砌體材料的檢測(cè)與應(yīng)用-氣硬性膠凝材料的檢測(cè)與應(yīng)用

1“膠凝材料”的具體含義是什么？

建筑材料中，凡是自身經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，或與其他物質(zhì)（如水等）混合后一起經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由槳體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散粒材料（如砂、石等）或塊、片狀材料（如磚、石塊等）膠結(jié)成整體的物質(zhì)。膠凝材料可以分為哪些種類？膠凝材料按其化學(xué)組成，可分為有機(jī)膠凝材料(如瀝青、樹脂等)與無機(jī)膠凝材料(如石灰、水泥等)。無機(jī)膠凝材料又稱礦物膠凝材料，它根據(jù)硬化條件可分為氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料。

氣硬性膠凝材料？水硬性膠凝材料？

氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度，如石膏、石灰等；水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度，如水泥。一、石灰經(jīng)過千萬次錘打才從深山里開采出，對(duì)熊熊烈火的焚燒看得跟平常事一樣。即使粉身碎骨也都無所畏懼，只為把一片清白長久保存在人間。

《石灰吟》于謙千錘萬鑿出深山，烈火焚燒若等閑。粉骨碎身渾不怕，要留清白在人間。石灰的產(chǎn)生1、原材料生產(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。2、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。生石灰CaCO3+178kJ/mol?CaO+CO2↑在空氣中950℃下經(jīng)過1h的煅燒而獲得的石灰（SEM，放大400倍）CaCO3的分解壓力與溫度的關(guān)系碳酸鈣在各種溫度下的分解壓力溫度（℃）分解壓力溫度（℃）分解壓力（mmHg）(Pa)(atm)(MPa)5500.41558981.0000.1006052.30307960.51.1510.11770123.030669371.7700.179800180.0239921082.58.8920.900852381.0507831157.716.6871.691891684.0911701220.334.3333.479

為了使反應(yīng)向正方向進(jìn)行，必須適當(dāng)提高煅燒溫度并及時(shí)排除CO2氣體，以降低周圍介質(zhì)中CO2分壓，使其壓力小于該溫度下CO2的分解壓力。

土窯

立窯回轉(zhuǎn)窯由于石灰石原料的尺寸過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—欠火石灰燒制溫度過高或時(shí)間過長，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—過火石灰表面被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。煅燒石灰石(內(nèi)含CaCO3)溫度在900℃左右時(shí)溫度過高時(shí)溫度過低時(shí)正火石灰欠火石灰過火石灰石灰的分類1、根據(jù)石灰中氧化鎂的含量分類鈣質(zhì)生石灰MgO≤5%；鎂質(zhì)生石灰MgO>5%；硬化速度慢，但強(qiáng)度較高鈣質(zhì)消石灰粉MgO＜4%；鎂質(zhì)消石灰粉4%≤MgO＜24%；白云石消石灰粉24%≤MgO＜30%；MgCO3==MgO+CO2700℃石灰的分類2、根據(jù)成品加工方法不同分類塊灰，主要成分為CaO;磨細(xì)生石灰粉;消石灰粉，主要成分為Ca(OH)2;石灰膏，主要成分為Ca(OH)2和H2O;石灰乳，主要成分為Ca(OH)2和H2O;石灰的熟化（消化、消解）1、生石灰的熟化2、消石灰形成過程的反應(yīng)步驟CaO吸水；中間產(chǎn)物CaO·2H2O；轉(zhuǎn)化反應(yīng)CaO·2H2O→Ca(OH)2+H2O；凝聚、硬化。CaO+H2O?Ca(OH)2+64.9kJ/mol消石灰（一）水化熱高（二）需水量大

理論需水量32%蒸發(fā)水量37%實(shí)際需水量70%左右

膠凝材料水化時(shí)放出的熱量種類熱量放的出時(shí)間熱量（J/g）石灰1h1156半水石膏1h113普通硅酸鹽水泥1d126普通硅酸鹽水泥3d360普通硅酸鹽水泥28d402石灰熟化的特點(diǎn)（三）體積膨脹石灰-水系統(tǒng)中體積變化的情況反應(yīng)式分子量比密度系統(tǒng)的絕對(duì)體積（cm）固相的絕對(duì)體積（cm）絕對(duì)體積的變化（%）反應(yīng)所需的相對(duì)水量反應(yīng)前反應(yīng)后反應(yīng)前反應(yīng)后系統(tǒng)固相CaO+H2O=Ca(OH)256.0818.0274.103.341.002.2334.833.216.733.2-4.54+97.920.321石灰熟化的特點(diǎn)陳伏：為消除過火石灰的危害，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。干燥、結(jié)晶、碳化過程同時(shí)進(jìn)行1、干燥硬化和結(jié)晶硬化過程

隨著石灰漿中水分蒸發(fā)，孔隙中的自由水由于表面張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使熟化后的Ca（OH）2顆粒相互靠攏、搭接，形成一定強(qiáng)度；同時(shí)Ca（OH）2從飽和溶液中析出，晶體互相交叉連生，形成結(jié)晶網(wǎng)，進(jìn)一步提高強(qiáng)度。

