建材 第3章 氣硬性膠凝材料

建筑材料第三章氣硬性膠凝材料揚(yáng)州大學(xué)水利學(xué)院第三章氣硬性膠凝材料膠凝材料：凡是經(jīng)過(guò)一系列自身的物理、化學(xué)作用后，在由可塑性漿體變成堅(jiān)硬固體過(guò)程中，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料。分類：膠凝材料有機(jī)膠凝材料：如瀝青、樹(shù)脂等無(wú)機(jī)膠凝材料：氣硬性：如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃水硬性：各種水泥第三章氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，并保持或繼續(xù)發(fā)展強(qiáng)度的無(wú)機(jī)膠凝材料。水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中，而且能更好地在潮濕環(huán)境和水中硬化，并保持或繼續(xù)發(fā)展強(qiáng)度的無(wú)機(jī)膠凝材料。第三章氣硬性膠凝材料第一節(jié)石灰第二節(jié)石膏第三節(jié)水玻璃第四節(jié)鎂質(zhì)膠凝材料第一節(jié)石灰原料與生產(chǎn)分類消解硬化性質(zhì)與特點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用第三章第一節(jié)石灰吟于謙千錘萬(wàn)鑿出深山烈火焚燒若等閑粉身碎骨渾不怕

要留清白在人間一、原料與生產(chǎn)石灰的原料是石灰石、白堊，白云質(zhì)石灰?guī)r或其他主要化學(xué)成分為CaCO3的物質(zhì)，其分布廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。石灰原料經(jīng)高溫煅燒后，即得到生石灰：

為加快煅燒過(guò)程，通常溫度在1000~1100℃。第三章第一節(jié)一、原料與生產(chǎn)煅燒良好的生石灰一般酥松多孔，質(zhì)地均勻，白色或淺黃色，密度為3.2g/cm3，堆積密度為800~1000kg/m3。煅燒時(shí)若溫度過(guò)低或分布不均，CaCO3不能完全分解，則產(chǎn)生欠火石灰；若溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，CaO表面融化，冷卻后形成玻璃狀覆蓋物，則產(chǎn)生過(guò)火石灰，從而影響生石灰的質(zhì)量。第三章第一節(jié)二、分類

