第四章无机气硬性胶凝材料精选文档.ppt

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1、第四章无机气硬性胶凝材料本讲稿第一页，共二十页4.2 石灰石灰是以碳酸钙（3）为主要成分的石灰石煅烧而得到的一种胶凝材料。主要成分为氧化钙（）和氧化镁（）。4.2.2石灰的生产工艺.原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。.原理：高温煅烧优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为3，具有多孔结构。欠火石灰：当煅烧温度过低或时间不足时，碳酸钙不能完全分解，生石灰中含有石灰石，这类石灰称为欠火石灰。欠火颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化，产浆量低，石灰利用率下降。过火石灰：当煅烧温度过高或时间过长时，部分块状石灰的表面会出现玻璃状的釉状外壳，这类石灰称为

2、过火石灰。过火石灰的特点是体积收缩明显，颜色呈灰黑色，石灰块体密度增大，消化缓慢，往往要在石灰硬化后才开始水化，水化时体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。本讲稿第二页，共二十页4.2.3石灰的熟化、石灰的熟化：又称消化、水化，它是指生石灰与水发生水化反应生成Ca（OH）2的过程。其化学反应式为：CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9103J生石灰熟化的特点：（1）水化热大，放热速度快，体积膨胀。在最初1h内的放热量几乎是硅酸盐水泥1d放热量的9倍；（2）水化速度快。煅烧良好的生石灰与水接触几秒种内即反应完毕。（3）反应可逆。常温下反应向右进行，在547时反应向左进行。（4）体积膨胀。

3、质纯且煅烧良好的生石灰熟化时体积增大.5倍。2、消石灰粉：熟化时在生石灰中加入适量的水（6080%），则生成粉状熟石灰，称消石灰粉，其成分主要为Ca（OH）2。3、石灰膏：熟化时在生石灰中加入大量的水，则生成浆状石灰膏，其主要成分为Ca（OH）2 和水。4、石灰的陈伏：在生石灰的煅烧过程中产生过火石灰是难免的。由于过火石灰的表面包覆着一层玻璃状釉状物，熟化很慢，通常在石灰浆硬化后才开始水化，水化时体积膨胀引起石灰硬化体隆起、鼓包和开裂。为消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上，目的是使过火石灰充分熟化，这个过程称为陈伏。磨细生石灰粉不需要陈伏。因为过火石灰被磨细，表面积增大，

4、水化速度加快，几乎可同步熟化，同时将局部大膨胀变成了均匀分布的微小膨胀，从而消除了大的局部膨胀应力。4.2石灰本讲稿第三页，共二十页4.2.4石灰的凝结硬化石灰的凝结硬化过程包括结晶过程和碳化过程两个过程。结晶过程：石灰浆中游离水分蒸发或被基底材料如砌块吸收，Ca（OH）2溶液达到饱和状态，于是Ca（OH）2结晶析出，促使浆体硬化。碳化过程：空气中的CO2遇水生成碳酸，再与Ca（OH）2反应生成CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发的过程。由于CaCO3晶体不溶于水且结构致密，它覆盖在石灰浆体的表面，使其表面结构更加致密。Ca（OH）2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O石灰浆凝结硬化过程的特点

5、：（1）速度慢：碳化作用是由表及里进行的，当表层的Ca（OH）2被碳化，生成的碳酸钙在石灰浆体表面形成更加致密的膜层，阻碍了内部水分向外蒸发，使氢氧化钙的结晶作用变得更慢，同时阻碍了二氧化碳向内部进一步渗入，使碳化作用变得更慢，随时间延长，表层碳酸钙膜层逐渐增厚，阻碍作用更大，导致石灰的凝结硬化过程极其缓慢，在相当长的时间内，表层为碳酸钙，内部仍为氢氧化钙。（2）体积收缩大。容易产生收缩裂缝。4.2石灰本讲稿第四页，共二十页4.2.5石灰的主要技术性质（1）保水性和可塑性好：氢氧化钙颗粒极细（粒径为1微米），比表面积很大，因而对水的吸附能力强，故保水性好。同时颗粒表面吸附一层厚的水膜，使颗粒间

