气硬性胶凝材料.ppt

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：石灰的、石膏的熟化、硬化和应用了解：水玻璃、菱苦土的组成，硬化，性质与应用第3章气硬性胶凝材料胶凝材料(cements,bindingmaterials)通过自身的物理化学作用，在由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中，能将散粒或块状材料粘结为整体的材料就称为胶凝材料。有机胶凝材料：沥青、树脂无机(矿物)胶凝材料气硬性胶凝材料：石膏、石灰、水玻璃、菱苦土水硬性胶凝材料：水泥第3章气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别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继续发展其强度。水硬性胶凝材料则不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。第3章气硬性胶凝材料3.1石灰3.2石膏3.3水玻璃3.4菱苦土第3章气硬性胶凝材料3.1石灰(lime,CaO)石灰是建筑上使用时间较长，应用较广泛的一种气硬性胶凝材料。由于其原料来源广、生产工艺简单、成本等优点，至今仍在广泛使用。在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，近年来石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层；在桥梁工程中，石灰砂浆、石灰水泥砂浆、石灰粉煤灰砂浆广泛用于圬工砌体。第3章气硬性胶凝材料3.1.1石灰的原料与生产用于生产石灰的原料有石灰石、白云石、白垩或其他含碳酸钙为主的天然原料。将石灰石置于窑内加以煅烧，碳酸钙和碳酸镁受热分解，得到以氧化钙为主要成分的呈白色或灰白色的块状成品，即生石灰，又称块灰。为了加快煅烧过程，煅烧温度常提高至1000~1100℃。2700329003COMgOMgCOCOCaOCaCO℃℃第3章气硬性胶凝材料煅烧良好的石灰，质轻色匀，具有多孔结构，即内部孔隙率大、晶粒细小，与水作用快。欠火石灰：煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，碳酸钙将不能完全分解，则产生欠火石灰。属于石灰的废品，降低了石灰的利用率。其内核为未分解的碳酸钙，外部为正常煅烧的石灰。过火石灰：如果煅烧时间过长或温度过高，则产生过火石灰。其颜色呈灰黑色，结构致密，孔隙率小，并且晶粒粗大，表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆。遇水表现出质硬难化，延缓了熟化速度，其过烧成分可能在石灰应用后熟化，这时已硬化的灰浆中会产生膨胀而引起崩裂或隆起，直接影响工程质量。第3章气硬性胶凝材料3.1.2石灰的熟化生石灰与水发生作用生产氢氧化钙的过程，称为石灰的水化反应，常称为石灰的“熟化”、“消解”或“消化”。CaO+H2O=Ca(OH)2+15.5千卡石灰消化时放出大量的热量，体积增大1~2.5倍。第3章气硬性胶凝材料影响石灰消化的因素有：①生石灰的细度。石灰磨得越细，消化进行得越快，消化时体积变化越小。②水灰比。随着水灰比的增大，石灰在其水化期的膨胀值减小，但水灰比过大会降低硬化浆体的强度。③消化温度。随着消化介质温度增高，石灰浆体的体积明显增大。④生石灰的有效CaO含量。有效CaO含量越大，则石灰活性越大，消化进行得越快。⑤外部约束。外部约束越大，则石灰消化体积膨胀量越小。第3章气硬性胶凝材料根据消化时加水量的不同，消石灰有三种形式，即石灰浆、石灰膏和消石灰粉。①用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，利用化灰池，将生石灰熟化成石灰浆。首先往生石灰块中加入其体积3~4倍的水，在化灰池中消化成石灰乳，石灰乳浆体和尚未熟化的小颗粒通过筛网流入储灰坑，而大块的欠火石灰、过火石灰则予以清除。石灰浆在储灰坑中沉淀并除去上层水分后得到一定稠度的膏状物，即为石灰膏，1kg生石灰可熟化成1.5~3L石灰膏。石灰膏含水约50%，堆密度为1300~1400kg/m3。石灰膏也可由消石灰粉和水拌和而成。第3章气硬性胶凝材料欠火石灰不能完全消化，有效氧化钙和氧化镁含量低，降低了石灰利用率，同时缺乏粘结力，但不会带来危害。