第二章 气硬性无机胶凝材料

第二章气硬性无机胶凝材料§2-2石灰§2-1石膏§4-4水玻璃§3-3菱苦土1、胶凝材料定义:凡是经过一系列物理、化学作用，能由液体或半固体（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。物理化学作用（能胶结其它物料）坚强固体塑性浆体2、胶凝散粒材料(砂、石等)块状材料(砖、石块)胶结整体3、胶凝材料分类胶凝材料根据其化学组成分为有机气硬性－只能在空气中硬化无机水硬性－不仅能在空气中硬化,而且能在水中硬化。气硬性胶凝材料定义：气硬性胶凝材料只能在空气中（干燥条件下）硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度，如石灰、石膏、菱苦土和水玻璃等。这类材料耐水性差，只能用于干燥环境。一般只适用于地上j结构，而不宜用于潮湿环境中，更不可用于水中。水硬性胶凝材料定义：水硬性胶凝材料则不仅能在空气中、而且能更好地在水中硬化，保持和继续发展其强度，如各品种水泥，它们既适用于地上工程，也适用于地下或水中工程。§2-1石膏1.原料生产石膏的原料主要是天然二水石膏（CaSO4·2H2O），还有天然无水石膏(CaSO4）以及含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品。天然二水石膏，又称软石膏或生石膏，是以二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)为主要成分的矿石。纯净的石膏呈无色透明或白色，但天然石膏常因含有杂质而呈灰色、褐色、黄色、红色、黑色等颜色。天然无水石膏(CaSO4)又称天然硬石膏，质地较二水石膏硬，一般为白色，若有杂质，则呈灰红等颜色。只可用于生产无熟料水泥。含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品，也可用作生产石膏胶凝材料的原料，常称之为化工石膏。如磷石膏，是生产磷酸和磷肥时所得的废料；硼石膏是生产硼酸时所得到的废料；氟石膏是制造氟化氢时的副产品等。§2-1石膏2.生产生产石膏胶凝材料的主要工艺流程是破碎、加热与磨细。由于加热方式和加热温度的不同，可以得到具有不同性质的石膏产品。建筑石膏（熟石膏、β型半水石膏）（CaSO4·0.5H2O）：将天然二水石膏在常压下在炉窑中进行加热煅烧，在107℃～170℃时生成；α型半水石膏（即高强石膏）：具有0.13MPa、125℃过饱和蒸汽条件下的蒸压釜中蒸炼得到。它比β型半水石膏晶体要粗，调制成可塑性浆体的需水量少。可溶性硬石膏：常压、加热温度为170℃~200℃时生成。它与水调和后仍能很快凝结硬化；不溶性硬石膏（死烧石膏）：常压、加热温度超过400℃时生成。它难溶于水，失去凝结硬化的能力；煅烧石膏（过烧石膏）：常压、加热温度超过800℃时生成。由于分解出CaO,在CaO的激发下，产物又具有凝结硬化的能力；3、建筑石膏水化硬化1)物理化学变化半水石膏(晶体)半水石膏(饱和溶液)溶解二水石膏(过饱和溶液)水化二水石膏(针状晶体)结晶促进石膏凝结硬化示意图§2-1石膏2）浆体性状变化流动性可塑性有部分可塑性具有强度硬化浆体应≥6min≤30min开始失去塑性完全失去塑性终凝初凝加水§2-1石膏石膏品种晶体特征比表面积需水量％强度α-型尺寸较大小35～45高β-型微细鳞片状大60～80低3）硬化浆体结构特征——多孔性理论需水量(用于水化)18.6%多余水分蒸发实际需水量(便于操作)35~80%内部留下孔隙§2-1石膏4、建筑石膏的技术性质1）质量评定指标（GB9776－88）①强度——抗折、抗压②细度③凝结时间——初凝、终凝§2-1石膏2）特点建筑石膏是一种白色粉末状的气硬性胶凝材料，密度为2.60~2.75g/cm3，堆积密度为800~1000kg/m3。建筑石膏的特点包括如下几个方面：1）凝结硬化快一般与水拌和后，常温下数分钟初凝，30min以内可达终凝。（自然干燥状态下，达到完全硬化约需一周）。凝结时间可按要求进行调整，若要延缓凝结时间，可掺入缓凝剂，以降低半水石膏的溶解度和溶解速度，如亚硫酸盐酒精废液、硼砂或用蛋白胶等；若要加速凝结，则可掺入如氯化钠、氯化镁、硅氟酸钠、硫酸钠、硫酸镁等促凝剂，作用在于增加半水石膏的溶解度和溶解速度。