1
第 4章 无机胶凝材料
概 述
胶凝材料 （ 结合料 ）
—— 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 。
2
第 4章 无机胶凝材料
无机胶凝材料
（以无机化合物为基本成分）
有机胶凝材料
（天然的或合成的有机
高分子化合物为基本成分）
（沥青, 树脂）
按凝结硬化
条件分类
气硬性胶凝材料
—— 只在空气中硬化
（石灰、石膏）
水硬性胶凝材料
—— 空气、水中皆可硬化
（水泥）
3
4.1 石 灰
4.1.1 石灰的生产
1.原料
—— 以 CaCO3为主要成分的岩石 (石灰石, 白垩等 )
富含 CaCO3
部分 MgCO3
4
2.煅烧
块状生石灰的特点：
CaO质量几乎下降一半,但体积缩小很少,故优质生石灰
应为白色疏松结构 。
欠火石灰, 温度过低 /时间不够 /石灰石不能充分烧透,存在硬心
过火石灰,温度过高 /时间过长 /颜色深 （ 褐, 黑 ）
QCOC a OC1 1 0 0900C a C O 23 ??? ?
?
块状生石灰
100 56 44
注意 过火石灰可以使用，但应陈伏 半个月
5
4.1.2 石灰分类
2.石灰的存在形成
? 块状生石灰 —— 煅烧直接获得
? 生石灰粉 —— 块状生石灰磨细
? 消石灰粉 —— 生石灰消解
? 石灰膏 /乳 —— 生石灰 +过量水
钙质石灰（ MgO≤ 5％）
镁质石灰（ MgO>5％）
特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。
1.按 MgO含量分类
CaO
Ca(OH)2
6
4.1.3 石灰的熟化与硬化
1,石灰的熟化 （ 消化 ）
CaO + H2O —— Ca(OH)2 + Q（ 64.9KJ）
注意：
? 消解安全
? 措施：分层消解
7
2.硬化
1） 干燥结晶硬化：
水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶
—— 结晶强度
产生 2种强度
2）碳化,Ca（ OH） 2＋ CO2＋ H2O —— CaCO3
碳化强度
水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子
—— 附加强度
8
石灰的生产、消解、硬化小结
? 过火石灰存在,陈伏半个月左右
—— 常见实例：陈伏时间不够，引起房屋抹面层凸起开裂
? 消解为石灰膏 /乳的作用
—— 水层隔绝空气, 避免发生碳化
? 消解安全
—— 分层消解, 热量较快散释
9
4.1.4 石灰的技术要求
根据我国建材行业标准 JC/T479-92,建筑生石灰》与
JC/T480-92,建筑生石灰粉》,JC/T481-92,建筑消石灰粉》
的规定,按照技术指标分为优等品、一等品、合格品三个等级。
生石灰、生石灰粉及消石灰的技术指标见表 4.1,4.2,4.3。
? 建筑工程中所使用的石灰通常分为三个品种：建筑生石灰、
建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。
? 桥涵用石灰技术标准应满足建筑石灰的技术要求 。
? 路面基层用石灰技术标准应满足 JTJ034-2000,公路路面基
层施工技术规范, 要求, 技术标准见表 4.4。
10
表 4.1 生石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 90 85 80 85 80 75
C02含量 /%
≧ 5 7 9 6 8 10
未消化残渣含量
（ 5mm圆孔筛余） /%
≧
5 10 15 5 10 15
产浆量 /L·kg-1 ≦ 2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0
11
表 4.2 生石灰粉的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70
C02含量 /% ≧ 7 9 11 8 10 12
细
度
0.90mm筛筛余 /%≧ 0.2 0.5 1.5 0.2 0.5 1.5
0.125mm筛筛余 /%≧ 7.0 12.0 18.0 7.0 12.0 18.0
12
表 4.3 消石灰粉的技术标准
项 目
钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
CaO+MgO含量 /%
≦ 70 65 60 65 60 55 65 60 55
游离水 /% 0.4～２
体积安定性 合格 合格 — 合格 合格 — 合格 合格 —
细
度
0.90mm筛
筛余 /%≧ 0 0 0.5 0 0 0.5 0 0 0.5
0.125mm筛
筛余 %≧ 3 10 15 3 10 15 3 10 15
13
表 4.4 路面基层用石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰 钙质消石灰 镁质消石灰
等 级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70 65 60 55 60 55 50
未消化残渣含量
/5mm圆孔筛余 /%
≧
7 11 17 10 14 20
含水量 /% ≧ 4 4 4 4 4 4
细
度
0.71mm筛筛余
/%≧ — 1 1 — 1 1
0.125mm筛筛余
%≧ 13 20 — 13 20 —
MgO含量 /% ≤5 ＞ 5 ≤4 ＞ 4
14
工程实例
某工地要使用一种生石灰粉, 现取试样, 应如何判
该石灰的品质？
1.检测石灰中 CaO和 MgO的含量,二氧化碳的含量,细度 。
2.根据 MgO含量, 判定该石灰的类别 (属钙质 /镁质石灰 )
3.根据表 4.1判定该石灰的等级 。
15
4.1.5 石灰的应用
1.石灰乳, 涂料
2.砂浆, 石灰砂浆, 水灰水泥混合砂浆
3.石灰土和三合土
石灰＋粘土 —— 石灰土 (灰土 ),用于道路的底基层, 基层
拌和
按比例
5%～ 12%
石灰＋粘土＋砂 （ 炉渣 /石膏 ） —— 三合土,应用历史悠久
主要用于建筑物的地基, 基础, 也用于道路的基层, 垫层
16
第 4章 无机胶凝材料
4.2 石 膏
石膏 —— CaSO4为主要成分 。
分为建筑石膏和高强度石膏两种 。
石膏的存在形式
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏
高强石膏
CaSO4·H2O
CaSO4·H2O与 CaSO4混合废渣
CaSO4·H2O,硬
β -CaSO4·1/2H2O
α -CaSO4·1/2H2O
17
4.2.1 建筑石膏的水化
OHC a S OOHOHC a S O 24224 22321 ????
