胶凝材料学

袁润章（1934-2006），男，材料学家，武汉理工大学教授。1934年1月16日出生于安化县，1951年进入湖南大学学习，1952年入党，1953年8月参加工作，先后担任武汉城市建设学院、湖北建筑工业学院、武汉建筑材料工业学院、武汉工业大学、武汉理工大学讲师、副教授、教授，材料科学与工程系主任、武汉工业大学校长，材料复合新技术国家重点实验室主任、国务院学位委员会学科评议组成员、国家教委科技委材料学科组成员、世界陶瓷学会自蔓延高温合成（SHS）专业委员会委员、自蔓延高温合成（SHS）国际学术委员会委员、梯度功能材料（FGM）国际学术委员会委员、欧洲材料协会117技术委员会委员等学术职务。2006年12月20日因病在武汉逝世，享年73岁。

绪论

第一章 石膏

第一节 石膏胶凝材料的原料

第二节 石膏的相组成及其形成条件与机理

第三节 石膏脱水相的水化过程与机理

第四节 石膏浆体的硬化及其强度发展过程

第五节 石膏硬化浆体的结构与性质

第六节 建筑石膏及高强石膏的生产和质量标准

第七节 石膏材料的应用

第二章 石灰

第一节 概述

第二节 石灰的原料

第三节 石灰石的煅烧及石灰的结构特性

第四节 石灰的水化反应

第五节 石灰在水作用下的分散与浆体的结构形成过程

第六节 石灰浆体的硬化

第七节 石灰的应用

第三章 镁质胶凝材料

第一节 镁质胶凝材料的原料及煅烧

第二节 氧化镁一水体系

第三节 氧化镁一氯化镁一水体系

第四节 氧化镁一氧化硅一水体系

第五节 镁质胶凝材料的应用

第四章 硅酸盐水泥

第一节 硅酸盐水泥的生产过程与方法

第二节 硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程

第三节 硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系

第四节 硅酸盐水泥的水化反应及机理

第五节 水泥浆结构的形成过程与特性

第六节 水泥石的结构

第七节 水泥石的工程性质

第五章 高炉矿渣和矿渣水泥

第一节 高炉矿渣

第二节 矿渣硅酸盐水泥

第三节 无熟料及低熟料矿渣水泥

第六章 火山灰质混合材料与火山灰水泥

第一节 火山灰质混合材料

第二节 火山灰质混合材料活性的评定

第三节 火山灰质硅酸盐水泥

第四节 石灰火山灰质水泥

第五节 粉煤灰硅酸盐水泥

第六节 沸腾炉渣水泥

第七章 铝酸盐水泥

第一节 高铝水泥

第二节 快硬高强铝酸盐水泥

第三节 低钙铝酸盐耐火水泥

第四节 硫铝酸盐型快硬水泥

第五节 氟铝酸钙型水泥

第八章 其他品种水泥

附录

一、常用相对原子质量于相对分析质量表

二、常用单位及其换算

参考文献 2100433B

《胶凝材料学(第2版)》经高等学校无机非金属材料类专业教学指导委员会审定为无机非金属材料、建筑工程材料与制品专业本科教学用书。《胶凝材料学(第2版)》以硅酸盐水泥为主，按材料品种阐述各类胶凝材料的组成、结构与性能的关系，介绍了胶凝材料的水化硬化机理以及改善硬化体结构与性能的途径。对石膏、石灰、镁质胶凝材料的生产和应用技术，以及混合材料的组成、特性等也做了详细介绍。

《胶凝材料学(第2版)》除作为高等学校教材外，还可供从事建筑工程与建筑材料工业的有关科研、设计与工程技术人员参考。

根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。

无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。

1、水硬性胶凝材料

和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。

2、气硬性胶凝材料

非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。

胶凝材料水玻璃

无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末。能风化。在100℃时失去6分子结晶水。易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。熔点40～ 48℃。低毒，半数致死量(大鼠，经口)1280mg/kg(无结晶水)。

用途：

水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、实验室坩埚等耐高温材料、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等。

胶凝材料石灰

石灰一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经900～1100℃煅烧而成。石灰是人类最早应用的胶凝材料。石灰在土木工程中应用范围很广，在我国还可用在医药用途。为此，古代流传下以石灰为题材的诗词，千古吟颂。

石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30 m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显着提高砂浆的和易性。

石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有0.2～0.5 MPa。在处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。

石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显着收缩，易出现干缩裂缝。所以，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，并能节约石灰。

石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。

胶凝材料石膏

石膏胶凝材料是一种以硫酸钙（CaSO4）为主要成分的气硬性无机胶凝材料。其品种主要有建筑石膏、高强石膏、粉刷石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。其中，以半水石膏（CaSO4·1/2H2O）为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是建筑石膏。

建筑石膏是以β型半水石膏β-CaSO4·1/2H2O）为主要成分，不添加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称型石膏，也是制作装饰制品的主要原料。由于建筑石膏颗粒较细，比表面积较大，故拌合时需水量较大，因而强度较低。

建筑石膏的技术性质

1.凝结硬化快。石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期左右完全硬化。为满足施工要求，需要加入缓凝剂，如硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。

2.硬化时体积微膨胀。石膏浆体凝结硬化时不像石灰、水泥那样出现收缩，反而略有膨胀（膨胀率约为1%），使石膏硬化体表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。

3.硬化后孔隙率高。石膏浆体硬化后内部孔隙率可达50～60%，因而石膏制品具有表观密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性强、吸湿性大、可调节室内温度和湿度的特点。

4.防火性能好。石膏制品在遇火灾时，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层，可有效减少火焰对内部结构的危害。建筑石膏制品在防火的同时自身也会遭到损坏，而且石膏制品也不宜长期用于靠近65℃以上高温的部位，以免二水石膏在此温度下失去结晶水，从而失去强度。

5.耐水性和抗冻性差。建筑石膏硬化体的吸湿性强，吸收的水分会减弱石膏晶粒间的结合力，使强度显著降低；若长期浸水，还会因二水石膏晶体逐渐溶解而导致破坏石膏制品吸水饱和后受冻，会因孔隙中水分结晶膨胀而破坏。所以，石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。为提高其耐水性，可加入适量的水泥、矿渣等水硬性材料，也可加入有机防水剂等，可改善石膏制品的孔隙状态或使孔壁具有憎水性。

气硬性胶凝材料是非水硬性胶凝材料的一种。

非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。

气硬性胶凝材料只能在空气中硬化并保持或维持提高其强度的胶凝材料。