第3章無(wú)機(jī)氣硬性膠凝材料_建筑材料ll

1、氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 本章重點(diǎn) v膠凝材料的定義、分類。 v建筑石灰的熟化和硬化過(guò)程；石灰的性 質(zhì)與應(yīng)用。 v石膏的石膏的凝結(jié)、硬化、技術(shù)要求； 石膏的性質(zhì)與應(yīng)用。 v了解水玻璃的性能及應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 膠凝材料是指能將其他材料膠結(jié)成整體，并具有一定強(qiáng)度 的材料。膠凝材料通常分為有機(jī)膠凝材料和無(wú)機(jī)膠凝材 料兩大類。 1.有機(jī)膠凝材料:是指以天然或人工合成高分子化合物為 基本組成的一類膠凝材料。如：瀝青、樹(shù)脂等。 2.無(wú)機(jī)膠凝材料:是指以無(wú)機(jī)氧化物或礦物為主要組成的 一類膠凝材料。最常用的有石灰、石膏、水玻璃、菱苦 土和各種水泥。 根據(jù)凝結(jié)硬化條件

2、和使用特性，無(wú)機(jī)膠凝材料通常又分為 氣硬性和水硬性兩類。 氣硬性膠凝材料只能在空氣中凝結(jié)硬化并保持和發(fā)展強(qiáng)度 的材料。 水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中凝 結(jié)硬化并保持和發(fā)展強(qiáng)度的材料。 第二節(jié)第二節(jié) 石石 灰灰 一、石灰的原材料一、石灰的原材料 石灰最主要的原材料是含碳酸鈣（CaCO3）的石灰石、白 云石和白堊。一般要求原材料中粘土雜質(zhì)含量小于8%。 石灰石石灰石白云石白云石 白堊礦白堊礦chalk ore 泥質(zhì)石灰石泥質(zhì)石灰石 二、石灰的生產(chǎn)二、石灰的生產(chǎn) 1.正火石灰：呈白色或灰色的塊狀物質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，能在幾 秒鐘內(nèi)與水反應(yīng)完畢，體積膨脹兩倍左右。 2.欠火石灰：呈青灰色，

3、無(wú)膠結(jié)能力，降低產(chǎn)漿量。 3.過(guò)火石灰：呈黃褐色，結(jié)構(gòu)緊密，晶粒粗大，與水反應(yīng) 熟化的速度較慢，往往要在石灰固化后才開(kāi)始水化熟化， 從而產(chǎn)生局部體積膨脹，影響工程質(zhì)量。 由于原料中常含有碳酸鎂（MgCO3），將MgO含量5%的稱 為鈣質(zhì)生石灰；MgO含量5%的稱為鎂質(zhì)生石灰。同等 級(jí)的鈣質(zhì)石灰質(zhì)量?jī)?yōu)于鎂質(zhì)石灰。 2 1200900 3 COCaOCaCO CC 正火石灰塊正火石灰塊 過(guò)火石灰塊過(guò)火石灰塊 傳統(tǒng)石灰窯和現(xiàn)代石灰窯傳統(tǒng)石灰窯和現(xiàn)代石灰窯 土石灰窯對(duì)環(huán)境的破壞土石灰窯對(duì)環(huán)境的破壞 現(xiàn)代石灰窯現(xiàn)代石灰窯 三、石灰的熟化三、石灰的熟化 （一）熟化與熟石灰 生石灰CaO加水反應(yīng)生成Ca(O

4、H)2的過(guò)程稱為熟化。生成物 Ca(OH)2稱為熟石灰。 熟化過(guò)程的特點(diǎn)： 1. 速度快。 2. 體積膨脹。 3. 放出大量的熱。 kJOHCaOHCaO9 .64)( 22 石灰遇水熟化情景石灰遇水熟化情景 石灰的“陳伏” ：為消除過(guò)火石灰的危害，石灰膏使用前 應(yīng)在化灰池中存放2周以上，使過(guò)火石灰充分熟化，這 個(gè)過(guò)程稱為“陳伏”。未經(jīng)“陳伏”的過(guò)火石灰硬化后 再繼續(xù)熟化，則產(chǎn)生的體積膨脹將引起局部鼓泡、隆起 和開(kāi)裂。 過(guò)火石灰造成的過(guò)火石灰造成的凸凸 出放射狀膨脹裂紋出放射狀膨脹裂紋 四、石灰的凝結(jié)硬化四、石灰的凝結(jié)硬化 石灰在空氣中的凝結(jié)硬化主要包括結(jié)晶和碳化兩個(gè)過(guò)程。 結(jié)晶作用指的是石灰

