講義總結(jié)注冊(cè)結(jié)構(gòu)專業(yè)基礎(chǔ)氣硬性無機(jī)膠凝材料講義

1、第三節(jié) 氣硬性無機(jī)膠凝材料建筑上凡是經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用,能將松散物質(zhì)粘結(jié)成整體的材料稱為膠凝材料。膠凝材料根據(jù)其化學(xué)組成,一般可分為無機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料兩大類。無機(jī)膠凝材料按照硬化條件,又可分為氣硬性膠凝材料和水硬性膠凝材料。氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化,也只能在空氣中保持或繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度,如石灰、石膏、菱苦土和水玻璃等。這類材料一般只適用于地上或干燥環(huán)境中,而不宜用于潮 環(huán)境中,更不可用于水中。水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中,而且能更好地在水中硬 ,保持和繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度,如各品種水泥,它們既適用于地上,也適用于地下或水中工程。一、石灰石灰是一種氣硬性無機(jī)膠凝材料,有著悠久的發(fā)展

2、歷史,因其原材料蘊(yùn)藏豐富、生產(chǎn)設(shè)備簡單,成本低廉,所以在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。(一)石灰的原材料與生產(chǎn)生產(chǎn)石灰的主要原材料是以碳酸鈣為主要成分的天然巖石,它是一種沉積巖,因其形成過程和條件的差異,性質(zhì)和品種各不相同,最常用的原材料是石灰石,另外還有白云石、白堊等等。石灰的原材料中,常含有部分粘土雜質(zhì),一般要求原材料中的粘土雜質(zhì)控制在8%以內(nèi)。除天然原材料以外,還可以利用化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)品,如:用碳化鈣(CaC2)制取乙炔所產(chǎn)生的電石渣,其主要成分是氫氧化鈣,即消石灰(或稱熟石灰) ;或者用氨堿法制堿所得的殘?jiān)?其主要成分為碳酸鈣;等等。將石灰石原料在適當(dāng)?shù)臏囟认洛憻?碳酸鈣將分解,釋放出CO2得

3、到以CaO為主要成分的生石灰,反應(yīng)式如下:CaCO3CaO+CO2 生石灰是一種白色或灰色的塊狀物質(zhì),因石灰原料中常含有一些碳酸續(xù)成分,所以經(jīng)煅燒生成的生石灰中,也相應(yīng)含MgO的成分。按照我國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T479-92 建筑生石灰的規(guī)定, MgO含量<5%時(shí),稱為鈣質(zhì)生石灰; MgO含量>5%時(shí),稱續(xù)質(zhì)生 石灰。若將塊狀生石灰磨細(xì),則可得到生石灰粉。(二)石灰的熟化石灰使用前,一般先加水,使之消解為熟石灰,其主要成分為Ca(OH)z,這個(gè)過 稱為石灰的熟化或消化。其反應(yīng)式如下:CaO + H2O=Ca(OH)z + 64.9kJ 石灰熟化過程中,放出大量的熱,使溫度升高,而且

4、體積要增大1.02.0倍。煅燒良好且CaO含量高的生石灰熟化較快,放熱量和體積增大也較多。 工地上熟化石灰常用方法有兩種:消石灰漿法和消石灰粉法。 (三)石灰的硬化石灰在空氣中的硬化包括兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程:1.結(jié)晶作用石灰漿在使用過程中,因游離水分逐漸蒸發(fā)和被砌體吸收,引起溶液某種程度的過飽和,使Ca(OH)2逐漸結(jié)晶析出,促進(jìn)石灰漿體的硬化。2.碳化作用 Ca(OH)z與空氣中的CO2作用,生成不溶解于水的碳酸鈣晶體,析出的水分則逐漸被蒸發(fā),其反應(yīng)如下:Ca(OH)z十CO2+nH2O=CaCO3 + (n+ 1)H2O 這個(gè)過程稱為碳化,形成的CaCO3晶體,使硬化石灰漿體結(jié)構(gòu)致密,強(qiáng)度提

5、高 空氣中的CO2含量少,碳化作用主要發(fā)生在與空氣接觸的表層上,而且表層生成 致密CaCO3膜層,阻礙了空氣中CO2進(jìn)一步的滲入,同時(shí)也阻礙了內(nèi)部水分向外菜發(fā) 使Ca(OH)z的結(jié)晶作用也進(jìn)行得較慢。隨著時(shí)間的增長,表層CaCO3厚度增加,阻礙作用更大,在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),仍然是表層為CaCO3,內(nèi)部為Ca(OH)z 。所以,石灰硬化 是個(gè)相當(dāng)緩慢的過程。(四)石灰的技術(shù)性質(zhì)生石灰熟化后形成的石灰漿,是一種表面吸附水膜的高度分散的Ca( OH)2膠體. 它可以降低顆粒之間的摩擦,因此具有良好的可塑性,用來配制建筑砂漿可顯著提高砂漿的和易性。從石灰的硬化過程中可以看出,石灰是一種硬化緩慢的氣硬性膠

