第2章-氣硬性膠凝材料

1、2020/10/8,1,第2章 氣硬性膠凝材料,2020/10/8,2,掌握：膠凝材料的定義、分類；建筑石灰、 石膏技術(shù)要求、性質(zhì),熟悉：石灰、石膏的的熟化、硬化和應(yīng)用,了解：石灰的生產(chǎn)、石灰的品種,本章教學(xué)目標(biāo),2020/10/8,3,膠凝材料：指經(jīng)過(guò)自身的物理化學(xué)作用后，能夠由漿體變成固體，并在變化過(guò)程中把一些散粒材料或塊狀材料膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體的材料。,定義與分類,2020/10/8,4,膠 凝 材 料,無(wú)機(jī)膠凝材料,有機(jī)膠凝材料：瀝青、樹(shù)脂、橡膠等,氣硬性膠凝材料,水硬性膠凝材料：各種水泥,石灰 石膏 水玻璃,2020/10/8,5,氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結(jié)硬化， 保持并

2、發(fā)展其強(qiáng)度的膠凝材料。,水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能 更好地在水中硬化，保持 并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度的膠凝材料。,2020/10/8,6,氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的區(qū)別,水硬性膠凝材料不僅可以在 凝結(jié)硬化，還可以 得到更好的凝結(jié)硬化。,氣硬性膠凝材料 在 凝結(jié)硬化。,只能,空氣中,空氣中,在水中,2020/10/8,7,膠凝材料的發(fā)展史,1、石灰-石膏時(shí)期,2、石灰-火山灰時(shí)期,3、水泥時(shí)期,2020/10/8,8,2.1 石 膏,2020/10/8,9,石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時(shí)可形成多種性能不同的石膏。 2.1.1 石膏的原料、生產(chǎn)及品種 1.石膏的

3、原料 根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的多少不同可分為： （1）無(wú)水石膏（CaSO4）：也稱硬石膏，它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，是生產(chǎn)硬石膏水泥的原料。,2020/10/8,10,（2）天然石膏（CaSO42H2O）：也稱生石膏或二水石膏，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 （CaSO41/2 H2O） 也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為型半水石膏和型半水石膏。 （4）化工石膏：指含有CaSO42H2O成分的化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)品。,2020/10/8,11,天然二水石膏,2020/10/8,12,脫硫石膏,2020/10/8,13,1）.建筑石膏,2

4、）.高強(qiáng)石膏,2.石膏的生產(chǎn)與品種,型半水石膏,型半水石膏,2020/10/8,14,型半水石膏與型半水石膏相比，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。,3）.可溶性硬石膏 當(dāng)加熱溫度升高到170200時(shí)，半水石膏繼續(xù)脫水，生成可溶性硬石膏（CaSO4）。此無(wú)水石膏就具有良好的凝結(jié)硬化性能。當(dāng)加熱溫度升高到200250時(shí)，石膏中殘留的水很少，凝結(jié)硬化非常緩慢，但遇水后還能逐漸生成半水石膏直至二水石膏。,2020/10/8,15,4）.死燒石膏 當(dāng)加熱溫度高于400時(shí)，石膏完全失水，成為不溶性硬石膏（CaSO4）。此無(wú)水石膏就失去了凝結(jié)硬化性能。但當(dāng)加入激發(fā)劑混合磨細(xì)后，又可恢

5、復(fù)水化硬化能力，成為無(wú)水石膏水泥。它可制作石膏灰漿、石膏板和其它石膏制品。 5）.高溫煅燒石膏 溫度高于800時(shí)，部分硬石膏分解出中CaO，磨細(xì)后的產(chǎn)品即為高溫煅燒石膏。,2020/10/8,16,1.石膏的水化,2.1.2 石膏的水化與硬化 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。,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。,2020/10/8,17,2.石膏的凝結(jié)硬化,干燥硬化和結(jié)晶

6、硬化兩個(gè)過(guò)程交錯(cuò)進(jìn)行，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(zhǎng)大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了摩擦力和粘結(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；而后隨著晶體顆粒間摩擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。 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)際上是交叉進(jìn)行的。,2020/10/8,18,（）凝結(jié)硬化速度快 建筑石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時(shí)間僅為10min左右，終凝時(shí)間不

7、超過(guò)30min，這對(duì)于普通工程施工操作十分方便。有時(shí)需要操作時(shí)間較長(zhǎng)，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。,2.1.3 石膏的性質(zhì) 1. 石膏的特性,2020/10/8,19,（）凝結(jié)硬化時(shí)體積微膨脹 建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過(guò)程，其體積不僅不會(huì)收縮，而且還稍有膨脹（0.2%1.5%），這種膨脹不會(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(kāi)裂。,2020/10/8,20,（3）硬化后孔隙率大，表觀密度和強(qiáng)度較低 建筑石膏在使用時(shí)，為獲得良好的流動(dòng)性，通常加入的水要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過(guò)程中由于水分的

