土木工程材料(第5章 气硬性胶凝材料).ppt
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1、第五章第五章 无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料建筑上用来将散粒材料(如砂、石子)或块状材料(如砖、石块)粘结成为整体的材料,统称为胶凝材料胶凝材料。胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料无机胶凝材料和有机胶凝有机胶凝材料材料两大类,前者如水泥、石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等,后者如沥青、有机高分子聚合物等。其中无机胶凝材料在建筑工程上应用更加广泛,用量也较大。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又分为气硬性胶凝材气硬性胶凝材料料和水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料两大类。所谓气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化,也只能在空气中保持或继续提高强度的胶凝材料。如石灰、石膏。水玻璃、菱苦土等。所谓水
2、硬性胶凝材料水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化,而且能更好地在水中硬化保持并继续提高其强度的胶凝材料。如各种水泥。第一节第一节 建筑石膏建筑石膏建筑石膏及其制品具有轻质,高强,隔热,吸声,美观及易于加工等优点,因此用途广泛,是一种有发展前途的新型建筑材料之一。自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO42H2O。在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO41/2H2O,又成熟石膏。天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同,会得到结构和性能不同的产物。高强度石膏硬化后,密实度大,强度高,可用语建筑抹灰或者 制成石膏制品,但成本高,建筑石膏生产方便,
3、成本低,可在建筑工程中广泛大量使用。一一 石膏胶凝材料的生产石膏胶凝材料的生产 生产方法:将原料(二水石膏)在不同压力和生产方法:将原料(二水石膏)在不同压力和温度下煅烧、脱水,再经磨细而成的。在不同的煅温度下煅烧、脱水,再经磨细而成的。在不同的煅烧条件下,所得产品的结构、性质、用途也各不相烧条件下,所得产品的结构、性质、用途也各不相同。同。CaSO42H2O二水石膏二水石膏-CaSO41/2H2O(型半水石膏)建筑石膏型半水石膏)建筑石膏-CaSO41/2H2O(型半水石膏)高强石膏型半水石膏)高强石膏CaSO4 可溶性石膏可溶性石膏CaSO4 不可溶性石膏不可溶性石膏CaSO4 高温煅烧石
4、膏高温煅烧石膏107170125170360400750800加热、脱水加热、脱水0.13MP蒸压条件蒸压条件加热、脱水加热、脱水二二 建筑石膏的水化与硬化建筑石膏的水化与硬化 建建筑筑石石膏膏与与适适量量水水拌拌合合后后,能能形形成成可可塑塑性性良良好好的的浆浆体体,随随着着石石膏膏与与水水的的反反应应,浆浆体体的的可可塑塑性性很很快快消消失失而而发发生生凝凝结结,此后进一步产生和发展强度而硬化。此后进一步产生和发展强度而硬化。建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为:建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为:此此反反应应实实际际上上也也是是半半水水石石膏膏的的溶溶解解和和二二水水石石膏膏沉沉淀
