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第三章 氣硬性膠凝材料,教學目標與要求： 掌握膠凝材料（cementing material）的定義和分類； 掌握石膏的生產(chǎn)、硬化、技術性質(zhì)與應用； 掌握石灰的生產(chǎn)、石灰的硬化與熟化、技術性質(zhì)與應用； 了解水玻璃的應用； 重點：掌握石膏和石灰的技術性質(zhì)及應用；,基本概念,1、什么叫膠凝材料？ 膠凝材料是指在建筑工程中，能將散粒材料（如砂子、石子）或塊狀材料（如磚、石塊）粘合為一個整體的材料。 2、分類： 膠凝材料一般分為有機膠凝材料和無機膠凝材料。,有機膠凝材料,無機膠凝材料,區(qū)別： （1）氣硬性膠凝材料：只能在空氣中（干燥條件下）硬化并保持和發(fā)展其強度的膠凝材料，如石灰、石膏、水玻璃和菱苦水； （2）水硬性膠凝材料：既能在空氣中（干燥條件下）硬化，又能在水中繼續(xù)硬化并保持和發(fā)展其強度的膠凝材料，如水泥；,3.1 建筑石膏,石膏膠凝材料是一種理想的高效節(jié)能材料重點發(fā)展的新型材料； 具有質(zhì)輕、強度較高、絕熱、防火、質(zhì)地細膩美觀優(yōu)良的裝飾材料； 我國已經(jīng)探明的天然石膏礦儲量為52億噸，化學石膏儲量約100萬噸以上； 易于加工、成品多樣各類石膏線； 在美國，目前80%的住宅使用石膏板作為內(nèi)墻和吊頂； 石膏的品種很多，主要有建筑石膏、高強石膏、無水石膏水泥、高溫煅燒石膏。,3.1.1 建筑石膏生產(chǎn)簡介,（1）主要原料： 天然石膏,（2）主要成分：,建筑石膏是指由二水石膏（CaSO4.2H2O) 經(jīng)過加工而成的半水石膏（ CaSO4. H2O）故又稱熟石膏。,破碎、加熱和磨細,（3）化學反應式：,天然二水石膏在加熱過程中，隨著加熱溫度和加熱方式的不同，可以得到不同性質(zhì)的石膏產(chǎn)品。,二水石膏,1071700,煅燒,（建筑石膏）,1250C，0.13MPa,（高強石膏）,3.1.2 建筑石膏的性質(zhì)和技術要求,（1）性質(zhì)： 顏色為白色； 密度：2.62.75g/cm3; 孔隙率大：50%60%； （2）等級標準： 具體參見 P21表3.1 建筑石膏的技術指標； （3）石膏產(chǎn)品的標記：,3.1.4建筑石膏的特性,1）凝結(jié)硬化快： 在常溫下一般幾分鐘（6分鐘）即可初凝，30分鐘內(nèi)終凝； 2）微膨脹性： 石膏硬化過程中體積略有膨脹，因此，澆注成型時可以得到尺寸精確、表面光滑致密的構(gòu)件，或裝飾圖案； 3）孔隙率大： 輕質(zhì)、隔熱、吸聲性好；但是強度低、吸水率大；,3.1.4建筑石膏的特性,4）耐水性、抗凍性差： 軟化系數(shù)為0.20.3，不宜用于室外 5）抗火性好： 建筑石膏硬化后的主要成分為CaSO4.2H2O，遇火時，其中的結(jié)晶水脫出能吸收熱量，而且生成的無水石膏是良好的熱絕緣體。 6）塑性變形大： 石膏制品有明顯的塑性變形性能，因此，一般不能用于承重構(gòu)件；,2 建筑石膏及其制品為什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外使用？,解： 建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)： （1） 石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結(jié)硬化時產(chǎn)生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準確、細致，裝飾性好； （2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。,（3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。 （4） 建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)的小氣候。 (5)在室外使用建筑石膏制品時，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗?jié)B性差、抗凍性差, 所以不適用于室外使用.,分析討論：其原因有兩個方面，可有針對性地解決。 建筑石膏拌水后一般于數(shù)分鐘至半小時左右凝結(jié)，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差?？蓳饺刖從齽?，延長凝結(jié)時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。 在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼?；蛘咴谡辰Y(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強的粘結(jié)劑,石膏用途1：室內(nèi)抹灰及粉刷 特別適用于砼頂板、加氣砼墻面各種保溫材料的表面抹灰。 與普通水泥砂漿比較,粉刷石膏的特點: 1，是黏結(jié)力強,不易脫落,克服了傳統(tǒng)的水泥砂漿經(jīng)常出現(xiàn)的空鼓、開裂現(xiàn)象; 2，是具有呼吸功能,可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度。 3，是無毒無味,其配料注重健康環(huán)保; 4，是凝結(jié)度快,體質(zhì)輕,減少了樓層重量; 5，是為新型的綠色生態(tài)建材,防火性能良好; 6，是施工工序簡便,落地灰少,操作快捷。,3.1.5 建筑石膏的應用,用途2：裝飾制品如石膏像等；,用途3：建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等.如上圖的石膏板造型天花 主要有紙面石膏板、石膏空心條板、石膏裝飾板、纖維石膏板等；,3.2 石 灰,石灰廣泛應用于建筑工程中； 優(yōu)點： （1）原材料豐富，分布廣； （2）生產(chǎn)工藝簡單，成本低. 1 生產(chǎn)簡介： 主要原料是天然巖石（以碳酸鈣為主要原料）。常用的有石灰石，白云石等； CaCO3 C aO+H2O,第一種情況:生石灰燒制過程中，往往由于石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰”。 第二種情況是由于燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當石灰已經(jīng)硬化后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。,生產(chǎn)過程中形成的二種不利情況,2 石灰的種類,（1）石灰按加工方法分以下四種： 塊狀的生石灰： 即由天然巖石原料煅燒而得到的產(chǎn)品,主要成分是CaO； 磨細生石灰： 把塊狀生水灰磨細而得到的粉末材料，主要成分為Cao 消石灰粉： 將生石灰加適量的水熟化而得到的粉末；Ca(OH)2; 消石灰漿： 加多量的水（34倍的水）而得的漿體,主要成分為Ca(OH)2+水,（2） 石灰按氧化鎂（MgO)含量分類：,鈣質(zhì)生石灰： 氧化鎂（MgO)含量5%;,3 石灰的熟化,生石灰（CaO)加水生成Ca(OH)2過程，稱為石灰的熟化或消解過程。