特点：极快,全过程约 7～ 12min。
4.2.2 建筑石膏的凝结硬化
自由水水化和蒸发, 石膏浆体可塑性减小, 浆体变稠 —— 凝结
晶体逐渐长大, 浆体产生强度, 直到干燥 —— 硬化
18
4.2.3 建筑石膏的技术性质和要求
1.技术性质
? 密度和堆积密度小，属轻质材料
? 凝结硬化快
? 凝结硬化时体积略膨胀
? 硬化后孔隙率高
? 防火性能好
? 耐水性和耐冻性差
19
2.技术要求
等级
2h强度 细度
0.2mm方孔筛筛余
/% ≧
凝结时间 /min
抗压 抗折 初凝 终凝
优等品 4.9 2.5 5.0
≦6 ≧30一等品 3.9 2.1 10.0
合格品 2.9 1.8 15.0
20
4.2.4 建筑石膏的应用
? 制备石膏砂浆和粉刷石膏
—— 石膏表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于再装饰，
常用于室内高级抹灰和粉刷。
? 石膏板及装饰件
—— 石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于施工，
广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。
常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔
石膏板、装饰石膏板、石膏角线等装饰件。
21
第 4章 无机胶凝材料
4.3 水硬性胶凝材料
水泥 —— 即能在水中凝结, 又能在空气中
凝结的胶凝材料 。
22
4.3.1 水泥分类
? 硅酸盐水泥
? 铝酸盐水泥
? 硫酸盐水泥
? 铁铝酸盐水泥
(2) 按性能和用途分类
? 通用水泥
? 专用水泥
? 特性水泥
⑴ 按化学成分
? ?
23
4.3.2 硅酸盐水泥
? 1,硅酸盐水泥的生产工艺概述
? 2,硅酸盐水泥的组成材料
? 3,硅酸盐水泥的水化和硬化
? 4,硅酸盐水泥的技术性质
? 5,硅酸盐水泥的技术标准
? 6,硅酸盐水泥石的腐蚀与防止
▲
▲
▲
24
1,硅酸盐水泥的生产工艺概述
（ 1） 生产工艺
两磨一烧 —— 生料制备, 熟料煅烧和水泥粉磨三个过程
（ 2） 生产原料
石灰石质原料 —— 石灰石、白垩等
粘土质原料 —— 粘土、页岩等
校正原料（少量 ） —— 铁粉
CaO
SiO2,Al2O3,Fe2O3
Fe2O3
25
2,硅酸盐水泥的组成材料
? （ 1） 硅酸盐水泥熟料
? （ 2） 石膏
? （ 3） 混合材料
26
（ 1）硅酸盐水泥熟料（ 简称为熟料 ）
? 1） 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸三钙
主要矿物组成
分子式 分子简式
3CaO·SiO2 C3S
C2S
C3A
C4AF
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
4CaO·Al2O3·Fe2O3
硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙
名 称
27
注 意
? 水泥中的其它成分：
? 原因：
M g OC a O 和游离
33 M g C OC a C O 和
??? 23 COC a OC a C O? 煅烧水泥中反应：
??? 23 COM g OM g C O
?危害,影响水泥 体积安定性
石灰石质原料富含
潜在危害非常严重
28
? 2）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性
矿物组成 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
C3S C2S C3A C4AF
含量 /% 37～ 60最多 15～ 37次之 7～ 15 少 10～ 18 少
水化速度 较快 慢 快 中
水化热 中 低 高 中
强度 高 早期低后期高 低 中 （抗折强度）
耐化学侵蚀 中 良 差 优
干缩性 中 小 大 小
29
实 例
快硬水泥,3d抗压强度高, 熟料中 C3A,C3S含量高 。
适用于 紧急抢修工程, 军事工程, 冬季施工工程 。
道路水泥,抗折强度高, 耐磨, 抗冲击, 抗冻和抗硫酸性好,
干缩性小 。 C4AF,C2S含量高 。
适用于 道路路面, 机场道面, 城市广场等工程 。
大坝水泥,简称中热水泥
低热矿渣水泥,加入矿渣
适用于 大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。
水化放热较低，
C2S含量高,C3A含量低
30
（ 2）石 膏
? 作用：缓凝剂
水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结, 无法施
工 。 加入适量的石膏会延缓凝结时间, 同时还有利
于提高水泥早期强度, 降低干缩变形等性能 。
? 石膏品种：主要采用天然石膏, 工业副产石膏 。
31
（ 3）混合材料
? 1） 活性混合材料
? 2） 非活性混合材料
32
1）活性混合材料
—— 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料 。
炼钢厂冶炼生铁时的副产品。
主要成分,CaO,Al2O3,SiO2。
具有较高的化学潜能，但稳定性差。
粒化高炉矿渣
山灰质混合材料
粉煤灰
火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。
主要成分：较多的 SiO2,Al2O3和少量的 CaO
具有较高的活性。
?天然的
?人工的
主要成分,Al2O3,SiO2。
本身不硬化,+石灰 +水起胶凝作用。
33
2）非活性混合材料
? 定义,在水泥中主要起填充作用, 本身不具有
（ 或具有微弱的 ） 潜在的水硬性或火山灰性 。
? 目的,调节水泥强度, 增加水泥产量, 降低水化热 。
? 常用种类,磨细的石灰石, 石英岩, 粘土, 慢冷矿渣,
高硅质炉灰等 。
34
五大品种硅酸盐水泥
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
不掺混合材
+少量混合材
（ ≤ 水泥量 5%
）
硅酸盐水泥熟料
+ 适量石膏
+多量混合材
P·Ⅰ
P·Ⅱ
+少量混合材
（水泥量 6%～ 15%）
P·O
粒化高炉矿渣
P·P
P·F
P·S
火山灰
粉煤灰
35
3.硅酸盐水泥的水化硬化
（ 1） 水 化
223 )( OHCHSCOHSC a?????
