土木工程材料学习课件第2章无机胶凝材料-1

CivilEngineeringMaterials第2章无机胶凝材料2.1气硬性胶凝材料内容提要：本节介绍建筑工程中常用的石膏、石灰、水玻璃和菱苦土四种无机胶凝材料的原料、生产、硬化原理、技术性质及其在工程中的应用。其中石膏、石灰的技术性质、影响因素、工程应用是学习的重点。胶凝材料－cementingmaterialCivilEngineeringMaterials胶凝材料•定义－是指在一定的条件下，经过一系列的物理化学作用后，能将散粒状（如砂、石子）或块状（砖、砌块）材料粘结成为具有一定强度的整体的材料。•分类：气硬性－石膏、石灰无机胶凝材料水玻璃、菱苦土水硬性－各种水泥有机胶凝材料－沥青、树脂、橡胶CivilEngineeringMaterials2.1.1石膏•古老的胶凝材料；•具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观－优良的装饰材料；•易于加工、成品多样－各类石膏线；•资源丰富、分布广、储量大；576亿吨•理想的高效节能材料－重点发展的新型材料。CivilEngineeringMaterials一、石膏的制备•原材料：天然二水石膏CaSO4.2H2O（生石膏、软石膏）天然无水石膏CaSO4－只可用于生产无水石膏水泥和高温煅烧石膏化工石膏－磷石膏、氟石膏（化工副产品）•工艺：原材料－破碎－不同温度、压力煅烧－磨细－成品CivilEngineeringMaterials石膏制备工艺示意图CaSO4.2H2O二水石膏107～170℃加热、脱水125℃0.13MPa蒸压锅170～360℃加热、脱水400～750℃800℃CaSO4.1/2H2O(β型半水石膏)－建筑石膏CaSO4.1/2H2O(α型半水石膏)－高强石膏CaSO4Ⅲ－可溶性硬石膏CaSO4Ⅱ－不溶性硬石膏CaSO4Ⅰ－高温煅烧石膏CivilEngineeringMaterials各类石膏的特点•建筑石膏－又称熟石膏，晶体较细，需水量较大（80～100％），因而强度较低。•高强石膏－晶粒粗大，需水量小（35～45％），强度高。高级室内抹灰、石膏线、石膏板等•可溶性石膏－需水量大，凝结很快，强度低，不宜直接使用。•不溶性硬石膏－难溶于水，生产无水石膏水泥。•高温煅烧石膏－抗磨性较好，导热系数低，吸声性较好，耐久性较高。CivilEngineeringMaterials二、建筑石膏的凝结硬化•凝结硬化过程：流体－塑性体－固体•反应式：OHCaSOOHOHCaSO242242.21121.C=8.16g/LC=2.05g/LCivilEngineeringMaterials硬化机理•半水石膏的溶解－溶液过饱和－二水石膏晶体的析出；•浆体水分的蒸发和晶体的生成－浆体变稠失去塑性－石膏凝结；•晶体连生、搭接，形成结晶结构网－逐渐产生强度。溶解－析晶－晶体结构网－强度•水－结晶水、蒸发CivilEngineeringMaterials三、建筑石膏的等级与技术性质GB/9776-2008《建筑石膏》按细度、凝结时间和2h强度将建筑石膏分为3.0,2.0和1.6三个等级。CivilEngineeringMaterials建筑石膏的技术性质1.表观密度小、抗折强度低－加筋、覆面；2.凝结硬化快－6～30min；加缓凝剂3.孔隙率大、导热系数小、质轻、吸声性好；4.体积微膨胀－制品密实、表面光滑细腻；5.防火性好－高温－结晶水脱出；6.吸湿性强、耐水性差－防水剂、铝箔覆面改性。CivilEngineeringMaterials四、建筑石膏的用途•石膏砂浆及粉刷石膏－高级室内抹灰；•制备各种石膏板；•各类装饰石膏线、花型；•无水石膏水泥；•水泥缓凝剂；•涂料的填充料•陶瓷模具材料、外科医疗固定材料•制作雕塑艺术品等。CivilEngineeringMaterials石膏板•石膏板有－纸面石膏板无纸石膏板（即纤维石膏板）石膏空心条板•纸面石膏板－普通（防火）石膏板高级防火石膏板防水石膏板等CivilEngineeringMaterials建筑石膏板的特点：•石膏板具有质轻、强度高、防火、防蛀、隔热、吸声、加工性能好（可刨），尺寸稳定、施工效率高等特点。•以龙骨（轻钢龙骨、木龙骨）为骨架，形成的各种形式的非承重墙体和承重墙体的饰面层，具有装饰新颖，增加使用面积，改善建筑物功能，提高抗震性能等优点。CivilEngineeringMaterials石膏顶棚CivilEngineeringMaterials石膏顶棚CivilEngineeringMaterials石膏隔墙CivilEngineeringMaterials防火纸面石膏板•是指这种板材在发生着火时，在一定长的时间内保持结构完整（在建筑结构里），从而起到阻隔火焰蔓延的作用。该板在生产过程中加入玻璃纤维和其它添加剂，能够有效地在遇火时起到增强板材完整性的作用。CivilEngineeringMaterials防水石膏板•该板是在石膏芯材里加入一定量的防水剂，或在表面覆盖铝箔、牛皮纸等使石膏本身具有一定的防水性能。•这种石膏板在根据美国ASTM标准作防水试验时，其吸水率为5％，即能够用于湿度较大的区域，如卫生间、沐浴室和厨房等•这是一种比较好的具有更广泛用途的板材。但此板不可直接长时间进水浸泡。CivilEngineeringMaterials石膏浮雕装饰制品•石膏浮雕装饰制品是以石膏为基料和玻璃纤维及添加剂加工制成各种平板、小方板、墙身板、饰线、灯圈、浮雕、花角、圆柱、方柱与数百种装饰件，用于室内装饰。•特点:加工性能好，能钉、锯、刨，可修补。