5、淀的的可可逆逆反反应应,因因为为二二水水石石膏膏溶溶解解度度比比半半水水石石膏膏的的溶溶解解度度小小得得多多,所所以以此此反反应应总总体体表表现现为为向向右右进进行行,二二水水石石膏膏以以胶胶体体微微粒自水中析出。粒自水中析出。随着二水石膏沉淀的不断增加,就会产生结晶,结晶随着二水石膏沉淀的不断增加,就会产生结晶,结晶体的不断生成和长大,晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘体的不断生成和长大,晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力,造成浆体的塑性开始下降,这一现象称为石膏的结力,造成浆体的塑性开始下降,这一现象称为石膏的初初凝凝;而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大,浆体的;而后随着晶体颗粒间磨擦力和
6、粘结力的增大,浆体的塑性很快下降,直至消失,这种现象为石膏的塑性很快下降,直至消失,这种现象为石膏的终凝终凝。三三 建筑石膏的技术性质建筑石膏的技术性质l建建筑筑石石膏膏的的技技术术要要求求有有强强度度、细细度度和和凝凝结结时时间间。并并按按强强度度和和细细度度分分为为优优等等品品、一一等等品品和和合合格格品品。具体技术要求见具体技术要求见GB9776-1988GB9776-1988。l(1 1)凝结硬化速度快)凝结硬化速度快l 建建筑筑石石膏膏的的浆浆体体,凝凝结结硬硬化化速速度度很很快快。一一般般石石膏膏的的初初凝凝时时间间仅仅为为10min10min左左右右,终终凝凝时时间间不不超超过过
7、30min30min,这这对对于于普普通通工工程程施施工工操操作作十十分分方方便便。有有时时需需要要操操作作时时间间较较长长,可可加加入入适适量量的的缓缓凝凝剂剂,如如硼硼砂砂、动动物物胶胶、亚亚硫硫酸酸盐酒精废液等。盐酒精废液等。l(2 2)硬化后的孔隙率大,重量轻,强度低)硬化后的孔隙率大,重量轻,强度低l 建建筑筑石石膏膏在在使使用用时时,为为获获得得良良好好的的流流动动性性,常常加加入入的的水水分分要要比比水水化化所所需需的的水水量量多多,因因此此,石石膏膏在在硬硬化化过过程程中中由由于于水水分分的的蒸蒸发发,使使原原来来的的充充水水部部分分空空间间形形成成孔孔隙隙,造造成成石石膏膏内
8、内部部的的大大量量微微孔孔,使使其其重重量量减减轻轻,但但是是抗抗压压强强度度也也因因此此下下降降。通通常常石石膏膏硬硬化化后后的的表表观观密密度度约约为为00kg00kg3 31000 1000 kgkg3 3,抗抗压强度约为压强度约为PaPa5 5PaPa。l(3 3)良好的隔热和吸音和)良好的隔热和吸音和“呼吸呼吸”功能功能l石石膏膏硬硬化化体体中中大大量量的的微微孔孔,使使其其传传热热性性显显著著下下降降,因因此此具具有有良良好好的的绝绝热热能能力力;石石膏膏的的大大量量微微孔孔,特特别别是是表表面面微微孔孔对对声声音音传传导导或或反反射射的的能能力力也也显显著著下下降降,使使其其具具
9、有有较较强强的的吸吸声声能能力力。大大热热容容量量和和大大的的孔孔隙隙率率及开口孔结构,及开口孔结构,使石膏具有呼吸水蒸气的功能。使石膏具有呼吸水蒸气的功能。l(4 4)防火性好,但耐水性差)防火性好,但耐水性差l 硬硬化化后后石石膏膏的的主主要要成成分分是是二二水水石石膏膏,当当受受到到高高温温作作用用时时或或遇遇火火后后会会脱脱出出21%21%左左右右的的结结晶晶水水,并并能能在在表表面面蒸蒸发发形形成成水水蒸蒸气气幕幕,可可有有效效地地阻阻止火势的蔓延,具有良好的防火效果。止火势的蔓延,具有良好的防火效果。l由由于于硬硬化化石石膏膏的的强强度度来来自自于于晶晶体体粒粒子子间间的的粘粘结结
10、力力,遇遇水水后后粒粒子子间间连连接接点点的的粘粘结结力力可可能能被被削削弱弱。部部分分二二水水石石膏膏溶溶解解而而产产生生局局部部溃溃散散,所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。l(6 6)有良好的装饰性和可加工性)有良好的装饰性和可加工性l石石膏膏表表面面光光滑滑饱饱满满,颜颜色色洁洁白白,质质地地细细腻腻,具具有有良良好好的的装装饰饰性性。微微孔孔结结构构使使其其脆脆性性有有所所改改善善,硬硬度度也也较较低低,所所以以硬硬化化石石膏膏可可锯锯、可可刨、可钉。具有良好的可加工性。刨、可钉。具有良好的可加工性。l(5 5)凝结硬化时的膨胀性)凝结硬化时的膨胀性l 建
