复合材料概论-无机胶凝材料.ppt
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1、复合材料概论-无机胶凝材料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望3.2.1原料原料化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量烧失量辽宁辽宁山东山东0.673.630.190.361.010.600.120.8946.7845.7251.3949.32菱镁矿的化学成分菱镁矿的化学成分菱镁矿的化学成分菱镁矿的化学成分1.1.苛性苦土苛性苦土苛性苦土苛性苦土(MgCO(MgCO3 3):菱镁矿:菱镁矿:菱镁矿:菱镁矿晶质菱镁矿石晶质菱镁矿石
2、纯净的晶质菱镁矿石为白色纯净的晶质菱镁矿石为白色非晶质的为白色瓷土状,常含有非晶质的为白色瓷土状,常含有SiO2和和CaCO3等杂质。等杂质。2.2.苛性白云石苛性白云石苛性白云石苛性白云石(主要成分主要成分主要成分主要成分MgOMgO和和和和CaCOCaCO3 3):白云石:白云石:白云石:白云石碳酸镁与碳酸钙的复盐,碳酸镁与碳酸钙的复盐,碳酸镁与碳酸钙的复盐,碳酸镁与碳酸钙的复盐,CaCOCaCO3 3MgCOMgCO3 3理论摩尔组成:理论摩尔组成:理论摩尔组成:理论摩尔组成:CaCOCaCO33:MgCO:MgCO3 3=1:1;=1:1;质量组成:质量组成:质量组成:质量组成:CaC
3、OCaCO3 354.2%54.2%;MgCOMgCO3 345.8%45.8%石灰石:石灰石:石灰石:石灰石:MgCOMgCO3 305%05%镁质石灰石:镁质石灰石:镁质石灰石:镁质石灰石:MgCOMgCO3 3 510%510%白云质石灰石:白云质石灰石:白云质石灰石:白云质石灰石:MgCOMgCO3 3 1025%1025%白云石:白云石:白云石:白云石:MgCOMgCO3 3 25%25%天然白云石呈晶天然白云石呈晶质和非晶质两种质和非晶质两种3.蛇纹石蛇纹石(含水硅酸镁,含水硅酸镁,3MgO2SiO22H2O)4.冶炼镁合金的熔渣冶炼镁合金的熔渣(MgO含量含量25%)3.2.2煅
4、烧煅烧图图图图3-23-2白云石加热过程白云石加热过程白云石加热过程白云石加热过程11失重曲线;失重曲线;失重曲线;失重曲线;22温度曲线温度曲线温度曲线温度曲线煅烧温度煅烧温度煅烧温度煅烧温度6507606507603.2.3镁质胶凝材料的凝结硬化镁质胶凝材料的凝结硬化凝结硬化特点凝结硬化特点氯化镁溶液,硫酸镁氯化镁溶液,硫酸镁(MgSO47H2O)、氯化铁、氯化铁(FeCl3)或硫酸亚铁或硫酸亚铁(FeSO4H2O)等盐类的溶液。等盐类的溶液。速度慢、体积收缩大、而且强度很低速度慢、体积收缩大、而且强度很低常用固化剂常用固化剂反应生成的氧氯化镁结晶速度比氢氧化镁快,因而加反应生成的氧氯化镁
5、结晶速度比氢氧化镁快,因而加速了镁质胶凝材料的凝结硬化速度,制品强度显著提高。速了镁质胶凝材料的凝结硬化速度,制品强度显著提高。氯化镁溶液氯化镁溶液氯化镁溶液(密度为氯化镁溶液(密度为1.2g/cm3)的掺量一般为菱苦土)的掺量一般为菱苦土的的55%60%。掺量太大掺量太大则凝结速度过快,且收缩大、强则凝结速度过快,且收缩大、强度低。度低。掺量过少掺量过少,则硬化太慢、强度也低。此外,温度对,则硬化太慢、强度也低。此外,温度对凝结硬化很敏感,氯化镁掺量可作适当调整。凝结硬化很敏感,氯化镁掺量可作适当调整。3.2.4镁质胶凝材料硬化强度与抗水性镁质胶凝材料硬化强度与抗水性图图3-3氯镁水泥氯镁水
