搜索
建筑材料学气硬性胶凝材料胶凝材料：指经过自身的物理化学作用后，由液态或半固态变成坚硬的固态状态，并能将散粒材料（如砂、石等）或块状材料（如砖、石块等）粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。气硬性：石灰、石无机胶凝材料（按硬化条件）膏、水玻璃等。水硬性：水泥等。有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶（天然或合成高分子）胶凝材料气硬性胶凝材料胶凝材料的发展历史（1）粘土时期：距今六千多年的半坡原始公社遗址，其围墙就是用粘土建造的；古科威特城全用粘土建成，完好保持至今。而古希腊的建筑是用石块而不用任何胶结料堆砌而成。（2）石膏时期：古埃及人于公元前3600年建造金字塔时，将雪花石膏煅烧成熟石膏，再用水、河砂制成石膏砂浆，用花岗岩砌筑成146米高的正方锥体。（3）石灰时期：由于石灰煅烧温度比石膏高很多，而燃料短缺，因此石灰的使用比石膏迟一些。希腊在上古时代就已使用石灰；古罗马人从古希腊学来使用石灰，砌墙的一些罗马砂浆保持至今。我国古人于公元前220年修建长城时，用石灰、砂、粘土配成三合土，洒水夯实筑成城墙。（4）石灰火山灰时期：古希腊人用圣多伦岛的火山凝灰岩（即圣多伦土）磨细后与石灰、砂混合，所得砂浆强度高、抗水性好。古罗马人用火山凝灰岩（质量最好的产于普佐里，因而被称为普佐兰那）加石灰制成砂浆，建造了万神殿（墙厚20英尺，圆顶跨度142英尺）、水渠（总长359英里）、克罗逊斗兽场、庞贝城等著名建筑。在中世纪（十二~十四世纪），随着陶瓷生产的发展，人们开始将废陶瓷、碎砖瓦磨细后与石灰混合使用，并将这种人工火山灰质材料称为水泥。石灰与火山灰质材料混合使用的做法延续至今，即硅酸盐混凝土。（5）水硬性石灰时期：1756年，英国工程师约翰·斯米顿（JohnSmeaton）奉命在海上重建一个灯塔（EddystoneLighthouse），他研究了石灰火山灰质材料的性质，发现：凡是质量好的石灰，石灰石中均含有相当数量的粘土。这是第一次揭示了水硬性石灰的性质。1796年，约瑟夫·派克（JosephPerker）用龟甲石（一种粘土质石灰石）烧成了罗马水泥。（6）波特兰水泥时期：1818年，法国人维卡（L.J.Vicat）在研究水硬性石灰中发现，用白垩与粘土加水湿磨后煅烧，能制成一种人工水硬性石灰。这可视作现代波特兰水泥制造的雏形。1824年10月21日，英国建筑工人约瑟夫·阿斯普丁（JosephAspdin）获得了生产波特兰水泥的专利。当时的波特兰水泥标号不足5MPa，而目前在50MPa左右。目前水泥有100多种。波特兰水泥的发明，开创了胶凝材料的新纪元，从此，天然石材在建筑上的黄金时代就一去不复返了。2.水硬性胶凝材料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。适宜：既适宜于地上，也可用于地下和水中环境。1.气硬性胶凝材料指在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料。适合：地上和干燥环境。第二章气硬性胶凝材料一、石灰的生产、化学成分与品种1.生产：石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云质石灰岩、白垩等为原料，在一定烧结温度下，煅烧所得的产物。其主要成分为氧化钙（CaO).CaCO3——CaO+CO2MgCO3——MgO+CO2第一节石灰（lime）煅烧煅烧过火石灰：灰黑色，表面出现裂纹，有玻璃体的外壳。含SiO2、Al2O3杂质，块体容重大，熟化慢。欠火石灰：未分解的石灰石，废品，利用率很低，不能消化，降低石灰浆的产量。2.品种根据成品的加工方法的不同，有四种成品：（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CaO（2）生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。（3）消石灰粉：将生石灰用适量的水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca（OH）2。亦称为熟石灰。正火石灰：煅烧正常，质量轻，无裂缝，密度3.1-3.4g/cm3，表观密度800-1000kg/m3。当MgO含量≤5%时称为钙质石灰。当MgO含量＞5%时称为镁质石灰。