11、建筑筑石石膏膏凝凝结结硬硬化化是是石石膏膏吸吸收收结结晶晶水水后后的的结结晶晶过过程程,其其体体积积不不仅仅不不会会收收缩缩,而而且且还还稍稍有有膨膨胀胀(0.2%0.2%1.5%1.5%),这这种种膨膨胀胀不不会会对对石石膏膏造造成成危危害害,还还能能使使石石膏膏的的表表面面较较为为光光滑滑饱饱满满,棱棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。l四四 建筑石膏的应用建筑石膏的应用l(1 1)石膏砂浆及粉刷石膏石膏砂浆及粉刷石膏l(2 2)建建筑筑石石膏膏制制品品:石石膏膏板板、石石膏膏砌砌块块等等l (3(3)制作建筑雕塑和模型制作建筑雕塑和模型第二节
12、第二节 建筑石灰建筑石灰一一 石灰的生产过程石灰的生产过程天然碳酸岩类岩石天然碳酸岩类岩石(石灰石、白(石灰石、白云石)经高温煅烧,其主要成分云石)经高温煅烧,其主要成分CaCOCaCO3 3分分解为以解为以CaOCaO为主要成分的生石灰,其化学为主要成分的生石灰,其化学反应可表示如下:反应可表示如下:生石灰(堆积密度为生石灰(堆积密度为800800 1000 kg/m1000 kg/m3 3)一般为白色或黄灰色块灰,块灰碾碎一般为白色或黄灰色块灰,块灰碾碎磨细即为生石灰粉。磨细即为生石灰粉。二二 石灰的消化石灰的消化石灰的熟化和石灰的熟化和“陈伏陈伏”n工工地地上上使使用用石石灰灰时时,通通
13、常常将将生生石石灰灰加加水水,使使之之消消解解为为消消(熟熟)石石灰灰氢氢氧氧化化钙钙,这这个个过程称为石灰的过程称为石灰的“消化消化”,又称,又称“熟化熟化”:生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因,生的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因,生石灰中残留有未烧透的的内核,这种石灰石灰中残留有未烧透的的内核,这种石灰称为称为“欠火石灰欠火石灰”。第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长,使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳,长,使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳,体积收缩明显,颜色呈灰黑色,这种石灰
14、称体积收缩明显,颜色呈灰黑色,这种石灰称为为“过火石灰过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆,熟化很慢。质融化形成的玻璃釉状物包覆,熟化很慢。当石灰已经硬化后,过火石灰才开始熟化,当石灰已经硬化后,过火石灰才开始熟化,并产生体积膨涨,引起隆起鼓包和开裂。并产生体积膨涨,引起隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害,生石灰熟化形成为了消除过火石灰的危害,生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上,这一的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上,这一过程称为石灰的过程称为石灰的“陈伏陈伏”。“陈伏陈伏”期间,期间,石灰浆表面应保有一层水分,与空气隔绝,石灰浆表
15、面应保有一层水分,与空气隔绝,以免碳化。以免碳化。三三 石灰的硬化石灰的硬化n石灰浆体在空气中逐渐硬化,是由下面两个石灰浆体在空气中逐渐硬化,是由下面两个同时进行的过程来完成的:同时进行的过程来完成的:n.干燥作用:游离水分蒸发,氢氧化钙逐渐干燥作用:游离水分蒸发,氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。从饱和溶液中结晶。n.碳化作用:氢氧化钙与空气中的二氧化碳碳化作用:氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶,释出水分并被蒸发:化合生成碳酸钙结晶,释出水分并被蒸发:碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸,然后与碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸,然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在氢氧化钙
