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2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料1第二章气硬性无机胶凝材料概述石灰石膏水玻璃菱苦土2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料20胶凝材料概述通过物理化学作用，能从可塑性浆体变成坚固的石块体、并能将其他散粒材料(如砂子、石子)或块状材料(如砖、石块等)粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。定义无机胶凝材料（无机化合物）有机胶凝材料（天然或合成的有机高分子化合物）气硬性胶凝材料——只在空气中硬化（石灰、石膏水玻璃、菱苦土）水硬性胶凝材料——空气、水中皆可硬化（水泥）按凝结硬化条件分类（沥青、树脂）分类2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料4粘土时代：始于4000~10000年前的新石器时期石膏、石灰时代：约在公元前2000~3000年开始石灰+火山灰：公元初石灰+人工烧粘土材料：公元1000左右水硬性石灰、罗马水泥及天然水泥：18世纪后半期硅酸盐水泥（波特兰水泥）的诞生：19世纪初期1824年，Joseph.Apsdin首先获得专利权*糯米、红糖、植物汁液等都作为胶凝材料在建筑中使用过发展简史2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料5第一节石灰1概述2石灰的熟化和硬化3石灰的特性和技术性质4应用2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料61概述石灰吟——于谦2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料7——以CaCO3为主要成分的天然岩石。(石灰石、白垩、白云石质石灰石等)1.1石灰生产CaCO3-MgCO3原料欠火石灰：温度过低/时间不够/未充分烧透/影响产量过火石灰：温度过高/时间过长/颜色深QCOCaOC1100900CaCO23生产两种废品陈伏处理CaOSiO2、Al2O3玻化层2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料91.2石灰分类钙质石灰（MgO≤5％）镁质石灰（MgO5％）特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。MgO含量水硬性：原料中SiO2含量大于8%气硬性：原料中SiO2含量小于8%使用性质块状生石灰——煅烧直接获得生石灰粉——块状生石灰磨细消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+过量水CaOCa(OH)2存在形式2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料11CaO+H2O——Ca(OH)2+Q（64.9kJ）剧烈放热体积膨胀1-2.5倍2石灰的熟化与硬化2.1石灰的熟化（消化）陈伏——熟化后，池内静置14d以上，保持水层隔绝CO22019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料12干燥水分蒸发，Ca(OH)2过饱和析晶——结晶强度（结晶数量少，强度增长不显著）Ca（OH）2＋CO2＋H2O——CaCO3+2H2O——碳化强度水分蒸发，产生毛细管压力，压密石灰粒子——附加强度（数值不大，遇水失去）2.2石灰的硬化碳化结晶交叉联生、共生、紧密交织结构网；硬化浆体获得稳定强度。2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料133石灰的特性和技术要求保水性好：1μm颗粒，水膜，胶体分散耐水性差：气硬性体积收缩大：除涂刷，不宜单独使用，常掺入纸筋、麻刀、砂等加强材料特性2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料14技术要求三个常用品种——建筑生石灰建筑生石灰粉建筑消石灰粉表1生石灰的技术标准JC/T479项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮908580858075C02含量/%≯5796810未消化残渣含量≯（5mm圆孔筛余）/%5101551015产浆量/L·kg-1≮2.82.32.02.82.32.0表2生石灰粉的技术标准JC/T480项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮858075807570C02含量/%≯791181012细度0.90mm筛筛余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余/%≯7.012.018.07.012.018.0表3消石灰粉的技术标准JC/T481项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等一等合格优等一等合格优等一等合格CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游离水/%0.4～２体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.90mm筛筛余/%≯000.5000.5000.50.125mm筛筛余%≯310153101531015表4路面基层用石灰的技术标准JTJ034-2000项目钙质生石灰镁质生石灰钙质消石灰镁质消石灰等级ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢCaO+MgO含量/%≮858075807570656055605550未消化残渣含量/5mm圆孔筛余/%≯71117101420含水量/%≯444444细度0.71mm筛筛余/%≯—11—110.125mm筛筛余%≯1320—1320—MgO含量/%≤5＞5≤4＞42019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料19★石灰土和三合土按比例5%～12%石灰＋粘土——石灰土(灰土)：用于道路的底基层、基层石灰1＋粘土2＋砂（炉渣/石膏）3——三合土应用历史悠久，主要用于建筑物的地基、基础，也用于道路的基层、垫层4石灰的应用★涂料：石灰乳，刷白，加入水溶性胶和颜料★砂浆、石灰砂浆、水灰水泥混合砂浆：砌筑、抹灰★加气混凝土砌块、灰砂砖粉煤灰+磨细生石灰+砂+掺合料成型养护★石灰桩加固地基，生石灰吸水膨胀压力含水软土基层固化2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料211概述Gypsum2建筑石膏的凝结和硬化3石膏的技术特性和要求4应用第二节石膏2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料221概述概念以CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料。