2-第二章 气硬性无机胶凝材料

CivilEngineeringMaterials1第二章气硬性无机胶凝材料胶凝材料：经过自身的一系列物理、化学作用，能由液体、固体（或半固体泥膏状）变为坚硬的固体，并能把松散物质粘结成整体的材料称为胶凝材料。CivilEngineeringMaterials2气硬性胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料水硬性胶凝材料石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等胶凝材料水泥只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展强度不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持和发展强度CivilEngineeringMaterials32.1石膏(gypsum,plaster)1.石膏来源—天然二水石膏、天然无水石膏、化工石膏•天然二水石膏：CaSO4·2H2O，又叫软石膏或生石膏，因含杂质而呈现灰色、褐色、黄色、红色、黑色等颜色。•天然无水石膏：CaSO4，又叫天然硬石膏，一般为白色，有杂质时呈灰红等颜色。•化工石膏：含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品。（磷石膏、硼石膏、氟石膏、盐石膏、芒硝石膏、钛石膏等）CivilEngineeringMaterials42.石膏胶凝材料的制备•工艺流程：破碎、加热、磨细→建筑石膏•天然二水石膏在常压下加热，温度至65~75℃时，CaSO4·2H2O开始脱水，在107~170℃时成为β型半水石膏CaSO4·1/2H2O（建筑石膏或熟石膏），反应式为：4242211a2a122CSOHOCSOHOHOCivilEngineeringMaterials5•煅烧条件（温度）不同，组成及性能不同107~170℃β-CaSO4·0.5H2O建筑石膏5~12Mpa124℃132kPaα-CaSO4·0.5H2O高强石膏15~25Mpa170~200℃半水石膏→脱水型半水石膏→可溶性硬石膏CaSO4Ⅲ（加水后很快凝结硬化）200~250℃残余很少的水分，凝结硬化缓慢400℃不溶性硬石膏CaSO4Ⅱ，失去凝结硬化能力，也称“死烧石膏”，难溶于水800℃煅烧石膏（过烧石膏），CaSO4Ⅰ+CaO，具有凝结硬化的能力＞1600℃全部分解为石灰CivilEngineeringMaterials63.建筑石膏的凝结硬化过程•水化反应：（7~12分钟）CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O•过程：溶解→水化反应→析出。CaSO4·2H2O溶解度只有半水石膏的1/5。•初凝与终凝：将从加水开始拌合一直到浆体刚开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝，对应的这段时间称为初凝时间；将从加水开始拌合一直到浆体刚开始失去可塑性，并开始产生强度的过程称为浆体的硬化，对应的这段时间称为浆体的终凝时间。CivilEngineeringMaterials74.建筑石膏的技术性质⑴凝结硬化快与水拌和后，在常温下数分钟即可初凝，30min以内即可达到终凝，一星期左右完全硬化。如何对凝结时间进行调整？——改变半水石膏的溶解度和溶解速率缓凝剂：亚硫酸盐酒精废液、硼砂或用灰活化的骨胶、皮胶或蛋白胶等促凝剂：氯化钠、氯化镁、硅氟酸钠、硫酸钠、硫酸镁等CivilEngineeringMaterials8⑵硬化时体积微膨胀，装饰性好⑶硬化后孔隙率大，强度较低理论需水量仅为18.6%，实际需水量为60~80%→P为50~60%；导热性较低，吸声性较好；抗压强度大于2.9~4.9MPa，抗折强度大于1.8~2.8MPa⑷防火性能良好⑸一定的调温、调湿作用⑹耐水性、抗冻性和耐热性均比较差⑺储存及保质期（3个月）⑻技术标准根据GB9776-88规定，建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格品三个等级CivilEngineeringMaterials95.