16、反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。没有水分的全干状态下进行。四四.建筑石灰的技术指标建筑石灰的技术指标建筑石灰的技术指标有细度、建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgOCaO+MgO含量、含量、COCO2 2含含量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见:等品和合格品三个等级。具体技术要求见:JC/T479-1992 JC/T479-1992 建筑生石灰建筑生石灰(P67(P67 表表4 44 4)、JC/T480-1992 JC/T480-1992 建筑生石灰粉建筑生石灰粉(P68(P
17、68 表表4 46 6)JC/T481-1992 JC/T481-1992 建筑消石灰粉建筑消石灰粉(P68(P68 表表4 45 5)钙质生石灰钙质生石灰 MgO5%MgO5%;钙质消石灰粉;钙质消石灰粉 MgO4%MgO4%镁质生石灰镁质生石灰 MgO5%MgO5%;镁质消石灰粉;镁质消石灰粉 MgO4%MgO4%五五 石灰的性质与应用石灰的性质与应用1.1.性质性质(1)(1)石灰的硬化只能在空气中进行,硬化后的强石灰的硬化只能在空气中进行,硬化后的强度也不高。度也不高。(2)(2)受潮后石灰溶解,强度更低,在水中还会溃受潮后石灰溶解,强度更低,在水中还会溃散。散。(3)(3)硬化时体积
18、收缩大硬化时体积收缩大(4)(4)耐水性差,不易贮存耐水性差,不易贮存l2.2.应用应用l将将消消石石灰灰粉粉或或熟熟化化好好的的石石灰灰膏膏加加入入多多量量的的水水搅搅拌拌稀稀释释,成成为为石石灰灰乳乳,是是一一种种廉廉价价的的涂涂料料,主主要要用用于于内内墙墙和和天天棚棚刷刷白白,增增加加室室内内美美观观和和亮亮度度。我我国国农农村村也也用用于于外外墙墙。石石灰灰乳乳可可加加入入各各种种耐耐碱碱颜颜料料。调调入入少少量量水水泥泥、粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣或或粉粉煤煤灰灰,可可提提高高其其耐耐水水性性,调调入入氯氯化化钙钙或或明明矾矾,可可减减少少涂涂层层粉粉化化现象。现象。l石石灰灰砂砂浆
19、浆是是将将石石灰灰膏膏、砂砂加加水水拌拌制制而而成成,按按其其用用途,分为砌筑砂浆和抹面砂浆。途,分为砌筑砂浆和抹面砂浆。l石灰土(灰土)和三合土石灰土(灰土)和三合土l石石灰灰与与粘粘土土或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料混混合合使使用用,制制成成石石灰灰土土或或石石灰灰与与工工业业废废料料的的混混合合料料,加加适适量量的的水水充充分分拌拌合合后后,经经碾碾压压或或夯夯实实,在在潮潮湿湿环环境境中中使使石石灰灰与与粘粘土土或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料表表面面的的活活性性氧氧化化硅硅或或氧氧化化铝铝反反应应,生生成成具具有有水水硬硬性性的的水水化化硅硅酸酸钙钙或或水水化化铝铝酸酸钙钙,适适于
20、于在在潮潮湿湿环环境境中中使使用用。如如建建筑筑物物或或道道路路基基础础中中使使用用的的石石灰灰土土,三三合合土土,二二灰灰土土(石石灰灰、粉粉煤煤灰灰或或炉炉灰灰),二二灰灰碎碎石石(石石灰灰、粉粉煤煤灰灰或或炉炉灰、级配碎石)等。灰、级配碎石)等。l灰砂砖和硅酸盐制品灰砂砖和硅酸盐制品l石石灰灰与与天天然然砂砂或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料混混合合均均匀匀,加加水水搅搅拌拌,经经压压振振或或压压制制,形形成成硅硅酸酸盐盐制制品品。为为使使其其获获早早期期强强度度,往往往往采采用用高高温温高高压压养养护护或或蒸蒸压压,使使石石灰灰与与硅硅铝铝质质材材料料反反应应速速度度显显著著加加快快,使
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