第02章氣硬性膠凝材料

會(huì)計(jì)學(xué)1第02章氣硬性膠凝材料4.1石灰

天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白云石）經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：生石灰（堆積密度為800~1000kg/m3)一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細(xì)即為生石灰粉。第1頁(yè)/共48頁(yè)一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時(shí)，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—?dú)溲趸}，這個(gè)過(guò)程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：生石灰燒制過(guò)程中，往往由于石灰石原料的尺寸過(guò)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2頁(yè)/共48頁(yè)第二種情況是由于燒制的溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(guò)火石灰”。過(guò)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(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過(guò)火石灰才開(kāi)始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開(kāi)裂。第3頁(yè)/共48頁(yè)為了消除過(guò)火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中放置兩周以上，這一過(guò)程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。第4頁(yè)/共48頁(yè).石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程來(lái)完成的：（１）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。（２）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)：第5頁(yè)/共48頁(yè)

碳化作用實(shí)際是二氧化碳與水形成碳酸，然后與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣。所以這個(gè)作用不能在沒(méi)有水分的全干狀態(tài)下進(jìn)行。第6頁(yè)/共48頁(yè)二.建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)有細(xì)度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。并按技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個(gè)等級(jí)。具體技術(shù)要求見(jiàn)：<土木工程材料>

JC/T479-1992建筑生石灰

JC/T480-1992建筑生石灰粉

JC/T481-1992建筑消石灰粉鈣質(zhì)生石灰MgO≤5%；鈣質(zhì)消石灰粉MgO≤4%

鎂質(zhì)生石灰MgO﹥5%鎂質(zhì)消石灰粉MgO﹥4%第7頁(yè)/共48頁(yè)三.石灰的技術(shù)性質(zhì)（1）可塑性好生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)（直徑約為1μ）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。第8頁(yè)/共48頁(yè)(2)硬化慢、強(qiáng)度低從石灰漿體的硬化過(guò)程可以看出，由于空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化后，形成緊密外殼，不利于碳化作用的深入，也不利于內(nèi)部水分的蒸發(fā)，因此石灰是硬化緩慢的材料。同時(shí)，石灰的硬化只能在空氣中進(jìn)行，硬化后的強(qiáng)度也不高。受潮后石灰溶解，強(qiáng)度更低，在水中還會(huì)潰散。如石灰砂漿（1：3）28天強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下作用，也不宜用于重要建筑物基礎(chǔ)。第9頁(yè)/共48頁(yè)（3）硬化時(shí)體積收縮大石灰在硬化過(guò)程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。第10頁(yè)/共48頁(yè)（4）耐水性差，不易貯存塊狀類石灰放置太久，會(huì)吸收空氣中的水分而自動(dòng)熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過(guò)久。最好運(yùn)到后即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙凇Ｓ捎谏沂艹笔旎瘯r(shí)放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲(chǔ)存和運(yùn)輸生石灰時(shí)，還要注意安全。第11頁(yè)/共48頁(yè)四.石灰的應(yīng)用（1）石灰乳和石灰砂漿將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，是一種廉價(jià)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(guó)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。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。第12頁(yè)/共48頁(yè)（2）石灰土（灰土）和三合土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(shí)，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(yīng)，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。如建筑物或道路基礎(chǔ)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(jí)配碎石）等。第13頁(yè)/共48頁(yè)（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?dāng)嚢?經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。第14頁(yè)/共48頁(yè)4.2建筑石膏石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時(shí)可形成多種性能不同的石膏。2.1石膏的原料、分類及生產(chǎn)根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的多少不同可分為：（1）無(wú)水石膏（ＣaSO4）：也稱硬石膏，它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，是生產(chǎn)硬石膏水泥的原料。第15頁(yè)/共48頁(yè)（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也稱生石膏或二水石膏，大部分自然石膏礦為生石膏，是生產(chǎn)建筑石膏的主要原料。（３）建筑石膏（ＣaSO4·1/2H2O）也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為α型半水石膏和β型半水石膏：

第16頁(yè)/共48頁(yè)建筑石膏通常是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107℃～170℃，可產(chǎn)生β型建筑石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）124℃條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產(chǎn)生α型建筑石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）第17頁(yè)/共48頁(yè)α型半水石膏與β型半水石膏相比，結(jié)晶顆粒較粗，比表面積較小，強(qiáng)度高，因此又稱為高強(qiáng)石膏。當(dāng)加熱溫度超過(guò)170℃時(shí)，可生成無(wú)水石膏，只要溫度不超過(guò)200℃，此無(wú)水石膏就具有良好的凝結(jié)硬化性能。第18頁(yè)/共48頁(yè)2.2建筑石膏的水化與硬化建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應(yīng)，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結(jié)，此后進(jìn)一步產(chǎn)生和發(fā)展強(qiáng)度而硬化。第19頁(yè)/共48頁(yè)建筑石膏與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為：此反應(yīng)實(shí)際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應(yīng)，因?yàn)槎嗳芙舛缺劝胨嗟娜芙舛刃〉枚?，所以此反?yīng)總體表現(xiàn)為向右進(jìn)行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。