①
②
③
6323 AHCOHAC ??
水化速度快
t2 2463 AFOHC a S OAHC ???
④ 水化铁铝酸钙水化硫铝酸钙 ??? OHAFC
24
长纤维状
短纤维状
缓凝机理：
SC2 同上
针状结晶
立方板状结晶
A m t当石膏耗尽时，转化为
36
第一阶段：
大约在水泥拌水起至初凝时止, C3S
迅速反应生成 Ca(OH)2。 石膏和 C3A反应
生成钙矾石晶体 。
水泥浆呈塑性状态 。
第二阶段：
大约从初凝起至 24h止, 水泥水化加
速, 生成较多的 Ca(OH)2,钙矾石晶体,
水化硅酸钙凝胶 。
水化产物大量生成, 水泥凝结 。
第三阶段：
指 24h以后直到水化结束 。 所有水化
产物生成, 数量不断增加, 结构更加
致密, 强度不断提高 。
（ 2）水泥的硬化
37
水泥硬化研究理论
水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；
不同的矿物在不同的阶段, 水化机理也会不完全相同 。
38
4,硅酸盐水泥的技术性质
（ 1） 化学性质
① 不溶物 —— 主要指煅烧过程中存留的残渣, 不溶物的含量会
影响水泥的粘结质量 。
② 烧失量 —— 水泥煅烧不理想或者受潮后, 会导致烧失量增加
因此, 烧失量是检验水泥质量的一项指标 。
③ 氧化镁
第 4章 无机胶凝材料
22 )( OHMgOHM g O ??
水化慢、体积膨胀,
影响安定性④ 三氧化硫
⑤ 碱 —— 限制发生碱 -集料反应，按（ Na2O+0.658 K2O） 值计。
A F tAHCSO ?? 633
39
（ 2） 物理力学性质
① 细度
0.08mm方孔筛筛余量, %
—— 负压筛法 （适用于其它水泥 ）
比表面积,m2/kg,cm2/g
—— 勃氏法 （适用于硅酸盐水泥 ）a.指标
▲
40
b.试验方法
1.筛析试验前：调节负压至
4000～ 6000Pa范围内。
2.称取试样 25g,置于负压筛，
筛析 2min。
3.筛毕，称量筛余物 ms。
4.结果计算
(1)水泥试样筛余百分数,100??
m
mF s
筛余结果的修正,
C—— 修正系数,0.80～ 1.20
FCFC ??
41
② 凝结时间
a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆 失去可塑性 所需的时间,
称为凝结时间 。
初凝状态,水泥加水起至水泥浆 刚刚失去可塑性
所需的时间 —— 初凝时间 。
终凝状态：水泥加水起至水泥浆 完全失去可塑性
所需的时间 —— 终凝时间 。
c.凝结时间的测定,
b.两种状态
（ 1） 采用凝结时间测定仪 （ 维卡仪 ） ；
（ 2） 采用水泥标准稠度净浆 。
42
d.水泥标准稠度净浆
1.目的,试验结果具有可比性,
用于测定凝结时间和安定性 。
2.测定：
试验仪器：维卡仪
试验方法：标准法 /调整水量法
3.标准稠度净浆标准,
试杆距底板距离为 6mm± 1mm。
4.标准稠度用水量,
达到标准稠度净浆时的用水量 。
43
初凝时间：
试杆距底板距离为 4mm± 1mm。
终凝时间：
当试针沉入试体 0.5mm时, 即
环形附件开始不能在试体上
留下痕迹时 。
e.凝结时间测定
44
③ 安定性
a.定义,指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 。
b.安全性不良的因素：
（ 1） MgO过量；
（ 2） 石膏掺量过多；
（ 3） 水泥中游离过多 CaO。
c.试验方法,
试饼法
雷氏法 ▲ —— 发生争议以雷氏法为主
45
d.雷氏法
（ 1） 雷氏夹试件的成型：
? 标准稠度水泥净浆 。
（ 2） 测量 A
? 取下试件, 测量雷氏夹指针尖端间的距
离 A。
（ 3） 沸煮
（ 4） 测量 C
? 沸煮后, 冷却, 取出试件测量雷氏夹指
针尖端的距离 C。
（ 5） 结果判定
? 当两个试件煮后增加距离 C-A平均值 ≧
5.0mm时, 安定性合格；
? 当两个试件 C-A值相差超过 4.0mm时, 应
重做一次试验 。 再如此, 则认为该水泥
安定性不合格 。
雷氏夹
46
④ 强度
a.检验方法 （ ISO法 ）
水泥,标准砂,水 =1:3:0.5,制成 40mm× 40mm× 160mm棱柱体试件
,
标准养护 3d,28d,分别测定抗折强度, 抗压强度 。b.强度等级 fce,k
(1)以水泥 28d抗压强度确定
(2)为强度范围的下限
(3)水泥实际强度 fce=γ c· fce,k
γ c—— 水泥富裕系数, 1.0～ 1.5
c.分类：普通型, 早强型
47
5,硅酸盐水泥的技术标准
凝结时间
/min
不溶物 /%
烧失量
/%
技术
性质
细度
比表面积
m
2
· kg
- 1 初
凝
终
凝
安定
性 沸煮
法 Ⅰ型 Ⅱ型
MgO
含量
/%
SO 3
含量
/% Ⅰ型 Ⅱ型
碱含量
/%
指标 >300
≥
45
≤
390
必须
合格
≤
0.75
≤
1.50
≤
5.0
①
≤
3.5
≤
3.0
≤
3.5
≤ 0.60
②
抗 压 强 度 /MPa 抗 折 强 度 /MPa 强度
等级
3 天 28 天 3 天 28 天
42.5 17.0 42.5 3.5 6.5
4 2, 5 R 22.0 42.5 4.0 6.5
52.5 23.0 52.5 4.0 7.0
5 2, 5 R 27,0 52.5 5.0 7.0
62.5 28.0 62.5 5.0 8.0
6 2, 5 R 32.0 62.5 5.5 8.0
