3第三章气硬性胶凝材料

一、胶凝材料的定义胶凝材料是能通过自身的物理化学作用，从可塑性浆体变成坚硬的固体，并能把散粒材料（砂、石子）或块状材料（砖、石块）粘结成为整体的材料。3气硬性胶凝材料二胶凝材料的分类胶凝材料按化学成分可分为：无机胶凝材料和有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同分为：气硬性和水硬性。气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料，如石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等。这类材料只适用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和继续发展其强度的胶凝材料，如各种水泥。水硬性胶凝材料既适用于地上，也可用于地下或水中环境。3.1建筑石灰建筑石灰常简称为石灰，是人类最早使用的一种建筑材料。石灰是具有不同化学成分和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。3.1.1石灰的生产以碳酸钙为主要成分的石灰石、白垩等为原料，在高温下煅烧而成，其主要成分是氧化钙。CaCO3900ºCCaO+CO2↑一、根据煅烧质量，石灰分为：1、正火石灰煅烧正常的石灰，疏松多孔，质轻色匀，能充分发生水化反应。2、欠火石灰由于煅烧温度过低或温度分布不均匀，以及煅烧时间不足、料块尺寸过大等原因造成的碳酸钙不能完全分解，水化时有碳酸钙“渣子”，影响石灰产浆量。3、过火石灰由于煅烧温度过高、煅烧时间过长，产生的玻璃状熔融物堵塞孔隙，形成致密结构，阻碍水化反应。过火石灰会在石灰硬化后，才发生水化反应，产生膨胀而引起破坏。因此，熟化后的石灰浆（膏）在消化池中应“陈伏”2～3周以上才使用。陈伏期间，石灰浆（膏）表面应保持一层一定厚度的水，以隔绝空气，防止碳化。3.1.2生石灰的水化生石灰的水化又称熟化或消化，它是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的过程。生石灰水化反应式为：CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9KJ1、反应可逆2、水化热大，水化速率快3、水化过程中体积增大3.1.3石灰浆的硬化石灰浆体在空气中会逐渐硬化：1.结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中结晶析出。2.碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水化合生成碳酸钙，释出水分并被蒸发。碳化反应式为：Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2OCaCO3的体积比Ca(OH)2略大，使硬化向的石灰浆体更加致密，妨碍CO2进入内部，因而，碳化反应非常缓慢，长期局限于表层。3.1.4石灰成品及制备（一）石灰成品1、块状生石灰：由石灰石煅烧成的白色疏松结构的块状物，主要成分为CaO。2、生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。3、消石灰粉（熟石灰）：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为ca(OH)2，亦称熟石灰4、石灰浆（膏、乳）：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3~4倍)消化，或将消石灰粉和水拌合，所得到一定稠度的膏状物．主要成分为Ca(OH)2和水。（二）消石灰粉的制备A.人工喷淋（水）法：将生石灰块分层平铺于能吸水的基面上，每层厚约20cm，然后喷淋占石灰重60%～80%的水，接着在其上再铺放一层生石灰，再淋一次水，如此使之成粉为止。B.机械法：将经破碎的生石灰块用热水喷淋后，放进消化槽进行消化，消化时放出大量蒸汽，致使物料流态化，收集溢流出来的物料经筛分后即为成品。（三）石灰浆的制备A.人工消化方法：把生石灰在消化池中消化成石灰水溶液，然后通过筛网流入储灰坑，石灰水中大量多余的水从坑的四壁向外溢走，随着水分的减少逐渐形成石灰浆，最后形成石灰膏。B.机械消化法：将生石灰块破碎成5cm大小的碎块，然后在消化器（内装有搅拌设备）中加入温度为40～50℃的热水，消化成石灰水溶液，再流入澄清桶内浓缩成石灰浆。3.1.5建筑石灰的特性与技术要求（一）建筑石灰的特性1、可塑性好2、硬化缓慢3、硬化后强度低4、硬化时体积收缩大5、耐水性差（二）建筑石灰的技术要求建筑石灰的技术要求是按钙质石灰、镁质石灰，对生石灰、生石灰粉、消石灰粉分别提出。3.1.6建筑石灰的应用1、广泛用于建筑室内粉刷用消石灰乳粉刷室内墙面和顶棚。在消石灰乳中掺入少量佛青颜料，使粉白层呈纯白色；掺入107胶可提高粉刷层的防水性，增加粘结力，使粉刷层不易掉白粉。