石灰的硬化2.碳化硬化過程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)：石灰的硬化碳化作用實(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。這個(gè)作用不能在沒有水分的全干狀態(tài)下進(jìn)行，而且碳化作用在長時(shí)間內(nèi)只限于表面，石灰漿硬化后，是由碳酸鈣和氫氧化鈣兩種不同的晶體組成。石灰的碳化作用隨著干燥硬化和碳化硬化的不斷進(jìn)行，Ca(OH)2晶體和CaCO3固體逐漸增加，阻止了水分的蒸發(fā)和CO2的進(jìn)入，從而速度是逐漸減慢的，致使純石灰漿，在較長時(shí)間內(nèi)經(jīng)常處于濕潤狀態(tài)，不易硬化，強(qiáng)度，硬度不高，收縮得很慢，所以純石灰漿不能單獨(dú)使用，必須摻填充材料配和使用。石灰的碳化作用摻入砂子減少收縮，更主要的是砂摻入能在石灰漿內(nèi)形成連通的毛細(xì)孔道使內(nèi)部水分蒸發(fā)并進(jìn)一步碳化，以加速硬化。為了避免收縮裂縫常加纖維材料，制成石灰麻刀灰，石灰紙筋灰等。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)的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。2.硬化慢、強(qiáng)度低空氣中二氧化碳稀薄，碳化緩慢。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)。石灰的特性3.硬化時(shí)體積收縮大：硬化蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。4.耐水性差：長期受潮或被水浸泡，會(huì)使已硬化的石灰潰散。若石灰漿體在完全硬化之前就處于潮濕的環(huán)境中，石灰中的水分不能蒸發(fā)出去，其硬化就會(huì)被阻止，所以石灰不易在潮濕的環(huán)境中應(yīng)用。石灰的特性項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等一等合格優(yōu)等一等合格CaO+MgO含量，%不小于908580858075未消化殘?jiān)浚?不大于5101551015CO2，%不大于5796810產(chǎn)漿量，L/kg不小于2.82.32.02.82.32.0建筑生石灰建筑生石灰粉項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰粉鎂質(zhì)生石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量，%不小于858075807570CO2含量，%不大于791181012細(xì)度0.90mm篩的篩余，%不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余，%不大于7.012.018.07.012.018.0建筑消石灰粉項(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，%不小于706560656055656055游離水，%0.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~2體積安定性合格合格——合格合格——合格合格——細(xì)度0.9mm篩篩余，%不大于000.5000.5000.50.125mm篩篩余，%不大于310153101531015石灰石塊狀生石灰熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅燒加適量水熟化磨細(xì)加過量水進(jìn)行陳伏加水稀釋石灰的應(yīng)用品種名稱適用范圍生石灰配制石灰膏；磨細(xì)成生石灰粉石灰膏用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿稀釋成石灰乳(石灰水)涂料，用于內(nèi)墻和平頂刷白生石灰粉(磨細(xì)生石灰粉)用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿配制無熟料水泥(石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等)制作硅酸鹽制品(如灰砂磚等)制作碳化制品(如碳化石灰空心板)用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸鹽制品用于石灰土(石灰+粘土)和三合土石灰的應(yīng)用石灰的應(yīng)用灰土樁三合土樁三合土作鋪筑步道磚的墊層生石灰儲(chǔ)存時(shí)間不宜過長，一般不超過一個(gè)月，“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，以防止過火石灰對(duì)建筑物產(chǎn)生的危害。石灰的應(yīng)用某單位宿舍樓的內(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。解析：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程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。凸出的呈放射狀的裂紋是由于所用的石灰中混入了過火石灰。過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。二、石膏以硫酸鈣為主要成分的礦物，含有的結(jié)晶水不同，可形成多種性能不同的石膏。無水石膏ＣaSO4：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。天然石膏ＣaSO4·2H2O：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。建筑石膏ＣaSO4·1/2H2O：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型半水石膏和β型半水石膏。石膏的原料由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107℃～170℃，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）加熱產(chǎn)生α型建筑石膏

（二水石膏） （α型半水石膏）石膏的原料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170℃時(shí)，可生成無水石膏，只要溫度不超過200℃，此無水石膏就具有良好的凝結(jié)硬化性能。建筑石膏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。三階段：水化凝結(jié)初凝、終凝硬化建筑石膏的凝結(jié)硬化三階段：水化此反應(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。建筑石膏的凝結(jié)硬化三階段：凝結(jié)初凝、終凝初凝：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，造成漿體的塑性開始下降；終凝：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。建筑石膏的凝結(jié)硬化三階段：硬化石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，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。建筑石膏的凝結(jié)硬化1、凝結(jié)硬化速度快一般石膏初凝時(shí)間僅為10min左右，終凝時(shí)間不超過30min，有時(shí)需要操作時(shí)間較長，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。２、凝結(jié)硬化時(shí)的膨脹性結(jié)晶過程體積稍有膨脹，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)的開裂。石膏的性質(zhì)3、硬化后的多孔性，重量輕，但強(qiáng)度低硬化過程中由于水分的蒸發(fā)，使原來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。石膏的性質(zhì)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口孔結(jié)構(gòu)，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。石膏的性質(zhì)5、防火性好，但耐水性差當(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，故建筑石膏硬化體的耐水性較差。石膏的性質(zhì)6、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。石膏的性質(zhì)石膏的技術(shù)要求《建筑石膏》GB9776-1988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。石膏的利用及貯運(yùn)石膏砂漿及粉刷石膏建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等制作建筑雕塑和模型貯運(yùn)注意防水防潮，貯存期不超過3個(gè)月三、水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，其水溶液俗稱水玻璃，是一種礦黏合劑。其化學(xué)式為R2O·nSiO2，式中R2O為堿金屬氧化物。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有:硅酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）——建筑上常用硅酸鉀水玻璃（Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）硅酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）水玻璃R2O·nSiO2，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數(shù)的比值。根據(jù)水玻璃模數(shù)的不同，又分為：“堿性”水玻璃（ｎ＜３）、“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)。水玻璃的產(chǎn)生濕法：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)生成液體水玻璃。干法：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。固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。水玻璃的凝結(jié)硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化。由于空氣中CO2濃度較低，過程進(jìn)行很慢，為加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入Na2SiF6氟硅酸鈉作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速