（ 1） 技术标准
48
（ 2） 废品水泥和不合格水泥
GB175-1999,硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥, 规定：
凡氧化镁, 三氧化硫, 初凝时间, 安定性中任一项不符合
本标准规定时, 均为 废品 。
凡细度, 终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加
量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为 不合格品 。
水泥包装标志中水泥品种, 强度等级, 生产者名称和出厂编号
不全的也属于 不合格品 。
49
6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止
（ 1） 腐蚀
1） 软水侵蚀 溶出 Ca(OH)2降低碱度
2） 硫酸盐腐蚀 OHC a S OOHCaSO
24224 2)( ????
3） 镁盐腐蚀
4） 一般的腐蚀 中和反应
5） 碳酸腐蚀
?? ??? 2222 )()( CaOHMgOHCaMg
23223
23222
)(
2)(
H C OCaOHCOC a C O
OHC a C OOHCOOHCa
???
????
6） 强碱腐蚀
23223 )(36 OHCaOAlONaN a O HAC ????
50
（ 2） 防止
1） 根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种
2） 提高水泥石的密实度
3） 敷设耐蚀保护层
当腐蚀作用较强时, 可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀
不透水的保护层 。
通常可采用耐酸石料, 耐酸陶瓷, 玻璃, 塑料或沥青等 。
51
第 4章 无机胶凝材料
4.3.3 其他通用水泥
1.技术性质
物理力学性质同硅酸盐水泥,技术指标基本相同,
但细度试验方法不同, 采用负压筛析法 。
52
2.技术标准
（ 1）普通水泥的技术标准
凝结时间
技术
性质
细度
80 μ m 方孔筛
筛余量 /%
初凝
/min
终凝
/h
安定性
( 沸煮法 )
MgO
含量 /%
SO 3
含量 /%
烧失量
/%
碱含量
/%
指标 ≤ 10.0 ≥ 45 ≤ 10
必须
合格
≤
5.0
≤
3,5
≤
5.0
≤ 0.60
抗 压 强 度 /MPa 抗 折 强 度 /MPa 强度
等级 3 天 28 天 3 天 28 天
32.5 11.0 32.5 2.5 5.5
32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5
42.5 16.0 42.5 3.5 6.5
42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5
52.5 22.0 52.5 4.0 7.0
52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0
53
2.技术标准
（ 1）矿查水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥的技术标准
54
3.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用
硅酸盐水泥
名称
Ⅰ 型 Ⅱ 型
普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥
代号 P ·Ⅰ P ·Ⅱ P · O P · S P · P P · F
主要成分
硅酸盐熟
料，不加
混合材
硅酸盐熟料，
掺加≤ 5% 石
灰石和粒化
矿渣
硅 酸 盐 熟
料, 掺 加
6% ～ 1 5 % 混
合材料
硅酸盐熟
料，掺加
20% ～ 70% 粒
化矿渣
硅酸盐熟料，
掺 20% ～ 50%
火山灰质混合
材料
硅酸盐熟
料，掺加
20% ～ 40% 粉
煤灰
密度 （ g/cm
3
） 3.00 ～ 3.15 3.00 ～ 3,15 2, 8 0 ～ 3.10 2.80 ～ 3.10 2, 8 0 ～ 3.10
堆积密度 （ kg/m
3
） 1000 ～ 1600 1000 ～ 1600 1 0 0 0 ～ 1200 900 ～ 1000 900 ～ 1000
强度等级
42.5, 42.5R
52.5, 52.5R
62.5, 62.5R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
32.5, 32.5R
42.5, 42.5R
52.5, 52.5R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
1,硬化 快 较快 慢 慢 慢
2,早期强度 高 较高 低 低 低
3,水化热 高 高 低 低 低
4,抗冻性 好 较好 差 差 差
5,耐热性 差 较差 好 较差 较差
6,干缩性 较小 较小 较大 较大 较小
7,抗渗性 较好 较好 差 较好 较好
特
性
8,耐蚀性 差 较差 好 好 好
55
4.3.4 特性水泥 和专用水泥
特性水泥：
铝酸盐水泥
快硬流铝酸盐水泥
道路硅酸盐水泥
白色和彩色水泥
抗硫酸盐硅酸盐水泥
专用水泥：
砌筑水泥
膨胀和自应力水泥
中热水泥和低热矿渣水泥
56
T H A N K S !
THIS IS END OF THIS
PART!