原料天然石膏（G2、G0）、化工石膏（G2+G0）、磷石膏、硼石膏、盐田石膏…制备加热、磨细G2Gx加热温度脱水条件分类天然二水石膏G2开始脱水，缓慢脱水剧烈，常压1.3atm可溶性硬石膏G0.6~0.11，不稳定，III型石膏I型石膏过烧石膏无水石膏G0高强石膏α-G0.5建筑石膏β-G0.5常温60-70℃107-170℃125℃II型石膏300-700℃700℃1000℃170-300℃5种形态7个变种2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料24水化反应OHCaSOOHOHCaSO2422422321特点：极快,全过程约7～12min。自由水水化和蒸发，石膏浆体可塑性减小，浆体变稠——凝结晶体逐渐长大，浆体产生强度，直到干燥——硬化2建筑石膏的凝结和硬化凝结硬化G0.5+H2O溶解析晶理论H2O继续溶解凝结硬化溶解有强度的块体长大、交错连生G2析晶H2OH2O20℃溶解度：G0.58.85g/LG22.04g/L1887，LeChatelier2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料26初凝-终凝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结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏的终凝。2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料27石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料28多孔性：孔隙率高P=40~60%，轻质材料表800～1000kg/ｍ3抗压强度3～5ＭPa调湿性装饰性强：可塑性强；色白、质细、光洁饱满（硬化后微膨胀0.2~1.5%）3石膏的技术特性和要求技术特性理论需水18.6%实际加水60-80%防火性能好：结晶水气化，吸热；本身阻燃耐水性和耐冻性差：G2遇水溶解凝结硬化速度快初凝时间仅为10min左右终凝时间不超过30min缓凝剂——硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。等级2h强度细度0.2mm方孔筛筛余/%≯凝结时间/min抗压抗折初凝终凝优等品4.92.55.0≮6≯30一等品3.92.110.0合格品2.91.815.0技术要求GB97762019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料31石膏砂浆和粉刷石膏——石膏表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于再装饰，常用于室内高级抹灰、粉刷、打底。石膏板及装饰件——石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于施工，广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。常用制品：纸面石膏板、纤维石膏板、空心石膏板、穿孔石膏板、装饰石膏板、石膏角线等装饰件。4应用2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料32第三节水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。1概念通式ORSiOn22R2Ｏ·ｎSiO2水玻璃模数2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料33按碱金属氧化物分类：硅酸钠水玻璃（Na2O·ｎSiO2）硅酸钾水玻璃（Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）硅酸锂水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料34湿法——将石英砂（SiO2）和苛性钠(NaOH)溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应生液体水玻璃。干法——将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于1300~1400˚C温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：222232COnSiOONanSiOCONa2硅酸水玻璃的生产2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料353水玻璃的硬化空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐失水干燥而硬化：凝胶(固体)由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的12～１５％。OHSiOOHSiOOmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa2222223222222019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料364技术性质模数1.53.52.6-2.813溶解于常温水溶解于4atm以上蒸汽2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料37浓度指标玻美度Be——密度玻美度○密度=145145-Be○玻美度密度，g/cm333.5-41.51.3-1.42019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料385水玻璃的特点粘结力强：水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。耐酸性好：硬化后的水玻璃，主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用；但不耐碱性介质侵蚀。耐热性高：水玻璃不燃烧，硬化后形成ＳiO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料396水玻璃的应用(1)用作涂料，直接涂刷材料表面直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性、抗风化性均得到提高。OHSiOCaOSiOnONaOHCanSiOONa2222222)1()(2019年8月9日12时27分第二章气硬性胶凝材料40（2）配制防水剂四矾防水剂:可以在1min内凝结,适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。蓝矾(硫酸铜)明矾（钾铝矾）红矾（重铬酸钾）紫矾（铬矾）各１份，溶于60份的沸水中，降温至５０℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。（3）加固土壤将模数为２.５～３的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固