6、泥1与硅酸盐水泥与硅酸盐水泥2强度发展对比强度发展对比(一)硬化强度(一)硬化强度在干燥条件下具有硬化快、在干燥条件下具有硬化快、强度高的特点强度高的特点12图图3-4苛性白云石配制的氯镁水泥的强度发展苛性白云石配制的氯镁水泥的强度发展MgO/MgCl2:5.4(曲线曲线1);5.9(曲线曲线2);6.38(曲线曲线3);6.85(曲曲线线4)结构强度降低结构强度降低(二)抗水性(二)抗水性抗水性差,在潮湿条件下其强度很快降低:抗水性差,在潮湿条件下其强度很快降低:氯盐的吸湿性大,结氯盐的吸湿性大,结晶接触点的溶解度高,水晶接触点的溶解度高,水化物具有高的溶解度。化物具有高的溶解度。图图3-5
7、氯镁水泥掺氯镁水泥掺1%H3PO4与不掺时强度的发展与不掺时强度的发展掺入外加剂:掺入外加剂:少量磷酸或磷酸盐少量磷酸或磷酸盐水溶性树脂水溶性树脂曲线曲线1:MgO/MgCl2=5.7H2O/MgO=3.3曲线曲线2:掺掺1%H3PO4不采用氯化镁做调和剂,采用硫酸不采用氯化镁做调和剂,采用硫酸镁镁(MgSO47H2O)、铁矾铁矾(FeSO4)改用硫酸镁和铁矾做调和剂后,改用硫酸镁和铁矾做调和剂后,可以降低吸湿性,提高抗水性,但强可以降低吸湿性,提高抗水性,但强度较用氯化镁低。度较用氯化镁低。3.2.5镁质胶凝材料的应用镁质胶凝材料的应用(一)菱苦土木屑地面(一)菱苦土木屑地面以菱苦土、木屑、
8、氯化钙及其他混以菱苦土、木屑、氯化钙及其他混合材料(滑石粉、砂、石屑、粉煤灰、合材料(滑石粉、砂、石屑、粉煤灰、颜料等)等制作地坪,具有一定弹性,颜料等)等制作地坪,具有一定弹性,且防火、防爆、导热性小、表面光洁、且防火、防爆、导热性小、表面光洁、不起灰。主要用于室内车间地坪。不起灰。主要用于室内车间地坪。加入刨花、木丝、玻纤、聚酯纤维等,制作各种板材,加入刨花、木丝、玻纤、聚酯纤维等,制作各种板材,如防火装饰板、防火风管、刨花板、木屑板等。加入发泡剂如防火装饰板、防火风管、刨花板、木屑板等。加入发泡剂时,还可制作保温板。时,还可制作保温板。(二)板材(二)板材将玻璃纤维或玻璃纤维将玻璃纤维或
9、玻璃纤维布,用镁质胶凝材料胶接起布,用镁质胶凝材料胶接起来后,表面经装饰而成来后,表面经装饰而成玻璃纤维玻璃纤维(或其织物或其织物)增强增强镁质胶凝材料,空调通风,断镁质胶凝材料,空调通风,断面为矩型或圆型,具有不然性。面为矩型或圆型,具有不然性。用氯化镁调制的苛性苦土或用氯化镁调制的苛性苦土或白云石中加入发泡剂或泡沫,白云石中加入发泡剂或泡沫,经成型硬化后成为轻质多孔经成型硬化后成为轻质多孔的隔热制品。的隔热制品。1.什么是无机胶凝材料?简述其分类什么是无机胶凝材料?简述其分类2.镁质胶凝材料抗水化差的原因是什么?镁质胶凝材料抗水化差的原因是什么?解决措施有哪些?解决措施有哪些?作业作业我国
10、石膏资源:我国石膏矿储存量居于世界首位,有:我国石膏资源:我国石膏矿储存量居于世界首位,有:(1)南京石膏矿)南京石膏矿(2)大汶口石膏矿)大汶口石膏矿山东山东(3)平邑石膏矿)平邑石膏矿山东山东(4)大量的化学(副产品)石膏,如磷石膏、脱硫石膏。)大量的化学(副产品)石膏,如磷石膏、脱硫石膏。据统计我国化学副产品石膏已经达到据统计我国化学副产品石膏已经达到4000万吨,燃煤电万吨,燃煤电厂烟气脱硫也迫在眉睫。厂烟气脱硫也迫在眉睫。3.3 3.3 石石 膏膏 从建设需要来看,目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖,从建设需要来看,目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖,年产量近年产量近4000亿块,平