第 4章 无机胶凝材料
概 述
胶凝材料 （ 结合料 ）
—— 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 。
2
第 4章 无机胶凝材料
无机胶凝材料
（以无机化合物为基本成分）
有机胶凝材料
（天然的或合成的有机
高分子化合物为基本成分）
（沥青, 树脂）
按凝结硬化
条件分类
气硬性胶凝材料
—— 只在空气中硬化
（石灰、石膏）
水硬性胶凝材料
—— 空气、水中皆可硬化
（水泥）
3
4.1 石 灰
4.1.1 石灰的生产
1.原料
—— 以 CaCO3为主要成分的岩石 (石灰石, 白垩等 )
富含 CaCO3
部分 MgCO3
4
2.煅烧
块状生石灰的特点：
CaO质量几乎下降一半,但体积缩小很少,故优质生石灰
应为白色疏松结构 。
欠火石灰, 温度过低 /时间不够 /石灰石不能充分烧透,存在硬心
过火石灰,温度过高 /时间过长 /颜色深 （ 褐, 黑 ）
QCOC a OC1 1 0 0900C a C O 23 ??? ?
?
块状生石灰
100 56 44
注意 过火石灰可以使用，但应陈伏 半个月
5
4.1.2 石灰分类
2.石灰的存在形成
? 块状生石灰 —— 煅烧直接获得
? 生石灰粉 —— 块状生石灰磨细
? 消石灰粉 —— 生石灰消解
? 石灰膏 /乳 —— 生石灰 +过量水
钙质石灰（ MgO≤ 5％）
镁质石灰（ MgO>5％）
特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。
1.按 MgO含量分类
CaO
Ca(OH)2
6
4.1.3 石灰的熟化与硬化
1,石灰的熟化 （ 消化 ）
CaO + H2O —— Ca(OH)2 + Q（ 64.9KJ）
注意：
? 消解安全
? 措施：分层消解
7
2.硬化
1） 干燥结晶硬化：
水分蒸发，氢氧化钙过饱和析晶
—— 结晶强度
产生 2种强度
2）碳化,Ca（ OH） 2＋ CO2＋ H2O —— CaCO3
碳化强度
水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子
—— 附加强度
8
石灰的生产、消解、硬化小结
? 过火石灰存在,陈伏半个月左右
—— 常见实例：陈伏时间不够，引起房屋抹面层凸起开裂
? 消解为石灰膏 /乳的作用
—— 水层隔绝空气, 避免发生碳化
? 消解安全
—— 分层消解, 热量较快散释
9
4.1.4 石灰的技术要求
根据我国建材行业标准 JC/T479-92,建筑生石灰》与
JC/T480-92,建筑生石灰粉》,JC/T481-92,建筑消石灰粉》
的规定,按照技术指标分为优等品、一等品、合格品三个等级。
生石灰、生石灰粉及消石灰的技术指标见表 4.1,4.2,4.3。
? 建筑工程中所使用的石灰通常分为三个品种：建筑生石灰、
建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。
? 桥涵用石灰技术标准应满足建筑石灰的技术要求 。
? 路面基层用石灰技术标准应满足 JTJ034-2000,公路路面基
层施工技术规范, 要求, 技术标准见表 4.4。
10
表 4.1 生石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 90 85 80 85 80 75
C02含量 /%
≧ 5 7 9 6 8 10
未消化残渣含量
（ 5mm圆孔筛余） /%
≧
5 10 15 5 10 15
产浆量 /L·kg-1 ≦ 2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0
11
表 4.2 生石灰粉的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70
C02含量 /% ≧ 7 9 11 8 10 12
细
度
0.90mm筛筛余 /%≧ 0.2 0.5 1.5 0.2 0.5 1.5
0.125mm筛筛余 /%≧ 7.0 12.0 18.0 7.0 12.0 18.0
12
表 4.3 消石灰粉的技术标准
项 目
钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
CaO+MgO含量 /%
≦ 70 65 60 65 60 55 65 60 55
游离水 /% 0.4～２
体积安定性 合格 合格 — 合格 合格 — 合格 合格 —
细
度
0.90mm筛
筛余 /%≧ 0 0 0.5 0 0 0.5 0 0 0.5
0.125mm筛
筛余 %≧ 3 10 15 3 10 15 3 10 15
13
表 4.4 路面基层用石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰 钙质消石灰 镁质消石灰
等 级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70 65 60 55 60 55 50
未消化残渣含量
/5mm圆孔筛余 /%
≧
7 11 17 10 14 20
含水量 /% ≧ 4 4 4 4 4 4
细
度
0.71mm筛筛余
/%≧ — 1 1 — 1 1
0.125mm筛筛余
%≧ 13 20 — 13 20 —
MgO含量 /% ≤5 ＞ 5 ≤4 ＞ 4
14
工程实例
某工地要使用一种生石灰粉, 现取试样, 应如何判
该石灰的品质？
1.检测石灰中 CaO和 MgO的含量,二氧化碳的含量,细度 。
2.根据 MgO含量, 判定该石灰的类别 (属钙质 /镁质石灰 )
3.根据表 4.1判定该石灰的等级 。
15
4.1.5 石灰的应用
1.石灰乳, 涂料
2.砂浆, 石灰砂浆, 水灰水泥混合砂浆
3.石灰土和三合土
石灰＋粘土 —— 石灰土 (灰土 ),用于道路的底基层, 基层
拌和
按比例
5%～ 12%
石灰＋粘土＋砂 （ 炉渣 /石膏 ） —— 三合土,应用历史悠久
主要用于建筑物的地基, 基础, 也用于道路的基层, 垫层
16
第 4章 无机胶凝材料
4.2 石 膏
石膏 —— CaSO4为主要成分 。
分为建筑石膏和高强度石膏两种 。
石膏的存在形式
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏
高强石膏
CaSO4·H2O
CaSO4·H2O与 CaSO4混合废渣
CaSO4·H2O,硬
β -CaSO4·1/2H2O
α -CaSO4·1/2H2O
17
4.2.1 建筑石膏的水化
OHC a S OOHOHC a S O 24224 22321 ????