2、大量用于拌制建筑砂浆消石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆。石灰砂浆可用作砖墙和混凝土基层的抹灰，混合砂浆则用于砌筑和抹灰。3、配制三合土和灰土三合土是采用生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子按1∶2∶3的比例，再加水拌和夯实而成。灰土是用生石灰粉和粘土按1∶2～4的比例，再加水拌和夯实而成。4、加固含水的软土地基在桩孔内灌入生石灰块，利用生石灰吸水熟化时体积膨胀的性能产生膨胀压力，使地基加固。5、生产硅酸盐制品以石灰和硅质材料（如石英沙、粉煤灰等）为原料，加水拌合，经成型，蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如蒸压灰砂砖，主要用作墙体材料。6、磨制生石灰粉建筑工程中大量采用磨细生石灰来代替石膏和消石灰粉配制灰土或砂浆，或直接用于制造硅酸盐制品。3.2石膏3.2.1石膏的原料与生产（一）石膏凝胶材料的原料1、天然二水石膏（生石膏）2、天然无水石膏（硬石膏）3、工业副产石膏（二）石膏的生产1、建筑石膏（β型半水石膏）(107~170℃)2、可溶性硬石膏(170~200℃)3、不溶性硬石膏(400℃)4、高温煅烧石膏(800℃)21CaSO4.2H2O=CaSO4.H2O+H2O2113.2.2建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量的水相混后，最初为可塑的浆体，但很快就失去塑性而产生凝结硬化，继而发展成为固体，这个过程称为石膏的水化与硬化过程。1、半水石膏水化生成二水石膏2、二水石膏从过饱和溶液中析出，并转化为晶体3、失水，石膏凝结4、晶体长大，石膏硬化OH2CaSOOH211OH21CaSO242241234a胶化b结晶开始c晶体成长与交错1半水石膏2二水石膏胶体微粒3二水石膏晶体4交错的晶体建筑石膏凝结硬化3.2.3建筑石膏的特性及技术要求（一）建筑石膏的特性1、凝结硬化快2、硬化后孔隙率大、强度较低3、硬化体绝热性和吸音性能良好，但耐水性较差4、防火性能良好5、硬化时体积略有膨胀6、装饰性好7、硬化体的可加工性能好（二）建筑石膏的等级及质量标准建筑石膏按抗折、抗压强度和细度分为优等品、一等品和合格品。产品标记为：产品名称、抗折强度、标准号。如抗折强度为2.5Mpa的建筑石膏，标记为建筑石膏2.5GB97763.2.4建筑石膏的应用（一）粉刷石膏粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑石膏和CaSO4Ⅱ两者混合后再掺入外加剂、细骨料等而制成的气硬性胶凝材料。粉刷石膏分类：1、按用途可分为：面层粉刷石膏（M）、底层粉刷石膏（D）和保温层粉刷石膏（W）2、按强度可分为：优等品（A）、一等品（B）与合格品（C）（二）建筑石膏制品1、纸面石膏板以建筑石膏为主要原料，掺入纤维、外加剂和适量的轻质填料等，浇注在纸面上，成型后再覆上层面纸。纸面石膏板有普通、耐水和耐火纸面石膏板三类。2、石膏空心条板石膏空心条板生产方法与普通混凝土空心板类似。生产时常加入纤维材料或轻质填料，以提高板的抗折强度和减轻自重。石膏空心条板多用于民用住宅的隔墙。3、纤维石膏板将纤维材料与建筑石膏混合制成浆料，经铺浆、脱水而制成无纸面的纤维石膏板。它的抗弯强度和弹性模量都高于纸面石膏板。纤维石膏板主要用作建筑物的内隔墙、吊顶以及预制石膏板复合墙板。4、石膏砌块石膏砌块质量轻，不需用龙骨，是又一种良好的隔墙材料。石膏砌块有实心、空心和夹心砌块三种。采用导热系数小的聚苯乙烯泡沫塑料为芯层可制成夹心石膏砌块，使砌块厚度减小。5、装饰石膏制品（１）装饰石膏板。（２）嵌装式装饰石膏板（３）艺术装饰石膏制品高强度石膏：α型半水石膏无水石膏水泥3.3水玻璃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。3.3.1水玻璃的组成及生产水玻璃（Na2O·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。常用水玻璃模数为2.6～3.0水玻璃的生产常采用碳酸盐法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300～1400℃温度下熔化而生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃。Na2CO3+nSiO21300~1400ºCNa2O·nSiO2+CO23.3.2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·mH2O3.3.3水玻璃的性质1、粘结力强、强度较高2、耐酸性好3、耐热性好4、耐碱性、耐水性差3.3.4水玻璃的应用1、涂刷材料表面，提高材料的抗风化能力2、加固土壤3、配制速凝防水剂4、配制粘结剂，修补砖墙裂缝5、配制耐热、耐酸砂浆和混凝土