6、的摩擦力减小，因而其可塑性好。（2）硬化较慢、强度低：石灰浆硬化后的强度一般小于1MPa。（3）硬化时体积收缩大：石灰浆硬化过程中会有大量游离水蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩，同时碳化过程也会引起体积收缩，使石灰硬化体产生裂纹。故石灰浆不宜单独使用，通常掺入砂子、或纤维材料（麻刀（指细麻丝,碎麻）、纸筋等），以减少收缩或提高抗裂能力。（4）耐水性差：石灰浆在水中不会凝结硬化，同时由于氢氧化钙微溶于水，石灰硬化体遇水会产生溃散，故石灰不宜用于潮湿环境。4.2石灰本讲稿第五页，共二十页4.2.6石灰的技术标准按现行标准建筑生石灰（）、建筑生石灰粉（）和建筑消石灰粉（）的规定，建筑

7、石灰按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。由于生石灰和消石灰粉的分级技术指标不同，故分别提出不同要求。）生石灰技术标准 根据氧化镁含量分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后按氧化钙氧化镁总含量、产浆量、未消化残渣量和含量等个指标，将生石灰分为优等品、一等品和合格品个等级。2)建筑生石灰粉3）建筑消石灰粉4.2石灰本讲稿第六页，共二十页4.2.7石灰的应用1.石灰乳：在石灰浆中加入大量水配制成稀浆，用于要求不高的室内粉刷。2.配制混合砂浆，用于砌筑和抹面。3.石灰土和三合土：生/消石灰粉和粘土加水拌合夯实后即为石灰土。石灰土中再加入砂、石屑、炉渣等即为三合土。由于氢氧化钙能和粘土中少量的活性

8、SiO2和Al2O3反应生成具有水硬性的产物（水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体），使粘土的密实度、强度、耐水性得到改善。因此广泛由于建筑物的基础和道路垫层。目前更常用的方法是将石灰、粉煤灰和石子混合成三合土作为道路垫层，其固结强度高于粘土。4.制作硅酸盐制品以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰等）为原料，加上拌合，经成型、蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料，统称硅酸盐制品，如粉煤灰砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等。硅质材料中的SiO2、Al2O3与石灰在蒸汽养护或蒸压养护条件下生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性产物，从而能产生强度。4.2石灰本讲稿第七页，共二十页粉煤灰砖：以粉煤灰，石灰为主要原料，掺加

9、适量石膏和骨料经坯料制备、压制成型、高压或常压蒸汽养护而成的实心粉煤灰砖。灰砂砖：以石灰和砂为主要原料，允许掺入颜料和外加剂，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心灰砂砖。粉煤灰砌块：以粉煤灰、石灰、石膏和骨料等为原料，经加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而制成的砌块。4.2石灰本讲稿第八页，共二十页4.3.1石膏的种类（1）天然二水石膏(CaSO42H2O)，又称生石膏。（2）化工石膏(CaSO42H2O+CaSO4混合物)，如磷石膏、氟石膏、钛石膏等。（3）天然无水石膏（CaSO4），又称硬石膏。（4）建筑石膏（又称熟石膏）：是以型半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，不加任何外加剂

10、的气硬性胶结材。将二水石膏在107-170时加热脱水即可制得型半水石膏。CaSO42H2O-CaSO41/2H2O+3/2H2O（5）高强石膏：是以型半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，不加任何外加剂的气硬性胶结材。将二水石膏在0.13MPa、124的蒸压条件下加热即可制成型半水石膏，即高强石膏。高强石膏的晶体比建筑石膏的晶体粗，比表面积小，配制成浆体时需水量少，故石膏硬化后，密实度较大，强度较高，可用于建筑抹灰或者制成石膏制品，但成本较高。建筑石膏生产方便，成本低，可在建筑工程中广泛大量使用。建筑石膏及其制品具有轻质，隔热，吸声，美观及易于加工等优点，因此用途广泛，是一种有发展前