特点：极快,全过程约 7～ 12min。
4.2.2 建筑石膏的凝结硬化
自由水水化和蒸发, 石膏浆体可塑性减小, 浆体变稠 —— 凝结
晶体逐渐长大, 浆体产生强度, 直到干燥 —— 硬化
18
4.2.3 建筑石膏的技术性质和要求
1.技术性质
? 密度和堆积密度小，属轻质材料
? 凝结硬化快
? 凝结硬化时体积略膨胀
? 硬化后孔隙率高
? 防火性能好
? 耐水性和耐冻性差
19
2.技术要求
等级
2h强度 细度
0.2mm方孔筛筛余
/% ≧
凝结时间 /min
抗压 抗折 初凝 终凝
优等品 4.9 2.5 5.0
≦6 ≧30一等品 3.9 2.1 10.0
合格品 2.9 1.8 15.0
20
4.2.4 建筑石膏的应用
? 制备石膏砂浆和粉刷石膏
—— 石膏表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于再装饰，
常用于室内高级抹灰和粉刷。
? 石膏板及装饰件
—— 石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于施工，
广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。
常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔
石膏板、装饰石膏板、石膏角线等装饰件。
21
第 4章 无机胶凝材料
4.3 水硬性胶凝材料
水泥 —— 即能在水中凝结, 又能在空气中
凝结的胶凝材料 。
22
4.3.1 水泥分类
? 硅酸盐水泥
? 铝酸盐水泥
? 硫酸盐水泥
? 铁铝酸盐水泥
(2) 按性能和用途分类
? 通用水泥
? 专用水泥
? 特性水泥
⑴ 按化学成分
? ?
23
4.3.2 硅酸盐水泥
? 1,硅酸盐水泥的生产工艺概述
? 2,硅酸盐水泥的组成材料
? 3,硅酸盐水泥的水化和硬化
? 4,硅酸盐水泥的技术性质
? 5,硅酸盐水泥的技术标准
? 6,硅酸盐水泥石的腐蚀与防止
▲
▲
▲
24
1,硅酸盐水泥的生产工艺概述
（ 1） 生产工艺
两磨一烧 —— 生料制备, 熟料煅烧和水泥粉磨三个过程
（ 2） 生产原料
石灰石质原料 —— 石灰石、白垩等
粘土质原料 —— 粘土、页岩等
校正原料（少量 ） —— 铁粉
CaO
SiO2,Al2O3,Fe2O3
Fe2O3
25
2,硅酸盐水泥的组成材料
? （ 1） 硅酸盐水泥熟料
? （ 2） 石膏
? （ 3） 混合材料
26
（ 1）硅酸盐水泥熟料（ 简称为熟料 ）
? 1） 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸三钙
主要矿物组成
分子式 分子简式
3CaO·SiO2 C3S
C2S
C3A
C4AF
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
4CaO·Al2O3·Fe2O3
硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙
名 称
27
注 意
? 水泥中的其它成分：
? 原因：
M g OC a O 和游离
33 M g C OC a C O 和
??? 23 COC a OC a C O? 煅烧水泥中反应：
??? 23 COM g OM g C O
?危害,影响水泥 体积安定性
石灰石质原料富含
潜在危害非常严重
28
? 2）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性
矿物组成 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
C3S C2S C3A C4AF
含量 /% 37～ 60最多 15～ 37次之 7～ 15 少 10～ 18 少
水化速度 较快 慢 快 中
水化热 中 低 高 中
强度 高 早期低后期高 低 中 （抗折强度）
耐化学侵蚀 中 良 差 优
干缩性 中 小 大 小
29
实 例
快硬水泥,3d抗压强度高, 熟料中 C3A,C3S含量高 。
适用于 紧急抢修工程, 军事工程, 冬季施工工程 。
道路水泥,抗折强度高, 耐磨, 抗冲击, 抗冻和抗硫酸性好,
干缩性小 。 C4AF,C2S含量高 。
适用于 道路路面, 机场道面, 城市广场等工程 。
大坝水泥,简称中热水泥
低热矿渣水泥,加入矿渣
适用于 大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。
水化放热较低，
C2S含量高,C3A含量低
30
（ 2）石 膏
? 作用：缓凝剂
水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结, 无法施
工 。 加入适量的石膏会延缓凝结时间, 同时还有利
于提高水泥早期强度, 降低干缩变形等性能 。
? 石膏品种：主要采用天然石膏, 工业副产石膏 。
31
（ 3）混合材料
? 1） 活性混合材料
? 2） 非活性混合材料
32
1）活性混合材料
—— 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料 。
炼钢厂冶炼生铁时的副产品。
主要成分,CaO,Al2O3,SiO2。
具有较高的化学潜能，但稳定性差。
粒化高炉矿渣
山灰质混合材料
粉煤灰
火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。
主要成分：较多的 SiO2,Al2O3和少量的 CaO
具有较高的活性。
?天然的
?人工的
主要成分,Al2O3,SiO2。
本身不硬化,+石灰 +水起胶凝作用。
33
2）非活性混合材料
? 定义,在水泥中主要起填充作用, 本身不具有
（ 或具有微弱的 ） 潜在的水硬性或火山灰性 。
? 目的,调节水泥强度, 增加水泥产量, 降低水化热 。
? 常用种类,磨细的石灰石, 石英岩, 粘土, 慢冷矿渣,
高硅质炉灰等 。
34
五大品种硅酸盐水泥
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
不掺混合材
+少量混合材
（ ≤ 水泥量 5%
）
硅酸盐水泥熟料
+ 适量石膏
+多量混合材
P·Ⅰ
P·Ⅱ
+少量混合材
（水泥量 6%～ 15%）
P·O
粒化高炉矿渣
P·P
P·F
P·S
火山灰
粉煤灰
35
3.硅酸盐水泥的水化硬化
（ 1） 水 化
223 )( OHCHSCOHSC a?????
