無機氣硬性膠凝材料清華土木工程材料學習教案

1、無機氣硬性膠凝材料無機氣硬性膠凝材料(cilio)清華土木工清華土木工程材料程材料(cilio)第一頁，共43頁。第1頁/共43頁第二頁，共43頁。 指經(jīng)過一系列物理、化學作用后，能夠把一些散粒材料(cilio)或塊狀材料(cilio)膠結(jié)成具有一定強度的整體的材料(cilio)。定義(dngy)膠凝材料(cilio)：第2頁/共43頁第三頁，共43頁。以天然以天然(tinrn)(tinrn)或人工合成高分子或人工合成高分子化合物為基本組成化合物為基本組成 膠凝材料(cilio)有機膠凝材料(cilio)（樹脂、瀝青等）無機膠凝材料膠凝材料分類水硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料以以無機化合物無機化合

2、物為基為基本成分本成分 各種水泥第3頁/共43頁第四頁，共43頁。水硬性膠凝材料水硬性膠凝材料: :不僅可以在不僅可以在 凝結(jié)凝結(jié)(nngji)(nngji)硬化，硬化，還可還可以以 保持或繼續(xù)發(fā)展其強度的材料。保持或繼續(xù)發(fā)展其強度的材料。氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料: : 在在 凝結(jié)硬化，凝結(jié)硬化， 在在 保持或繼續(xù)發(fā)展保持或繼續(xù)發(fā)展(fzhn)(fzhn)其強度的材料。其強度的材料。只能只能空氣中空氣中空氣中空氣中在水中在水中也只能也只能空氣中空氣中 只適用于干燥環(huán)境中，不宜用于潮濕 環(huán)境，更不宜用于水中。第4頁/共43頁第五頁，共43頁?；驎r間不足正火石灰欠火石灰過火石灰含有未分解的Ca

3、CO3，降低了生石灰的利用率第一節(jié) 石灰(shhu)一、石灰(shhu)的生產(chǎn)煅燒石灰石（CaCO3）32900 CaOCOCaCO 過火石灰熟化滯后，引起已硬化(ynghu)的石灰開裂或隆起。如何消除它的危害？第5頁/共43頁第六頁，共43頁。KJOHCaOHCaO8 .64)(22熟化特點：速度(sd)快、體積增大1-2.5倍、放出大量熱。二、生石灰的熟化(shhu)(消解或消化)生石灰生石灰+ +水水熟石灰熟石灰熟化(shhu)：指生石灰與水作用生成Ca(OH)2的過程。工程上使用的石灰大都是熟石灰，有時需要使用石灰膏，有時使用熟石灰粉。第6頁/共43頁第七頁，共43頁。石灰(shhu)

4、膏制備：將生石灰放入水中，注意(zh y)水要過量池中透明液體(yt)為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰為消除過火石灰消除過火石灰的危害，石灰膏須在儲灰坑中放置14d14d以上，以使過火石灰緩慢熟化，此過程稱為 。陳伏期間，石灰膏表面應(yīng)保有一層水分，隔絕空氣，防止石灰膏碳化碳化。陳伏陳伏第7頁/共43頁第八頁，共43頁。1.結(jié)晶作用(干燥硬化） 游離水蒸發(fā)，Ca(OH)2逐漸結(jié)晶析出(xch)。結(jié)晶過程主要在內(nèi)部發(fā)生。三、石灰(shhu)的硬化包括(boku)兩個同時進行的過程。2.碳化作用 碳化指Ca(OH)2與空氣中的CO2反應(yīng)，生成CaCO3晶體，釋放出水分并被蒸發(fā)的過程。Ca(OH

5、)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O碳化作用很緩慢。第8頁/共43頁第九頁，共43頁。1.按化學成分分類(fn li)）、鎂質(zhì)消石灰（）、鈣質(zhì)消石灰（消石灰、鎂質(zhì)生石灰（）、鈣質(zhì)生石灰（生石灰石灰85HML80HML90HCL85HCL75HCLML85)ML80CL90CL8575CL其化學成分見表2-2其化學成分見表2-4第9頁/共43頁第十頁，共43頁。石灰?guī)r生石灰塊熟石灰粉 （干燥(gnzo)）生石灰粉石灰(shhu)膏 （漿體）石灰乳煅燒加適量水熟化磨細加過量水加水稀釋多用來(yn li)拌制灰土和三合土用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿粉刷墻壁2.按加工方法分類第10頁/共