5、漿中多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收，使 Ca(OH)2以晶體形態(tài)析出。 碳化作用指的是空氣中的CO2遇水生成弱碳酸，再與 Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3晶體的過(guò)程。 OHnCaCOOnHCOOHCa 23222 ) 1()( 石灰凝結(jié)硬化過(guò)程的特點(diǎn)： 1. 速度慢。 2. 放出大量水分。 3.體積收縮大。 石灰砂漿干縮產(chǎn)生石灰砂漿干縮產(chǎn)生 的平面網(wǎng)狀的平面網(wǎng)狀裂紋裂紋 五、石灰的主要技術(shù)性質(zhì)五、石灰的主要技術(shù)性質(zhì) (一)保水性與可塑性好； （二）凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低； （三）耐水性差； （四）干燥收縮大。 六、石灰的應(yīng)用六、石灰的應(yīng)用 （一）石灰乳涂料和抹面； （二）石灰混合砂漿； （三）石

6、灰土和三合土； （四）用于生產(chǎn)硅酸鹽制品； （五）生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣。 石灰乳石灰乳 石灰膏石灰膏 砌筑用水泥石灰混合砂漿砌筑用水泥石灰混合砂漿 抹面用石灰砂漿因大量空鼓被敲掉抹面用石灰砂漿因大量空鼓被敲掉 因受潮而脫落的石灰砂漿抹面因受潮而脫落的石灰砂漿抹面 三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土用作鋪筑步道磚的墊層 灰灰 土土 樁樁 三三 合合 土土 樁樁 蒸壓灰砂磚蒸壓灰砂磚蒸壓粉煤灰磚蒸壓粉煤灰磚 蒸壓加氣混凝土砌塊蒸壓加氣混凝土砌塊 蒸壓加氣混凝土板蒸壓加氣混凝土板 輕質(zhì)碳酸鈣輕質(zhì)碳酸鈣 七、石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)七、石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （一）建筑生石灰（建筑生石灰JC/T479-1992 ） 性能指標(biāo)參

7、見(jiàn)P28表2-1。 （二）建筑生石灰粉（建筑生石灰粉JC/T480-1992 ） 性能指標(biāo)參見(jiàn)P28表2-。 生石灰粉生石灰粉 （三）建筑消石灰粉（建筑消石灰粉JC/T481-1992 ） 性能指標(biāo)參見(jiàn)P28表2-。 消石灰粉消石灰粉 第三節(jié)第三節(jié) 石石 膏膏 一、石膏的原材料一、石膏的原材料 （一）生石膏：指天然二水石膏，分子式為CaSO4 2H2O， 也稱為軟石膏。是生產(chǎn)建筑石膏最主要的原料。 （二）化工石膏：指含有二水硫酸鈣（CaSO4 2H2O）及 CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品。 (三) 脫硫石膏：火力發(fā)電廠的煙氣的SO2與漿液中的CaCO3 以及鼓入的強(qiáng)氧化空氣反應(yīng)，生成二水硫酸鈣

8、（四）硬石膏：指天然無(wú)水石膏，分子式CaSO4。 天然石膏礦天然石膏礦 纖維（雪花）軟石膏纖維（雪花）軟石膏 硬石膏硬石膏 磷石膏球磷石膏球磷石膏粉磷石膏粉 芒芒 硝硝 石石 膏膏 氟氟 石石 膏膏 寧波北侖電廠脫硫石膏寧波北侖電廠脫硫石膏 二、建筑石膏的生產(chǎn)二、建筑石膏的生產(chǎn) 將生石膏在107170條件下煅燒脫去部分結(jié)晶水而制得 的半水石膏，稱為建筑石膏，又稱為熟石膏，分子式為 CaSO4 1/2H2O。 若將生石膏在125、0.13MPa壓力的蒸壓鍋內(nèi)蒸煉，則生 成 型半水石膏，其晶粒較粗，需水量較小，因此，硬 化后強(qiáng)度較高，故稱為高強(qiáng)石膏。 OHOHCaSOOHCaSO CC 224 1

