第三章-氣硬性膠凝材料2015級(jí)

第三章氣硬性膠凝材料巴中職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖3.1膠凝材料分類

以天然的或合成的有機(jī)高分子化合物為基本成分以無(wú)機(jī)化合物為基本成分凝結(jié)硬化條件的不同概述化學(xué)組成膠凝材料：能通過(guò)物理化學(xué)作用將散粒材料或塊狀材料膠結(jié)成為一個(gè)整體，并產(chǎn)生強(qiáng)度的材料。①氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度的材料。②水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度的材料。概念2/6/20233第三章無(wú)機(jī)膠凝材料3.1石灰石灰是在土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一，石灰的原料分布很廣，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，在土木工程中應(yīng)用很廣。石灰的生產(chǎn)及分類天然碳酸巖類巖石——（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：

CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2900℃700℃生石灰生石灰鈣質(zhì)石灰鎂質(zhì)石灰MgO≤5%MgO＞5%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(shí)間較短時(shí)，

欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，過(guò)火石灰減輕或消除過(guò)火石灰的危害4.1.1石灰的生產(chǎn)原材料：以碳酸鈣為主要成分的石灰石正火石灰過(guò)火石灰欠火石灰問(wèn)題：過(guò)火石灰和欠火石灰有什么危害？石灰的熟（消）化在使用石灰時(shí)，將生石灰加水，使之消解為消石灰的過(guò)程，稱為石灰的“消化”，又稱生石灰的熟化反應(yīng)：

熟化的特點(diǎn)：1.反應(yīng)可逆。2.水化熱大、水化速度快。3.水化過(guò)程體積增大。石灰熟化法熟化過(guò)程的注意事項(xiàng)熟石灰在使用前必須陳伏15d以上——防止過(guò)火石灰的危害；在化灰池表面保留一層水——防止石灰碳化。陳伏解決兩個(gè)問(wèn)題：1，陳伏方式？2，陳伏時(shí)間？判斷題:（？）石灰的陳伏是為了獲得工作性能好的石灰漿，以保證施工質(zhì)量。3.1.3石灰的硬化1.結(jié)晶過(guò)程2.碳化過(guò)程Ca(OH)2和空氣中的CO2和水反應(yīng)，形成不溶于水的碳酸鈣晶體，析出的水分則逐漸被蒸發(fā)。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O放出大量水分,體積收縮。問(wèn)題：使用過(guò)程中石灰的體積是膨脹還是收縮？由于水分蒸發(fā)，Ca(OH)2從飽和溶液中逐漸結(jié)晶析出。石灰的性質(zhì)性質(zhì)（特點(diǎn)）:（1）可塑性和保水性；（2）凝結(jié)硬化慢，強(qiáng)度低；（對(duì)比：建筑石膏硬化快）（3）體積收縮率大；（對(duì)比：建筑石膏是微膨脹性）因此：在使用過(guò)程中，常加入纖維材料。（4）耐水性差；氫氧化鈣微溶于水（5）化學(xué)穩(wěn)定性差。怕酸石灰的技術(shù)性質(zhì)建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO的含量，CO2的含量(欠火石灰),細(xì)度，體積安定性(過(guò)火石灰)可分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個(gè)等級(jí)。具體指標(biāo)見(jiàn)教材。石灰的儲(chǔ)存生石灰儲(chǔ)存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不超過(guò)一個(gè)月。作到“隨到隨化”。不得與易燃、易爆等危險(xiǎn)液體物品混合存放和混合運(yùn)輸。熟石灰在使用前必須陳伏15d以上，以防止過(guò)火石灰對(duì)建筑物產(chǎn)生的危害。石灰的用途石灰的應(yīng)用三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土樁灰土樁石灰不耐水，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？解答要點(diǎn)：潮濕環(huán)境中石灰與黏土表面的活性二氧化硅或活性氧化鋁反應(yīng)。石灰的可塑性好，與黏土等拌合后經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)。問(wèn)題石灰的應(yīng)用習(xí)題1、填空：石灰的特性有：可塑性________、硬化速度________、硬化時(shí)體積________和耐水性________等。2、填空：石灰熟化時(shí)放出大量________、體積發(fā)生顯著________；石灰硬化時(shí)放出大量________和體積發(fā)生顯著________。3、判斷：石灰陳伏是為了降低熟化時(shí)的放熱量。（）4、判斷：石灰是氣硬性膠凝材料，因此所有加入了石灰的材料都只能在空氣中硬化并保持和發(fā)展強(qiáng)度。（）請(qǐng)觀察圖中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。

石灰砂漿A石灰砂漿B

問(wèn)題？1.過(guò)火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？

答：過(guò)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(zhǎng)石灰的熟化和陳伏期，或過(guò)濾掉。2.石灰硬化過(guò)程中，為什么容易開(kāi)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(kāi)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。石膏你知道這些繃帶是用什么做的嗎？3.2石膏