,熱量,體積膨脹,開裂或裂縫等,思考題 工地上使用石灰時，為什么要先進行熟化處理？ 答：在建筑或抹面工程中，石灰必須先充分進行熟化后才能夠使用，若有未熟化的顆粒，使用后未熟化的顆粒將繼續(xù)熟化，放出大量的熱量，產(chǎn)生體積膨脹，使得表面凸起，開裂，或局部脫落而影響施工的質(zhì)量。故工地上使用石灰時先進行熟化處理。,例3 某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。,解： 引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。 墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,陳伏： 為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。,4 石灰的硬化,石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的： （）結(jié)晶作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。 （）碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)：,5 建筑工程用石灰,（1） 建筑生石灰 （2） 建筑生石灰粉 （3） 建筑消石灰粉 具體技術指標參見： JC/T479-1992 建筑生石灰（P26 表3-2） JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P26 表3-3） JC/T481-1992 建筑消石灰粉(P26 表3-4）,6 石灰的特性,良好的保水性； 凝結(jié)硬化慢，強度低； （對比：建筑石膏硬化快） 耐水性差； （對比：與建筑石膏相同） 體積收縮率大； （對比：建筑石膏是微膨脹性）,7. 石灰的應用 （1）石灰乳和石灰砂漿 A）石灰乳：將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水攪拌稀釋，成為石灰乳，是一種廉價的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。我國農(nóng)村也用于外墻。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調(diào)入少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調(diào)入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。 B）石灰砂漿：是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。,（2）石灰土（灰土）和三合土 如建筑物或道路基礎中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等 石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合使用，制成石灰土或石灰與工業(yè)廢料的混合料，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中使石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，適于在潮濕環(huán)境中使用。,（3）灰砂磚和硅酸鹽制品 石灰與天然砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水攪拌, 經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強度。 如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。,8 石灰的保存,（1）防潮；（與空氣中的CO2發(fā)生反應） （2）防火。（硬化時產(chǎn)生大量的熱量）,例4 既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位？ 解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。 再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位。,四 菱苦土-鎂質(zhì)膠凝材料,1 主要成分：MgO 白色或黃色粉末； 2 生產(chǎn)： 3 硬化： 4 思考題：為什么菱苦土在使用的時候，不單獨用水拌和？ （1） Mg(OH)2結(jié)構(gòu)疏松，膠凝性差； （2）一般采用氯化鎂（MgCl2.6H2O)液體來拌和， 拌和后凝結(jié)速度快，硬化強度高。,4 思考題：為什么菱苦土在使用的時候，不單獨用水拌和？,試驗證明，用水調(diào)拌菱苦土時將生成Mg(OH)2 ，漿體凝結(jié)很慢，硬化后強度很低。若以氯化鎂水溶液來調(diào)制gO時，可以加速其水化反應，并且能形成新的水化產(chǎn)物。這種新的水化產(chǎn)物硬化后的強度較高（4060Pa）。水化反應如下：,水化產(chǎn)物是針狀結(jié)晶，彼此機械咬合，并相互連生、長大，形成致密的結(jié)構(gòu)，使?jié){體凝結(jié)硬化。,5 菱苦土的應用,地板：保溫性，無噪聲，耐磨，是民用建筑和紡織車間的地板材料； 內(nèi)墻、天花板和隔墻； 一般用于機械設備的 包裝構(gòu)件，可節(jié)約大量的木材； 耐水性差，不宜使用于易受潮的部位；,五 水 玻 璃,1 定義： 水玻璃是堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的能夠溶解于水的一種硅酸鹽材料 最常用的堿金屬氧化物：Na2O, K2O 最常用的水玻璃：硅酸鈉 ： Na2O.nSiO2 硅酸鉀 : K2O.nSiO2等 其中n稱為水玻璃的模數(shù)，n=1.53.5,2 水玻璃的應用,（）用作涂料;涂刷材料表面直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實度、強度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。 這是因為水玻璃與材料中的a（OH）2反應生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。 （2）配制防水劑： 以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各份，溶于60份的沸水中，降溫至，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結(jié), 適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。,（3）加固土壤 將模數(shù)為.的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學反應，可析出吸水膨脹的硅酸膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙，阻止水分滲透并使土壤固結(jié)。用這種方法加固的砂土，抗壓強度可達。 ( 4 ) 配制水玻璃砂漿。 將