①
②
③
6323 AHCOHAC ??
水化速度快
t2 2463 AFOHC a S OAHC ???
④ 水化铁铝酸钙水化硫铝酸钙 ??? OHAFC
24
长纤维状
短纤维状
缓凝机理：
SC2 同上
针状结晶
立方板状结晶
A m t当石膏耗尽时，转化为
36
第一阶段：
大约在水泥拌水起至初凝时止, C3S
迅速反应生成 Ca(OH)2。 石膏和 C3A反应
生成钙矾石晶体 。
水泥浆呈塑性状态 。
第二阶段：
大约从初凝起至 24h止, 水泥水化加
速, 生成较多的 Ca(OH)2,钙矾石晶体,
水化硅酸钙凝胶 。
水化产物大量生成, 水泥凝结 。
第三阶段：
指 24h以后直到水化结束 。 所有水化
产物生成, 数量不断增加, 结构更加
致密, 强度不断提高 。
（ 2）水泥的硬化
37
水泥硬化研究理论
水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；
不同的矿物在不同的阶段, 水化机理也会不完全相同 。
38
4,硅酸盐水泥的技术性质
（ 1） 化学性质
① 不溶物 —— 主要指煅烧过程中存留的残渣, 不溶物的含量会
影响水泥的粘结质量 。
② 烧失量 —— 水泥煅烧不理想或者受潮后, 会导致烧失量增加
因此, 烧失量是检验水泥质量的一项指标 。
③ 氧化镁
第 4章 无机胶凝材料
22 )( OHMgOHM g O ??
水化慢、体积膨胀,
影响安定性④ 三氧化硫
⑤ 碱 —— 限制发生碱 -集料反应，按（ Na2O+0.658 K2O） 值计。
A F tAHCSO ?? 633
39
（ 2） 物理力学性质
① 细度
0.08mm方孔筛筛余量, %
—— 负压筛法 （适用于其它水泥 ）
比表面积,m2/kg,cm2/g
—— 勃氏法 （适用于硅酸盐水泥 ）a.指标
▲
40
b.试验方法
1.筛析试验前：调节负压至
4000～ 6000Pa范围内。
2.称取试样 25g,置于负压筛，
筛析 2min。
3.筛毕，称量筛余物 ms。
4.结果计算
(1)水泥试样筛余百分数,100??
m
mF s
筛余结果的修正,
C—— 修正系数,0.80～ 1.20
FCFC ??
41
② 凝结时间
a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆 失去可塑性 所需的时间,
称为凝结时间 。
初凝状态,水泥加水起至水泥浆 刚刚失去可塑性
所需的时间 —— 初凝时间 。
终凝状态：水泥加水起至水泥浆 完全失去可塑性
所需的时间 —— 终凝时间 。
c.凝结时间的测定,
b.两种状态
（ 1） 采用凝结时间测定仪 （ 维卡仪 ） ；
（ 2） 采用水泥标准稠度净浆 。
42
d.水泥标准稠度净浆
1.目的,试验结果具有可比性,
用于测定凝结时间和安定性 。
2.测定：
试验仪器：维卡仪
试验方法：标准法 /调整水量法
3.标准稠度净浆标准,
试杆距底板距离为 6mm± 1mm。
4.标准稠度用水量,
达到标准稠度净浆时的用水量 。
43
初凝时间：
试杆距底板距离为 4mm± 1mm。
终凝时间：
当试针沉入试体 0.5mm时, 即
环形附件开始不能在试体上
留下痕迹时 。
e.凝结时间测定
44
③ 安定性
a.定义,指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 。
b.安全性不良的因素：
（ 1） MgO过量；
（ 2） 石膏掺量过多；
（ 3） 水泥中游离过多 CaO。
c.试验方法,
试饼法
雷氏法 ▲ —— 发生争议以雷氏法为主
45
d.雷氏法
（ 1） 雷氏夹试件的成型：
? 标准稠度水泥净浆 。
（ 2） 测量 A
? 取下试件, 测量雷氏夹指针尖端间的距
离 A。
（ 3） 沸煮
（ 4） 测量 C
? 沸煮后, 冷却, 取出试件测量雷氏夹指
针尖端的距离 C。
（ 5） 结果判定
? 当两个试件煮后增加距离 C-A平均值 ≧
5.0mm时, 安定性合格；
? 当两个试件 C-A值相差超过 4.0mm时, 应
重做一次试验 。 再如此, 则认为该水泥
安定性不合格 。
雷氏夹
46
④ 强度
a.检验方法 （ ISO法 ）
水泥,标准砂,水 =1:3:0.5,制成 40mm× 40mm× 160mm棱柱体试件
,
标准养护 3d,28d,分别测定抗折强度, 抗压强度 。b.强度等级 fce,k
(1)以水泥 28d抗压强度确定
(2)为强度范围的下限
(3)水泥实际强度 fce=γ c· fce,k
γ c—— 水泥富裕系数, 1.0～ 1.5
c.分类：普通型, 早强型
47
5,硅酸盐水泥的技术标准
凝结时间
/min
不溶物 /%
烧失量
/%
技术
性质
细度
比表面积
m
2
· kg
- 1 初
凝
终
凝
安定
性 沸煮
法 Ⅰ型 Ⅱ型
MgO
含量
/%
SO 3
含量
/% Ⅰ型 Ⅱ型
碱含量
/%
指标 >300
≥
45
≤
390
必须
合格
≤
0.75
≤
1.50
≤
5.0
①
≤
3.5
≤
3.0
≤
3.5
≤ 0.60
②
抗 压 强 度 /MPa 抗 折 强 度 /MPa 强度
等级
3 天 28 天 3 天 28 天
42.5 17.0 42.5 3.5 6.5
4 2, 5 R 22.0 42.5 4.0 6.5
52.5 23.0 52.5 4.0 7.0
5 2, 5 R 27,0 52.5 5.0 7.0
62.5 28.0 62.5 5.0 8.0
