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材料学各论2-2石膏水玻璃北京建筑工程学院建筑与城市规划学院房志勇2020年2月6日材料学各论2-2石膏石膏1、基本概念：石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料常用的石膏种类：①建筑石膏②高强石膏③无水石膏石膏2、石膏的生产：①原料a)主要原料：天然二水石膏，CaSO4·2H2Ob)其他原料：化工石膏，是指含有二水石膏的化工副产品和废渣c)特种原料：天然无水石膏，CaSO4，此种原料只可用于生产无水石膏石膏2、石膏的生产：②生产工艺简介石膏胶凝材料生产的主要工序，是：破碎、加热煅烧、磨细提示：根据加热方式、煅烧温度的不同，生产出来的石膏胶凝材料的性质也不相同石膏2、石膏的生产：③基本原理CaSO4·2H2OCaSO4·H2O+1H2O21煅烧21石膏3、生产原理：①概念主要成分为二水石膏的天然二水石膏、或者主要成分为二水石膏的化工石膏，在加热条件下，发生分解作用，放出一部分水，得到半水石膏石膏3、生产原理：②分类a)β型半水石膏——烧成温度为107—170℃。烧成条件是在非封闭的窑炉中加热脱水。将此种熟石膏磨细以后得到的产品，就是建筑石膏。特点：颗粒细；强度低石膏3、生产原理：②分类b)α型半水石膏——烧成温度为107—170℃。烧成条件是在过饱和蒸汽条件下蒸炼脱水。称为：高强石膏。特点：颗粒粗，强度高，需水量比较小石膏3、生产原理：②分类c)可溶性石膏——烧成温度为170—200℃。凝结硬化速度快石膏3、生产原理：②分类d)高温煅烧石膏——烧成温度为≥800℃。凝结硬化速度快石膏3、生产原理：②分类e)其他石膏——烧成温度为200-750℃。该类石膏或者凝结硬化速度非常慢，或者完全不能硬化，习惯上称为：死烧石膏石膏4、凝结硬化原理：①反应原理CaSO4·½H2O+1½H2OCaSO4·2H2O石膏4、凝结硬化原理：②反应机理a)是水化反应过程b)由“凝结”、“硬化”两个过程组成c)凝结是指：浆体稠度增加、可塑性降低d)硬化是指：晶体析出、长大、使石膏浆体产生强度石膏4、凝结硬化原理：③关于反应原理的一些解释：a)二水石膏产生半水石膏，需要外界的能量，比如：加热b)二水石膏在水中的溶解度仅仅为半水石膏溶解度的1/5左右c)二水石膏胶体粒子的尺寸比半水石膏粒子的尺寸小的多，所以总表面积大，造成凝聚d)其水化、胶化、凝结、结晶是在同一时间、以不同速度同时发生的石膏5、关于石膏的一些数据①密度：2.60—2.75g/cm3②表观密度：800—1000kg/m3③凝结硬化时间：几十秒钟到30分钟④建筑石膏的凝结时间规定：初凝时间不小于6分钟，终凝时间不大于30分钟石膏6、技术性质①凝结硬化快石膏随着煅烧火候、杂质含量的不同，其凝结硬化速度也不相同。在纯自然条件下，硬化过程大约需要一周的时间石膏6、技术性质②强度高注意问题：a)相对概念b)影响因素很多。如：加水量（实际加水量常常是理论值的4倍）、孔隙率石膏6、技术性质③表观密度值小④体积有微膨胀性（0.5%-1%）该性质是石膏的一个特殊属性，决定了石膏可以单独使用，并且可以用作装饰材料石膏7、技术性质⑤有抗火性⑥吸湿性强此点决定石膏的耐水性、抗冻性均比较差⑤导热性较差石膏8、技术标准①等级划分根据强度、细度、凝结时间，分为三个等级：优等品、一等品、合格品石膏8、技术标准②调整凝结时间的方法加入：缓凝剂常用缓凝剂种类：动物胶、1%的亚硫酸酒精废液、其他缓凝剂种类：硼砂、柠檬酸等石膏9、石膏在工程应用上必须注意的问题①使用环境温度不宜大于65℃以上②运输与储存：a)应注意防潮b)储存期一般应小于3个月石膏10、石膏在建筑中的主要用途①石膏抹灰材料②制作各种墙体材料（如：石膏板）③作为装饰材料（如：石膏浮雕花饰、石膏雕塑等）石膏11、石膏制品①纸面石膏板a)概念：是以建筑石膏为主要原料，掺入纤维和外加剂构成芯材，并与护面纸板牢固的粘结在一起的轻质建筑板材石膏11、石膏制品①纸面石膏板b)工艺：经过：石膏搅拌、铺下护面纸、浇注、成型、铺上护面纸、凝结、切段、烘干、修边等程序石膏11、石膏制品①纸面石膏板c)规格：宽度：900；1200长度：1800；2100；2400；2700；3000；3300；3600厚度：9、12、15、18石膏11、石膏制品①纸面石膏板d)性质：质量轻、抗弯曲性能好、抗冲击性能好、防火、保温隔热、抗震性好、加工性好、施工性能好石膏11、石膏制品②穿孔石膏板a)概念：以装饰石膏板、纸面石膏板作为基材，在其上设置孔眼而形成的轻质建筑板材石膏11、石膏制品②穿孔石膏板b)分类：分类依据：基板的种类、有无背覆材料（贴于石膏板背面的透气性材料）石膏11、石膏制品②穿孔石膏板c)规格：板材：500*500；600*600板厚：9；12孔径：φ6；φ8；φ10孔距：18-24mm穿孔率：5.7%-15.7%材料学各论2-2水玻璃水玻璃1、概念①基本概念：是一种能够溶于水的硅酸盐物质，由碱金属和二氧化硅组成，但是不同的水玻璃两者之间的比例可以有很大差异②常用水玻璃：硅酸钠水玻璃（Na2O.nSiO2)③俗称：泡花碱水玻璃2、生产工艺①基本原理Na2CO3+nSiO2=Na2O.nSiO2+CO2②基本工艺a)湿法生产：石英砂与苛性钠溶液在压蒸锅内加热，得到液体水玻璃b)干法生产：石英砂与碳酸钠在1300度以上熔化，得到固体水玻璃水玻璃3、硬化机理①硬化原理在有促凝剂存在的前提下，硅酸钠与二氧化碳、水发生作用，生成碳酸钠和二氧化硅凝胶，二氧化硅凝胶再在脱水过程中转变为二氧化硅水玻璃3、硬化机理②反应原理Na2O·nSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2·mH2O水玻璃3、硬化机理③促凝剂由于水玻璃的凝结硬化反应过程很慢，通常需要加入促凝剂。最常用的促凝剂是：Na2SiF6水玻璃4、水玻璃的模数1）概念水玻璃中氧化硅与氧化钠的分子比，称为：水玻璃的模数。一般用“n”表示。其数值一般在1.5—3.5之间注：上面定义中的准确概念，应该是氧化硅和碱金属氧化物的分子比水玻璃4、水玻璃的模数2）模数与水玻璃的性质①水溶性：a)“n”≤1时，水玻璃能够溶解于常温水中b)“n”＞1时，水玻璃只能溶解于热水中c)“n”＞3时，只能在高温、高压条件下溶解水玻璃4、水玻璃的模数2）模数与水玻璃的性质②粘接性：a)不同模数的水玻璃：当模数提高时、胶体组分增多，粘接能力提高b)相同模数的水玻璃：当浓度提高时，粘接能力提高水玻璃5、水玻璃的技术性质①不燃烧②耐酸③具有很好的防渗透作用④良好的粘接性能⑤高温下强度不降低（甚至有提高）水玻璃6、水玻璃的应用①涂刷材料表面，提高抗风化能力②用浸渍法处理多孔材料，提高其强度③用于配制防水剂④用于配制耐酸砂浆和混凝土⑤用于配制耐热砂浆和混凝土⑥用于土壤加固讨论题①问题1：MgO对于石灰的性能，会产生哪些影响？②问题2：石灰的熟化过程为什么必须要有一定的陈伏期？③问题3：石灰的碳化作用为什么不能在全干的状态下进行？④问题4：石灰为什么不能单独作为建筑材料，尤其是装饰材料使用？讨论题⑤问题5：试论述石灰的硬化机理。⑥问题6：试论述石灰熟化的机理。⑦问题7：试论述水硬性胶凝材料的概念⑧问题8：试说明气硬性胶凝材料的概念⑨问题9：试说明三合土的概念⑩问题10：试说明硅酸盐材料的概念