第20頁(yè)/共48頁(yè)隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶體的不斷生成和長(zhǎng)大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開(kāi)始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長(zhǎng)大和連生，形成相互交錯(cuò)且孔隙率逐漸減小的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度也會(huì)不斷增大，直至水分完全蒸發(fā)，形成硬化后的石膏結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實(shí)際上是交叉進(jìn)行的。第21頁(yè)/共48頁(yè)2.3建筑石膏的技術(shù)要求建筑石膏的技術(shù)要求有強(qiáng)度、細(xì)度和凝結(jié)時(shí)間。并按強(qiáng)度和細(xì)度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術(shù)要求見(jiàn)GB9776-1988?！苯ㄖ牧稀癙28表4-4）第22頁(yè)/共48頁(yè)建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)（１）凝結(jié)硬化速度快建筑石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時(shí)間僅為10min左右，終凝時(shí)間不超過(guò)30min，這對(duì)于普通工程施工操作十分方便。有時(shí)需要操作時(shí)間較長(zhǎng)，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動(dòng)物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等第23頁(yè)/共48頁(yè)（２）凝結(jié)硬化時(shí)的膨脹性

建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過(guò)程，其體積不僅不會(huì)收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會(huì)對(duì)石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時(shí)的開(kāi)裂。第24頁(yè)/共48頁(yè)（３）硬化后的多孔性，重量輕，但強(qiáng)度低建筑石膏在使用時(shí)，為獲得良好的流動(dòng)性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過(guò)程中由于水分的蒸發(fā)，使原來(lái)的充水部分空間形成孔隙，造成石膏內(nèi)部的大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強(qiáng)度也因此下降。通常石膏硬化后的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗壓強(qiáng)度約為３ＭPa～5ＭPa。第25頁(yè)/共48頁(yè)（４）良好的隔熱和吸音和“呼吸”功能

石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對(duì)聲音傳導(dǎo)或反射的能力也顯著下降，使其具有較強(qiáng)的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開(kāi)口孔結(jié)構(gòu)，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。第26頁(yè)/共48頁(yè)（５）防火性好，但耐水性差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(shì)的蔓延，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的強(qiáng)度來(lái)自于晶體粒子間的粘結(jié)力，遇水后粒子間連接點(diǎn)的粘結(jié)力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產(chǎn)生局部潰散，所以建筑石膏硬化體的耐水性較差。第27頁(yè)/共48頁(yè)（6）有良好的裝飾性和可加工性

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。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。第28頁(yè)/共48頁(yè)2.4建筑石膏的應(yīng)用（1）

石膏砂漿及粉刷石膏（2）

建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等(3）制作建筑雕塑和模型第29頁(yè)/共48頁(yè)4.3.水玻璃

水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有: 硅酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、硅酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、硅酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是硅酸鈉水玻璃。第30頁(yè)/共48頁(yè)（ 稱為水玻璃模數(shù)）根據(jù)水玻璃模數(shù)的不同，又分為“堿性”水玻璃（ｎ＜３和“中性”水玻璃（ｎ≥3）。實(shí)際上中性水玻璃和堿性水玻璃的溶液都呈明顯的堿性反應(yīng)。第31頁(yè)/共48頁(yè)3.1水玻璃的生產(chǎn)生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。濕法生產(chǎn)硅酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反應(yīng)生液體水玻璃。干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中于1300~1400?C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固體水玻璃。固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應(yīng)式為：第32頁(yè)/共48頁(yè)3.2水玻璃的硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無(wú)定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化：由于空氣中CO2濃度較低，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～１５％。第33頁(yè)/共48頁(yè)3.3水玻璃的技術(shù)性質(zhì)（１）粘結(jié)力強(qiáng)。水玻璃硬化后具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝膠還有堵塞毛細(xì)孔隙而防止水分滲透的作用。（２）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸的作用。但其不耐堿性介質(zhì)侵蝕。（３）耐熱性高水玻璃不燃燒，硬化后形成ＳiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度并不降低，甚至有所增加。第34頁(yè)/共48頁(yè)3.4水玻璃的應(yīng)用（１）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(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因?yàn)樗Ａc材料中的Ｃa（OH）2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。第35頁(yè)/共48頁(yè)反應(yīng)式為：同時(shí)硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有利于材料保護(hù)。選用不同的耐火填料，還可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱涂料。第36頁(yè)/共48頁(yè)（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(lán)礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶于60份的沸水中，降溫至５０℃，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。第37頁(yè)/共48頁(yè)（3）加固土壤將模數(shù)為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過(guò)金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(qiáng)度可達(dá)３～６ＭＰａ。(4)配制水玻璃砂漿。

將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補(bǔ)墻體裂縫。第38頁(yè)/共48頁(yè)（５）配制耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配制滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。

第39頁(yè)/共48頁(yè)例3-1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(shí)在個(gè)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。

例3-2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(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？例3-3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？

例3-4水玻璃的化學(xué)組成是什么？水玻璃的模數(shù)、密度（濃度）對(duì)水玻璃的性能有什么影響？第40頁(yè)/共48頁(yè)例3-1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(shí)在個(gè)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

石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過(guò)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(gè)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(shí)所用的石灰中混入了過(guò)火石灰。這部分過(guò)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(guò)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。

第41頁(yè)/共48頁(yè)例3-2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(chǔ)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(shí)，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(yīng)，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(qiáng)度和耐水性會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)或夯實(shí)，使灰土或三合土的密實(shí)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(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。第42頁(yè)/共48頁(yè)例3-3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