11、途的新型建筑材料之一。4.3建筑石膏本讲稿第九页，共二十页4.3.2建筑石膏的水化和凝结硬化水化反应：CaSO41/2H2O+3/2H2O=CaSO42H2O水化过程：由于水化产物二水石膏的溶解度比型半水石膏小得多（仅为型半水石膏溶解度的1/5），型半水石膏的饱和溶液对二水石膏就成了过饱和溶液，二水石膏便结晶析出，这时二水石膏浓度降低，使新的一批半水石膏又继续溶解和水化，如此循环进行，直到型半水石膏完全耗尽。凝结：随水化的进行，浆体中游离水分逐渐减少，二水石膏生成量不断增加，浆体稠度不断增大，可塑性逐渐降低，这个过程称为凝结。硬化：凝结过程完成后，随水化反应的进行，二水石膏晶体颗粒仍逐渐长大、

12、连生（晶体一个连接一个地生长在一起）并互相交错，使强度不断增长，直至剩余水分完全耗尽后，强度才停止发展，这个过程称为硬化。初凝状态：建筑石膏浆体完全失去流动性开始失去可塑性时的状态。终凝状态：建筑石膏浆体完全失去可塑性并开始产生强度时的状态。凝结硬化过程的特点：（1）速度快。建筑石膏在加水后几分钟内便开始失去可塑性，在30min内即可达到终凝并开始硬化。（2）体积微膨胀。在凝结硬化过程中产生约1%的体积膨胀。4.3建筑石膏本讲稿第十页，共二十页4.3.3建筑石膏的技术标准根据建筑石膏GB9776-88的规定，建筑石膏按抗折强度、抗压强度和细度分为优等品、一等品和合格品三个等级，具体质量指标见下

13、表。4.3建筑石膏等级等级优等品优等品一等品一等品合格品合格品强强 度度MPa抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度以细度以0.2mm方孔筛筛余百方孔筛筛余百分数计，不大于（分数计，不大于（%）5.010.015.0凝结时间凝结时间min初凝时间不小于6终凝时间不大于30本讲稿第十一页，共二十页4.3.4建筑石膏的性质1、凝结硬化快。建筑石膏在加水后10min内便可达到初凝，在30min内即可达到终凝并开始硬化。为了延缓石膏的凝结速度，需加入缓凝剂，如动物胶、亚硫酸盐酒精废液、硼砂、柠檬酸等。2、建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低。半水石膏水化反应，理论上所需水分只占半水石膏质

14、量的18.6。为了使石膏浆具有必要的可塑性，通常加水60%80。石膏浆体硬化后，多余的水分蒸发，内部具有很大的孔隙率（约达总体积的50%60），故其强度较低。硬化后最大抗压强度仅为812MPa。3、建筑石膏硬化体保温性和吸声性能良好。建筑石膏制品的导热系数较小，一般为0.1210.205W/(mK)。4、防火性能良好。建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏，当其遇到火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发时，在制品表面形成水蒸气幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大，防火性能越好。5、体积微膨胀：一般膨胀率约为1%，这可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不会收缩开裂，且能使制品造型

15、棱角很清晰，特别适用于抹面和制作石膏制品。4.3建筑石膏本讲稿第十二页，共二十页6、耐水性差但具有调湿功能：建筑石膏制品的软化系数只有0.20.3（石膏制品由无数细小晶体构成，但晶粒间粘结力较小，在水分子的作用下，晶粒间的搭接处易溶解破坏，导致其强度大大降低），制品长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而溃散（CaSO42H2O微溶于水）。故建筑石膏适用于室内，而不适用于室外。在建筑石膏中加入适量水泥、粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性。但石膏制品当空气过于潮湿时能吸收水分，当空气过于干燥时则能释放水分。7、硬化体的装饰好和可加工性能好。石膏制品表面细腻平整，色洁白，具雅静