建筑石膏的应用(1)制备粉刷石膏硬化时不收缩(2)石膏板材如：纸面石膏板、空心石膏板、纤维石膏板和装饰石膏板等，主要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。(3)装饰制品石膏角线、线板、角花、灯圈、罗马柱、雕塑等艺术装饰石膏制品CivilEngineeringMaterials10问题：为什么说建筑石膏是一种很好的内墙装饰材料？•要点：①强度低，不能用于承重。②不耐水，不能用外墙。③孔隙高，可用隔声、隔热保温、防火，调节室内空气相对湿度。④体积膨胀，表面光滑、细腻，无裂缝。CivilEngineeringMaterials11石膏应用实例CivilEngineeringMaterials126.其他品种石膏胶凝材料简介(1)高强度石膏（α型半水石膏）•技术性质：需水量叫建筑石膏少一半左右，硬化后具有较高的密实度和强度，3h抗压强度可达9~24MPa，7d可达抗压强度15~40MPa。•应用：强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。CivilEngineeringMaterials13(2)硬石膏水泥•组成：400~750℃下煅烧得到的不溶性硬石膏CaSO4Ⅱ+适量的激发剂（硫酸盐激发剂；碱性激发剂）•技术性质：凝结速度较慢，需水量较少，硬化后孔隙率较小，具有良好的耐火性和抵抗酸碱侵蚀的能力。•应用：石膏板、石膏建筑制品，抹面灰浆等。CivilEngineeringMaterials14(3)地板石膏在800~1000℃下煅烧，煅烧产物经磨细即得到高温煅烧石膏。•组成：CaSO4及部分CaSO4分解出的CaO•技术性质：凝结硬化慢，掺入少量石灰、半水石膏或NaHSO4、明矾等，可加快凝结硬化，提高磨细程度也可加速凝结硬化，提高强度。•应用：硬化后具有较高的强度和耐磨性，抗水性较好，宜用作地板，故也称地板石膏。CivilEngineeringMaterials152.2石灰（lime）1.石灰的原材料（1）以碳酸钙为主要成分的天然岩石最常用的是石灰石，还有白云石、白垩等。（2）化学工业副产品如：碳化钙制取乙炔所产生的电石渣（主要成分为Ca(OH)2；氨碱法制碱的残渣（主要成分为CaCO3）CivilEngineeringMaterials162.石灰的制备•石灰石反应式：CaCO3→CaO+CO2↑（900℃）实际煅烧温度：1000~1200℃控制：温度、时间（减少欠火石灰及过火石灰）•白云石CaCO3·MgCO3→CaO+MgO+2CO2↑（500℃）MgO≤5%钙质石灰；MgO＞5%镁质石灰CivilEngineeringMaterials173.石灰的熟化•反应式：CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9kJ(1)石灰膏法石灰膏表观密度1300~1400kg/m3，常用作砌筑砂浆和抹面砂浆。石灰膏陈伏除去上层水熟化石灰浆生石灰过量水石灰膏陈伏除去上层水熟化石灰浆生石灰过量水石灰膏陈伏除去上层水熟化石灰浆生石灰过量水石灰膏陈伏除去上层水熟化石灰浆生石灰过量水熟化石灰浆生石灰过量水CivilEngineeringMaterials18(2)消石灰粉法熟化消石灰粉生石灰适量水•理论需水量为生石灰的32.1%，实际加入量约为60~80%。•按JC/T481-92《建筑消石灰粉》规定，MgO≤4%的称钙质消石灰粉；4%≤MgO＜24%的称镁质消石灰粉；24%≤MgO＜30%的称白云石消石灰粉。CivilEngineeringMaterials194.石灰的硬化——结晶和碳化同时进行(1)结晶作用水分蒸发或被砌体吸收导致溶液过饱和而使得Ca(OH)2结晶析出。(2)碳化作用22232a()na(n1)COHCOHOCCOHO维修古建筑时，经常会发现古建筑中的石灰砂浆之地坚硬，起强度比现今石灰砂浆高，为什么？CivilEngineeringMaterials205.石灰的技术性质⑴良好的可塑性和保水性⑵硬化及其硬化后的特性凝结硬化慢，强度低；硬化后体积显著收缩，易出现干缩裂缝。