9、70107 24 2 3 2 1 2 OHOHCaSOOHCaSO MPaC 224 13. 0,125 24 2 3 2 1 2 建筑石膏粉建筑石膏粉 當(dāng)煅燒溫度升高到170300時(shí)，半水石膏繼續(xù)脫水，生成 可溶性硬石膏（CaSO4-），凝結(jié)速度比半水石膏快，但 需水量大，強(qiáng)度低。 溫度繼續(xù)升高到4001000，則生成慢溶性硬石膏 （CaSO4-）。這種石膏難溶于水，只有當(dāng)加入某些激發(fā) 劑后，才具有水化硬化能力，但強(qiáng)度較高，耐磨性能較好。 將CaSO4-與激發(fā)劑混磨后的產(chǎn)品稱為硬石膏水泥。 三、建筑石膏的凝結(jié)硬化三、建筑石膏的凝結(jié)硬化 （一）建筑石膏的水化 建筑石膏加水拌合后，與水發(fā)生水化反

10、應(yīng)生成二水硫酸鈣 的過(guò)程稱為水化。 （二）建筑石膏的凝結(jié)硬化 二水石膏微粒結(jié)晶長(zhǎng)大，晶體顆粒逐漸互相搭接、交錯(cuò)、 共生，產(chǎn)生強(qiáng)度。 凝結(jié)硬化機(jī)理：二水石膏的溶解度比半水石膏小。 OHCaSOOHOHCaSO 24224 2 2 3 2 1 建筑石膏凝結(jié)硬化過(guò)程最顯著的特點(diǎn)為： 1.速度快。水化過(guò)程一般為712min，整個(gè)凝結(jié)硬化過(guò)程 只需2030min。 2.體積微膨脹。建筑石膏凝結(jié)硬化過(guò)程產(chǎn)生約1%左右的體 積膨脹。這是其它膠凝材料所不具有的特性。 速度快，作骨折固定材料速度快，作骨折固定材料 微膨脹，作石膏模型微膨脹，作石膏模型 四、建筑石膏的主要技術(shù)性質(zhì)四、建筑石膏的主要技術(shù)性質(zhì) （一）

11、凝結(jié)硬化快； （二）強(qiáng)度較高； （三）體積微膨脹； （四）色白可加彩色； （五）保溫性能好； （六）耐水性差但具有一定的調(diào)濕功能； （七）防火性好。 五、建筑石膏的應(yīng)用五、建筑石膏的應(yīng)用 （一）室內(nèi)抹灰及粉刷； （二）建筑裝飾制品； （三）石膏板； （四）其他用途。 石膏角線石膏角線 石膏線藝術(shù)造型石膏線藝術(shù)造型 石膏角線安裝石膏角線安裝 紙面石膏板紙面石膏板 普通普通 防潮防潮防火防潮防火防潮防火防火 輕鋼龍骨石膏板隔墻輕鋼龍骨石膏板隔墻 石膏天花板石膏天花板 輕鋼龍骨石膏板吊頂輕鋼龍骨石膏板吊頂 石膏砌塊石膏砌塊 石膏枕頭石膏枕頭 六、建筑石膏的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)六、建筑石膏的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 建筑石膏按照

12、強(qiáng)度、細(xì)度和凝結(jié)時(shí)間劃分為優(yōu)等品、一等 品和合格品。其他性能指標(biāo)要求可參見(jiàn)P30表3-4。 第四節(jié)第四節(jié) 水玻璃水玻璃 一、水玻璃的組成一、水玻璃的組成 水玻璃俗稱泡花堿。水玻璃通常采用石英粉（水玻璃俗稱泡花堿。水玻璃通常采用石英粉（ ）加上）加上 純堿（純堿（ ），在），在1300130014001400的高溫下煅燒生成的高溫下煅燒生成 固體固體( )( )，再在高溫或高溫高壓水中溶解，再在高溫或高溫高壓水中溶解， 制得溶液狀水玻璃產(chǎn)品。制得溶液狀水玻璃產(chǎn)品。 土木工程中主要使用鈉水玻璃。當(dāng)工程技術(shù)要求較高時(shí)也土木工程中主要使用鈉水玻璃。當(dāng)工程技術(shù)要求較高時(shí)也 可采用鉀水玻璃可采用鉀水玻璃(