8、蒸發(fā)，使原來(lái)的充水部分空間形成孔隙，造成石膏內(nèi)部形成大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強(qiáng)度也因此下降。通常石膏硬化后的表觀密度約為800 kg/m31000 kg/m3，抗壓強(qiáng)度約為3 Pa5Pa。,2020/10/8,21,（）良好的隔熱、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(kāi)口孔結(jié)構(gòu)， 使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。,2020/10/8,22,（）防火性好，但耐水性差 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時(shí)或遇火后會(huì)脫出21

9、%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(lái)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，所以建筑石膏硬化體的耐水性較差。,2020/10/8,23,（6）具有一定的調(diào)溫調(diào)濕性 主要是因?yàn)槠鋵?dǎo)熱系數(shù)小、熱容量大和孔隙率大。,（7）耐水性和抗凍性差 主要是因?yàn)槠淇紫堵蚀?、吸水性?qiáng)。,（8）有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。,2020/10/8,24,

10、2. 石膏的技術(shù)要求,1）.強(qiáng)度:抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度 2）.細(xì)度：0.2mm方孔篩篩余（10%） 3）.凝結(jié)時(shí)間:初凝時(shí)間（3min）、終凝時(shí)間（30min） 見(jiàn)表21（P12）,2020/10/8,25,建筑石膏產(chǎn)品的標(biāo)記順序?yàn)椋寒a(chǎn)品名稱，抗折強(qiáng)度，標(biāo)準(zhǔn)號(hào),eg:建筑石膏2.5GB9776,2020/10/8,26,2.1.4 建筑石膏的應(yīng)用,（1）石膏砂漿及粉刷石膏。 （2）建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等:如紙面石膏板、裝飾石膏板、吸聲用穿孔石膏板。 (3） 制作石膏藝術(shù)制品建筑雕塑和模型。,2020/10/8,27,紙面石膏板,2020/10/8,28,裝飾石膏板,2020/10/8,

11、29,吸聲用穿孔石膏板,2020/10/8,30,吸聲用穿孔石膏板,2020/10/8,31,石膏藝術(shù)制品,2020/10/8,32,石膏藝術(shù)制品,2020/10/8,33,2.2 石 灰,2020/10/8,34,大型石灰窯,2020/10/8,35,小石灰窯,2020/10/8,36,生石灰,2020/10/8,37,生石灰粉,2020/10/8,38,正火石灰,欠火石灰,過(guò)火石灰,因煅燒溫度過(guò)高使粘土雜質(zhì) 融化并包裹石灰，從而延緩 石灰的熟化，導(dǎo)致已硬化的 砂漿產(chǎn)生鼓泡、崩裂等現(xiàn)象,碳酸鈣沒(méi)有完全 分解，降低了生 石灰的產(chǎn)量,如何解決它的危害？,2.2.1 石灰的生產(chǎn),氧化鈣含量高、表觀

12、密度小，孔隙率高。,煅燒石灰石、白云石、或白堊,內(nèi)含CaCO3,2020/10/8,39,在煅燒過(guò)程中，質(zhì)量損失44%，體積損失1015%，所以生石灰是一種多孔狀、比表面積大，晶格畸變大的物質(zhì)，水化活性非常大。,將煅燒成的塊狀生石灰經(jīng)過(guò)不同的加工，還可得到石灰的另外三種產(chǎn)品： 1）、生石灰粉 2）、消石灰粉 3）、石灰膏,2020/10/8,40,水化過(guò)程中體積增大12.5 倍，迅速放出大量熱,2.2.2 石灰的水化與硬化 1、生石灰的熟化,生石灰+水,熟石灰,工程上使用的石灰大都是熟石灰，有時(shí)需要使用 石灰膏，有時(shí)使用熟石灰粉。,2020/10/8,41,熟化為石灰膏：,將生石灰放入水 中，

13、注意水要過(guò)量,池中透明液體為氫氧 化鈣飽和溶液，下部 沉淀即為熟石灰,生石灰要在水中放置兩周以上，此過(guò)程 即為“陳伏”。在這段時(shí)間里生石灰會(huì)完 全和水反應(yīng)，不會(huì)因含有過(guò)火石灰造成 熟化推遲而導(dǎo)致墻面鼓泡的現(xiàn)象。,2020/10/8,42,將生石灰塊淋水，使石灰充分熟化，又 不會(huì)過(guò)濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟 石灰粉（消石灰粉）。,熟化為熟石灰粉（水要適量）：,生石灰燒制過(guò)程中，往往由于石灰石原料的尺寸過(guò)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，這種石灰稱為“欠火石灰”。,由于燒制的溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過(guò)

14、火石灰”。過(guò)火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過(guò)火石灰才開(kāi)始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開(kāi)裂。,2020/10/8,43,包含結(jié)晶、碳化兩個(gè)過(guò)程,2、石灰的硬化,結(jié)晶：石灰漿體在干燥過(guò)程中，游離水分蒸 發(fā)，使Ca(OH)2從飽和溶液中逐漸結(jié)晶析出。,碳化：,2020/10/8,44,結(jié)晶和碳化兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，但極為緩慢。碳化過(guò)程長(zhǎng)時(shí)間只限于表面，結(jié)晶過(guò)程主要在內(nèi)部發(fā)生。,原因,空氣中CO2含量稀薄，使碳化反應(yīng)進(jìn)展緩慢，同時(shí)表面的石灰漿一旦硬化就形成外殼，阻止了CO2的滲入，同時(shí)又使內(nèi)部的水分無(wú)法析出，影響硬化過(guò)程的進(jìn)行。,2020/10/8,