16、感；同时，可锯、可钉、可刨，便于施工。8、密度与堆积密度：2.50-2.80g/cm3；800-1000kg/m34.3建筑石膏本讲稿第十三页，共二十页4.3.5建筑石膏的应用建筑石膏的应用(一)室内抹灰及粉刷建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这种抹灰墙面具有绝热，阻火，隔音，舒适，美观等特点。抹灰后的墙面和天棚还可以直接涂刷油漆及贴墙纸。建筑石膏加水调成石膏浆体，还可以掺入部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑，细腻，洁白美观。（二）装饰制品以石膏为主要原料，掺加少量的纤维增强材料和胶料，加水搅拌成石膏浆体，利用石膏硬化时体积微膨胀的性能，可制成各种石膏雕塑，饰面板及各种装

17、饰品。（三）石膏板这时建筑材料中使用量最大的一类板材，有装饰石膏板、空心石膏板、蜂窝板等，可作为装饰吊顶、隔板或保温、隔声、防火等使用。4.3建筑石膏本讲稿第十四页，共二十页4.3.6建筑石膏的存储建筑石膏的存储在存储建筑石膏时应注意防雨防潮，存储期一般不要超过三个月。石膏制品表面如未做防潮处理则只能在干燥环境中使用，其存储期也不宜超过三个月，在存储运输及施工过程中要严格注意防水防潮。4.3建筑石膏本讲稿第十五页，共二十页4.4水玻璃4.4.1水玻璃的组成1、分类：水玻璃俗称泡花碱，分钠水玻璃和钾水玻璃。钠水玻璃为硅酸钠的水溶液，分子式为Na2OnSiO2。钾水玻璃为硅酸钾的水溶液，分子式为K

18、2OnSiO2。2、优质纯净水玻璃为无色透明的粘稠液体，能溶于水。当含杂质时呈淡黄色或青灰色。3、水玻璃分子式中的n称为模数，表示SiO2与Na2O的分子数之比。n越大，水玻璃粘性和强度越高，但越难溶于水，当模数为1时，能在常温水中溶解，当n大于3时，只能溶于热水中。建筑工程最常用的水玻璃模数（2.6-2.8），既溶于水又有较高强度。4、水玻璃在水溶液中的含量常用密度或波美度表示。当模数相同时，水玻璃溶液密度越大，则水玻璃含量越高，溶液浓度越大，粘性越大，粘结能力越好。4.4.2水玻璃的凝结硬化液体水玻璃会吸收空气中二氧化碳，反应如下：Na2OnSiO2+CO2+mH2O=nSiO2mH2O+

19、Na2CO3析出无定形二氧化硅凝胶，接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而逐渐凝结硬化。这个过程缓慢，为加速硬化常加入氟硅酸钠作为促凝剂，反应如下：2(Na2OnSiO2)+Na2SiF6+mH2O=(2n+1)SiO2mH2O+6NaF氟硅酸钠适宜用量为12-15%。用量少，凝结硬化慢，强度低；用量过多，则凝结硬化过快，不便于施工，且硬化后早期强度虽高，但后期强度明显降低。本讲稿第十六页，共二十页4.4.3水玻璃的性质凝结硬化后具有如下性质：1）粘结能力较强。2）不燃烧、耐热性好。用耐热骨料配制的水玻璃砂浆和混凝土，耐热温度可达1000以上。3）耐酸能力强。可抵抗除氢氟酸、热磷酸和高级脂