6 2, 5 R 32.0 62.5 5.5 8.0
（ 1） 技术标准
48
（ 2） 废品水泥和不合格水泥
GB175-1999,硅酸盐水泥, 普通硅酸盐水泥, 规定：
凡氧化镁, 三氧化硫, 初凝时间, 安定性中任一项不符合
本标准规定时, 均为 废品 。
凡细度, 终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加
量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为 不合格品 。
水泥包装标志中水泥品种, 强度等级, 生产者名称和出厂编号
不全的也属于 不合格品 。
49
6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止
（ 1） 腐蚀
1） 软水侵蚀 溶出 Ca(OH)2降低碱度
2） 硫酸盐腐蚀 OHC a S OOHCaSO
24224 2)( ????
3） 镁盐腐蚀
4） 一般的腐蚀 中和反应
5） 碳酸腐蚀
?? ??? 2222 )()( CaOHMgOHCaMg
23223
23222
)(
2)(
H C OCaOHCOC a C O
OHC a C OOHCOOHCa
???
????
6） 强碱腐蚀
23223 )(36 OHCaOAlONaN a O HAC ????
50
（ 2） 防止
1） 根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种
2） 提高水泥石的密实度
3） 敷设耐蚀保护层
当腐蚀作用较强时, 可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀
不透水的保护层 。
通常可采用耐酸石料, 耐酸陶瓷, 玻璃, 塑料或沥青等 。
51
第 4章 无机胶凝材料
4.3.3 其他通用水泥
1.技术性质
物理力学性质同硅酸盐水泥,技术指标基本相同,
但细度试验方法不同, 采用负压筛析法 。
52
2.技术标准
（ 1）普通水泥的技术标准
凝结时间
技术
性质
细度
80 μ m 方孔筛
筛余量 /%
初凝
/min
终凝
/h
安定性
( 沸煮法 )
MgO
含量 /%
SO 3
含量 /%
烧失量
/%
碱含量
/%
指标 ≤ 10.0 ≥ 45 ≤ 10
必须
合格
≤
5.0
≤
3,5
≤
5.0
≤ 0.60
抗 压 强 度 /MPa 抗 折 强 度 /MPa 强度
等级 3 天 28 天 3 天 28 天
32.5 11.0 32.5 2.5 5.5
32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5
42.5 16.0 42.5 3.5 6.5
42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5
52.5 22.0 52.5 4.0 7.0
52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0
53
2.技术标准
（ 1）矿查水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥的技术标准
54
3.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用
硅酸盐水泥
名称
Ⅰ 型 Ⅱ 型
普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥
代号 P ·Ⅰ P ·Ⅱ P · O P · S P · P P · F
主要成分
硅酸盐熟
料，不加
混合材
硅酸盐熟料，
掺加≤ 5% 石
灰石和粒化
矿渣
硅 酸 盐 熟
料, 掺 加
6% ～ 1 5 % 混
合材料
硅酸盐熟
料，掺加
20% ～ 70% 粒
化矿渣
硅酸盐熟料，
掺 20% ～ 50%
火山灰质混合
材料
硅酸盐熟
料，掺加
20% ～ 40% 粉
煤灰
密度 （ g/cm
3
） 3.00 ～ 3.15 3.00 ～ 3,15 2, 8 0 ～ 3.10 2.80 ～ 3.10 2, 8 0 ～ 3.10
堆积密度 （ kg/m
3
） 1000 ～ 1600 1000 ～ 1600 1 0 0 0 ～ 1200 900 ～ 1000 900 ～ 1000
强度等级
42.5, 42.5R
52.5, 52.5R
62.5, 62.5R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
32.5, 32.5R
42.5, 42.5R
52.5, 52.5R
32.5, 3 2, 5 R
42.5, 4 2, 5 R
52.5, 5 2, 5 R
1,硬化 快 较快 慢 慢 慢
2,早期强度 高 较高 低 低 低
3,水化热 高 高 低 低 低
4,抗冻性 好 较好 差 差 差
5,耐热性 差 较差 好 较差 较差
6,干缩性 较小 较小 较大 较大 较小
7,抗渗性 较好 较好 差 较好 较好
特
性
8,耐蚀性 差 较差 好 好 好
55
4.3.4 特性水泥 和专用水泥
特性水泥：
铝酸盐水泥
快硬流铝酸盐水泥
道路硅酸盐水泥
白色和彩色水泥
抗硫酸盐硅酸盐水泥
专用水泥：
砌筑水泥
膨胀和自应力水泥
中热水泥和低热矿渣水泥
56
T H A N K S !
THIS IS END OF THIS
PART!