当石灰中含有过火石灰时，由于过火石灰消化得慢，它将在石灰浆体硬化以后才发生水化作用，于是会产生体积膨胀而引起隆起或开裂等破坏现象。为了消除过火石灰的危害，消化后的石灰乳应在储灰坑中存放两星期以上，使过火石灰颗粒重复消化，称为“陈伏”。“陈伏”期间，石灰膏表面应覆盖有一层水分，使之与空气隔绝，防止或减缓石灰膏与二氧化碳发生碳化反应。第3章气硬性胶凝材料②当用于拌制灰土（石灰、粘土）、三合土（石灰、粘土、砂石或炉渣等）时，采用分层法将石灰熟化成消石灰粉。生石灰消化成消石灰粉时，理论需水量为CaO质量的32.1%，但由于一部分水分随消化放热而蒸发，实际需水量为生石灰质量的60%~80%，以能充分消解而又不过湿成团为度。工地上常采用人工喷淋的方法，即将生石灰块平铺于能吸水的地面上，每层厚度约50cm，每铺一层淋一次水，直到石灰层总厚度大1~1.5m。由于上层的过剩水分要往下流，所以下层石灰应少淋些水。消石灰粉在使用前，也有类似石灰膏的“陈伏”时间。第3章气硬性胶凝材料3.1.3石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化并具有强度，其硬化包括两个同时进行的过程：（1）结晶与干燥石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶析出，并产生强度，但析出的晶体数量较少，所以这种结晶引起强度增长并不显著。（2）碳化作用氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体，释放水分并蒸发，称为碳化。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O第3章气硬性胶凝材料生成的碳酸钙具有相当高的强度。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。所以碳化作用不能在没有水分的全干状态下进行。当碳化作用生成的碳酸钙达到一定厚度时，则阻碍二氧化碳向内部渗透，也阻碍了内部水分向外蒸发。（这是石灰凝结硬化缓慢的主要原因。）因此，在长时间内碳化作用只限于表层，氢氧化钙的结晶作用则主要在内部发生。所以，石灰晶体硬化后是由表里两种不同的晶体组成的。随着时间的延长，表层碳酸钙的厚度逐渐增加，增加的速度取决于与空气接触的条件。如使用于深土中的消石灰，硬化特别缓慢，经过很长时间，其内部仍为氢氧化钙。第3章气硬性胶凝材料3.1.4石灰的技术标准建筑工程中所用的石灰，分为三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。第3章气硬性胶凝材料3.1.4石灰的技术性质(1)良好的保水性：消化生产的氢氧化钙颗粒极细（直径约为1μm），其表面吸附一层较厚的水膜，由于颗粒数量多，总表面积大，可吸附大量水，这是保水性较好的主要原因。(2)凝结硬化慢、强度低：1：3的石灰砂浆，28d抗压强度只有0.2~0.5MPa。(3)耐水性差：氢氧化钙晶体易溶于水(4)体积收缩大：蒸发大量的游离水第3章气硬性胶凝材料3.1.5石灰的应用(1)石灰乳涂料：内墙和天棚刷白(2)石灰砂浆：砌筑(3)灰土和三合土：建筑物基础和地面的垫层(4)硅酸盐制品：蒸养粉煤灰砖及砌块，蒸压灰砂砖及砌块，加气混凝土等(5)碳化石灰板：将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料加水搅拌成型为坯体，然后再通入高浓度二氧化碳进行人工碳化(12-24h)制成的一种轻质板材。第3章气硬性胶凝材料3.2石膏(gypsum)石膏是一种应用历史悠久的传统胶凝材料。石膏胶凝材料及其制品具有轻质、高强、保温隔热、耐火、吸音、美观及容易加工等优良性能。且原料来源丰富，生产能耗低，在建筑工程中得到了广泛的应用。常用石膏胶凝材料的品种有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。第3章气硬性胶凝材料3.2.1石膏的原料、生产及品种生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏。天然二水石膏又称生石膏或软石膏，是以二水石膏（CaSO4·2H2O）为主要成分的矿石。生产石膏的主要工序是破碎、加热和磨细，生产原理是二水石膏（CaSO4·2H2O）加热脱水生成半水石膏（CaSO4·1/2H2O）或无水石膏。由于加热温度和方式不同，可以制成不同性质的石膏胶凝材料。