13、 )( )。優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為。優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為 無(wú)色透明的粘稠液體，溶于水。當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色無(wú)色透明的粘稠液體，溶于水。當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色 或青灰色。或青灰色。 2 SiO 2 SiO 32CO Na 22 nSiOONa 22 nSiOOK 鈉水玻璃分子式中 的n稱為水玻璃的模數(shù)， 代表 和 的分子數(shù)比，n值越大，水玻璃的 粘性和強(qiáng)度越高，但水中的溶解能力下降。土木工程中 常用模數(shù)n為2.62.8，既易溶于水又有較高的強(qiáng)度。 水玻璃在水溶液中的含量（或稱濃度）常用密度或者波美 度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般為1.36 1.50g/cm3，相當(dāng)于波美度38.448.3。密度越

14、大，水 玻璃含量越高，相應(yīng)的粘度也越大。 22 nSiOONa ONa2 OH 2 二、水玻璃的凝結(jié)固化二、水玻璃的凝結(jié)固化 水玻璃在空氣中的凝結(jié)固化主要通過(guò)碳化和脫水結(jié)晶固結(jié) 兩個(gè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 凝結(jié)硬化過(guò)程特點(diǎn)是： 1速度慢。2體積收縮。3強(qiáng)度低。 為加速水玻璃的凝結(jié)固化速度和提高強(qiáng)度，水玻璃使用時(shí) 一般要求加入固化劑氟硅酸鈉，分子式為 。 氟硅酸鈉的摻量一般為12%15%。 OmHnSiOCONaCOOmHnSiOONa 22322222 62SiF Na 三、水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì)三、水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì) （一）粘結(jié)力和強(qiáng)度較高； （二）耐酸性好； （三）耐熱性好； （四）耐堿性和耐水性差

15、。 鉀水玻璃鉀水玻璃(KP1)防腐材料防腐材料 水玻璃型耐酸水泥水玻璃型耐酸水泥 四、水玻璃的應(yīng)用四、水玻璃的應(yīng)用 （一）涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力 ； （二）加固土壤 ； （三）配制速凝防水劑 ； （四）配制耐酸膠凝、耐酸砂漿和耐 酸混凝土 ； （五）配制耐熱膠凝、耐熱砂漿 和耐熱混凝土 。 第五節(jié)第五節(jié) 鎂質(zhì)膠凝材料鎂質(zhì)膠凝材料 一、原材料和生產(chǎn)一、原材料和生產(chǎn) 鎂質(zhì)膠凝材料是指以MgO為主要成分的無(wú)機(jī)氣硬性膠凝材 料，有時(shí)稱為菱苦土。它是以MgCO3為主要成分的菱鎂 礦在800左右煅燒而得。 塊狀MgO經(jīng)磨細(xì)后，即成為白色或淺黃色粉末狀菱苦土。 2 800 3 COMgOMgCO C 菱鎂礦菱鎂礦 蛇紋石蛇紋石 苦土粉苦土粉 二、鎂質(zhì)膠凝材料的凝結(jié)硬化二、鎂質(zhì)膠凝材料的凝結(jié)硬化 鎂質(zhì)膠凝材料與水拌合后的水化反應(yīng)與石灰熟化相似。其 特點(diǎn)是反應(yīng)快（但比石灰熟化慢）、放出大量熱。但直 接加水使用時(shí)凝結(jié)硬化速度慢；體積收縮大；而且強(qiáng)度 很低。 為了加速凝結(jié)硬化速度、提高制品強(qiáng)度，鎂質(zhì)膠凝材料使 用時(shí)均加入適量固化劑。最常用的固化劑為氯化鎂等鹽 的溶液，摻量一般為鎂質(zhì)膠凝材料的55%60%。 苦土粉、鹽鹵塊和苦土粉、鹽鹵塊和 鹽鹵溶液鹽鹵溶液 三