第二章气硬性无机胶凝材料,土木材料

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，保持和发展强度沥青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。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纸面石膏板石膏应用实例CivilEngineeringMaterials11装饰石膏制品壁花天花板装饰花CivilEngineeringMaterials12装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱CivilEngineeringMaterials13空心隔墙板CivilEngineeringMaterials14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。CivilEngineeringMaterials156.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：需水量较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。CivilEngineeringMaterials16（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。CivilEngineeringMaterials17（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。CivilEngineeringMaterials182.2石灰（lime）•石灰是一种古老的建筑材料。由于其原料分布广、生产工艺简单、成本低、使用方便，因此被广泛用于建筑工程。☞例如：（石灰＋糯米汁＋桐油）组成最为经典、古老的复合胶凝材料，被广泛用于：万里长城、古埃及金字塔等世界文化遗产。CivilEngineeringMaterials19胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用230多万块、每块重2.5T的岩石砌成CivilEngineeringMaterials20罗马斗兽场（70-80AC):石材、石灰砂浆CivilEngineeringMaterials21万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆CivilEngineeringMaterials22布达拉宫：石材、石灰砂浆CivilEngineeringMaterials23☞以碳酸钙为主要成分的天然原料。贝壳石灰石白云石白垩1.石灰的原材料☞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）CivilEngineeringMaterials242.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CivilEngineeringMaterials253.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CivilEngineeringMaterials26（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。CivilEngineeringMaterials274.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质地坚硬，其强度比现今石灰砂浆高，为什么？CivilEngineeringMaterials285.石灰的技术性质（1）良好的可塑性和保水性（2）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。（3）存储与运输防潮、防水；储存期变成陈伏期（4）技术标准JC/T479-92☞建筑工程常用的石灰种类：建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉。CivilEngineeringMaterials29请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。石灰砂浆A石灰砂浆BCivilEngineeringMaterials306.石灰的应用☞配制砂浆☞拌制石灰土和三合土☞生产灰砂砖☞生产碳化石灰板CivilEngineeringMaterials31石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土桩灰土桩CivilEngineeringMaterials32硅酸盐砌块灰砂砖石灰的应用CivilEngineeringMaterials332.3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。CivilEngineeringMaterials34•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CivilEngineeringMaterials352.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。CivilEngineeringMaterials363.菱苦土的特性与应用☞菱苦土碱性较弱，不会腐蚀纤维体且与植物纤维粘结性好木屑板、木丝板及刨花板等。☞菱苦土制品凝结硬化快、强度高、弹韧性好、弹性模量低、保温性好、防火、耐磨、无噪音等。☞吸湿性大、耐水性差、易泛卤，只能用于干燥环境中。CivilEngineeringMaterials372.4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。CivilEngineeringMaterials38⑴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CivilEngineeringMaterials392.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%，用量过少，硬化慢强度低，并且未经反应的水玻璃易溶于水，使得耐水性差；用量过多，又会引起凝结过快，影响施工，而且渗透性大，强度也低。CivilEngineeringMaterials403.水玻璃的技术性质•模数：是指水玻璃的组成中，