11、均每年毁坏农田达五万亩。无论从生亿块,平均每年毁坏农田达五万亩。无论从生态平衡、环境保护、资源合理利用,还是走持续发展之路、态平衡、环境保护、资源合理利用,还是走持续发展之路、发展绿色建材来看,综合利用,变废为宝,势在必行。发展绿色建材来看,综合利用,变废为宝,势在必行。石膏胶凝材料特点:石膏胶凝材料特点:生产工艺简单生产工艺简单单位燃料消耗和电量消耗低单位燃料消耗和电量消耗低可取代粘土砖可取代粘土砖目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖,年产目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖,年产量近量近4000亿块,平均每年毁坏农田达五万亩。亿块,平均每年毁坏农田达五万亩。石膏胶凝材料及其制品由于生产工艺简单
12、,单位燃石膏胶凝材料及其制品由于生产工艺简单,单位燃料消耗和电量消耗低,近代随着工业的发展又迅速发展料消耗和电量消耗低,近代随着工业的发展又迅速发展起来。除用作建筑装饰外,还制作各种板材、砌块、高起来。除用作建筑装饰外,还制作各种板材、砌块、高层建筑用的隔墙板、饰面板、地坪板、天花板及隔热防层建筑用的隔墙板、饰面板、地坪板、天花板及隔热防火隔音板等。并逐步由单一用途向复合过渡,由非承重火隔音板等。并逐步由单一用途向复合过渡,由非承重向承重构件过渡,用途愈来愈广,产量也愈来愈高。向承重构件过渡,用途愈来愈广,产量也愈来愈高。石膏立柱石膏立柱石膏吊顶石膏吊顶化学反应式:化学反应式:天然二水石膏在加
13、热过程中,随着天然二水石膏在加热过程中,随着加热温度加热温度和和加热方式加热方式的不同,可以得到不同性质的石膏产品。的不同,可以得到不同性质的石膏产品。二二水水石石膏膏1071700煅烧煅烧(建筑石膏)(建筑石膏)1250C,0.13MPa(高强石膏)(高强石膏)石膏制品工业主要包括两个方面:石膏制品工业主要包括两个方面:石膏的脱水与再水化是整个石膏工业的理论基础石膏的脱水与再水化是整个石膏工业的理论基础将二水石膏加热使之部将二水石膏加热使之部分或全部脱出水分,以分或全部脱出水分,以制备不同的脱水石膏相制备不同的脱水石膏相将脱水石膏再水化,使将脱水石膏再水化,使之再生成二水石膏并形之再生成二水
14、石膏并形成所需的硬化体。成所需的硬化体。3.3.1石膏原料石膏原料天然二水石膏天然二水石膏天然无水石膏天然无水石膏原料原料CaSO42H2O,常常简简称称石石膏膏,也也称称为为原原生生二二水水石石膏膏或或软软石石膏膏等等。化化学学组组成成理理论论质质量量():CaO32.57,SO346.50,H2O20.93。常常含含粘粘土土、细砂等机械混入物。细砂等机械混入物。石膏矿石石膏矿石化工生产化工生产的废石膏的废石膏二水石膏属于单斜晶系二水石膏属于单斜晶系图图3-6二水石膏的结晶结构二水石膏的结晶结构图图3-7 3-7 二水石膏晶形二水石膏晶形天然二水石膏天然二水石膏天然无水石膏天然无水石膏原料原
15、料石膏矿石石膏矿石化工生产化工生产的废石膏的废石膏CaSO4,又称硬石膏。化学组成,又称硬石膏。化学组成理论质量():理论质量():CaO41.19,SO358.81。属斜方晶系。属斜方晶系。除石膏外,还含不同的杂质,除石膏外,还含不同的杂质,主要为粘土物质和碳酸盐类主要为粘土物质和碳酸盐类(粘土石膏,渣膏等粘土石膏,渣膏等)。等级等级一一二二三三四四五五CaSO42H2O%959485847574656455天然二水石膏的等级天然二水石膏的等级根据石膏产品的形状根据石膏产品的形状石膏石膏透明石膏透明石膏纤维石膏纤维石膏雪花石膏雪花石膏片状石膏片状石膏土石膏土石膏透明无色,有时略带淡红色,呈玻