按生石灰中MgO含量的多少分：鈣質(zhì)石灰，MgO含量≤5%鎂質(zhì)石灰，MgO含量＞5%

按加工使用方法分：生石灰塊、生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰漿、石灰乳、石灰水等

按消解速度分：快速消解石灰、中速消解石灰和慢速消解石灰，第三章第一節(jié)三、消解消解：又稱消化、熟化，工程上使用石灰時(shí)，通常將生石灰加水，使之消解為消/熟石灰Ca(OH)2的過(guò)程。根據(jù)加水的多少，消解后的狀態(tài)有：消石灰粉理論需水32%，實(shí)際加水70%，粉末狀固體，密度2.1g/cm3，堆積密度400~450kg/m3石灰膏/漿實(shí)際加水2.5~3.0倍或更多，沉淀后含水量50%左右，膏體，堆積密度1300~1400kg/m3石灰乳/水實(shí)際加水250%以上，懸濁液或溶液第三章第一節(jié)三、消解石灰的消解的特點(diǎn)：大量放熱比表面積急劇增加，體積增大1~2.5倍石灰粒子在水中形成石灰膠團(tuán)結(jié)構(gòu)過(guò)火石灰、欠火石灰的消解陳伏：當(dāng)石灰已經(jīng)硬化，過(guò)火石灰才開(kāi)始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起結(jié)構(gòu)隆起或開(kāi)裂。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的過(guò)程。第三章第一節(jié)四、硬化包括同時(shí)進(jìn)行的三個(gè)過(guò)程：干燥硬化－周圍砌體吸水、水分蒸發(fā)結(jié)晶硬化－Ca(OH)2晶體析出碳化硬化－碳化生成CaCO3硬化過(guò)程必須在空氣中進(jìn)行。第三章第一節(jié)四、硬化石灰凝結(jié)硬化慢的原因：表面首先碳化，形成致密的CaCO3薄殼，阻礙了內(nèi)部石灰的進(jìn)一步碳化；CaCO3薄殼阻礙了內(nèi)部水分的散發(fā)；空氣中的CO2含量低。鎂質(zhì)石灰的消解與硬化較慢，產(chǎn)漿量少，但硬化后孔隙率低，強(qiáng)度高。第三章第一節(jié)五、性質(zhì)與特點(diǎn)生石灰良好的吸濕性是很好的吸濕劑、防潮劑石灰膏良好的保水性直徑約為1μm的分散狀態(tài)的Ca(OH)2膠體，其表面吸附一層較厚的水膜，常用作砂漿的保水材料凝結(jié)硬化過(guò)程慢凝結(jié)硬化過(guò)程中體積收縮大需蒸發(fā)大量游離水，為防止干裂，可加入填充料硬化后的石灰強(qiáng)度低硬化后的石灰耐水性差Ca(OH)2結(jié)晶易溶于水，不能用于水中或潮濕環(huán)境六、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。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)：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》第三章第一節(jié)七、應(yīng)用石灰乳熟石灰的水溶液或懸濁液，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，也可用于外墻。加入各種耐堿顏料，可形成彩色涂料；加入少量水泥、礦渣或粉煤灰，可提高耐水性；加入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。石灰砂漿按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。石灰膏+砂+水，既可用作砌筑砂漿又可用作抹面。石灰膏+纖維+水，多用于抹面。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用石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，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，多用于加固地面、密實(shí)地面，穩(wěn)定地基，可在潮濕環(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。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用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，磨細(xì)，加水?dāng)嚢?壓制成形，再經(jīng)過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)，形成以水化硅酸鈣為主要產(chǎn)物的硅酸鹽制品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用碳化石灰板將磨細(xì)生石灰、纖維狀填料或輕質(zhì)骨料攪拌成型，然后用CO2進(jìn)行人碳化，而成的一種輕質(zhì)板材。用于惰性膠凝材料的激發(fā)劑無(wú)熟料水泥第三章第一節(jié)第二節(jié)石膏原料分類與生產(chǎn)硬化性質(zhì)與特點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用第三章第二節(jié)第二節(jié)石膏石膏：以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。目前常用的石膏膠凝材料有建筑石膏、高強(qiáng)石膏、無(wú)水石膏水泥和高溫煅燒石膏等。早在公元前2000~3000年，人類就已經(jīng)學(xué)會(huì)利用石膏，如埃及的金字塔、古羅馬建筑和敦煌的莫高窟都是采用了石膏作為膠凝材料。第三章第二節(jié)一、原料天然二水石膏CaSO4·2H2O（生石膏）天然無(wú)水石膏CaSO4（硬石膏）工業(yè)副產(chǎn)品/化學(xué)石膏，如磷石膏、煙氣脫硫石膏、氟石膏、硼石膏等第三章第二節(jié)二、分類與生產(chǎn)根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的不同可分為：無(wú)水石膏CaSO4：也稱硬石膏。它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，有天然的也可人工生產(chǎn)。天然二水石膏CaSO4·2H2O：也稱生石膏。大部分天然石膏礦為生石膏，是生產(chǎn)建筑石膏的主要原料。建筑石膏CaSO4·1/2H2O：也稱熟石膏或半水石膏。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（高強(qiáng)石膏）和β型半水石膏（建筑石膏），其中雜質(zhì)少，色白，磨得較細(xì)的β型半水石膏又稱為模型石膏。第三章第二節(jié)二、分類與生產(chǎn)各種石膏的生產(chǎn)工藝與轉(zhuǎn)化過(guò)程：工藝流程：選料→破碎→煅燒→磨細(xì)→陳化→成品第三章第二節(jié)三、凝結(jié)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。建筑石膏與水之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)式為：第三章第二節(jié)三、凝結(jié)與硬化半水石膏遇水即發(fā)生溶解，溶液很快達(dá)到飽和，半水石膏水化為二水石膏，因?yàn)槎嗟娜芙舛缺劝胨嗟娜芙舛刃〉枚?，二水石膏以膠體微粒自水中析出并轉(zhuǎn)化為晶體。由于二水石膏的析出破壞了原有反應(yīng)體系的平衡，這時(shí)半水石膏進(jìn)一步溶解和水化。如此不斷地進(jìn)行半水石膏的溶解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化為止。隨著結(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。第三章第二節(jié)三、凝結(jié)與硬化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，這一現(xiàn)象稱為石膏的終凝。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)際是同時(shí)交叉進(jìn)行的。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點(diǎn)各種石膏性質(zhì)與特點(diǎn)：