§2-1石膏2）硬化时体积微膨胀硬化时不出现裂缝，所以可不掺加填料而单独使用，并可很好地填充模型。硬化后的石膏，表面光滑，颜色洁白，其制品尺寸准确，轮廓清晰，可锯可钉，具有很好的装饰性。3）硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低理论需水量18.6％，加水60%~80％，多余的水分使硬化石膏留有大量的孔隙，孔隙率约为50%~60％，硬化后，强度较低，表观密度较小，导热性较低，吸声性较好。4）防火性能良好石膏硬化后的结晶物CaSO4·2H2O遇到火烧时，结晶水蒸发，吸收热量并在表面生成具有良好绝热性的无水物，起到阻止火焰蔓延和温度升高的作用，所以，石膏有良好的抗火性。5）具有一定的调温、调湿作用建筑石膏的热容量大，吸湿性强，故能对室内温度和湿度起到一定的调节作用。§2-1石膏6）耐水性、抗冻性和耐热性差建筑石膏硬化后，具有很强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度明显降低，在水中，晶体还会溶解而引起破坏，在流动的水中，破坏更快，硬化石膏的软化系数约为0.2~0.3；若石膏吸水后受冻，则孔隙内的水分结冰，产生体积膨胀，使硬化后的石膏体破坏。所以，石膏的耐水性和抗冻性均较差。此外，若在温度过高的环境中使用（超过65℃），二水石膏会脱水分解，造成强度降低。因此，建筑石膏不宜用于潮湿和温度过高的环境中。在建筑石膏中掺入一定量的水泥或其他含有活性SiO2、Al2O3和CaO的材料，如：粒化高炉矿渣、石灰、粉煤灰，或掺加有机防水剂等，可不同程度地改善建筑石膏制品的耐水性。§2-1石膏5．建筑石膏的应用建筑石膏具有许多优良的性能，在建筑中的应用十分广泛，石膏抹面灰浆作内墙装饰；可用来制作各种石膏板、各种建筑艺术配件及建筑装饰、彩色石膏制品等。石膏作为外加剂，广泛应用于水泥、水泥制品及硅酸盐制品。1）制备粉刷石膏建筑石膏硬化时不收缩，故使用时可不掺填料，直接做成抹面灰浆，也可以与石灰、砂等填料混合使用，制成内墙抹面灰浆或砂浆。2）石膏板材石膏板具有轻质、保温绝热、吸声、不燃和可锯可钉等性能，还可调节室内温湿度，而且原料来源广泛，工艺简单，成本低，是一种良好的建筑功能材料，也是目前着重发展的轻质板材之一。为了减轻自重、降低导热性，生产石膏板时，常掺加锯末、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒、煤渣等轻质多孔填料，或者掺加泡沫剂、加气剂等外加剂；若掺入纸筋、麻丝、芦苇、石棉及玻璃纤维等纤维状填料，或在石膏板表面粘贴护纸板等材料，则可提高石膏板的抗折强度和减少脆性；若掺入无机耐火纤维，还可同时提高石膏板的耐火性能。石膏的耐水性较差，为了改善其板材的耐水性能，可如前所述掺入水泥、粒化高炉矿渣、石灰、粉煤灰或有机防水剂，也可同时在石膏板表面采用耐水护面纸或防水高分子材料面层，它可用于厨房、卫生间等潮湿的场合，扩大了其应用范围。另外，通过调整石膏板的厚度、孔眼大小、孔距、空气层厚度，可制成适应不同频率的吸声板。在石膏板表面贴上不同的贴面，如木纹纸、铝箔等，可起到一定的装饰等作用。石膏板具有长期徐变的性质，在潮湿的环境中更严重，所以不宜用于承重结构。目前我国生产的石膏板类型主要有纸面石膏板、空心石膏板、纤维石膏板和装饰石膏板。主要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。3）装饰制品建筑石膏配以纤维增强材料、胶粘剂等还可制成石膏角线、线板、角花、灯圈、罗马柱、雕塑等艺术装饰石膏制品。§2-1石膏§2-2石灰1．原材料：石灰主要有两个来源：一是以碳酸钙CaCO3为主要成分的矿物、岩石（如方解石、石灰岩、大理石）或贝壳，经煅烧而得生石灰CaO；另一个来源是化工副产品，如用碳化钙（电石）制取乙炔时产生的电石渣，其主要成分是Ca(OH)2，即熟石灰。或者用氨碱法制碱所得的残渣，其主要成分为碳酸钙。2、生产原料：石灰石（主要成份CaCO3）生产：CaCO3CaO（生石灰）＋CO2↑次品原因缺点欠烧石灰温度过低时间不足料块太大有未分解利用率低过烧石灰温度过高时间太长料块太小石灰烧结活性降低900～1000℃生石灰：白色或灰色的块状物质（含MgO）。按照JC/T479－92《建筑生石灰》：MgO含量≤5％时，称为钙质生石灰；MgO含量5％时，称为镁质生石灰。