无机胶凝材料.doc

无机胶凝材料的综述
1．1 无机胶凝材料的定义、分类、特点
凡是自身经过一系列物理、化学作用，或与其他物质(如水等)混合后一起经过一系列物理、化学作用，能由桨体变成坚硬的固体，并能将散粒材料(如砂、石等)或块、片状材料(如砖、石块等)胶结成整体的物质，称为胶凝材料。
胶凝材料按共化学组成，可分为有机胶凝材料(如沥青、树脂等)与无机胶凝材料(如石灰、水泥等)。
无机胶凝材料又称矿物胶凝材料，它根据硬化条件可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并旦只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如水泥。
无机凝胶材料的特点：①原料丰富，生产成本低；②耐久性好，适应性强③耐火性好；④维护成本低；⑤组合或复合其它材料的能力强；⑥可有效的利用废渣。
1.2 水泥
在基建领域内，水泥、钢材和木材并列为三大建筑材料。水泥是无机胶凝材料中产量最大、最重要的一种，是国民经济中的一种重要物资，也是反映国家境界实力强弱和科技水平高低的重要产品之一。
水泥的分类：（1）按水泥的化学成分分类：硅酸盐系；铝酸盐系；硫铝酸盐系；磷酸盐系。（2）按混合方法分类：一般水泥；快硬高强水泥；水工水泥及耐侵蚀水泥；膨胀水泥；油井水泥及耐高温水泥；装饰水泥；地方性水泥。
1.3 硅酸盐水泥
硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
1.3.1 硅酸盐水泥的生产
硅酸盐水泥的生产技术：“两磨一烧”
1）生料的配制与磨细；
2）将生料经煅烧使之部分熔融形成熟料；
3）将熟料与适量石膏共同磨细称为硅酸盐水泥。
硅酸盐水泥熟料的主要成分：硅酸三钙（C3S）;硅酸二钙（C2S）;铁铝酸四钙（C4AF） ；铝酸三钙（C3A） ，它们主要由氧化钙（CaO） 、氧化硅（SiO2） 、氧化铝（Al2O3）和氧化铁（Fe2O3）等氧化物在高温下相互作用而形成的。
原料中的杂质会给水泥质量带来损害。如氧化镁(MgO)，它在高温下会“死烧”，烧后的氧化镁称游离氧化镁(f-MgO)，它会引起水化后的水泥体积稳定性不良。国家标准中规定氧化镁熟料中含量少于5%～6%,生料中的氧化镁含量少于3.5%。
生料的配制：1）按化学成分确定原料的比例；2）将原料磨细，并混合均匀。
水泥熟料的煅烧：采用回转窑，也可用力窑煅烧配制好的生料。
水泥的磨制：将煅烧后的熟料吸水、稳定质量后加入石膏磨细，就得到了硅酸盐水泥。
1.3.2 水泥熟料中的矿物硅酸三钙（C3S）C3S的含量约为37％一60％，是熟料中的主要成分，他是决定水泥早期强度和总强度的主要成分。硅酸三钙含量越高对水泥强度越有利。
硅酸二钙（C2S） C2S的含量约为15％－37％，占第二位。它是决定水泥后期强度的主要成分。
铝酸三钙（C3A） C3A的含量约为7％一15％，它是决定水泥水化放热的主要旷物。
铁铝酸四钙（C4AF） C4AF的含量约为10％一18％，早期具有一定强度，但总强度低。
由上述可知， C2S和C3S的含量约为水泥总重的75％．它们是决定水泥强度的主要成分。
1.3.3硅酸盐水泥的水化、硬化

如上所述，硅酸盐水泥水化后主要有五种水化产物。即：水化硅酸钙、水化铁酸钙、 氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙。水泥的凝结硬化就是C3S、C2S、C4AF、C3A与水作用形成以上五种水化物的过程。
2.白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥
白水泥以硅酸钙为主要成分，并大量减少氧化铁等有色化合物，再加入石膏磨制成的白色水硬性胶凝材料。且水泥越细，白度越高。
彩色水泥：在白水泥和普通硅酸盐水泥中加入颜料磨制而成。

3. 石膏矾土膨胀水泥
膨胀水泥是由无机胶凝材料＋膨胀剂混合制成的。 石膏矾土膨胀水泥是使用矾土水泥熟料，加入适晕的半水石膏、石灰（85：10：5），共同磨细制成的。这种水泥在硬化过程中具有体积膨胀的特点（生成水化硫铝酸钙）。
3.2 铝酸盐水泥
铝酸盐水泥的主要成分是磷酸钙，它主要有高铝水泥(矾土水泥)、铝酸盐膨胀(自应力)水泥、铝酸盐耐火水泥等。其中高铝水泥为最重要的品种。
高铝水泥的水化、凝结和硬化过程与硅酸盐水泥基本相同，不同点在于水化产物和反应速度不一样。铝酸一钙（CA)和水发生反应的最终生成物是水化铝酸二钙(C2AH8)及氢氧化铝，它的水化反应速度较快，所以高铝水泥早期强度增进较快。高铝水泥具有很好的抗硫酸盐性能，甚至比硫酸盐水泥还强。这是由千高铝水泥主要组成是低钙铝酸盐，它不与酸发生反应。另一个重要原因是由于高铝水泥水化时生成铝胶(AH3),在材料表面形成保护性薄膜。高铝水泥中还可以加入石膏和无水石膏，可有效的克服长期强度降低的现象。
4.镁质胶凝材料
4.1镁质凝胶材料的原料 镁质胶凝材料一般是指苛性苦土(MgO)和苛性白云石(主要成分是MgO和CaCO3)。苛性苦土的主要原料是天然菱镁矿，苛性白云石的主要原料是天然的白云石。除此之外还有蛇纹石，其化学成分为含水硅酸镁（3MgO·2SiO2·2H2O）
4.2镁质胶凝材料的煅烧
菱镁矿的煅烧温度约为800－850℃，其分解产物为MgO；
苛性白云石煅烧温度在650－760℃，其分解按下列两步进行

4.3氯化镁在氧化镁浆体中的作用
氯化镁的作用：1）加速氧化镁的溶解；2）降低体系的过饱和度。其有效途径是提高水化产物的溶解度或迅速形成复盐。在氧化镁中加入氯化镁形成水化相Mg(OH)2、Mg3(OH)5Cl.4H2O和Mg2(OH)3Cl.4H2O。这些水化相的形成和转变是根据该体系中MgO/MgCl2分子比的不同而变化（如下）。
当MgO/MgCl2<4时，形成的水化物主要是Mg3(OH)5Cl.4H2O ，同时存在少量剩余的MgCl2；
当46时，在常愠下形成Mg(OH)2与Mg3(OH)5Cl.4H2O；
当MgO/MgCl2＝5时，可形成Mg2(OH)3Cl.4H2O；
3.2.4 镁质胶凝材料硬化强度与抗水性
氯化镁溶液跳支的镁质胶凝材料的为多相多孔结构，其硬化如图3-3中的曲线1。镁质胶凝材料的抗水性差，这主要是由于氯盐的吸湿性大，从而引起硬化机构网的破坏。为了提高材料的抗水性，可加入少量磷酸或磷酸盐（如图3-5），少量的水溶性树脂，或者采用硫酸镁或铁矾代替氯化镁做调和剂。
3.2.5 镁质凝胶材料的应用
防火装饰板、防火风管、刨花板、木屑板、人造大理石及其他建筑配件。