第二章 无机胶凝材料

第一节建筑石膏第二节石灰第三节水玻璃第二章气硬性胶凝材料胶凝材料：是指在一定条件下，通过自身的一系列物理化学变化能够由浆体变为石状体，并能胶结其它物料成整体而且具有一定机械强度的物质。第二章气硬性胶凝材料有机胶凝材料：无机胶凝材料胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土水硬性胶凝材料：不仅能在空气中而且能更好地在水中硬保持并发展其强度。如：水泥如：沥青、各种合成树脂第一节石膏(gypsum)一、石膏的生产二、建筑石膏的水化与硬化三、建筑石膏的技术特性、质量要求与应用四、高强石膏一、石膏的生产石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料原材料：天然二水石膏（CaSO4•2H2O)与无水石膏(CaSO4)，其中无水石膏只能生产无水石膏水泥。生产：主要工序破碎、加热与磨细。一、石膏的生产天然二水石膏65～75C高强石膏-半水石膏建筑石膏-半水石膏107～170C开始脱水压蒸锅1.3大气压127Cβ型半水石膏结晶细小、分散度高、其中杂质含量少，白度较高，常用于制作模型合花饰，称模型石膏，在陶瓷工业中用做成型的模型。α型半水石膏结晶粗大，生成的半水石膏是粗大而密实的晶体，水化后具有较高强度，故称高强石膏。二、建筑石膏的水化与硬化1、水化反应方程式：CaSO4•½H2O+1½H2O=CaSO4•2H2O2、浆体的凝结硬化过程：半水石膏溶解于水以后，很快成为饱和溶液。二水石膏在水中的溶解度小于半水石膏，达到饱和后形成胶体微粒并不断转变为晶体析出，破坏溶液的平衡，使半水石膏不断溶解，同时水分不断减少，浆体逐渐变稠，晶体逐渐长大，共生和相互交错，这个过程使浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥，晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。三、建筑石膏的性质、要求与应用1、建筑石膏技术性质（1）凝结硬化速度快，初凝6min，终凝30min。（2）与水泥相比硬化后强度较低(3~6MPa)，表观密度小。（3）由于石膏制品的孔隙率大，因而导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内温湿度。（4）石膏凝结过程中体积膨胀,装饰性好。（5）石膏制品的耐水性差抗冻性差，不宜用于潮湿部位。（6）具有良好的抗火性能。三、建筑石膏的性质、要求与应用2、质量要求–建筑石膏的质量要求主要有强度、细度和凝结时间。–按强度和细度划分为优等品、一等品和合格品。执行标准GB9776-1988。–各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min,终凝时间不得大于30min。三、建筑石膏的性质、要求与应用3、应用–（1）制成石膏抹灰材料–（2）各种墙体材料如纸面石膏板、石–膏空心砌块、石膏空心条板–（3）各种装饰石膏板、石膏浮雕花饰、–雕塑制品。4、使用时应注意问题：在运输及储存时应防止受潮，一般储存三个月后强度降低30%左右。四、高强石膏1、高强石膏与建筑石膏相比较–（1）建筑石膏是片状的、有裂隙的晶体，结晶很细，比表面积比高强石膏大的多，拌制石膏制品时需水量高达60%-70%，因而制品的空隙率大，强度低。–（2）高强石膏结晶良好、坚实、粗大，因而比表面积小，调制成可塑性石膏浆体时需水量约为35%-45%，因此，高强石膏硬化后有较高的密实度与强度。四、高强石膏2、高强石膏的应用–（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰–制品和石膏板–（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的–环境。–（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶–液。其特点是无收缩。第二节石灰(lime)一、概述二、石灰的生产工艺三、石灰的消化和硬化四、石灰的技术性质和技术标准五、石灰的应用一、概述什么是石灰？石灰是由以碳酸钙（ＣａＣＯ3）为主要成分的石灰石，经过适当的煅烧，尽可能分解和排出CO2后所得的以ＣａＯ为主要成分的材料。通常叫生石灰。由于原材料分布广，生产工艺简单，成本低，一直以来应用很广。一、概述石灰的分类？按粘土含量分为气硬性石灰：石灰中粘土＜8%水硬性石灰：石灰中粘土＞8%按氧化镁含量分为钙质石灰：氧化镁≤5%镁质石灰：氧化镁＞5%主要成分为氧化钙（ＣａＯ）和氧化镁（ＭｇＯ）。