第二章氣硬性膠凝材料

第二章

氣硬性膠凝材料本章主要內(nèi)容石灰石膏水玻璃教學(xué)大綱掌握石膏、石灰、水玻璃的硬化機(jī)理、性質(zhì)及使用要點(diǎn)。熟悉石膏、石灰、水玻璃的主要用途。概述基本概念膠凝材料的分類學(xué)習(xí)要求基本概念：什么是膠凝材料？定義：經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散?；蚱?、塊狀材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)。特征：嚴(yán)格意義上膠凝材料應(yīng)指漿體；能在常溫下凝結(jié)硬化為固體；有較強(qiáng)的膠結(jié)能力；具有一定的使用性能。膠凝材料的種類？按其化學(xué)組成：有機(jī)膠凝材料：瀝青、樹脂等。無機(jī)膠凝材料：水泥、石膏、石灰等。復(fù)合膠凝材料：牙齒水泥、酸－堿水泥。按其硬化條件：氣硬性膠凝材料石膏、石灰等；水硬性膠凝材料各種水泥等。氣硬性與水硬性膠凝材料的特點(diǎn)氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度；

關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度。關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的性能！第一節(jié)石灰

建筑石灰的組成與品種建筑石灰的制備石灰的硬化石灰的性質(zhì)石灰的應(yīng)用千錘萬鑿出深山，

烈火焚燒若等閑。

粉骨碎身全不怕，

要留清白在人間。一、石灰的組成與品種氣硬性石灰

粘土雜質(zhì)含量＞8%的石灰石熱分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(漿)：Ca(OH)2、H2O；二、石灰的制備原料：以CaCO3為主要成分的天然巖石，如：石灰石、白堊等。石灰的制備：石灰石的熱分解反應(yīng)：

CaCO3CaO＋CO2制備工藝：巖石破碎煅燒粉磨(消解)制備工藝與產(chǎn)品石灰石1000～1100C磨細(xì)生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時(shí)間較短時(shí)，

欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長時(shí)，過火石灰減輕或消除過火石灰的危害石灰漿體

氫氧化鈣晶體碳酸鈣晶體石灰凝膠體石灰碳化體水孔隙水分損失碳化三、石灰的硬化結(jié)晶作用生石灰或熟石灰＋水成為Ca(OH)2漿體；漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致Ca(OH)2結(jié)晶；晶粒長大、交錯(cuò)堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)—硬化。碳化作用Ca(OH)2與空氣中的CO2氣體反應(yīng)，在表面形成CaCO3膜層。提高耐久性。四、石灰的性質(zhì)建筑石灰的技術(shù)要求：

CaO的含量CO2的含量(欠火石灰)

細(xì)度體積安定性(過火石灰)建筑石灰的特性：

表觀密度較小漿體的可塑性好硬化后的強(qiáng)度較低耐水性差漿體硬化中容易開裂過火石灰的危害

與水反應(yīng)很慢，石灰硬化后再與水反應(yīng)發(fā)生體積膨脹而引起開裂。

問題？1.過火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？

答：過火石灰密度較大，且顆粒表面有玻璃釉狀物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕水化，產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性?？刹捎醚娱L石灰的熟化和陳伏期，或過濾掉。2.石灰硬化過程中，為什么容易開裂？使用時(shí)應(yīng)如何避免？

答：石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時(shí)，避免單獨(dú)使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等。五、石灰的應(yīng)用配制建筑砂漿和石灰乳配制無熟料水泥石灰＋火山灰活性材料配制三合土石灰＋粘土＋砂＋水作為其它建材制品的原料如：硅酸鹽制品、灰砂制品、碳化板等。軟土地基加固第二節(jié)石膏

石膏的組成與結(jié)構(gòu)

石膏的生產(chǎn)建筑石膏的凝結(jié)與硬化建筑石膏的性質(zhì)

建筑石膏的應(yīng)用

石膏應(yīng)用的歷史9000年前，敘利亞和土耳其的安那托力亞就有古跡；5000年前，埃及人就在敞開的火爐中煅燒石膏，然后破碎磨成粉末，再與水拌和制得用于金字塔建造中石塊得粘結(jié)材料——灰漿；372-287BC，古希臘人采用天然透明石膏（亞硒酸石膏）做神廟的窗戶；古羅馬人用石膏澆注了成千上萬座雕塑。十七世紀(jì)，法國巴黎的木質(zhì)房的所有墻壁均用石膏灰漿（plaster）覆蓋，以提高防火性能，因而，法國巴黎有“石膏的首都（capitalofplaster）之稱。石膏灰漿又稱為“PlasterofParis”它是半水硫酸鈣(CaSO4?H2O)，二水硫酸鈣(CaSO42H2O)稱為gypsum一、石膏的組成與結(jié)構(gòu)石膏的礦物組成：

CaSO4·xH2OX為結(jié)晶水H2Ox＝0，硬石膏(無水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏膠凝材料(Gypsumbinder

)的組成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶體結(jié)構(gòu)二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌二、石膏的生產(chǎn)原料：天然二水石膏；天然無水石膏；工業(yè)副產(chǎn)物——磷石膏、脫硫石膏等。生產(chǎn)工序：

原料(破碎)脫水磨細(xì)生產(chǎn)(脫水)的工藝：非密閉煅燒(干燥空氣中)：密閉蒸練(濕的水蒸汽)：不同工藝得到不同組成的石膏膠凝材料天然石膏礦纖維狀晶體生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的組成CaSO42H2O120~180C干燥空氣125~180C水蒸汽-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密閉煅燒工藝及其產(chǎn)品組成密閉蒸煉工藝及其產(chǎn)品組成三、建筑石膏的凝結(jié)硬化凝結(jié)硬化過程中的水化反應(yīng)：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng)凝結(jié)硬化機(jī)理——“溶解－沉淀理論”