20、肪酸以外的几乎所有无机和有机酸。4）耐水性差。由于硅酸钠、NaF、Na2CO3均溶于水。5）耐碱性差。由于SiO2可与碱反应，故水玻璃不能在碱性环境中使用。4.4.4水玻璃的应用1.涂刷材料表面，提高材料密实性和抗风化能力。水玻璃涂刷或浸渍材料后，能渗入缝隙和孔隙中，硅酸凝胶固化后能堵塞毛细孔通道，从而可提高材料的密实度和强度，也可提高材料的抗风化能力。如用水玻璃对粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土的表面进行涂刷，因水玻璃与这些材料中的氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，从而可提高它们的密实度。水玻璃不能涂刷或浸渍石膏制品。因为硅酸钠会与硫酸钙发生反应生成硫酸钠，硫酸钠在制品孔隙中结晶，如硫酸钠数量过多，

21、会使制品胀裂。4.4水玻璃本讲稿第十七页，共二十页2.配制速凝防水剂（加矾制成防水剂堵漏或缝隙）。水玻璃能促进水泥凝结，可将它掺入水泥浆、砂浆或混凝土中，用于堵漏、抢修。如在水泥中掺入约占水泥重量0.7倍的水玻璃，初凝为2min，可直接用于堵漏。水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，这种防水剂的凝结速度很快，一般为几分钟，其中四矾防水剂不超过1min。常用矾有胆矾（五水硫酸铜）、红矾（重铬酸钾）、明矾（十二水硫酸铝钾）、紫矾（十二水硫酸铬钾）等。3.作为灌浆材料，加固土壤。使用时将水玻璃溶液与氯化钙溶液交替灌入土壤中，两种溶液迅速反应，反应生成的硅胶起胶结作用，能包裹土粒并填充孔隙，而生成的氢氧化

22、钙又与氯化钙反应，生成氧氯化钙，也起胶结和填充作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固。Na2OnSiO2+CaCl2+mH2O=nSiO2（m-1）H2O+Ca（OH）22NaCl4.其他（耐酸、耐热混凝土或砂浆）4.4水玻璃本讲稿第十八页，共二十页一、是非题1、石灰砂浆抹面出现开裂，定是过火石灰产生的膨胀导致。2、石灰消化时会产生体积收缩，故石灰一般不单独使用。3、在空气中放置过久的生石灰可以照常使用。4、由于建筑石膏硬化时略有膨胀，故必须加砂一起应用。5、所以气硬性胶凝材料都是不耐水的。二、问答题1、建筑石膏制品为何一般不适于室外?2在维修古建筑时，发现古建筑中

23、石灰砂浆坚硬，强度较高。有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点对否？为什么？3、某建筑的内墙使用石灰砂浆抹面，数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹，同时在个别部位出现中心凸出的放射状裂纹，试分析上述裂纹产生的原因。本章思考题本讲稿第十九页，共二十页二、问答题1建筑石膏制品为何一般不适于室外?答：因建筑石膏制品化学成分主要为CaSO42H2O，微溶于水；且建筑石膏制品内部含大量毛细孔隙、水或水蒸汽易进入建筑石膏制品内部，加快二水石膏晶体溶解于水的速度，特别是晶体间搭接处易受溶液破坏，强度大为下降。正因为其耐水性差、吸水率高、抗渗性及抗冻性差，故不宜用于室外。2答:错误。因为石灰的硬化包括干燥结晶硬化过程及碳化过程。但由于碳化作用是一个很缓慢的过程，表层生成的CaCO3膜层阻碍空气中CO2的渗入，此过程相当漫长。古建筑所用的石灰年代久远，碳化过程较充分，故其强度较高。3、答：墙面上出现的不规则网状裂纹是石灰在凝结硬化中产生较大收缩而引起的。可以通过增加砂用量、掺加纤维材料、润湿墙体等措施加以改善。墙面上出现凸出的呈放射状裂纹是由于石灰中含有过火石灰。在砂浆硬化后过火石灰吸收空气中的水分继续熟化，体积膨胀而是石灰硬化体开裂。答案本讲稿第二十页，共二十页