型半水石膏的晶粒較粗，比表面積較小，調(diào)制成漿體時(shí)的需水量?。?5~45%），硬化后具有較高的密實(shí)度和強(qiáng)度，3h抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到9~24MPa，7d抗壓強(qiáng)度可達(dá)15~40MPa。

型半水石膏的晶體較細(xì)，需水量大（80~100%），導(dǎo)致硬化后石膏的孔隙率較大，強(qiáng)度較低。其密度為2.5~2.8g/cm3，堆積密度為800~1200kg/m3。建筑石膏在實(shí)際生產(chǎn)與工程中有廣泛的應(yīng)用。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點(diǎn)各種石膏性質(zhì)與特點(diǎn)：可溶性硬石膏的需水量大，凝結(jié)很快，強(qiáng)度低，不宜直接使用。不溶性硬石膏難溶于水，加入激發(fā)劑后配制成無(wú)水石膏水泥。無(wú)水石膏水泥具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)。高溫煅燒石膏由于其中部分CaSO4分解成CaO，CaO起到激發(fā)劑的作用，硬化后不僅強(qiáng)度高，耐磨性和抗水性也提高，又稱為地板石膏。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點(diǎn)建筑石膏技術(shù)性質(zhì)：凝結(jié)硬化快。3~30min終凝?？紫堵蚀螅碛^密度小，強(qiáng)度低。通常石膏硬化后的表觀密度為800~1000kg/m3，抗壓強(qiáng)度約為3~5MPa。裝飾性好。體積微膨脹，無(wú)裂縫，表面光滑細(xì)膩飽滿?？杉庸ば院?。硬化石膏可鋸、可刨、可釘。隔熱保溫性好。導(dǎo)熱率低，熱容量大。吸音隔聲性好。防火性好。短時(shí)間內(nèi)脫水，防止火勢(shì)蔓延，但長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境中，石膏脫水會(huì)造成結(jié)構(gòu)崩潰。吸濕性大，耐水性差。不能用于潮濕或室外環(huán)境。第三章第二節(jié)五、技術(shù)指標(biāo)

半水石膏含量：不小于60%；其他：表3.2主要技術(shù)指標(biāo)（GB9776-2008）第三章第二節(jié)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品2h強(qiáng)度抗折強(qiáng)度MPa

≥3.02.01.6抗壓強(qiáng)度MPa≥6.04.03.0細(xì)度0.2mm方篩篩余％≤10.0凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間min≥3終凝時(shí)間min≤30六、應(yīng)用建筑石膏石膏砂漿及粉刷石膏－用于高級(jí)室內(nèi)抹灰；制備各種石膏板；紙面石膏板：兩面用堅(jiān)韌的紙做護(hù)面