二、石灰的生产工艺1、原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。2、原理：高温煅烧CaCO3CaO+CO2从化学平衡的角度看，应尽可能排除CO2，使反应向右移动。优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为８００～１０００ｋｇ／ｍ3，具有多孔结构。二、石灰的生产工艺（1）煅烧温度CaCO3的理论分解温度为898℃（普通大气压下）实际上，一般生产中控制在1000~1200℃左右。温度低，欠火石灰温度高，过火石灰（2）反应前后体积变化CaCO3分解时，释放出占原重44%的CO2，但石灰体积比原体积仅减少10~15%。所以，石灰为多孔结构。（3）石灰原料中常含有一些MgCO3，其分解温度为590℃，容易过烧。二、石灰的生产工艺3、欠火石灰和过火石灰“欠火石灰”：颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化。产浆量低（有效氧化钙和氧化镁含量低），缺乏粘结力；“过火石灰”：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。块体密度大，消化缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。三、石灰的消化和硬化1、石灰的消化烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其“消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。其化学反应式为：CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9×103J石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大１～２.５倍。三、石灰的消化和硬化区别消石灰粉和石灰浆（乳）消石灰粉：将生石灰用适量的水消化而得的粉末。石灰浆：将生石灰用较多的水消化而得的可塑性浆体，也称石灰膏。石灰乳：石灰浆若水分加的更多，则成石灰乳。三、石灰的消化和硬化如果加水量控制的合适，就可以把块状生石灰变成干消石灰粉，为什么？原因有两点：（1）生石灰的结构多孔，其中氧化钙的晶粒尺寸极细，因此它含有极大的内比表面积，加水后，水立即渗入孔内发生水化反应，水分子进入氧化钙晶格内生成氢氧化钙，氢氧化钙质地疏松，密度小，（CaO密度3.2g/cm3,Ca(OH)2密度2.2g/cm3）体积增大约一倍，造成膨胀压力，使石灰自动形成粉末。（2）因消解反应放出大量热，能使水分变成蒸汽，使自由水蒸发，起干燥作用。三、石灰的消化和硬化2、石灰的消化速度消化速度：块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度时，所需要的时间。–快熟石灰１０ｍｉｎ就完成消化过程，–中熟石灰１０～３０ｍｉｎ，–慢熟石灰则需３０ｍｉｎ以上的时间才能完成消化。3、消化后的石灰需要“陈伏”一段时间，然后使用。–陈伏过程就是使石灰完全消解，以消除过火的危害。–时间一般为两星期以上，且表面应保有一层水分。三、石灰的消化和硬化4、石灰的硬化石灰在空气中的硬化过程包括结晶作用和碳化作用两个过程完成。–１）石灰浆的干燥结晶硬化干燥：浆体中多余水分蒸发或被砌体所吸收，使颗粒互相靠拢，并使液相中氢氧化钙浓度增加，产生一定强度。结晶：由于氢氧化钙浓度的增加，而析出晶粒，这些晶粒随水分蒸发，互相靠近并长大，交叉结合在一起形成一个整体，使强度进一步增大。三、石灰的消化和硬化–２）硬化石灰浆的碳化碳化：浆体表面的氢氧化钙在潮湿状态下，与空气中的二氧化碳作用，生成碳酸钙结晶，释放出水分，同样水分蒸发，碳酸钙晶体相互交叉连生或与氢氧化钙共生，构成紧密交叉的结晶网，从而使硬化浆体的强度进一步提高，但碳化过程十分缓慢。四、石灰的技术性质和技术标准–1、技术性质–（1）气硬性；–（2）石灰浆的凝结、硬化慢；–（3）石灰浆具有良好的可塑性，是其特殊的优良性能；（石灰是依靠化学作用自动分散成消石灰粉或石灰浆。氢氧化钙呈细小胶粒状态（直径约为1μm），颗粒表面能吸收大量的水形成较厚的水膜，所以可塑性好。）–（4）收缩明显，不宜单独使用。