溶解

沉淀

硬化

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Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對(duì)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(cuò)，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)凝結(jié)硬化的物理化學(xué)過程

石膏漿體

半水石膏顆粒二水石膏晶體石膏膠體石膏硬化體水孔隙水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進(jìn)行二水石膏晶體增多石膏硬化體中晶體堆積體

半水石膏在空氣中，也會(huì)吸收空氣中的水分子水化成二水石膏晶體。石膏顆粒表面分子首先水化顆粒表面二水石膏晶體不斷增多半水石膏全部水化成二水石膏

所以，石膏膠凝材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存中，必須防潮、防水，以免失效！四、建筑石膏的性質(zhì)建筑石膏的技術(shù)要求(GB/T9776－2008)：密度：2.50~2.80;強(qiáng)度：抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度;

細(xì)度：0.2mm方孔篩篩余不>10%;

凝結(jié)時(shí)間：初凝(不<3min)、終凝時(shí)間（不>30min）;石膏硬化體及制品的特性：表觀密度較?。骸?.0孔隙率較大強(qiáng)度較低耐水性和抗凍性較差防火性較好隔熱性和吸聲性良好裝飾性學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！1.石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，Why？

答：半水石膏需加水60～80％，才能使?jié){體達(dá)到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能參與反應(yīng)，硬化后多余水分的揮發(fā)留下大量孔隙。2、孔隙率較大在應(yīng)用上，有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)Which？答：優(yōu)點(diǎn)—保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕?？勺鳛閴Π?、天花板、墻面粉刷砂漿等。缺點(diǎn)—強(qiáng)度低、吸水率較大、耐水性差。不能用作結(jié)構(gòu)材料，不宜用于潮濕環(huán)境等。3.為什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶體是親水性很強(qiáng)的離子晶體，而且晶體內(nèi)有明顯的解理面，層間和晶體顆粒間是較弱的氫鍵結(jié)合，因此，水分子進(jìn)入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；其軟化系數(shù)只有0.30~0.45；另一方面，二水石膏在水中的溶解度較大，石膏制品長期在水中的強(qiáng)度將更低。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！4、如何改善石膏制品的耐水性How?

答：降低孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)毛細(xì)縫隙進(jìn)行憎水處理，以減小吸水率；摻加其它礦物或有機(jī)物，以降低晶體水化物的溶解度，阻止水分子對(duì)晶體顆粒間的削弱作用。二水石膏晶體解理面5、為什么石膏制品的防火性好Why?

答：石膏制品的孔隙率大，隔熱性較好；二水石膏晶體含有兩個(gè)結(jié)晶水分子，在受熱后，二水石膏晶體脫去水分子，并蒸發(fā)吸收和帶走熱量；硫酸鈣分子的分解溫度很高，因此，在高溫下，主要發(fā)生脫水和燒結(jié)。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！6、進(jìn)一步思考的問題:警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？試驗(yàn)證明石膏板有調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的功能，為什么？如何在土木工程建設(shè)中正確地使用或選用石膏，為什么？調(diào)濕作用紅線條表示室內(nèi)濕度變化藍(lán)線條表示室外濕度變化五、建筑石膏的應(yīng)用建筑石膏是一種很好的綠色建材！應(yīng)用中揚(yáng)長避短，正確應(yīng)用！建筑上的主要應(yīng)用有：建筑石膏制品：各種板材：墻板、天花板等藝術(shù)裝飾品粉刷石膏：墻面粉刷雕飾各種墻板德國一所教堂的外墻面雕飾室內(nèi)墻面和天花板的雕飾我國石膏礦分布非常廣泛浙江省天然石膏礦產(chǎn)資源匱乏，如何充分利用工業(yè)固廢：磷石膏，脫硫石膏？Summary性質(zhì)——石膏是氣硬性膠凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaSO40.5H2O;(Compose)生產(chǎn)方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化學(xué)石膏在107~170C干燥下脫水制備；(Processing)凝結(jié)硬化機(jī)理——“溶解—沉淀”理論，即通過半水石膏在水中不斷溶解，二水石膏不斷結(jié)晶，晶體不斷生長、相互交錯(cuò)與連生構(gòu)成晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而硬化；性能——漿體需水量較大，凝結(jié)硬化快、凝結(jié)時(shí)有微膨脹、表觀密度較小、孔隙率較大、強(qiáng)度低、耐水與抗凍性差、容易吸水和吸潮、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱與吸聲性好、耐火、對(duì)人體和環(huán)境無害（Properties）。應(yīng)用——各種板材、粉刷砂漿、雕飾等(Utilization)。本章的重點(diǎn)內(nèi)容回顧氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的區(qū)別石灰凝結(jié)硬化機(jī)理、過火石灰的危害及防止、石灰的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用石膏的凝結(jié)硬化機(jī)理、石膏的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)一步研究開發(fā)的課題先進(jìn)纖維石膏基復(fù)合材料高強(qiáng)石膏及其制品提高石膏及其制品的耐水性外墻保溫砂漿及其裝飾鋼結(jié)構(gòu)防火涂層第三節(jié)水玻璃水玻璃的組成水玻璃的制備水玻璃的硬化水玻璃的性質(zhì)水玻璃的應(yīng)用什么是水玻璃？

堿金屬硅酸鹽的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模數(shù)？

n:氧化硅SiO2與堿金屬氧化物R2O的摩爾比。模數(shù)對(duì)水玻璃性能的影響

模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好。水玻璃的制備方法：

濕法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃硬化過程

水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