6、43頁第十一頁，共43頁。生石灰可以(ky)用來做干燥劑可塑性好和保水性好凝結(jié)硬化(ynghu)慢，強度低。吸濕性好Ca(OH)2粒子(lz)表面可以吸附水膜五、石灰的性質(zhì)和技術(shù)要求1.石灰的性質(zhì)第11頁/共43頁第十二頁，共43頁。摻入紙筋、麻刀(m dao)或砂子石灰硬化收縮產(chǎn)生的裂縫石灰硬化收縮產(chǎn)生的裂縫硬化(ynghu)時體積收縮大，不 宜單獨使用。耐水性差1.石灰(shhu)的性質(zhì)石灰砂漿墻面因受潮而脫落石灰砂漿墻面因受潮而脫落五、石灰的性質(zhì)和技術(shù)要求第12頁/共43頁第十三頁，共43頁。u 建筑消石灰：應(yīng)滿足我國建材行業(yè)標準(biozhn)JC/T 4812013建筑消石灰規(guī)定。

7、2.石灰(shhu)的技術(shù)要求五、石灰的性質(zhì)和技術(shù)要求第13頁/共43頁第十四頁，共43頁。消石灰粉、粘土(zhn t)與砂石（爐渣）消石灰粉與粘土(zhn t)六.石灰(shhu)的應(yīng)用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三三合合土土樁樁灰灰土土樁樁 配制石灰砂漿、石灰乳 配制石灰土、三合土 制作硅酸鹽制品和碳化石灰板 加固軟土地基 石灰土和三合土夯實后，其強度不斷提高，且有耐水性，因為： Ca(OH)2+SiO2+H2O = CaOSiO22H2O Ca(OH)2+Al2O3+H2O = CaOAl2O32H2O第14頁/共43頁第十五頁，共43頁。不宜與易燃、易爆物品共存

8、儲、運輸， 以免釀成火災(zāi)。n 袋裝石灰應(yīng)標識齊全（廠名、產(chǎn)品名稱、商標、凈 重、批量編號等）。第15頁/共43頁第十六頁，共43頁。一、石膏(shgo)制備及品種（1）天然二水石膏(CaSO42H2O) 又稱“生石膏”，是生產(chǎn)建筑石膏的主要原料。 1.制備石膏原料 制備石膏的原料有天然二水石膏、天然硬石膏和工 業(yè)副產(chǎn)石膏（化學石膏）第16頁/共43頁第十七頁，共43頁。又稱無水石膏，主要(zhyo)是由無水CaSO4組成。 （3）工業(yè)副產(chǎn)石膏 也稱化學石膏或工業(yè)廢石膏，是指工業(yè)生產(chǎn)中因化學反應(yīng)生成的以CaSO4為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣。第17頁/共43頁第十八頁，共43頁。OHOHCaSOOH

9、CaSO22417010724211212常壓下，0125 0.13MPa42422112122CCaSOH OCaSOH OH O ，（1）建筑(jinzh)石膏（2）高強(goqing)石膏型半水石膏(shgo)型半水石膏又稱“熟石膏”或“半水石膏”。2. 石膏的品種 將天然CaSOCaSO4 42H2H2 2O O在不同溫度、壓力下煅燒，可得到不同品種的石膏。第18頁/共43頁第十九頁，共43頁。OHCaSOOHCaSO247504002422 溫度達到170-200時，半水石膏繼續(xù)脫水，生成可溶性硬石膏，仍具有凝結(jié)硬化(ynghu)能力。（4）不溶性硬石膏2. 石膏(shgo)的品種第

10、19頁/共43頁第二十頁，共43頁。43CaSOCaOSO 800 由于CaO的激發(fā)與催化，此石膏(shgo)又有凝結(jié)硬化能力。(CaSO4+CaO)2. 石膏(shgo)的品種第20頁/共43頁第二十一頁，共43頁。 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成(shn chn)Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對于二水石膏是過飽和溶液，后者不斷結(jié)晶沉淀。 二水石膏晶體不斷生長、連生、交錯，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)OHCaSOOHOHCaSO24224221121第21頁/共43頁第二十二頁，共43頁。水化初期(ch