石膏膠凝材料是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。我國(guó)已經(jīng)探明的天然石膏礦儲(chǔ)量為52億噸，化學(xué)石膏儲(chǔ)量約100萬(wàn)噸以上；在美國(guó)，目前80%的住宅使用石膏板作為內(nèi)墻和吊頂。天然石膏礦纖維狀晶體二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌石膏膠凝材料的生產(chǎn)二水石膏CaSO4·2H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4ⅢCaSO4ⅡCaSO4Ⅰ107～170℃加熱、脫水125℃0.13MPa蒸壓鍋170～360℃加熱、脫水400～750℃800℃β型建筑石膏α型高強(qiáng)石膏可溶性石膏不溶性石膏高溫煅燒石膏在常溫下不存在在建筑工程中常用建筑石膏；高強(qiáng)石膏用于生產(chǎn)建筑石膏制品。石膏膠凝材料的生產(chǎn)通常是把二水石膏在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過(guò)煅燒、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而成。在不同的煅燒溫度下，得到的產(chǎn)品是不同的。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

β—半水石膏(熟石膏)和α—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。α型與β型半水石膏區(qū)別β—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)比表面積較小，致密，有一定的結(jié)晶形狀。α型和β型半水石膏的性能差異

性能α型半水石膏（高強(qiáng)石膏）β型半水石膏（建筑石膏）強(qiáng)度（MPa）10以上5～10標(biāo)準(zhǔn)稠度（％）40～5060～80凝結(jié)時(shí)間（min）17～207～12建筑石膏的凝結(jié)硬化建筑石膏與適量的水拌合后，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性和產(chǎn)生強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的固體，這種現(xiàn)象稱為凝結(jié)硬化，它是由于漿體內(nèi)部發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化。建筑石膏的凝結(jié)硬化建筑石膏加水后，與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：CaSO4·0.5H2O+1.5H2O=CaSO4·2H2O建筑石膏的凝結(jié)硬化過(guò)程可以表示如下：建筑石膏+水漿體凝結(jié)硬化4.3.3建筑石膏的水化與硬化建筑石膏凝結(jié)硬化示意圖１——半水石膏；２——二水石膏膠體微粒；３——二水石膏晶體；４——交錯(cuò)的晶體

水化4.3.3.1半水石膏的水化過(guò)程圖3-10β型半水石膏漿體強(qiáng)度的發(fā)展過(guò)程第一階段

5min以前，漿體的塑性強(qiáng)度很低，且增長(zhǎng)很慢；第二階段

5min~30min，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。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！建筑石膏的技術(shù)要求和性質(zhì)

技術(shù)要求建筑石膏按細(xì)度、強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間分為三級(jí)。特點(diǎn)表觀密度小，強(qiáng)度較低；凝結(jié)硬化快；孔隙率大，熱導(dǎo)率??；凝結(jié)時(shí)體積產(chǎn)生微膨脹；吸濕性強(qiáng)，耐水性差；具有較好的防火性能；具有良好的裝飾性和可加工性。建筑石膏的應(yīng)用室內(nèi)抹灰與粉刷生產(chǎn)建筑石膏制品吊頂隔墻貼面墻石膏繃帶：生石膏熟石膏加熱加水習(xí)題1、填空：建筑石膏凝結(jié)硬化速度________、硬化時(shí)體積________、硬化后孔隙率________、表觀密度________、強(qiáng)度________、保溫性________、吸聲性能________、防火性能________等。2、判斷：石膏漿體的水化、凝結(jié)和硬化實(shí)際上是碳化作用。（）3、判斷：建筑石膏為β型半水石膏，高強(qiáng)石膏為α型半水石膏。（）4、判斷：和石灰一樣，建筑石膏硬化后體積也要收縮。（）習(xí)題5、選擇：石膏制品具有良好的防火性能，其原因是（）Ｉ火災(zāi)時(shí)CaSO4·2H2O脫水，表面形成水膜II石膏制品孔隙率大III石膏硬化時(shí)約有1%的膨脹率IV石膏吸水率大V石膏制品導(dǎo)熱率低ＡI、II、IIIＢI、III、VCI、II、VDI、IV、V思考：某住戶喜愛(ài)石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時(shí)間后，客廳、臥室效果相當(dāng)好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現(xiàn)發(fā)霉變形。請(qǐng)分析原因。

3.3水玻璃

水玻璃的組成水玻璃是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。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。水玻璃模數(shù)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：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃的硬化水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無(wú)定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。為了加速水玻璃的硬化，可加熱或摻入12%~15%的促硬劑氟硅酸鈉。水玻璃的性質(zhì)水玻璃在凝結(jié)硬化后，具有以下特性：

A.黏結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度較高------水玻璃在硬化后，其主要成分為二氧化硅凝膠和氧化硅，因而具有較高的黏結(jié)力和強(qiáng)度。B.耐酸性好------由于水玻璃硬化后的主要成分為二氧化硅，它可以抵抗除氫氟酸、過(guò)熱磷酸以外的幾乎所有的無(wú)機(jī)和有機(jī)酸。水玻璃的性質(zhì)C.耐熱性好------硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降不大。D.耐堿性和耐水性差------水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可以溶于堿，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐堿、不耐水。水玻璃的應(yīng)用涂刷或浸漬材料；加固地基；修補(bǔ)裂縫、堵漏；配制耐酸砂漿和耐酸混凝土；配制耐熱砂漿和耐熱混凝土。習(xí)題1、填空：水玻璃模數(shù)是指________和________的摩爾比。2、判斷：水玻璃的模數(shù)越高，其在水中的溶解度越大。（）3、判斷：水玻璃的模數(shù)越高，其密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