15、45,a、可塑性好和保水性好 b、水化時(shí)水化熱大，體積增大 c 、吸濕性好 d 、凝結(jié)硬化慢,Ca(OH)2粒子表 面可以吸附水膜,2.2.3 石灰的性質(zhì),1.石灰的特性,生石灰可以用來(lái)做干燥劑,2020/10/8,46,e、強(qiáng)度低 f 、體積收縮大 g、耐水性差,2020/10/8,47,2、石灰的技術(shù)要求,見(jiàn)表22、23（P15）,見(jiàn)表24（P15）,2020/10/8,48,2.2.4 石灰的應(yīng)用 1、常用建筑石灰的品種,2020/10/8,49,石灰?guī)r,生石灰塊,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,多用來(lái)拌制灰土和三合土,使用時(shí)可以不進(jìn)行陳伏,用來(lái)拌制砌筑砂漿或抹面砂漿,粉刷墻壁,20

16、20/10/8,50,2.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,配制石灰砂漿、石灰乳 配制石灰土、三合土 生產(chǎn)碳化石灰板 加固含水的軟土地基,2020/10/8,51,3、石灰的儲(chǔ)存,1.防潮、防水; 2.不宜久存; 3.防火,注意安全.,2020/10/8,52,（2）過(guò)火石灰膨脹裂紋,（1）石灰網(wǎng)狀收縮裂紋,原因：（1）石灰在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生較大收縮而引起的?？梢酝ㄟ^(guò)增加砂 用量、潤(rùn)濕墻體基層、降低一次抹灰的厚度等措施加以改善。 （2）石灰中含有過(guò)火石灰。在砂漿硬化后，過(guò)火石灰吸收空氣中的水蒸 氣繼續(xù)熟化，體積膨脹，從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,2020/10/8,53,2

17、.3 水玻璃,2020/10/8,54,水玻璃:俗稱泡花堿,是由不同比例的堿金 屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的 可溶于水的一種硅酸鹽物質(zhì).,堿金屬氧化物,水玻璃模數(shù),2020/10/8,55,2020/10/8,56,2.3.1 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。 濕法生產(chǎn)硅酸水玻璃是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。 干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中于13001400C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。其反應(yīng)式為：,其中，氧化硅與氧化鈉的分子比為水玻璃的模數(shù)，一般在1.53.5

18、，模數(shù)越大，其水溶性越差。,2020/10/8,57,2.3.2 水玻璃的硬化,因上述過(guò)程反應(yīng)慢,常需加入促硬劑氟硅酸鈉 ,適宜摻量為12%15%.,液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無(wú)定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化：,2020/10/8,58,2.3.3 水玻璃的性質(zhì),1.粘結(jié)力強(qiáng); 2.耐酸能力強(qiáng); 3.耐熱性能好； 4.耐堿性和耐水性差。,2020/10/8,59,2.3.4 水玻璃的應(yīng)用,1.配制耐酸砂漿和混凝土; 2.配制耐熱砂漿和混凝土; 3.涂刷于材料表面，提高抗風(fēng)化能力; 4.加固地基; 5.修補(bǔ)裂縫、堵漏； 6.配制速凝防水劑,2020/10/8,60,鎂質(zhì)膠凝材料,菱苦土

19、，又稱鎂質(zhì)膠凝材料，是以天然菱鎂礦（MgCO3）為主要原料，經(jīng)700850C煅燒后再經(jīng)磨細(xì)而得的以氧化鎂（MgO）為主要成分的氣硬性膠凝材料。 MgCO3 700850C MgO+CO2,2020/10/8,61,菱苦土的應(yīng)用,1.菱苦土能與植物纖維及礦物纖維很好的結(jié)合，因此可與刨花、木絲等復(fù)合成刨花板、木絲板等，作內(nèi)、隔墻、天花板等用。 2.與木屑、顏料等配制成的板材，稱為菱苦土地板，具有保溫、防火、防爆及一定的彈性。 3.摻入一定的泡沫，可制成泡沫菱苦土，是一種多孔輕質(zhì)的保溫材料。,2020/10/8,62,思考：,1.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

20、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.,2020/10/8,63,解： 石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)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(guò)程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。 墻面上個(gè)別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時(shí)所用的石灰中混入了過(guò)火石灰。這部分過(guò)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(guò)火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,2020/10/8,64,2.既然石灰不耐水,為什么由它配制成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?,2020

21、/10/8,65,解： 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強(qiáng)度和耐水性會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。 再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)，使灰土或三合土的密實(shí)度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。,2020/10/8,66,3. 建筑石膏及其制品為什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外使用？,2020/10/8,67,解： 建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)： （1） 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。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結(jié)硬化時(shí)產(chǎn)生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清