16、璃透明无色,有时略带淡红色,呈玻璃光泽光泽具有纤维状集合体,呈层状、脉状、网状具有纤维状集合体,呈层状、脉状、网状结构,乳白色,有时带蜡黄色、淡红色结构,乳白色,有时带蜡黄色、淡红色呈细粒晶体集合块、星状、团状及壳状,呈细粒晶体集合块、星状、团状及壳状,半透明半透明致密块状集合体,叶片状,玻璃光泽致密块状集合体,叶片状,玻璃光泽土状光泽,呈层状、团块状、脉状等土状光泽,呈层状、团块状、脉状等3.3.2石膏的脱水转变及脱水石膏的形成过程石膏的脱水转变及脱水石膏的形成过程 CaSO4H2O系统中公认石膏相有五种形态、七个变种。系统中公认石膏相有五种形态、七个变种。二水石膏(二水石膏(CaSO42H
17、2O););型与型与型半水石膏型半水石膏(、CaSO41/2H2O);型与型与型硬石膏型硬石膏(、CaSO4);硬石膏硬石膏(CaSO4);硬石膏硬石膏I(CaSO4I)。半水石膏半水石膏(熟石膏熟石膏)和和半水石膏半水石膏(高强石膏高强石膏)在宏观性能上的差别,主要是由于亚微观上即晶粒的在宏观性能上的差别,主要是由于亚微观上即晶粒的型态、大小以及聚集状态等方面的差别。型态、大小以及聚集状态等方面的差别。型与型与型半水石膏区别型半水石膏区别半水石膏水化速度较快,水化热半水石膏水化速度较快,水化热高,需水量大,胶化体的强度较低。高,需水量大,胶化体的强度较低。结晶度较差,常为细小结晶度较差,常为
18、细小的纤维状或片状聚集体,的纤维状或片状聚集体,内比表面积较大。内比表面积较大。结晶比较完整,常呈短柱结晶比较完整,常呈短柱状,晶粒较粗大,聚集体状,晶粒较粗大,聚集体的内比表面积较小,致密,的内比表面积较小,致密,有一定的结晶形状。有一定的结晶形状。难难溶溶的的或或不不溶溶的的硬硬石石膏膏。二二水水石石膏膏、半半水水石石膏膏和和硬石膏硬石膏经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。只有在温度高于只有在温度高于1180时才存在,如果低于此温度,时才存在,如果低于此温度,会转化为硬石膏会转化为硬石膏,所以在常温下是不存在的。,所以在常温下是不存在的。硬石膏硬石膏硬石
19、膏硬石膏I石膏胶凝材料的制备过程,主要是二水石膏加热石膏胶凝材料的制备过程,主要是二水石膏加热脱水转变为不同脱水石膏相的过程。脱水转变为不同脱水石膏相的过程。图图3-8石膏的变种石膏的变种二水石膏既是脱水物的原始材料,又是脱二水石膏既是脱水物的原始材料,又是脱水石膏再水化的最终产物水石膏再水化的最终产物 半半水水石石膏膏有有型型与与型型两两个个变变种种。当当二二水水石石膏膏在在加加压压水水蒸蒸气气条条件件下下,或或在在酸酸和和盐盐的的溶溶液液中中加加热热时时,可可以以形形成成型型半半水水石石膏膏。如如果果二二水水石石膏膏的的脱脱水水过过程程是是处处于于缺缺少少水水蒸蒸汽汽的的干燥环境中进行,则
20、可以形成干燥环境中进行,则可以形成型半水石膏。型半水石膏。硬硬石石膏膏也也称称为为可可溶溶性性硬硬石石膏膏。一一般般它它也也存存在在型型与与型型两两个个变变种种,它它们们分分别别由由型型与与型型半半水水石石膏膏加加热热脱脱水水而而成成。如如果果二二水水石石膏膏脱脱水水时时,水水蒸蒸汽汽分分压压过过低低,二二水水石石膏膏也也可可以以不经过半水石膏直接转变为不经过半水石膏直接转变为型硬石膏。型硬石膏。图图3-9二水石膏的差热曲线二水石膏的差热曲线140吸热峰,吸热峰,二水石膏失去二水石膏失去3/2H2O190吸热峰,失去吸热峰,失去1/2H2O360放热峰,放热峰,III型无水石膏转变为型无水石膏
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