復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料

1、3.2 鎂質(zhì)膠凝材料鎂質(zhì)膠凝材料優(yōu)點(diǎn)：制造簡單、強(qiáng)度高、凝結(jié)硬化快，粘結(jié)力 強(qiáng)、耐磨、成型方便等；缺點(diǎn)：由于硬化產(chǎn)物溶解于水，耐水性差 以MgO為主要成分的無機(jī)氣硬性膠凝材料，有時(shí)稱為菱苦土。一般是指苛性苦土(MgO)和苛性白云石(主要成分是MgO和CaCO3)復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.2.1 原料化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量遼寧山東0.673.630.190.361.010.600.120.8946.7845.7251.3949.32菱鎂礦的化學(xué)成分1. 苛性苦土(MgCO3)：菱鎂礦復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料晶質(zhì)菱鎂礦石純凈的晶質(zhì)菱鎂礦石為白色非晶質(zhì)的為白色瓷

2、土狀，常含有SiO2和CaCO3等雜質(zhì)。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料2. 苛性白云石(主要成分MgO和CaCO3)：白云石碳酸鎂與碳酸鈣的復(fù)鹽，CaCO3MgCO3理論摩爾組成：CaCO3 : MgCO3=1 : 1;質(zhì)量組成： CaCO3 54.2%；MgCO3 45.8% 石灰石：MgCO3 05%鎂質(zhì)石灰石： MgCO3 510%白云質(zhì)石灰石：MgCO3 1025%白云石： MgCO3 25%復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料天然白云石呈晶質(zhì)和非晶質(zhì)兩種復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3. 蛇紋石(含水硅酸鎂，3MgO2SiO22H2O) 4. 冶煉鎂合金的熔渣(MgO含量25%)復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝

3、材料3.2.2 煅燒圖3-2 白云石加熱過程1失重曲線；2溫度曲線煅燒溫度650760復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.2.3 鎂質(zhì)膠凝材料的凝結(jié)硬化 凝結(jié)硬化特點(diǎn)氯化鎂溶液，硫酸鎂(MgSO47H2O)、氯化鐵(FeCl3)或硫酸亞鐵(FeSO4H2O)等鹽類的溶液。速度慢、體積收縮大、而且強(qiáng)度很低常用固化劑復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 反應(yīng)生成的氧氯化鎂結(jié)晶速度比氫氧化鎂快，因而加速了鎂質(zhì)膠凝材料的凝結(jié)硬化速度，制品強(qiáng)度顯著提高。 氯化鎂溶液 氯化鎂溶液（密度為1.2g/cm3）的摻量一般為菱苦土的55%60%。摻量太大則凝結(jié)速度過快，且收縮大、強(qiáng)度低。摻量過少，則硬化太慢、強(qiáng)度也低。此外，溫度

4、對凝結(jié)硬化很敏感，氯化鎂摻量可作適當(dāng)調(diào)整。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.2.4 鎂質(zhì)膠凝材料硬化強(qiáng)度與抗水性圖3-3 氯鎂水泥1與硅酸鹽水泥2強(qiáng)度發(fā)展對比（一）硬化強(qiáng)度在干燥條件下具有硬化快、強(qiáng)度高的特點(diǎn)12復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料圖3-4 苛性白云石配制的氯鎂水泥的強(qiáng)度發(fā)展MgO/MgCl2：5.4(曲線1)；5.9(曲線2)；6.38(曲線3)；6.85(曲線4)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料（二）抗水性抗水性差，在潮濕條件下其強(qiáng)度很快降低： 氯鹽的吸濕性大，結(jié)晶接觸點(diǎn)的溶解度高，水化物具有高的溶解度。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料圖3-5 氯鎂水泥摻1%H3PO4與不摻時(shí)強(qiáng)度的發(fā)