6、凝材料,硬化后的強(qiáng)度不高,又因?yàn)橛不^程要依靠水分蒸發(fā)促使Ca(OH)z結(jié)晶以及碳化作用,加之C(OH)z又易溶于水,所以在潮濕環(huán)境中強(qiáng)度會(huì)更低,遇水還會(huì)溶解潰散。因此石灰不宜在長期潮濕環(huán)境中或有水的環(huán)境中使用。石灰在硬化過程中,要蒸發(fā)掉大量的水分,引起體積顯著地收縮,易出現(xiàn)干縮裂縫。所以,除調(diào)制成石灰乳作薄層粉刷外,不宜單獨(dú)使用。一般要摻入其他材料混合使用，逐漸減少,二水石膏膠體微粒不斷增加,漿體稠度增大,可塑性逐漸降低,此時(shí)稱之為“凝結(jié)“，隨著漿體繼續(xù)變稠,膠體微粒逐漸凝聚成為晶體,晶體逐漸長大、共生并相互交 錯(cuò),使?jié){體產(chǎn)生強(qiáng)度,并不斷增長,這個(gè)過程稱為"硬化"。實(shí)際上

7、,石膏的凝結(jié)和硬化 一個(gè)連續(xù)的、復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。(三)建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)建筑石膏是一種白色粉末狀的氣硬性膠凝材料,密度為2. 60g/cm3 2. 75g/cm3 ,堆積密度為800kg/m3 1000kg/m3。建筑石膏凝結(jié)硬化速度快,它的凝結(jié)時(shí)間隨鍛燒溫度、磨細(xì)程度和雜質(zhì)含量等情況的不同而不同。一般與水拌和后,在常溫下數(shù)分鐘即可初凝, 30min以內(nèi)即可達(dá)終凝。在室內(nèi)自然干燥狀態(tài)下,達(dá)到完全硬化約需一星期。建筑石膏的水化,理論需水量只占半水石膏重量的18.6% ,但實(shí)際上為使石膏漿體 具有一定的可塑性,往往需加水60% 80%,多余的水分在硬化過程中逐漸蒸發(fā),使硬 化后的石膏留有大

8、量的孔隙,一般孔隙率約為50% 60%,因此建筑石膏硬化后,強(qiáng)度 較低,表觀密度較小,導(dǎo)熱性較低,吸聲性較好等等。建筑石膏在凝結(jié)硬化過程中,體積略有膨脹,硬化時(shí)不出現(xiàn)裂縫,可不摻加填料而單 強(qiáng)使用,并可很好地填充模型。硬化后的石膏,表面光滑,顏色潔白,以石膏制作的制 品,尺寸準(zhǔn)確、輪廓清晰,可鋸可釘,具有很好的裝飾性。石膏硬化后的結(jié)晶物CaSO4·2HzO遇到火燒時(shí),結(jié)晶水蒸發(fā),吸收熱量,并在表面生成具有良好絕熱性的無結(jié)晶水產(chǎn)物,起到阻止火焰蔓延和溫度升高的作用,所以石膏有良好的抗火性。另外,建筑石膏的熱容量和吸濕性大,可均衡調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。 建筑石膏硬化后,具有很強(qiáng)的吸濕

9、性和吸水性,在潮濕的環(huán)境中,晶體間的粘結(jié)力削 弱.強(qiáng)度明顯降低,在水中晶體還會(huì)溶解而引起破壞,在流動(dòng)的水中破壞更快。硬化石膏 的軟化系數(shù)約為0.20.3;若石膏吸水后受凍,則孔隙內(nèi)的水分結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹, 使硬化后的石膏體破壞。所以,石膏的耐水性和抗凍性均較差。此外,若在溫度過高的環(huán) 境中使用(超過650C) ,二水石膏會(huì)脫水分解,使強(qiáng)度降低。因此,建筑石膏不宜用于潮 溫和溫度過高的環(huán)境中。根據(jù)GB 9776-88規(guī)定,建筑石膏按強(qiáng)度、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等 品和合格品三個(gè)等級(jí),見表10-3-4。其中,抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度為試樣與水接觸后兩小時(shí) 得的。建筑石膏按產(chǎn)品名稱、抗折強(qiáng)度及

10、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)的順序進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)記,例如:抗折強(qiáng)度為2.5MPa的建筑石膏表示為:建筑石膏2. 5GB9776 。建筑石膏在貯運(yùn)過程中,應(yīng)防止受潮及混入雜物。不同等級(jí)的建筑石膏應(yīng)分別貯運(yùn)不得混雜。一般貯存期為三個(gè)月;超過三個(gè)月,強(qiáng)度將降低30%左右。超過貯存期限的石膏應(yīng)重新進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),以確定其等級(jí)。(四)建筑石膏的應(yīng)用如上所述,建筑石膏具有許多優(yōu)良的性能,它適宜用作室內(nèi)裝飾、保溫絕熱、吸聲及阻燃等方面的材料,一般做成石膏抹面灰漿、建筑裝飾制品和石膏板等。建筑石膏硬化時(shí)不收縮,故使用時(shí)可不摻填料,直接做為抹面灰漿,或生產(chǎn)裝飾制品、石膏零件等;也可以與石灰或石灰、砂等填料混合使用,制成內(nèi)墻抹面灰漿或砂漿。

