无机胶凝材料

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/MgCl24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4MgO/MgCl26时，形成稳定的Mg3(OH)5Cl.4H2O；当MgO/MgCl26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。