11、q)：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進行(jnxng)二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體第22頁/共43頁第二十三頁，共43頁。1.凝結(jié)硬化快，3-5min失去(shq)塑性，30min左右即凝結(jié)。三、建筑石膏(shgo)的性質(zhì)2.硬化后體積(tj)微膨脹，防止干縮裂縫，可單獨使用。3.硬化后孔隙率大，因此其強度較低、表觀密度小、 吸音且調(diào)溫調(diào)濕。4.耐水性與抗凍性較差。5.防火性好但耐火性差，如石膏不宜長期處于65以 上的部位。第23頁/共43頁第二十四頁，共43頁。四、建筑石膏(shgo)的應(yīng)用第24頁/共43頁第二十五頁，共43頁。四、建筑(jinzh)石膏的應(yīng)用第25頁/共43頁第二十

12、六頁，共43頁。四、建筑(jinzh)石膏的應(yīng)用第26頁/共43頁第二十七頁，共43頁。四、建筑石膏(shgo)的應(yīng)用第27頁/共43頁第二十八頁，共43頁。四、建筑石膏(shgo)的應(yīng)用第28頁/共43頁第二十九頁，共43頁。四、建筑(jinzh)石膏的應(yīng)用第29頁/共43頁第三十頁，共43頁。四、建筑(jinzh)石膏的應(yīng)用第30頁/共43頁第三十一頁，共43頁。四、建筑石膏(shgo)的應(yīng)用第31頁/共43頁第三十二頁，共43頁。四、建筑(jinzh)石膏的應(yīng)用第32頁/共43頁第三十三頁，共43頁。第33頁/共43頁第三十四頁，共43頁。由堿金屬氧化物(K2O、Na2O、Li2O等)與

13、SiO2組成(z chn)。22222222(Na O nSiO)(K O nSiO )(Li O nSiO )SiOn=()R O硅酸鈉水玻璃，常用水玻璃 硅酸鉀水玻璃硅酸鋰水玻璃水玻璃模數(shù)物質(zhì)的量之比第34頁/共43頁第三十五頁，共43頁。2222223222nSiO (s)+2NaOH(aq)Na O nSiO ()+H OnSiO (s)+Na CO (s)Na O nSiO ()+CO2 3atm1300 1400 濕法：液體干法：固體三. 水玻璃的硬化(ynghu)反應(yīng)Na2OnSiO2 + CO2 + mH2ONa2CO3 + nSiO2mH2O222223222222Na O

14、nSiO +CO +mH O+Na COnSiOmH O()nSiOmH OnSiO ()+mH O () 硅酸凝膠干燥、脫水固態(tài)硬化上述反應(yīng)速度(fn yng s d)很慢，常加入促硬劑Na2SiF6 ：2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O = 6NaF+(2n+1)SiO2mH2O第35頁/共43頁第三十六頁，共43頁。1.水玻璃的模數(shù), 則粘結(jié)力,但溶解度。 2.水玻璃密度 ，則濃度(nngd)，粘結(jié)力。 3.水玻璃的模數(shù)一般為1.5-3.5。第36頁/共43頁第三十七頁，共43頁。1.粘結(jié)力強，防水(fn shu)性好。可配制防水(fn shu)劑。2.耐熱性高，可配制(pi

15、zh)耐熱混凝土或耐熱砂漿。3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂漿。4.不耐水，不耐堿。第37頁/共43頁第三十八頁，共43頁。氯氧鎂水泥(shun)32800 850 MgOCOMgCO(菱鎂礦) 菱苦土為鎂質(zhì)膠凝材料(cilio)，主要成分MgO。一. 制備(zhbi)二. 水化硬化機理菱苦土 調(diào)和(凝結(jié)慢，強度低)，通常用 溶液調(diào)制，發(fā)生如下兩個反應(yīng)：2222 MgO + H O = Mg(OH)xMgOyMgClxMgO yMgCl22+zH O =zH O不能用水不能用水MgCl2第38頁/共43頁第三十九頁，共43頁。三.菱苦土的性質(zhì)(xngzh)與應(yīng)用堿性(jin xn)較低，對各種纖維和植物的腐