⑶存储与运输防潮、防水；储存期变成陈伏期⑷技术标准建筑工程所用的石灰分成建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根据建材行业标准JC/T479-92可将其分成优等品、一等品和合格品三个不同等级。CivilEngineeringMaterials216.石灰的应用(1)配制砂浆石灰膏和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，用于墙体砌筑或抹面工程；也可掺入纸筋、麻刀等制成石灰浆，用于内墙或顶棚抹面。(2)拌制石灰土和三合土石灰土：消石灰粉+粘土三合土：消石灰粉+粘土+砂石+炉渣等填料三渣：消石灰粉+粉煤灰+碎石经夯实及水化一定时间后，生成不溶性的水化硅酸钙、水化铝酸钙，具有较好的强度和耐水性，可用于道路工程的基层、底基层和垫层等。CivilEngineeringMaterials22(3)生产灰砂砖将磨细生石灰或消石灰粉与天然砂配合拌匀，加水搅拌，再经陈伏、加压成型和经压蒸成型而成。222aiaqaiaqCOHSOCOSO（）(4)碳化石灰板生石灰粉+纤维材料或轻质骨料+水→搅拌成型→人工碳化→轻质碳化石灰板材（保温绝热性能好，可用于非承重的内隔墙板、天花板等）。2232aiaq+CaCiaqCOSOOCOSO空气中存放时：CivilEngineeringMaterials232.3菱苦土1.菱苦土的生产制备•菱苦土：白色或浅黄色粉末，主要成分为MgO，属镁质气硬性胶凝材料。•来源：天然菱镁矿（MgCO3），蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）、冶炼镁合金的熔渣（MgO≥25%）或从海水中提取。CivilEngineeringMaterials24•生产制备：菱镁矿中的MgCO3在400℃开始分解，600~650℃分解加剧，生产时煅烧温度为750~850℃，反应式如下：32MgCOMgOCOCivilEngineeringMaterials252.菱苦土的硬化22()MgOHOMgOHQ•用水调和浆体时，凝结硬化很慢，硬化后强度也很低，使用氯化镁溶液作调和剂加速硬化过程。222226xMgOyMgClHOzHOxMgOyMgClqHO22()MgOHOMgOH•另外也可用硫酸镁、氯化铁、硫酸亚铁等盐溶液作调和剂。CivilEngineeringMaterials263.菱苦土的技术性质⑴GBJ209-83《地面与楼面工程施工及验收规范》用密度为1.2的氯化镁溶液调制成标准稠度的净浆，初凝时间≥20min，终凝时间≤6h；体积安定性要合格；24h抗拉强度≥1.5MPa；MgO含量≥75%。⑵氯化镁溶液调和菱苦土，硬化后抗压强度可达40~60MPa，但吸湿性较大，耐水性差。氯化镁用量过多，浆体凝结硬化过快，收缩过大，甚至产生裂缝；用量过少，硬化太慢，且强度降低。氯化镁与菱苦土的适宜重量比为0.55~0.60.⑶硫酸镁、铁矾等作调和剂时，可降低吸湿性，提高耐水性，但强度较低。⑷菱苦土碱性较弱，不会腐蚀纤维体，与植物纤维粘结性好。CivilEngineeringMaterials274.菱苦土的应用⑴菱苦土木屑地板⑵菱苦土木屑板材⑶加入发泡剂等材料制成多孔轻质的绝热材料CivilEngineeringMaterials282.4水玻璃1.水玻璃的生产制备•水玻璃：俗称泡花碱，是一种能溶于水的碱金属硅酸盐。由不同比例的碱金属和SiO2组成。根据碱金属氧化物分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃等。•生产方法：湿法、干法。CivilEngineeringMaterials29⑴湿法生产纯碱石英砂/石英粉1300~1400℃熔炉中熔融磨细拌匀冷却固体水玻璃⑵干法（碳酸盐法）生产石英砂苛性钠水溶液蒸压釜蒸汽加热搅拌液体水玻璃232222NaCOnSiONaOnSiOCOCivilEngineeringMaterials302.水玻璃的硬化22222322NaOnSiOCOmHONaCOnSiOmHO•水玻璃的硬化过程很慢，使用时需加热或掺加促硬剂，如氟硅酸钠（Na2SiF6）：22262222()6(21)NaOnSiONaSiFmHONaFnSiOmHO•氟硅酸钠适宜掺量为水玻璃重量的12~15