一、石灰的生产、化学成分与品种第一节石灰（4）石灰膏：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，所得的具一定稠度的膏状物。主要成分为Ca（OH）2和水。kJOHCaOHCaO9.6422二、生石灰的水化又称熟化或消化。是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程。其水化反应式如下：一、石灰的生产、化学成分与品种第一节石灰特点：1.反应可逆。2.水化热大、水化速度快。3.水化过程体积增大。陈伏：为保证石灰完全熟化，石灰必须放入坑中以水覆盖保存两星期以上，这个过程称为“陈伏”。否则，未水化的石灰颗粒将混砂浆中，在砂浆应用之后熟化，体积膨胀，致使已硬化的砂浆产生“崩裂”或“鼓包”现象，影响工程质量。二、生石灰的水化石灰的陈伏第一节石灰熟化为石灰膏：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”。储灰坑经筛网三、石灰的硬化由2个同时进行的过程完成:干燥及结晶、碳化。1.干燥及结晶硬化：石灰浆在干燥过程中，游离水失去导致毛细管紧缩，使氢氧化钙颗粒相互靠拢、搭接，同时氢氧化钙从过饱和溶液中结晶析出。（由内向外进行）2.碳化作用Ca（OH）2与空气中的CO2和H2O化合成CaCO3结晶。（由表向里进行，过程较慢）OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1(第一节石灰石灰消解反应快，放热量大而迅速（生石灰消解最初1小时的放热量是半水石膏的10倍，是普硅水泥1天放热量的9倍。），体积急剧膨胀（生石灰加水后半小时内，体积增大1~2.5倍。可利用于石灰桩、建筑物拆除等），因此石灰浆体难以象石膏、水泥那样在水化过程中形成凝聚结晶结构。在实际使用中，将水化和硬化分段进行，先消解，再使用。石灰浆干燥硬化产生的强度不高，遇水即消失；结晶硬化形成的结晶结构网的接触点溶解度较高，遇水引起强度下降；碳化硬化速度很慢，在石灰硬化体中大部分是尚未碳化的氢氧化钙，微溶于水。因此，石灰耐水性极差，不宜用于潮湿环境或易受水浸泡的部位。提问：为什么说石灰是一种气硬性胶凝材料？第一节石灰四、石灰的技术性质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.耐水性差另：对人体皮肤有腐蚀作用五、石灰的应用1.广泛应用于建筑室内粉刷——石灰乳2.大量用于拌制建筑砂浆——石灰砂浆：石灰膏+砂+水——混合砂浆：石灰砂浆+水泥用于抹灰、砌筑第一节石灰石灰硬化收缩产生的裂缝体积收缩大一般不单独使用，必须掺入填充材料，以减少收缩，加快硬化3.配制三合土和灰土三合土：生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子比例：1：2：3加水——拌合、夯实作基础垫层灰土：生石灰粉、粘土比例：1：2~1：4加水——拌合、夯实用于建筑物的基础、路面或地面的垫层4.加固软土地基如：石灰桩——生石灰块灌入软土（高含水量、高孔隙比土）中，形成石灰桩。五、石灰的应用第一节石灰五、石灰的应用第一节石灰5.生产硅酸盐制品：以石灰（生石灰粉或消石灰粉）和硅质材料（天然砂、粉煤灰、粒化高炉矿渣、炉渣等）为原料，经加水拌合、成型、养护等工序而制成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如：灰砂砖、粉煤灰砌块等，用作墙体材料。用生石灰粉与玻璃纤维、炉渣，可制成轻质碳化石灰空心板，用于内隔墙板等。灰砂砖粉煤灰砖六.石灰的储运1.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”。2.不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。这是因为储运中的生石灰受潮熟化要放出大量的热且体积膨胀，会导致易燃、易爆品燃烧和爆炸。3.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。陈伏期间，石灰膏上部要覆盖一层水，以防碳化。