第2章-无机气硬性胶凝材料--清华版土木工程材料

清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS（第二章无机气硬性胶凝材料）主讲人：陈德鹏安徽工业大学本科生课程清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS教学目标※掌握：胶凝材料的定义、分类；建筑石灰、石膏技术要求、性质。※熟悉：石灰、石膏的熟化、硬化和应用。※了解：石灰的生产及品种。教学重点※石灰、石膏的生产※石灰、石膏的水化（熟化）硬化机理※石灰、石膏的特性和技术要求本章主要教学内容与要求清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS本章目录石灰石膏水玻璃菱苦土本章知识归纳清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS指经过一系列物理、化学作用后，能够把一些散粒材料或块状材料胶结成具有一定强度的整体的材料。定义胶凝材料：清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS以天然或人工合成高分子化合物为基本组成胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青等）无机胶凝材料胶凝材料分类水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料通用硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥等石灰石膏水玻璃菱苦土重点重点以无机化合物为基本成分各种水泥清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别水硬性胶凝材料:不仅可以在凝结硬化，还可以保持或继续发展其强度的材料。气硬性胶凝材料:在凝结硬化，在保持或继续发展其强度的材料。只能空气中空气中在水中也只能空气中只适用于干燥环境中，不宜用于潮湿环境，更不宜用于水中。气硬性胶凝材料清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS温度和时间适宜温度过高或时间过长温度过低或时间不足正火石灰欠火石灰过火石灰含有未分解的CaCO3，降低了生石灰的利用率第一节石灰一、石灰的生产煅烧石灰石（CaCO3）过火石灰熟化滞后，引起已硬化的石灰开裂或隆起。如何消除它的危害？清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESSKJOHCaOHCaO8.64)(22熟化特点：速度快、体积增大1-2.5倍、放出大量热。二、生石灰的熟化(消解或消化)生石灰+水熟石灰熟化：指生石灰与水作用生成Ca(OH)2的过程。工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS石灰膏制备：将生石灰放入水中，注意水要过量池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰为消除过火石灰的危害，石灰膏须在储灰坑中放置14d以上，以使过火石灰缓慢熟化，此过程称为。陈伏期间，石灰膏表面应保有一层水分，隔绝空气，防止石灰膏碳化。陈伏清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS1.结晶作用(干燥硬化）游离水蒸发，Ca(OH)2逐渐结晶析出。结晶过程主要在内部发生。三、石灰的硬化包括两个同时进行的过程。2.碳化作用碳化指Ca(OH)2与空气中的CO2反应，生成CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发的过程。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O碳化作用很缓慢。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS1.按化学成分分类四、石灰的品种）、镁质消石灰（）、、钙质消石灰（消石灰、镁质生石灰（）、、钙质生石灰（生石灰石灰85HML80HML90HCL85HCL75HCLML85)ML80CL90CL8575CL其化学成分见表2-2其化学成分见表2-4清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS石灰岩①生石灰块③熟石灰粉（干燥）②生石灰粉④石灰膏（浆体）⑤石灰乳煅烧磨细加过量水加水稀释多用来拌制灰土和三合土用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆粉刷墙壁四、石灰的品种2.按加工方法分类清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS生石灰可以用来做干燥剂可塑性好和保水性好凝结硬化慢，强度低。吸湿性好Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜五、石灰的性质和技术要求1.石灰的性质清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS掺入纸筋、麻刀或砂子石灰硬化收缩产生的裂缝硬化时体积收缩大，不宜单独使用。耐水性差1.石灰的性质石灰砂浆墙面因受潮而脱落五、石灰的性质和技术要求清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS建筑生石灰：应满足我国建材行业标准JC/T479—2013《建筑生石灰》规定。建筑消石灰：应满足我国建材行业标准JC/T481—2013《建筑消石灰》规定。2.石灰的技术要求五、石灰的性质和技术要求清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS消石灰粉、粘土与砂石（炉渣）消石灰粉与粘土六.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配制石灰砂浆、石灰乳配制石灰土、三合土制作硅酸盐制品和碳化石灰板加固软土地基石灰土和三合土夯实后，其强度不断提高，且有耐水性，因为：Ca(OH)2+SiO2+H2O=CaO﹒SiO2﹒2H2OCa(OH)2+Al2O3+H2O=CaO﹒Al2O3﹒2H2O水化硅酸钙水化铝酸钙清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS六.石灰的储运及保管运输、储存时不得受潮和混入杂物。不宜长期存储，存放时防止碳化。不宜与易燃、易爆物品共存储、运输，以免酿成火灾。袋装石灰应标识齐全（厂名、产品名称、商标、净重、批量编号等）。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS石膏是以CaSO4为主要成分的矿物，其与石灰、水泥并称为三大胶凝材料。第二节石膏一、石膏制备及品种（1）天然二水石膏(CaSO4·2H2O)又称“生石膏”，是生产建筑石膏的主要原料。