5、展摻入外加劑：少量磷酸或磷酸鹽水溶性樹脂解決措施：曲線1：MgO/MgCl2=5.7H2O/MgO=3.3曲線2：摻1%H3PO4復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 不采用氯化鎂做調(diào)和劑，采用硫酸鎂(MgSO47H2O)、鐵礬(FeSO4) 改用硫酸鎂和鐵礬做調(diào)和劑后，可以降低吸濕性，提高抗水性，但強(qiáng)度較用氯化鎂低。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.2.5 鎂質(zhì)膠凝材料的應(yīng)用 （一）菱苦土木屑地面 以菱苦土、木屑、氯化鈣及其他混合材料（滑石粉、砂、石屑、粉煤灰、顏料等）等制作地坪，具有一定彈性，且防火、防爆、導(dǎo)熱性小、表面光潔、不起灰。主要用于室內(nèi)車間地坪。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 加入刨花、木絲、玻纖

6、、聚酯纖維等，制作各種板材，如防火裝飾板、防火風(fēng)管、刨花板、木屑板等。加入發(fā)泡劑時(shí)，還可制作保溫板。 （二）板材防火裝飾板防火風(fēng)管刨花板木屑板保溫板 將玻璃纖維或玻璃纖維布，用鎂質(zhì)膠凝材料膠接起來后，表面經(jīng)裝飾而成 玻璃纖維 (或其織物) 增強(qiáng)鎂質(zhì)膠凝材料，空調(diào)通風(fēng)，斷面為矩型或圓型，具有不然性。用氯化鎂調(diào)制的苛性苦土或白云石中加入發(fā)泡劑或泡沫，經(jīng)成型硬化后成為輕質(zhì)多孔的隔熱制品。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料1. 什么是無機(jī)膠凝材料？簡述其分類2. 鎂質(zhì)膠凝材料抗水化差的原因是什么？解決措施有哪些？ 作業(yè)復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料我國石膏資源：我國石膏礦儲(chǔ)存量居于世界首位，有： （1）南京石膏

7、礦 （2）大汶口石膏礦山東 （3）平邑石膏礦山東 （4）大量的化學(xué)（副產(chǎn)品）石膏，如磷石膏、脫硫石膏。 據(jù)統(tǒng)計(jì)我國化學(xué)副產(chǎn)品石膏已經(jīng)達(dá)到4000萬噸，燃煤電廠煙氣脫硫也迫在眉睫。3.3 石 膏 從建設(shè)需要來看，目前墻體材料使用最多的仍然是粘土磚，年產(chǎn)量近4000億塊，平均每年毀壞農(nóng)田達(dá)五萬畝。無論從生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)、資源合理利用，還是走持續(xù)發(fā)展之路、發(fā)展綠色建材來看，綜合利用，變廢為寶，勢在必行。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 石膏膠凝材料特點(diǎn)： 生產(chǎn)工藝簡單 單位燃料消耗和電量消耗低 可取代粘土磚目前墻體材料使用最多的仍然是粘土磚，年產(chǎn)量近4000億塊，平均每年毀壞農(nóng)田達(dá)五萬畝。復(fù)合材料概論-

8、無機(jī)膠凝材料 石膏膠凝材料及其制品由于生產(chǎn)工藝簡單，單位燃料消耗和電量消耗低，近代隨著工業(yè)的發(fā)展又迅速發(fā)展起來。除用作建筑裝飾外，還制作各種板材、砌塊、高層建筑用的隔墻板、飾面板、地坪板、天花板及隔熱防火隔音板等。并逐步由單一用途向復(fù)合過渡，由非承重向承重構(gòu)件過渡，用途愈來愈廣，產(chǎn)量也愈來愈高。石膏立柱石膏吊頂復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料化學(xué)反應(yīng)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(qiáng)石膏） 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料石膏制品工業(yè)主要包括兩個(gè)方面： 石膏的脫水與再水化是整個(gè)石

9、膏工業(yè)的理論基礎(chǔ)石膏膠凝材料的制備 石膏制品的制備 將二水石膏加熱使之部分或全部脫出水分，以制備不同的脫水石膏相將脫水石膏再水化，使之再生成二水石膏并形成所需的硬化體。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.3.1 石膏原料 天然二水石膏天然無水石膏原料CaSO42H2O，常簡稱石膏，也稱為原生二水石膏或軟石膏等。化學(xué)組成理論質(zhì)量()：CaO 32.57，SO3 46.50，H2O 20.93。常含粘土、細(xì)砂等機(jī)械混入物。 石膏礦石化工生產(chǎn)的廢石膏復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料二水石膏屬于單斜晶系圖3-6 二水石膏的結(jié)晶結(jié)構(gòu)圖3-7 二水石膏晶形復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料天然二水石膏天然無水石膏原料石膏礦

10、石化工生產(chǎn)的廢石膏CaSO4，又稱硬石膏?；瘜W(xué)組成理論質(zhì)量（）：CaO 41.19，SO3 58.81。 屬斜方晶系。 除石膏外，還含不同的雜質(zhì)，主要為粘土物質(zhì)和碳酸鹽類(粘土石膏，渣膏等)。等級(jí)一二三四五CaSO42H2O%959485847574656455天然二水石膏的等級(jí)復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料根據(jù)石膏產(chǎn)品的形狀石膏透明石膏纖維石膏雪花石膏片狀石膏土石膏透明無色，有時(shí)略帶淡紅色，呈玻璃光澤具有纖維狀集合體，呈層狀、脈狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，乳白色，有時(shí)帶蠟黃色、淡紅色呈細(xì)粒晶體集合塊、星狀、團(tuán)狀及殼狀，半透明致密塊狀集合體，葉片狀，玻璃光澤土狀光澤，呈層狀、團(tuán)塊狀、脈狀等復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝

11、材料3.3.2 石膏的脫水轉(zhuǎn)變及脫水石膏的形成過程 CaSO4H2O系統(tǒng)中公認(rèn)石膏相有五種形態(tài)、七個(gè)變種。二水石膏（CaSO42H2O）；型與型半水石膏(、CaSO41/2H2O) ；型與型硬石膏(、CaSO4)；硬石膏(CaSO4)；硬石膏I(CaSO4I)。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 半水石膏(熟石膏)和半水石膏(高強(qiáng)石膏)在宏觀性能上的差別，主要是由于亞微觀上即晶粒的型態(tài)、大小以及聚集狀態(tài)等方面的差別。 型與型半水石膏區(qū)別半水石膏水化速度較快，水化熱高，需水量大，膠化體的強(qiáng)度較低。結(jié)晶度較差，常為細(xì)小的纖維狀或片狀聚集體，內(nèi)比表面積較大。結(jié)晶比較完整，常呈短柱狀，晶粒較粗大，聚集體的內(nèi)比

12、表面積較小，致密，有一定的結(jié)晶形狀。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料難溶的或不溶的硬石膏。二水石膏、半水石膏和硬石膏經(jīng)高溫脫水后在常溫下穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。 只有在溫度高于1180時(shí)才存在，如果低于此溫度，會(huì)轉(zhuǎn)化為硬石膏，所以在常溫下是不存在的。 硬石膏 硬石膏I復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 石膏膠凝材料的制備過程，主要是二水石膏加熱脫水轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌撍嘞嗟倪^程。圖3-8 石膏的變種復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料二水石膏既是脫水物的原始材料，又是脫水石膏再水化的最終產(chǎn)物 半水石膏有型與型兩個(gè)變種。當(dāng)二水石膏在加壓水蒸氣條件下，或在酸和鹽的溶液中加熱時(shí)，可以形成型半水石膏。如果二水石膏的脫水過程是處于缺少水蒸

13、汽的干燥環(huán)境中進(jìn)行，則可以形成型半水石膏。 硬石膏也稱為可溶性硬石膏。一般它也存在型與型兩個(gè)變種，它們分別由型與型半水石膏加熱脫水而成。如果二水石膏脫水時(shí)，水蒸汽分壓過低，二水石膏也可以不經(jīng)過半水石膏直接轉(zhuǎn)變?yōu)樾陀彩?。?fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料圖3-9 二水石膏的差熱曲線 140吸熱峰， 二水石膏失去3/2H2O 190吸熱峰，失去1/2H2O 360放熱峰， III型無水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)镮I型無水石膏復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料半水石膏加水后化學(xué)反應(yīng)：CaSO41/2H2O + 3/2 H2O = CaSO42H2O + Q(19.2J/gSO3) 石膏膠凝材料的價(jià)值在于半水石膏或者脫水石膏能夠水

14、化硬化 3.3.3 石膏漿體的硬化及其強(qiáng)度發(fā)展過程 實(shí)踐證明：石膏膠凝材料在水化過程中，僅形成水化產(chǎn)物，漿體并不一定能形成具有強(qiáng)度的人造石，而只有當(dāng)水化物晶體互相連生形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)時(shí)，才能硬化并形成具有強(qiáng)度的人造石。石膏漿體的硬化過程就是結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成過程復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 圖3-10 型半水石膏漿體強(qiáng)度的發(fā)展過程第一階段 5min以前，漿體的塑性強(qiáng)度很低，且增長很慢；第二階段 5min30min，強(qiáng)度迅速增大，并發(fā)展到最大值；最后如果硬化漿體在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)，則強(qiáng)度逐漸有所下降。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料6.010.0MPa3.3.4 提高石膏硬化漿體抗水性的途徑抗水性差強(qiáng)度損失可

15、達(dá)70甚至更大干燥狀況飽和水狀態(tài)石膏制品共同的弱點(diǎn):抗壓強(qiáng)度復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料半水石膏的水化產(chǎn)物與其它水硬性膠凝材料的水化物相比，具有大得多的溶解度。原因溶解度二水石膏的溶解度：610-3mol/L石膏硬化漿體中結(jié)晶接觸點(diǎn)具有重大的溶解度結(jié)晶接觸點(diǎn)的性質(zhì)與數(shù)量水化硅酸鈣(托貝莫來石)的溶解度：1.8l0-4mol/L復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料提高石膏硬化漿體抗水性的途徑：保證石膏硬化漿體結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成；在保證一定強(qiáng)度的前提下，減少接觸點(diǎn)的數(shù)量；保證石膏硬化漿體有較高的密實(shí)度，即減少孔隙率和孔徑的大小以及結(jié)構(gòu)裂縫；加入一定數(shù)量的硅酸鹽水泥或其他含有活性二氧化硅、三氧化二鋁的氧化鈣。復(fù)合材

16、料概論-無機(jī)膠凝材料建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)和特性（1）技術(shù)性質(zhì)顏色：白色密度：2.62.75g/cm3孔隙率大：50%60%（2）石膏產(chǎn)品的標(biāo)記：復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料（3）特性1）凝結(jié)硬化快2）微膨脹性3）孔隙率大在常溫下一般幾分鐘（35分鐘）即可初凝，30分鐘內(nèi)終凝輕質(zhì)、隔熱、吸聲性好，但是強(qiáng)度低、吸水率大石膏硬化過程中體積略有膨脹，因此，澆注成型時(shí)可以得到尺寸精確、表面光滑致密的構(gòu)件，或裝飾圖案復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料4）耐水性、抗凍性差 石膏制品不僅表面光滑，且質(zhì)地細(xì)膩，顏色潔白，裝飾性好；此外，硬化石膏可鋸、可刨，具有良好的可加工性5）抗火性好6）裝飾性和加工性好軟化系數(shù)為0.30

17、.5，不宜用于室外 建筑石膏硬化后的主要成分為CaSO4.2H2O，遇火時(shí)，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。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料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)：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。1） 石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)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(shí)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(zhǔn)確、細(xì)致，裝飾性好。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料(

18、3) 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時(shí)或遇火后會(huì)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。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 在室外使用建筑石膏制品時(shí)，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。不適用于室外使用？復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料分析討論：其原因有兩個(gè)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(shí)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

