2 气硬性胶凝材料

2气硬性胶凝材料本章讲述了建筑工程中常用的石膏、石灰和水玻璃三种气硬性胶凝材料。要求掌握各种材料的特性及应用，熟悉其生产、凝结硬化原理以及储运、使用中应注意的问题。本章提要胶凝材料是指在一定条件下通过自身的一系列变化，能把其他材料胶结成具有一定强度的整体的材料，通常分为有机和无机两大类。有机胶凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料。无机胶凝材料是指以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和后形成的浆体，经过一系列物理化学变化，而将其他材料胶结成具有强度的整体。无机胶凝材料根据硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种气硬性胶凝材料一般只能在空气中硬化并保水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化并保持和发展其强度。如水泥等。本章内容2.1石灰2.2建筑石膏2.3水玻璃2.1石灰石灰是由石灰岩煅烧而成。石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)石灰岩在适当温度(900~1000℃)下煅烧，得到以CaO为主要成分的物质即石灰，也叫生石灰(其中含一定量MgO)：2.1.1石灰的生产与品种molkJCOCaOCaCOC/178210009003石灰的分类根据加工方法(1)磨细生石灰粉(2)消石灰粉(3)石灰膏：主要成分是Ca(OH)2根据熟化速度分为快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰，其熟化速度见表2.1。表2.1生石灰熟化速度分类石灰种类熟化时间快熟石灰中熟石灰慢熟石灰熟化速度在10min以内熟化速度在10~30min之间熟化速度在30min以上2.1.2石灰的熟化与硬化生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消化过程。其反应式如下：石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀1~2.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。为了保证石灰充分熟化，必须将石灰浆在贮灰坑中存放两星期以上，这一过程叫石灰的“陈伏”。22CaO+HOCa(OH)+65.9kJ/mol＝石灰的硬化包含下面两个同时进行的过程：①结晶过程——多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH)2②碳化过程——Ca(OH)2和空气中的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式如下：22232Ca(OH)+CO+nHOCaCO+(n+1)HO＝根据规定，钙质生石灰和镁质生石灰各分为3个等级，各等级的质量要求见表2.2、表2.3。建筑消石灰粉按MgO的含量分为钙质消石灰粉(MgO含量小于4%)、镁质消石灰粉(MgO含量在4%~24%)和白云石消石灰粉(MgO含量在24%~30%)，并按其技术要求分为优等品、一等品和合格品。2.1.3石灰的技术性质和特性一、石灰的技术性质表2.2建筑生石灰主要技术指标(JC/T479—92)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(%，不小于)908580858075未消化残渣含量(5mm圆孔筛筛余)(%，不大于)5101551015CO2(%，不大于)5796810产浆量(L/kg，不小于）2.82.32.02.82.32.0表2.3建筑生石灰粉的技术要求(JC/T480—92)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(%，不小于）858075807570CO2含量(%，不大于）791181012细度0.90mm筛筛余(%，0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余(%，不大于）7.012.018.07.012.018.0二、石灰的特性(1)良好的可塑性及保水性(2)生石灰熟化时放热大，体积增大(3)凝结硬化慢、硬化时体积收缩大(4)硬化后强度低(5)耐水性差(1)配制石灰砂浆和石灰乳(2)配制灰土与三合土(3)生产硅酸盐制品(4)生产碳化石灰板2.1.4石灰的应用2.2建筑石膏我国的石膏资源极其丰富，分布很广。有自然界存在的天然二水石膏(CaSO4·2H2O，又称软石膏或生石膏)、天然无水石膏(CaSO4，又称硬石膏)和各种工业副产品或废料——化学石膏。石膏胶凝材料的生产，通常是用天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。2.2.1石膏的品种与生产二水石膏在107~170℃时激烈脱水，水分迅速蒸发，成为β型半水石膏：β型半水石膏磨细即为建筑石膏。其中杂质含量少、颜色洁白者称模型石膏。107~1704242213CaSO2()CaSO22CHOHOHO型二水石膏在0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼(温度125℃)脱水，可制得α型半水石膏：α型半水石膏浆体硬化后的强度较高，故又称高强石膏。125,0.134242213CaSO2()CaSO22CMPaHOHOHO型半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏：随着浆体中自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体也逐渐变稠，这个过程称为凝结过程。其后，二水石膏晶体继续大量形成、长大，晶体之间互相交错连生，形成结晶结构网，使浆体变硬，并形成具有强度的石膏制品。这个过程称为硬化过程。2.2.2石膏的凝结硬化4224212CaSO32CaSO22HOHOHO（）一、建筑石膏的技术性质建筑石膏的密度为2.6~2.8g/cm3，表观密度为800~1100kg/m3。建筑石膏的技术要求主要有强度、细度和凝结时间。按强度和细度的差别，建筑石膏划分为优等品、一等品和合格品三个等级(见表2.4)。2.2.3建筑石膏的技术性质和特点等级指标优等品一等品合格品强度（MPa）抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度(以0.2mm方孔筛筛余百分数计，不大于）5.010.015.0凝结时间(min)初凝时间≥6终凝时间≤30表2.4建筑石膏的技术要求(GB9776—88)(1)凝结硬化快(2)凝固时体积微膨胀(3)孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声性能好(4)具有一定的调温调湿性(5)防火性好，耐水性、抗冻性差(6)加工性能好二、建筑石膏的特点(1)纸面石膏板(2)石膏装饰板(3)纤维石膏板(4)石膏空心条板(5)石膏空心砌块和石膏夹心砌块石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等等。2.2.4建筑石膏的用途2.3水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶解于水的一种硅酸盐材料。最常用的是硅酸钠水玻璃(Na2O·nSiO2)及硅酸钾水玻璃(K2O·nSiO2)。生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。湿法：将石英砂和苛性钠溶液置于压蒸锅(0.2～0.3MPa)内，用蒸汽加热，并加以搅拌，使之直接生成液体水玻璃。反应式：干法：是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在1300～1400℃温度下熔化，经冷却后得到固体水玻璃，然后在水中加热溶解而得到液体水玻璃。反应式：OHnSiOONanSiONaOH22222湿法222232COnSiOONanSiOCONa干法水玻璃硬化是吸收空气中CO2而析出无定形硅酸：这个过程进行很慢。为加速其硬化，可将水加热或加入硬化剂(如Na2SiF6)，其掺量为水玻璃质量的12%~15%。水玻璃具有很强的耐酸性能，能经受大多数无机酸与有机酸的作用。OmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa22322222水玻璃耐热性良好，能长期承受一定高温作用而强度不降低。