11、若建筑石膏中摻入顏料,硬化后拋光,還可制成裝飾性很好的人造大理石,用于內(nèi)墻裝飾。目前應(yīng)用較多的是將建筑石膏中摻入填料,加工后制成具有不同功能的復(fù)合石膏板材。石膏板具有輕質(zhì)、保溫絕熱、吸聲、不燃和可鋸可釘?shù)刃阅?還可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，而且原料來源廣泛、工藝簡單、成本低,是一種良好的建筑功能材料,也是目前著重發(fā)展的輕質(zhì)板材之一。為了減輕自重、降低導(dǎo)熱性,生產(chǎn)石膏板時(shí),常摻加鋸末、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石陶粒、煤渣等輕質(zhì)多孔填料,或者摻加泡沫劑、加氣劑等外加劑;若摻入紙筋、麻絲、蘆葦、石棉及玻璃纖維等纖維狀填料,或在石膏板表面粘貼護(hù)紙板等材料,則可提高石膏板的抗折強(qiáng)度和減少脆性;若摻入無機(jī)耐火纖維,還可同時(shí)

12、提高石膏板的耐火性能石膏的耐水性較差,為了改善其板材的耐水性能,可如前所述,摻入水泥、粒化高爐礦渣、石灰、粉煤灰或有機(jī)防水劑,也可同時(shí)在石膏板表面采用耐水護(hù)面紙或防水高分子材料面層,經(jīng)過這樣的處理則可用于廚房、衛(wèi)生間等潮濕的場合,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。另外,通過調(diào)整石膏板的厚度、孔眼大小、孔距、空氣層厚度,可制成適應(yīng)不同頻率的吸聲板。在石膏板表面貼上不同的貼面,如木紋紙、鋁餡等,可起到一定的裝飾等作用。石膏板具有長期徐變的性質(zhì),在潮濕的環(huán)境中更嚴(yán)重,所以不宜用于承重結(jié)構(gòu)。目前我國生產(chǎn)的石膏板類型主要有紙面石膏板、空心石膏板、纖維石膏板和裝飾石膏板。它主要用作室內(nèi)墻體、墻面裝飾和吊頂?shù)取?五)其他品種

13、石膏膠凝材料簡介1.高強(qiáng)度石膏高強(qiáng)度石膏是將二水石膏在1.3atm、1240C條件下的壓蒸釜中蒸煉得到的,主要 是型半水石膏。因?qū)⑵湔{(diào)成可塑性漿體的需水量比建筑石膏(自型半水石膏)少右,所以硬化后更有較高的密實(shí)度和強(qiáng)度。一般, 3h抗壓強(qiáng)度可達(dá)9MPa24MP, 可達(dá)15MPa40MPa。高強(qiáng)度石膏主要適用于強(qiáng)度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板。摻人防水劑可制成高強(qiáng)度耐水石膏,用于較潮濕的環(huán)境中。2.無水石膏水泥無水石膏水泥是由天然硬石膏或天然二水石膏加熱至4000C 7500C時(shí)生成的不溶性 ,加入適量的激發(fā)劑共同磨細(xì)所制得的材料,亦稱硬石膏水泥。煅燒過程中生成的不溶性硬石膏,失去了凝結(jié)

14、硬化的能力,但當(dāng)加入激發(fā)劑后,又可以使其具有一定的水化和硬化能力。常用的激發(fā)劑有:硫酸鹽激發(fā)劑,如5%硫酸納或硫酸氫鈉制與1%鐵釩或銅釩的混合物;還有堿性激發(fā)劑,如1 % 5%石灰或石灰與少量半水 合物、鍛燒白云石、堿性?；郀t礦渣等。無水石膏水泥屬于氣硬性膠凝材料,與建筑石膏相比,凝結(jié)速度較慢,調(diào)成一定稠度的漿體,需水量較少,硬化后孔隙率較小。它宜用于室內(nèi),主要用作石膏板和石膏建筑制品，也可用作抹面灰漿等,具有良好的耐火性和抵抗酸堿侵蝕的能力。3.高溫鍛燒石膏將天然二水石膏或天然無水石膏在800°C 1000°C下鍛燒，鍛燒后的產(chǎn)物經(jīng)磨細(xì)后, 得到高溫鍛燒石膏。其主要成分為CaSO4及部分CaSO4分解出的CaO。CaO在這里可起堿性激發(fā)劑的作用,使高溫鍛燒石膏具有凝結(jié)硬化的能力。高溫鍛燒石膏凝結(jié)、硬化速度慢,摻入少量的石灰、半水石膏或NaHSO4、明釩磯等, 凝結(jié)硬化的速度;提高其磨細(xì)程度,也可起到加速硬化,提高強(qiáng)度的作用。高溫'股 硬化后,具有較高的強(qiáng)度和耐磨性,抗水性較好,宜用作地板,故也稱地板石膏。例：1為了使塊狀生石灰充分與水作用,石灰膏必須在坑中保持兩周以上,這一過程稱為(A)。(A)陳伏; (B)熟化; (C)凝結(jié); (D)硬化。