1.制备石膏原料制备石膏的原料有天然二水石膏、天然硬石膏和工业副产石膏（化学石膏）清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS（2）天然硬石膏1.制备石膏原料又称无水石膏，主要是由无水CaSO4组成。（3）工业副产石膏也称化学石膏或工业废石膏，是指工业生产中因化学反应生成的以CaSO4为主要成分的副产品或废渣。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESSOHOHCaSOOHCaSO224170~10724211212常压下，01250.13MPa42422112122CCaSOHOCaSOHOHO，（1）建筑石膏（2）高强石膏β型半水石膏α型半水石膏又称“熟石膏”或“半水石膏”。2.石膏的品种将天然CaSO4·2H2O在不同温度、压力下煅烧，可得到不同品种的石膏。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS（3）可溶性硬石膏又称“无水石膏”，此石膏失去凝结硬化能力(死烧石膏)。OHCaSOOHCaSO24750~4002422温度达到170-200℃时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏，仍具有凝结硬化能力。（4）不溶性硬石膏2.石膏的品种清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS（5）高温煅烧石膏43CaSOCaOSO800℃由于CaO的激发与催化，此石膏又有凝结硬化能力。(CaSO4+CaO)2.石膏的品种清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、建筑石膏的凝结硬化凝结硬化过程中的水化反应：即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”溶解沉淀硬化半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网OHCaSOOHOHCaSO24224221121清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS凝结硬化的物理化学过程水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS1.凝结硬化快，3-5min失去塑性，30min左右即凝结。三、建筑石膏的性质2.硬化后体积微膨胀，防止干缩裂缝，可单独使用。3.硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸音且调温调湿。4.耐水性与抗冻性较差。5.防火性好但耐火性差，如石膏不宜长期处于65℃以上的部位。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用纸面石膏板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS纸面石膏板四、建筑石膏的应用清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS装饰石膏板四、建筑石膏的应用清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用装饰石膏板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用装饰石膏板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用吸声用穿孔石膏板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用吸声用穿孔石膏板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用石膏艺术制品清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四、建筑石膏的应用石膏艺术制品清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS五、建筑石膏的储存建筑石膏在运输和储存时应注意防水防湿储存期一般不超过三个月，超过三个月的石膏强度下降30%左右，应重新复检。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS第三节水玻璃一.水玻璃组成由碱金属氧化物(K2O、Na2O、Li2O等)与SiO2组成。22222222(NaOnSiO)(KOnSiO)(LiOnSiO)SiOn=()RO硅酸钠水玻璃，常用水玻璃硅酸钾水玻璃硅酸锂水玻璃水玻璃模数物质的量之比清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二.水玻璃的制备2222223222nSiO(s)+2NaOH(aq)NaOnSiO()+HOnSiO(s)+NaCO(s)NaOnSiO()+CO23atm13001400湿法：液体干法：固体℃三.水玻璃的硬化反应Na2O·nSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2·mH2O222223222222NaOnSiO+CO+mHO+NaCOnSiOmHO()nSiOmHOnSiO()+mHO()硅酸凝胶干燥、脱水固态硬化上述反应速度很慢，常加入促硬剂Na2SiF6：2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O=6NaF+(2n+1)SiO2mH2O清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS注意:1.水玻璃的模数↑,则粘结力↑,但溶解度↓。2.水玻璃密度↑，则浓度↑，粘结力↑。3.水玻璃的模数一般为1.5-3.5。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS四.水玻璃的性质与应用1.粘结力强，防水性好。可配制防水剂。2.耐热性高，可配制耐热混凝土或耐热砂浆。3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂浆。4.不耐水，不耐碱。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS氯氧镁水泥第四节菱苦土32800850MgOCOMgCO(菱镁矿)℃菱苦土为镁质胶凝材料，主要成分MgO。一.制备二.水化硬化机理菱苦土调和(凝结慢，强度低)，通常用溶液调制，发生如下两个反应：2222MgO+HO=Mg(OH)xMgOyMgClxMgOyMgCl22+zHO=zHO不能用水MgCl2清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS