气硬性胶凝材料的检测与应用

2.气硬性胶凝材料的检测与应用知识点能正确分析气硬性胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃和镁质胶凝材料）和水硬性胶凝材料（水泥）的异同点；理解石灰、石膏的水化（熟化）、凝结与硬化的规律；掌握石灰、石膏的技术性质和用途。了解水玻璃和镁质胶凝材料的应用。胶凝材料的定义和分类胶凝材料的定义凡在一定条件下，经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水泥”无机胶凝材料气硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度。通称为“水泥”。判断题：气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中凝结硬化。错既能在空气中凝结硬化，又能在水中凝结硬化§2.1石灰一、石灰的生产原材料生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品。主要成分为CaCO3，其次为MgCO3。生产工艺——煅烧石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。CaCO3==CaO+CO2↑MgCO3==MgO+CO2↑900℃700℃生石灰欠火石灰：生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。过火石灰：由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。二、石灰的分类按化学成分分类（根据石灰中MgO含量多少，对生石灰和消石灰粉进行分类）按煅烧程度分类（正火、欠火、过火石灰）按生石灰的熟化速度分类（快熟石灰、中熟石灰、慢熟石灰）按CaO+MgO含量分类（优等品、一等品、合格品）三、石灰的消化（熟化）熟化的过程生石灰+水熟石灰熟化的方式（根据熟化时加水量不同）淋灰——生石灰粉（消石灰粉）化灰——熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀1～2.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上——防止过火石灰的危害；在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。MgO+H2O==Mg（OH）2CaO+H2O==Ca（OH）2+64.83kj化灰将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰乳石灰膏要在水中放置两周以上，以消除过火石灰的危害，此过程即为“陈伏”。储灰坑经筛网“陈伏”时表面要有一层水，防止石灰被碳化。四、石灰的硬化硬化：塑性体－固体，产生胶结力机理：石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面三个同时进行的过程来完成的：干燥－砌体吸水、空气蒸发。结晶－Ca(OH)2晶体的析出：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶，晶体互相交叉连生，从而提高强度。碳化－碳化生成CaCO3：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发，晶体互相交叉连生，从而提高强度。碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(碳化这三个过程都需要在空气中才能进行，所以石灰是气硬性胶凝材料。结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。原因：空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。有效成分CaO+MgO含量未消化残渣含量(5mm圆孔筛余）生石灰的技术要求欠火程度产浆量有效成分含量游离水含量熟石灰粉的技术要求体积安定性细度安定性的测试：将一定稠度的石灰浆做成中间厚四周薄的一定直径的试饼，然后在100~105℃烘干四小时，若无溃散、裂纹、鼓包的现象，则安定性合格。五、石灰的技术要求石灰的质量等级建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材P19表2-2。石灰的特性1.可塑性好——混合砂浆；2.凝结硬化慢、强度低——主要为失水硬化；3.硬化后体积收缩大，易开裂——加砂、丝麻、纸筋；4.耐水性差——不宜用于潮湿、水侵环境。5.生石灰吸湿性强，保水性好；品种名称适用范围生石灰配制石灰膏；磨细成生石灰粉石灰膏用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆稀释成石灰乳(石灰水)涂料，用于内墙和平顶刷白生石灰粉(磨细生石灰粉)用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆配制无熟料水泥(石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等)制作硅酸盐制品(如灰砂砖等)制作碳化制品(如碳化石灰空心板)用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸盐制品用于石灰土(石灰+粘土)和三合土六、石灰的应用生产硅酸盐制品蒸压灰砂砖蒸压加气砼砌块加固含水的软土地基灰土桩制造静态破碎剂七、石灰的储存生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。§2.2石膏一、石膏胶凝材料的生产石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：二水石膏CaSO4·2H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4ⅢCaSO4ⅡCaSO4Ⅰ107～170℃加热、脱水125℃0.13MPa压蒸条件下170～200℃加热、脱水400～750℃800℃β型建筑石膏α型高强石膏可溶性石膏不溶性石膏高温煅烧石膏在常温下不存在在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。15~40MPaβ-半水石膏(熟石膏)和α-半水石膏(高强石膏)在宏观性能上的差别，主要是由于亚微观上即晶粒的型态、大小以及聚集状态等方面的差别。α型与β型半水石膏区别结晶度较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。结晶比较完整，常呈短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小，致密，有一定的结晶形状。强度：5~10MPaβ-半水石膏水化速度较快，水化热高，需水量大强度：10MPa二、建筑石膏的凝结硬化建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：CaSO4·0.5H2O+1.5H2O=CaSO4·2H2O建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。建筑石膏+水浆体凝结硬化半水石膏的溶解→溶液过饱和→二水石膏晶体的析出；浆体水分的蒸发和晶体的生成→浆体变稠失去塑性→石膏凝结；晶体连生、搭接，形成结晶结构网→逐渐产生强度。溶解→析晶→晶体结构网→强度水→结晶水、蒸发石膏硬化体水化初期：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二、建筑石膏的凝结硬化图β型半水石膏浆体强度的发展过程第一阶段5min以前，浆体的塑性强度很低，且增长很慢；第二阶段5min~30min，强度迅速增大，并发展到最大值；最后如果硬化浆体在潮湿条件下养护，则强度逐渐有所下降。半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多半水石膏全部水化成二水石膏所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！三、建筑石膏的技术要求建筑石膏的质量等级建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：等级3.02.01.6强度抗折强度≥6.04.03.0抗压强度≥3.02.01.6细度（0.2mm方孔筛筛余）≤10凝结时间初凝不早于3min，终凝不迟于30min四、建筑石膏的特性凝结硬化速度快——加缓凝剂；硬化制品的孔隙率大、重量轻，强度低——加筋、覆面；导热率小、保温、吸声性好，具有一定的调温调湿性（“呼吸”功能）；凝结硬化时体积微膨胀——制品密实、表面光滑细腻；防火性好——高温－结晶水脱出；耐水、抗冻性差——防水剂、铝箔覆面改性。五、建筑石膏的应用室内抹灰与粉刷——石膏砂浆及粉刷石膏。因为石膏表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于再装饰。生产建筑石膏制品——石膏板、石膏砌块、制作建筑雕塑和模型。石膏板质轻、保温隔热、吸声防火、尺寸稳定、便于施工。广泛用于高层建筑和大跨度建筑隔墙。生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中。五、建筑石膏的应用吊顶隔墙贴面墙石膏浮雕壁画§2.3水玻璃一、水玻璃的组成及生产水玻璃俗称泡花碱，是一种气硬性胶凝材料。在耐酸工程和耐热工程中常用来配制水玻璃胶泥、水玻璃砂浆及水玻璃混凝土；也可单独使用水玻璃或以水玻璃为主要原料配制涂料。水玻璃（R2O·nSiO2）是一种水溶性硅酸盐。模数ｎ值愈大，或浓度（或密度）愈大，则粘度愈大、粘结力与强度及耐酸、耐热性愈高，但也愈难溶于水中。建筑工程中常用水玻璃的模数为2.5～2.8。水玻璃的生产方法：湿法：将磨细的石英砂和氢氧化钠水溶液，在压蒸锅内用（0.2～0.3MPa）蒸气加热溶解而制成水玻璃溶液。干法：将石英砂和纯碱按比例磨细拌匀，在熔炉内于1300～1400℃温度下熔融冷却后形成固体水玻璃，再将它装进0.3～0.8MPa蒸压釜内加热溶解成为液体水玻璃。Na2CO3+nSiO21300~1400ºCNa2O·nSiO2+CO2↑二、水玻璃的硬化水玻璃在空气中与二氧化碳反应，生成无定形的二氧化硅凝胶（硅酸凝胶），凝胶脱水转变成二氧化硅而硬化（自然硬化）。Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O为加快水玻璃的硬化速度，使用时常加氟硅酸钠促硬剂。加入氟硅酸钠后，初凝时间可缩短至30～60min。2（Na2O·nSiO2）+Na2SiF6+mH2O→6NaF+（2n+1）SiO2·mH2O三、水玻璃的性质粘结力强、强度较高------水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度。耐酸性好------由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。耐热性好------硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。耐碱性、耐水性差------水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可以溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。四、水玻璃的应用涂刷材料表面，提高材料的抗风化能力加固土壤配制速凝防水剂配制粘结剂，修补砖墙裂缝配制耐热、耐酸砂浆和混凝土§2.补充镁质胶凝材料一、镁质胶凝材料的生产镁质胶凝材料是将菱镁矿或白云石经煅烧、磨细而制成。煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末。苛性白云石为白色粉末。600~85032CMgCOMgOCO二、菱苦土的水化硬化Mg(OH)2结构疏松，胶凝性差；一般采用氯化镁溶液来拌和，拌和后凝结速度快，硬化强度高。三、菱苦土的应用地板：保温性，无噪声，耐磨，是民用建筑和纺织车间的地板材料；内墙、天花板和隔墙；一般用于机械设备的包装构件，可节约大量的木材；耐水性差，不宜使用于易受潮的部位。菱苦土地板苦土瓦包装板本节小结胶凝材料的定义和分类；石灰、石膏都是气硬性胶凝材料，在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料。（1）石灰品种很多，各种石灰产品都统称石灰。石灰的强度很低，主要来源于Ca（