纖維石膏板：含纖維材料

裝飾石膏板：造型美觀，品種多樣

空心石膏條板：空心石膏蜂窩板、石膏礦棉復(fù)合板、防潮石膏板等

各類裝飾石膏線條、花型；用作水泥緩凝劑、涂料填充料；制作建筑雕塑和模型等。第三章第二節(jié)六、應(yīng)用建筑石膏制品第三章第二節(jié)六、應(yīng)用高強(qiáng)石膏一般用于強(qiáng)度要求較高的抹灰工程，裝飾制品和石膏板等。無(wú)水石膏水泥可用于配置建筑砂漿、保溫混凝土、抹灰，制造石膏制品和石膏板等。第三章第二節(jié)第三節(jié)水玻璃原料與生產(chǎn)硬化性質(zhì)與特點(diǎn)應(yīng)用說(shuō)明第三章第三節(jié)第三節(jié)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，水玻璃品種有：硅酸鈉水玻璃Na2O·nSiO2硅酸鉀水玻璃K2O·nSiO2硅酸鋰水玻璃Li2O·nSiO2其中n-水玻璃硅酸鹽模數(shù)，最常用的是硅酸鈉水玻璃。n值越大，水玻璃中膠體組分越多，水玻璃的黏性越大，黏結(jié)能力較強(qiáng)，越難溶于水，但卻容易分解硬化。第三章第三節(jié)一、原料與生產(chǎn)原料1.SiO2

原料：石英砂、砂巖、燧石、硅藻土等；2.Na2O原料：純堿Na2CO3、硫酸鈉Na2SO4、苛性鈉NaOH、小蘇打NaHCO3等；3.其他原料：碳，在用硫酸鹽生產(chǎn)時(shí)采用。第三章第三節(jié)一、原料與生產(chǎn)

生產(chǎn)方法濕法生產(chǎn)：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)：碳酸鹽熔融法：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，再在水中加熱加壓溶解生成液體水玻璃，國(guó)內(nèi)多用此法。Na2CO3+nSiO2=Na2O·nSiO2

+CO2

硫酸鹽法：4Na2SO4+2C+4SiO2=4NaO·SiO+4SO2

+2CO2

第三章第三節(jié)二、硬化液體水玻璃吸收空氣中的CO2，形成無(wú)定形二氧化硅凝膠，并逐漸干燥而硬化的過(guò)程。Na2O·nSiO2+CO2+mH2O=Na2CO3+nSiO2·mH2O由于空氣中CO2濃度較低，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行得很慢，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，促使二氧化硅凝膠加速析出。Na2SiF6的用量為水玻璃質(zhì)量的12%~15%，摻量過(guò)多或過(guò)少的都有弊端。2(Na2·nSiO2)+Na2SiF6

+mH2O=6NaF

+(2n+1)SiO2·mH2ONa2SiF6有毒，使用要注意安全。第三章第三節(jié)三、性質(zhì)與特點(diǎn)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，水玻璃硬化析出的二氧化硅凝膠還有堵塞毛細(xì)孔隙而防止水分滲透的作用。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。但不耐堿性介質(zhì)侵蝕。耐熱性高。水玻璃不燃燒，硬化后形成SiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下二氧化硅凝膠干燥得更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度并不降低，甚至有所增加。第三章第三節(jié)四、應(yīng)用加固地基將液體水玻璃和CaCl2溶液通過(guò)金屬管交替壓入土層，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，析出吸水膨脹的硅酸凝膠，包裹土壤顆粒并填充其空隙。因此，不僅可以提高基礎(chǔ)的承載力，還可提高抗?jié)B能力。涂刷或浸漬材料將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，涂刷或浸漬粘土磚、硅酸鹽制品、混凝土、木材等多孔材料，可使材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、耐久性均得到提高。這是因?yàn)樗ＡЩ蚺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，或析出的硅酸凝膠有利于材料保護(hù)。不能用于石膏制品第三章第三節(jié)四、應(yīng)用配制水玻璃砂漿或水玻璃混凝土將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成的水玻璃砂漿，具有防水特性，可用于修補(bǔ)裂縫、堵漏。將一定比例水玻璃摻入砂漿或混凝土，可使砂漿或混凝土速凝，可用于搶險(xiǎn)堵漏工程。配制耐酸砂漿或耐酸混凝土不耐氫氟酸。配制耐熱砂漿或耐熱混凝土第三章第三節(jié)五、說(shuō)明性能的調(diào)配：1．不改變濃度與模數(shù)，加入尿素，可在不提高粘度的同時(shí)，增加粘結(jié)力。2．若水玻璃在使用中模數(shù)不合要求，導(dǎo)致粘結(jié)力等性能不符，則通過(guò)加入NaOH來(lái)降低模數(shù)，或加入硅酸或無(wú)定形SiO2來(lái)提高模數(shù)。3．可通過(guò)加水稀釋或加熱濃縮來(lái)改變濃度。第三章第三節(jié)五、說(shuō)明運(yùn)輸與存放：不能用木質(zhì)容器或用木塞，因?yàn)槟静谋粔A性溶液浸蝕，會(huì)使水玻璃著色而影響質(zhì)量。不能用鍍鋅容器，因Zn太活潑，易與堿反應(yīng)生成氫氣。一般可用玻璃瓶、鐵桶、塑料桶等。但不論何種容器，應(yīng)注意密封，以防與CO2和H2O反應(yīng)。水玻璃在10℃下可能結(jié)冰，應(yīng)保持貯存溫度。加入促硬劑Na2SiF6時(shí)應(yīng)注意安全，NaSiF6為白色結(jié)晶，在工地易當(dāng)成白糖或食鹽而誤食。不能長(zhǎng)時(shí)間敞開(kāi)存放，若表面水分蒸發(fā)，易結(jié)皮，從而影響質(zhì)量。模數(shù)大的水玻璃易結(jié)皮。第三章第三節(jié)第四節(jié)鎂質(zhì)膠凝材料鎂質(zhì)膠凝材料：是以MgO為主要成分的氣硬性膠凝材料菱苦土苛性白云石第三章第四節(jié)一、菱苦土菱苦土是一種白色或淺黃色的粉末，其主要成分是氧化鎂MgO。密度為3.1~3.4g/cm3，堆積密度為800~900kg/m3。菱苦土作為膠凝材料與石灰的原理不同，石灰的最終反應(yīng)化學(xué)原理是Ca(OH)2→CaCO3，生成物要求是CaCO3，而菱苦土的反應(yīng)生成物是Mg(OH)2。生產(chǎn)菱苦土的原料為：菱鎂礦、白云石、蛇紋石、化工副產(chǎn)品等。第三章第四節(jié)一、菱苦土將原料在750~850℃溫度下煅燒后磨細(xì)即得到菱苦土。MgCO3=MgO+CO2

在原料煅燒過(guò)程中，應(yīng)使MgCO3充分分解，并避免CaCO3分解，因?yàn)殪褵^(guò)程中生成的CO2，會(huì)對(duì)菱苦土性能產(chǎn)生負(fù)面影響。這樣所得到的菱苦土就是活性MgO和惰性的CaCO3混合物。煅燒最適宜溫度與原材料中的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)。煅燒溫度也直接影響菱苦土的水化速度。煅燒溫度低，則水化速度快，但可能MgCO3不能充分分解。第三章第四節(jié)一、菱苦土菱苦土用水拌和后，將發(fā)生MgO+H2O=Mg(OH)2反應(yīng)。在純水中，這個(gè)反應(yīng)很慢，且硬化后的Mg(OH)2酥松無(wú)膠凝性，強(qiáng)度很低。因此，一般不用水，而使用某些鹽溶液來(lái)調(diào)配菱苦土漿體。如MgCl2、MgSO4、FeCl3、FeSO4等。用MgCl2做調(diào)凝劑，硬化