完整性好，不变形，不开裂，无缝隙。耐久性强，防蛀不腐，防火防潮，质轻吸音，容易安装。CivilEngineeringMaterials石膏浮雕壁画•石膏浮雕壁画有两种加工方法，一种是做石膏板，在板上放刀雕刻；而另一种方法是用泥做形，然后翻制成品。一般大型石膏壁画都是采用后者。•石膏板浮雕：此种方法与木浮雕相同，只是材料上的不同，石膏板更容易制作，又不会出现开裂与木纹纤维方向的问题，所以是一种性能较好的浮雕材料。CivilEngineeringMaterials2.1.2石灰一、石灰的制备•原料：石灰岩（CaCO3）•反应式：生石灰211009003211009003COMgOMgCOCOCaOCaCO℃℃CivilEngineeringMaterials根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种：过火石灰欠火石灰tem\time↑→过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表面→密实度高→石灰消解慢tem\time↓→欠火石灰：CaCO3分解不足、产率低。CivilEngineeringMaterials二、生石灰的熟化•反应式：特点：①放热量大、快（1h放热是混凝土1d放热量的9倍多）②体积增大：1～2.5倍kJOHCaOHCaO9.64)(22CivilEngineeringMaterials二、生石灰的熟化依加水的多少，消化后的状态有：块状生石灰－消石灰粉石灰膏石灰浆生石灰粉－直接粉磨CivilEngineeringMaterials石灰的陈伏定义－石灰膏在储灰池中隔离空气下保存“两周”以上的工艺过程。目的－消除过火石灰的危害过火石灰－过烧、表面形成一层釉质，熟化极慢，当这种未充分熟化的石灰抹灰后，会吸收空气中的水分继续熟化，体积膨胀，最终造成墙面的隆起、开裂。CivilEngineeringMaterials三、石灰的硬化•硬化：塑性体－固体，产生胶结力•机理：干燥硬化－砌体吸水、空气蒸发结晶硬化－Ca(OH)2晶体的析出碳化硬化－碳化生成CaCO3OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(CivilEngineeringMaterials三、石灰的硬化硬化过程结晶碳化Ca(OH)2结晶析出CaCO3结晶析出主要变化特征内部反应快由表及里CivilEngineeringMaterials四、石灰的品种•依据石灰中氧化镁的含量：钙质石灰MgO%≤5%镁质石灰MgO%5%•依据成品加工方法：块状生石灰消石灰粉石灰膏石灰乳磨细生石灰粉CivilEngineeringMaterials建筑生石灰粉的技术指标(JC/T480-1992)项目钙质生石灰粉镁质生石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO%858075807570CO2%791181012细度%（0.9mm）0.20.51.50.20.51.5CivilEngineeringMaterials五、石灰的技术性质1.可塑性好－混合砂浆2.硬化慢、强度低－主要为失水硬化3.耐水性差－不宜用于潮湿、水侵环境4.收缩大、抗折强度低－加砂、丝麻、纸筋CivilEngineeringMaterials六、石灰的用途•拌制灰土或三合土•配制水泥石灰砂浆、石灰砂浆•石灰膏罩白•制作碳化石灰板•制造加气混凝土砌块、粉煤灰砌块等•配制无熟料水泥：矿渣＋石灰－磨细CivilEngineeringMaterials2.1.3水玻璃WaterGlass•俗称泡花碱－石英砂＋苛性钠（Na2CO3）•品种:硅酸钠水玻璃（Na2O.nSiO2）硅酸钾水玻璃（K2O.nSiO2）硅酸锂水玻璃（Li2O.nSiO2）•通式：R2O.nSiO2•n-水玻璃模数CivilEngineeringMaterials水玻璃的硬化•碳化硬化－水玻璃吸水空气中的二氧化碳，形成无定形的硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。•晶体（SiO2）－胶体(nSiO2.mH2O)－晶体(nSiO2)OmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa22322222..CivilEngineeringMaterials水玻璃的应用•涂刷或浸渍材料－外墙的抗风化剂•加固基础－化学加固法（水玻璃＋氯化钙）亦称硅化加固法（consolidationbysilication）•配防水砂浆－堵漏、补裂缝•配耐酸砂浆－耐酸工程•配耐热砂浆－高炉基础注意：不能长期浸水、不耐碱CivilEngineeringMaterials2.1.4镁质胶凝材料一、制备：菱苦土MgCO3•反应式：•状态:白色或浅黄色粉末，密度3.1~3.4g/cm32650~6003COMgOMgCO℃CivilEngineeringMaterials二、菱苦土的硬化•不用水调制，因：MgO+H2O=Mg(OH)2产物结构疏松、强度低•采用MgCl2.6H2O水溶液调制：产物xMgO.yMgCl2.zH2O复盐OzHyMgClxMgOOzHyMgClxMgO2222...CivilEngineeringMaterials三、菱苦土的应用•菱苦土木屑板、木丝板、刨花板配比：木屑＋颜料＋填料＋菱苦土•菱苦土地面：防爆、防静电、不起尘－军工、纺织、电子车间•菱苦土制品：门窗、楼梯扶手、包装箱