§2-2石灰3、熟化（消化）CaO＋H2OCa(OH)2(熟石灰)＋64.88kJ(体积增大1.0~2.0倍)粉状－消石灰：只用少量水(约70％)(理论值为31.2%)浆状－石灰浆：加过量水(2.5～3倍)熟石灰过烧石灰危害：熟化缓慢，浆体硬化后仍在熟化，体积膨胀，导致硬化浆体开裂。消除危害方法：“陈伏”两星期消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化后使用。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。按照JC/T481－92《建筑消石灰粉》规定：MgO≤4％的，称为钙质消石灰粉；4%≤MgO24％的，称镁质消石灰粉；24%≤MgO30％的，称为白云石消石灰粉。4、硬化晶体交错生长干燥(空气中)CO2+H2O(空气中)塑性浆体硬化浆体Ca(OH)2结晶析出CaCO3结晶析出§2-2石灰1）结晶作用2）碳化作用碳化主要发生在与空气接触的表层上，表层生成的致密CaCO3膜层，阻碍空气中CO2进一步地渗入，同时也阻碍了内部水分向外蒸发，使Ca(OH)2结晶作用也进行得较慢，随着时间的增长，表层CaCO3厚度增加，阻碍作用更大，在相当长的时间内，仍然是表层为CaCO3，内部为Ca(OH)2。所以，石灰硬化是个相当缓慢的过程。产品建筑生石灰建筑生石灰粉建筑消石灰质量评定指标CaO+MgO含量CO2含量游离水含量产浆量细度残渣含量—体积安定性5、石灰技术性质1）质量评定指标（教材104页）2）石灰性质①可塑性好②凝结硬化慢、强度低③耐水性差④体积收缩大§2-2石灰6．石灰的应用1）制作石灰乳涂料将熟化好的石灰膏或消石灰粉加入过量的水稀释成的石灰乳，是一种传统的涂料，主要用于室内粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高粉刷层的防水性；掺入各种耐碱颜料，可获得更好的装饰效果。2）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，可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。3）拌制石灰土和三合土石灰土为消石灰粉与粘土按2：8或3：7的体积比加少量水拌成。三合土为消石灰粉、粘土、砂按1：2：3的体积比，或者消石灰粉、砂、碎砖（或碎石）按1：2：4的体积比加少量水拌成。夯实，密实度↑，而且粘土颗粒表面的少量活性SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，胶结，粘土的强度↑和耐水性↑，主要用于建筑物、路面或地面的垫层，地基的换土处理及地下建筑物的防水。另外石灰与粉煤灰、碎石拌制的“三渣”也是目前道路工程中经常使用的材料之一。§2-2石灰4）生产硅酸盐制品用生石灰粉生产石灰板。将生石灰粉与纤维材料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如炉渣）加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质的碳化石灰板材，多制成碳化石灰空心板，它的导热系数较小，保温绝热性能较好，可锯，可钉，宜用作非承重内隔墙板、天花板等。将生石灰粉或消石灰粉与含硅材料，如天然砂、粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等，加水拌合、陈伏、成型后，经蒸压或蒸养等工艺处理，可制得其他硅酸盐制品，如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。§2-2石灰§2-3菱苦土菱苦土是一种白色或浅黄色的粉末，密度为3.10~3.4g/cm3，堆积密度为800~900kg/m3。主要成分是氧化镁(MgO)，属镁质气硬性胶凝材料。菱苦土主要来源于天然菱镁矿(MgCO3），也可利用蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O)、冶炼镁合金的熔渣(MgO含量不低于25％）或从海水中提取。菱镁矿中的MgCO3一般在400℃~750℃时开始分解，600℃~650℃时，反应迅速进行。菱苦土在加水拌合时Mg