學觀念 石灰與水拌和后，立刻發生兩類物質轉移：一是水分子或OH-進入石灰粒子內部，反響生成水化產物；二是水化產物向原來的充水空間轉移。 假設水化速度與水化產物轉移速度相順應，石灰-水系統的體積不會發生膨脹。 但由于石灰內比外表積大，水化速度快，常大于水化

20、產物轉移速度，這樣石灰粒子周圍的反響產物還沒有轉移，而里面的產物又大量生成，這些新的產物將沖破原來的反響層，使粒子產生騰躍，進而體積膨脹，甚至使石灰漿體散裂成粉末。2孔隙體積增量“量的觀念CaO反響生成Ca(OH)2時固相體積增大；另外水化過程中，石灰粒子分散后比外表積增大，且在分散的石灰粒子外表上吸附水分子，這種被吸附的水分子也看作固相體積的添加。固相體積的添加，會引起孔隙體積的添加，從而產生體積膨脹。所以固相體積和孔隙體積增量之和超越石灰-水系統的空間，引起石灰漿體體積的增大。 嚴密堆積后，固相粒子體積為總體積的74%，孔隙體積為總體積的26%，它們的相對含量是堅持不變的，孔隙體積的絕對值

21、隨著固相體積的增大而增大。即固相體積增大1%，孔隙絕對體積添加0.351%。 控制石灰消化時體積膨脹的措施1改動石灰的細度石灰的分散度越大，物質轉移在整個體積內越均勻；而且石灰因分散度大，所引起的孔隙體積增量也越小。2水灰比的影響增大水灰比，就添加了原來的充水空間，所以石灰的膨脹值減少。同時還使石灰漿體硬化后的強度降低。3介質溫度的影響提高反響介質溫度，可以加快水化速度，石灰漿體的體積顯著增大，膨脹極限值更早出現。4石膏摻合料的影響摻入石膏，可以延緩石灰的水化速度，使其與水化產物轉移速度不斷；另外，石膏的存在還可以緊縮石灰水化時吸附水分散層的俄厚度，減少孔隙體積增量。三、石灰漿體構造的構成一石

22、灰漿體凝聚構造的構成及其特性1、石灰分散漿體的特點分散作用后構成石灰膠體，膠體粒子之間水分子分散層看作粒子之間的一個“楔子，妨礙粒子接近，這個阻力稱之為“楔入力。粒子越接近，楔入力越大。2、凝聚構造的構成條件：減弱“楔入力。膠體粒子內層CaO從分散層中吸入結合最弱的水分子繼續水化，構成新的膠體物質，不僅使粒子嚴密，且使粒子之間的水夾層減小，即膠體分散層緊縮。3、凝聚構造的構成“楔入力減弱，在粒子熱運動作用下，碰撞不斷加劇，當碰撞發生在活性較大的區段如端、棱、角處時，分子引力大于楔入力，粒子在分子力作用下相互粘結在一同逐漸構成凝聚構造的空間網。凝聚構造會隨著分散層的進一步緊縮和膠體體系的嚴密而加

23、強。4、凝聚構造的特點觸變復原性5、影響凝聚構造構成的要素固體粒子的分散度：越高，粒子越小，構成凝聚構造的結合點越多，強度越高。水灰比：增大，分散層增厚，游離水增多，凝聚構造疏松，強度降低。二石灰漿體結晶構造的構成及其特點1、構成過程：細分散的氫氧化鈣晶粒的溶解，粗大的氫氧化鈣晶粒長大并相互連生而構成結晶構造。緣由：粒子越小，溶解度越大。對于微細粒子是飽和的溶液，而對較大粒子而言是過飽和的，那么結晶降低濃度，使微細粒子溶解。2、特點：不穩定緣由：由于石灰水化迅速，并伴隨猛烈的放熱和顯著的體積膨脹，使其由凝聚構造向結晶構造轉變過程中漿體構造遭到破壞；即使結晶構造構成后，也由于結晶接觸點的溶解和結

24、晶內應力等構造破壞要素的作用，也會呵斥漿體硬化體強度下降。第三節 石灰漿體的硬化一、結晶作用石灰漿體由于水分蒸發，引起漿體中溶液過飽和度提高，促使氫氧化鈣再結晶而硬化。但是從溶液中析出的氫氧化鈣晶體數量較少，所以這種結晶引起強度增長不顯著。二、碳化作用在有水存在的條件下進展Ca(OH)2 + CO2 +n H2O = CaCO3 + (n+1) H2O 碳酸鈣不溶解，所以碳酸鈣晶體或相互共生，或與石灰粒子共生而硬化并產生強度。碳酸作用過程很緩慢三、硬化體的構造氫氧化鈣晶體和碳酸鈣晶體彼此交叉連生而構成的多孔的網絡構造。第四節 石灰的運用一、石灰乳和石灰砂漿：用于抹灰或砌筑二、拌制三合土和灰土：

25、用于建筑物根底、道路墊層。灰土：石灰:粘土=1:24三合土：石灰:粘土:爐渣或砂=1:2:3三、配制無熟料水泥四、消費硅酸鹽制品：如灰砂磚、粉煤灰磚五、碳化制品：碳化石灰板六、固化軟土地基石灰樁補充作業1、根據生石灰的構造特點，闡明生石灰加水后的水化反響有哪些景象發生？由此闡明塊狀為什么可以不經機械粉磨而能直接加水使其水化以及水化和硬化不能同步的緣由。2、石灰漿體在運用前為什么需陳伏？陳伏多長時間？3、石灰漿體是如何硬化的？在潮濕的環境中石灰漿體為什么不能硬化？如何加快石灰漿體的硬化速度？4、解釋石灰漿體塑性好、硬化慢、硬化后強度低且不耐水的緣由。5、用于墻面抹灰時建筑石膏與石灰比較具有哪些優點？為什么？膠凝資料學