四、石灰的技术性质和技术标准2、技术要求（1）有效氧化钙和氧化镁含量（2）生石灰产浆量和未消化残渣含量（3）二氧化碳含量（4）消石灰粉游离水含量（5）体积安定性（6）细度四、石灰的技术性质和技术标准3、技术标准建筑石灰按现行标准：《建筑生石灰》（ＪＣ／Ｔ４７９－９２）《建筑生石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８０－９２）《建筑消石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８１－９２）由于生石灰和消石灰粉的分等技术指标不同，故分别提出不同要求。如:生石灰技术标准根据氧化镁含量按表3-2分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后按有效钙＋氧化镁含量、产浆量、未消化残渣和ＣＯ２等４个项目的指标，将生石灰分为优等品、一等品和合格品３个等级。生石灰的技术标准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/%≮908580858075C02含量/%≯5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）/%≯5101551015产浆量/L·kg-1≮2.82.32.02.82.32.0生石灰粉的技术标准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/%≮858075807570C02含量/%≯791181012细度0.90mm筛筛余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余/%≯7.012.018.07.012.018.0消石灰粉的技术标准项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游离水/%0.4～２体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.90mm筛筛余/%≯000.5000.5000.50.125mm筛筛余%≯310153101531015四、石灰的技术性质和技术标准工程实例某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判断该石灰的品质？1.检测石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,细度。2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰)3.根据表4.1判定该石灰的等级。五、石灰的应用1、配制建筑砂浆用于砌筑砖石等块状材料或抹面工程。2、配制无熟料水泥石灰做碱性激发剂与具有火山灰性的材料，以一定的比例混合磨细，而得到不经过煅烧具有水硬性的胶凝材料。3、生产硅酸盐制品灰砂砖、加气混凝土制品（轻质墙板、各种保温隔热制品）五、石灰的应用4、配灰土或三合土灰土或三合土按一定比例加适量水，捣实做建筑物的基础，普通路面与简易地面等。特点：不经过消解可直接应用；颗粒细，加水适当，使石灰的消解和硬化合并，不需陈伏；结构密实，抗水性好。5、碳化石灰板磨细生石灰+纤维状填料+轻质骨料搅拌成型，人工通以二氧化碳12~24小时，容重轻，保温隔热性能好。第三节水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属与二氧化硅所组成。最常用的是硅酸钠(Na2O•SiO2)与硅酸钾(K2O•SiO2)水玻璃。第三节水玻璃水玻璃的生产：–（1）湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2-3大气压）内用蒸气加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。–（2）干法：将石英砂与碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300℃-1400℃温度下熔化生成固体水玻璃，然后在水中加热而成液体水玻璃。第三节水玻璃水玻璃的模数n：氧化硅和氧化钠分子比n称为水玻璃的模数，一般在1.5-3.5之间。水玻璃的模数n反映了固体水玻璃在水中溶解的难易程度。为1能溶解于常温的水中，加大则只能在热水中溶解；大于3时，要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。第三节水玻璃一、水玻璃的硬化Na2O•nSiO2+CO2+mH2O==Na2CO3+nSiO2•mH2O上述过程进行很慢，常用加热与加入促硬剂硅氟酸钠(Na2SiF6)的办法促使硬化。Na2O•nSiO