第5講氣硬性膠凝材料

第2章氣硬性膠凝材料

概述

膠凝材料（結(jié)合料）

——經(jīng)物理、化學(xué)作用，能由漿體變成堅(jiān)硬的固體，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)為整體的材料。1無機(jī)膠凝材料（以無機(jī)化合物為基本成分）有機(jī)膠凝材料（天然的或合成的有機(jī)高分子化合物為基本成分）（瀝青、樹脂）

按凝結(jié)硬化條件分類

氣硬性膠凝材料——只在空氣中硬化

（石灰、石膏）

水硬性膠凝材料——空氣、水中皆可硬化（水泥）

2氣硬性膠凝材料

一、石灰1.石灰的生產(chǎn)生產(chǎn)石灰的原材料包括天然石灰石和化工副產(chǎn)品。主要成分為CaCO3。生產(chǎn)工藝——煅燒

石灰生產(chǎn)過程，是石灰石煅燒過程。根據(jù)煅燒程度可分為欠火石灰、正火石灰、過火石灰。

CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2900℃700℃生石灰為主3制備工藝與產(chǎn)品石灰石1000～1200C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，時間較短時，

欠火石灰煅燒溫度較高，時間較長時，過火石灰減輕或消除過火石灰的危害4

2.煅燒塊狀生石灰的特點(diǎn)：

CaO質(zhì)量幾乎下降一半,但體積縮小很少,故優(yōu)質(zhì)生石灰應(yīng)為白色疏松結(jié)構(gòu)。欠火石灰：溫度過低/時間不夠/石灰石不能充分燒透,存在硬心過火石灰：溫度過高/時間過長/顏色深（褐、黑）塊狀生石灰1005644注意過火石灰可以使用，但應(yīng)陳伏半個月5

3、石灰分類2.石灰的存在形成

塊狀生石灰——煅燒直接獲得生石灰粉——塊狀生石灰磨細(xì)

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+過量水鈣質(zhì)石灰（MgO≤5％）鎂質(zhì)石灰（MgO>5％）特點(diǎn)：熟化較慢，但硬化強(qiáng)度稍高。1.按MgO含量不同生石灰分為CaOCa(OH)264.

石灰的熟化與硬化

1）石灰的熟化熟化的過程生石灰+水熟石灰

熟化過程的特點(diǎn)

放出大量的熱；體積膨脹1～2.5倍。熟化過程的注意事項(xiàng)熟石灰在使用前必須陳伏14d以上——防止過火石灰的危害；(陳伏：指石灰乳或石灰膏在儲灰坑中放置14d以上的過程）在儲灰池表面保留一層水——防止石灰碳化。

MgO+H2O==Mg（OH）2

CaO+H2O==Ca（OH）2+64.9KJ/mol7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。

2）硬化

85、石灰的性質(zhì)1）可塑性和保水性好（石灰漿、石灰砂漿）2）硬化較慢、強(qiáng)度低（硬化只能在空氣中進(jìn)行）石灰砂漿（1：3）28天強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa3）硬化時體積收縮大（原因？）4）耐水性差（不宜在潮濕的環(huán)境中使用）5）吸濕性強(qiáng)（生石灰防潮且不宜久存）9表3.1生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品

CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）/%≯5101551015產(chǎn)漿量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.010表3.2生石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品

CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余/%≯7.012.018.07.012.018.011表3.3消石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游離水/%0.4～２體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯000.5000.5000.50.125mm篩篩余%≯31015310153101512表3.4路面基層用石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰鈣質(zhì)消石灰鎂質(zhì)消石灰等級ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢCaO+MgO含量/%≮858075807570656055605550未消化殘?jiān)?/p>

/5mm圓孔篩余/%≯71117101420含水量/%≯444444細(xì)度0.71mm篩篩余/%≯—11—110.125mm篩篩余%≯1320—1320—MgO含量/%≤5＞5≤4＞413

6、石灰的應(yīng)用

1）石灰砂漿。石灰漿（膏）、水泥石灰混合砂漿2）石灰土和三合土石灰＋粘土——石灰土(灰土)

拌和

按比例5%～12%

石灰＋粘土＋砂（爐渣/石膏）——三合土應(yīng)用歷史悠久主要用于建筑物的地基、基礎(chǔ)，也用于道路的基層、墊層14

3）制作硅酸鹽制品硅酸鹽制品：磨細(xì)的石灰硅質(zhì)材料膠凝材料＋少量石膏蒸汽養(yǎng)護(hù)或蒸壓養(yǎng)護(hù)以水化硅酸鈣為主要產(chǎn)物人造材料如粉煤灰煤矸石等常用的硅酸鹽制品：蒸壓灰砂磚、蒸壓加氣混凝土砌塊或板材等。15灰砂磚

5）制作無熟料水泥

石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥磨細(xì)生石灰纖維狀填料（或輕質(zhì)骨料）混合攪拌成型通入高濃度CO2(12-24h)輕質(zhì)板4）碳化石灰板171.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。可采用延長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，避免單獨(dú)使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等。181.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192.生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的組成CaSO42H2O

120~180C干燥空氣125~180C水蒸氣-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C

200~360C

400~800C400~800CCaSO4(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202、建筑石膏的凝結(jié)硬化特點(diǎn)：極快,全過程約7～12min。凝結(jié)硬化

凝結(jié)：自由水水化和蒸發(fā)，石膏漿體可塑性減小，漿體變稠

硬化：晶體逐漸長大，漿體產(chǎn)生強(qiáng)度，直到干燥水化21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)行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體22半水石膏在空氣中，也會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、儲存中，必須防潮、防水，以免失效！23

3.建筑石膏的特性

1)凝結(jié)硬化快（拌合后3~5min失去可塑性）。

2)凝結(jié)硬化時體積微膨脹。

3)孔隙率大，表現(xiàn)密度小。

4)保溫、隔熱、吸聲性好。

5)調(diào)溫、調(diào)濕、裝飾性好。

6)防火性能良好。

7)耐水性、抗?jié)B性、抗凍性差。24

4.建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)和要求

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9776-2008《建筑石膏》規(guī)定

強(qiáng)度主要技術(shù)指標(biāo)細(xì)度凝結(jié)時間

按原材料種類分為天然建筑石膏（代號N）脫硫建筑石膏（代號S）磷建筑石膏（代號P）等級：按2天的抗折強(qiáng)度分為：3.0、2.0、1.6三個等級25五、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261.石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，？

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)？答：優(yōu)點(diǎn)—保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕。可作為墻板、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。273.為什么石膏制品的耐水性差？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

。4、如何改善石膏制品的耐水性?

答：降低孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，對毛細(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，阻止水分子對晶體顆粒間的削弱作用。285、為什么石膏制品的防火性好?

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)。6、進(jìn)一步思考的問題:警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場時，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)