第一节石灰石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料－－重点发展的新型材料；具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观－优良的装饰材料；我国已经探明的天然石膏矿储量为576亿吨；易于加工、成品多样－各类石膏线；在美国，目前80%的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶；第二节建筑石膏（plaster）第二节建筑石膏（plaster）一、建筑石膏的原料与生产：（一）建筑石膏的原料1、天然二水石膏CaSO4.2H2O(生石膏）一等含量95%二等94~85%三等84~75%四等74~65%五等64~55%2、化工石膏：含有二水硫酸钙或CaSO4.2H2O和CaSO4的混合物。（二）建筑石膏的生产建筑石膏是以β型半水石膏为主要成分，不加任何外加剂的白色粉状胶结料。由天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。二、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量的水相混合—二水石膏生成量增加，水分减小—可塑浆体——浆体开始失去塑性（初凝，约6min）——继续变稠，产生凝结硬化（颗粒之间的摩擦力、粘结力增加，并开始产生强度，即终凝1/2h）——固体OHOHCaSOCOHCaSOo2242421121170~1072水化反应式：OHCaSOOHOHCaSO24224221121第二节建筑石膏三、建筑石膏的特性1.凝结硬化快初凝时间：不小于6min终凝时间：不大于30min1星期左右完全硬化，实际应用中加适量缓凝剂2.硬化后孔隙率大（达50%~60%），水化的理论需水量为18.6%，实际用水量为60%~80%，多余水分蒸发形成孔隙。故其强度较低。硬化后强度3~5MPa——隔墙、饰面存放三个月强度下降30%。3.建筑石膏硬化隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。4.防火性能良好，着火温度下，石膏脱水，水分蒸发，火与板之间形成蒸汽带，阻止火蔓延。5.建筑石膏硬化时体积略有膨胀,能充满模型。6.装饰性好。可作吊顶和天花板。第二节建筑石膏四、建筑石膏的应用1.用于室内抹灰、粉刷，做为装饰材料，并可调节室内温度和湿度。2.石膏制品：纸面石膏板：内墙、隔墙、天花板各种装饰石膏板第二节建筑石膏石膏空心条板纤维石膏板装饰石膏制品等石膏空心砌块纤维石膏板纸面石膏板纸面石膏板纸面石膏板吸声穿孔石膏板石膏艺术制品第三节菱苦土菱苦土是一种镁质胶凝材料，主要成分是氧化镁（MgO）。菱苦土属气硬性无机胶凝材料，耐水性较差。菱苦土遇水发生水化反应，生成Mg(OH)2，并放热。用水调和的浆体，凝结硬化很慢，强度也很低，所以常用氯化镁溶液作调和剂，性能应达到《地面与楼面工程施工及验收规范》（GBJ2009-83）的要求。MgO-MgCl2-H2O三元胶凝体系也称氯氧镁水泥或镁水泥，于1867年由Sorel发明，又称索列尔水泥。氯氧镁水泥的优点：凝结硬化快（终凝2~6小时，1天抗压强度20~40MPa），净浆强度高（抗压强度110MPa，抗折强度20MPa），防火，不需湿养护，易加工成型，能与各种有机、无机纤维复合等；缺点：耐水性差（软化系数0.4~0.6），遇水易变形、起霜返潮。由于氯氧镁水泥资源丰富，生产能耗低（仅为硅酸盐水泥的1/4），性能优良，因此具有很大发展潜力。近百年来，各国专家为改善氯氧镁水泥的耐水性进行了大量研究，已取得较大进展。将菱镁矿石在600~1000℃下煅烧（理论温度600~650℃），产生MgO。生产中将MgO含量75%、浅黄色、活性较高的正烧产品称为轻烧菱镁粉，常用于配制氯氧镁水泥；杂质含量多、MgO含量较低、灰色、活性较差的菱镁粉称为苦土粉，常用于土法生产菱苦土制品。在氯氧镁水泥中掺入木屑制成菱镁混凝土，其中配入竹筋可制成菱镁混凝土构件，广泛应用于机械包装材料、矿山坑道木、建筑门窗、地板、活动房屋等。氯氧镁水泥砂浆（在氯氧镁水泥中掺入滑石粉、白云石粉或掺入粉煤灰、石英砂以及磷石膏、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯发泡颗粒等。）应用于做地面、墙体材料。玻璃纤维增强氯氧镁水泥可用于制造水泥波瓦、板材。第三节菱苦土第三节菱苦土性能：吸湿性大、抗水性差、熔点很高（高度耐火绝缘）用途：主要用作制备陶瓷、搪瓷、耐火坩锅和耐火砖的原料。第四节水玻璃水玻璃俗称“泡花碱”，是一种碱金属硅酸盐，化学通式为R2O·nSiO2，建筑上常用的是硅