19、。可摻入緩凝劑，延長凝結(jié)時(shí)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(qiáng)的粘結(jié)劑工程實(shí)例分析 石膏飾條粘貼失效現(xiàn)象：石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時(shí)完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請分析原因。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3.3.5 石膏的應(yīng)用石膏在建材和建筑中的應(yīng)用： 石膏和石灰同為最古老的建筑材料之一，公元前2000年就被應(yīng)用在埃及金字塔的石材縫隙和灰漿抹面等裝飾上。西南亞于公元前35002500年就廣泛應(yīng)用石膏灰漿進(jìn)行內(nèi)裝修和底涂上。 隨著工

20、業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，石膏灰泥和石膏制品得到了迅速發(fā)展，如，美國目前80%的新住宅均用石膏作內(nèi)墻和吊頂，在日本、歐洲，石膏板應(yīng)用得也很普遍，我國近幾年來，已投產(chǎn)了多條石膏板的生產(chǎn)線。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 有一定的隔音隔熱性能，加工性能好，原料廣泛，加工設(shè)備簡單，燃料消耗低等。性能優(yōu)點(diǎn)質(zhì)輕強(qiáng)度較高防火尺寸穩(wěn)定，裝飾美觀耐水性差復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料1、質(zhì)輕 制造石膏板通常摻有鋸末、膨脹珍珠巖、蛭石等填料或發(fā)泡劑發(fā)泡，一般密度只有900 kg/m3，并且可以做得很薄，如制作9mm厚的板材，其質(zhì)量約為8.1kg/m3。當(dāng)厚度為10mm時(shí)，其質(zhì)量只有79kg/m3。2、強(qiáng)度較高 石膏制品的抗彎強(qiáng)

21、度取決于石膏和紙(或增強(qiáng)纖維)，特別是紙的強(qiáng)度及其粘結(jié)力。紙面石膏板的抗彎強(qiáng)度一般為8MPa左右，能滿足做隔墻和飾面的需要。復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料3、防火 石膏板基本上是不可燃的，因?yàn)槭嗍且环N不燃燒的材料，與石膏緊貼在一起的紙板即使點(diǎn)燃也只是燒焦而不可能燃燒。因此，石膏板成了一種良好的防火介質(zhì)。 4、尺寸穩(wěn)定，裝飾美觀 由于石膏制品的伸縮比很小，達(dá)到最大的吸水率57時(shí)，其伸長也只有0.09左右，其干燥收縮則更小，因此，制品的尺寸穩(wěn)定，變形小。加之石膏制品的加工性能好，石膏板可切割，可鋸，可釘，且在石膏板上可貼各種顏色，各種圖案的面紙。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料5、耐水性差 石膏本身是氣

22、硬性膠凝材料，不耐水，若以紙為面層，則兩者的耐水性均差。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料石膏的用途 塑制工藝品制作牙科陶瓷機(jī)械模型生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥時(shí)，作為緩凝劑硅酸鹽建筑制品的生產(chǎn)中，石膏作為外加劑提高產(chǎn)品的性能 紙面石膏板、纖維石膏板、小型石膏砌塊、中型石膏條板以及建筑飾面板、隔聲板 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料 與普通水泥砂漿比較，粉刷石膏的特點(diǎn):一、黏結(jié)力強(qiáng)，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；二是具有呼吸功能，可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度。石膏用途1：室內(nèi)抹灰及粉刷 特別適用于混凝土頂板、加氣混凝土墻面各種保溫材料的表面抹灰建筑石膏的應(yīng)用復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料三、無毒無味，其配料注重健康環(huán)保；四、凝結(jié)度快，體質(zhì)輕，減少了樓層重量；五、為新型的綠色生態(tài)建材，防火性能良好；六、施工工序簡便，落地灰少，操作快捷。 復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料用途2：裝飾制品如石膏像等；復(fù)合材料概論-無機(jī)膠凝材料用途3：建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等.如上圖的石膏板