二水石膏加热脱水形成的各种石膏变体(附动画)第3章气硬性胶凝材料3.2.2建筑石膏建筑石膏是以β型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装饰制品的主要原料。β型半水石膏晶粒细，需水量较大（60%~80%），强度低。)2(23)21(224224OHCaSOOHOHCaSO（1）建筑石膏的凝结硬化第3章气硬性胶凝材料（2）建筑石膏的技术标准根据国家标准GB9776—2008《建筑石膏》，建筑石膏分为优等品、一等品和合格品三个等级。建筑石膏在运输及储存时，应注意防潮，一般储存3个月后，强度降低30%左右，固储存期超过3个月应重新进行质量检验，以确定等级。第3章气硬性胶凝材料（3）建筑石膏的特性①凝结硬化快。②硬化时体积微膨胀。③硬化后孔隙率大，表观密度和强度较低。④保温性与吸声好。⑤具有一定的调温调湿性。⑥防火性好，但耐火性差。（4）建筑石膏的应用①室内抹灰和粉刷②石膏板第3章气硬性胶凝材料高强石膏即α型半水石膏。α型半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，比表面积较小，需水量约为35-45%，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3小时抗压强度可达9~24MPa，7天抗压强度可达15~40MPa，故名高强石膏。OHOHCaSOOHCaSOCMPa22412513.02421121203.2.3高强石膏第3章气硬性胶凝材料高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成黏结剂，其特点是无收缩。α型和β型半水石膏的性能差异性能α型半水石膏（高强石膏）β型半水石膏（建筑石膏）强度（MPa）10以上5～10标准稠度用水量（％）40～5060～80凝结时间（min）17～207～12第3章气硬性胶凝材料3.2.4粉刷石膏是由β型半水石膏和其它石膏相（硬石膏或煅烧黏土质石膏）、各种外加剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等缓凝剂）及附加材料（石灰、烧黏土、氧化铁红等）所组成的一种新型抹灰材料。粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，还可调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。第3章气硬性胶凝材料3.2.5无水石膏水泥与地板石膏将天然二水石膏加热至400℃以上（400--750℃）,石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石膏水泥。无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其它制品，也可用于室内抹灰。将天然二水石膏加热到800℃以上，得到的石膏称为地板石膏。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。第3章气硬性胶凝材料3.2.6石膏的耐水性石膏在潮湿环境中，晶体粒子间的结合力减弱。因此石膏制品若长期处于水中，会使水化生成物CaSO4·2H2O晶体逐渐溶解而引起溃散。石膏制品耐水性差的原因主要有：①石膏有很大的溶解度（20℃时，每一升水溶解2.05gCaSO4）。受潮时，由于石膏的溶解，其晶体之间的结合力减弱，从而使强度降低。②石膏体的微裂缝内表面吸湿，水膜产生楔入作用，因此各个晶体结构的微单元被分开。③石膏材料孔隙率一般较高，加重了吸湿效果。第3章气硬性胶凝材料石膏制品吸水后除强度降低外，如果受冻，还会因孔隙中的水结冰膨胀而崩裂，故其抗冻性差，不宜用于潮湿部位。要提高石膏制品耐水性可采取如下措施：降低硫酸钙在水中的溶解度；提高石膏制品的密实度；制品外表面涂刷或浸渍保护层，以减少水分渗透到石膏制品内部。第3章气硬性胶凝材料3.3水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是一种可溶于水的硅酸盐。由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成，化学通式为R2O·nSiO2，其中n表示水玻璃组成中SiO2与R2O的物质的量之比，成为水玻璃的模数，R代表Na或K，即硅酸