氣硬性膠凝材料(9)課件

1、 建建 筑筑 材材 料料Construction Materials 第二章 氣硬性膠凝材料在建筑上，把經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)作用后，由液體或膏狀體變?yōu)閳?jiān)硬的固體，同時(shí)將砂、石、磚、砌塊等散?；驂K狀材料膠結(jié)成整體并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。土木工程中常用的氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。菱苦土第一節(jié) 石灰石灰的生產(chǎn)石灰的分類石灰的熟化與硬化石灰的技術(shù)性能及標(biāo)準(zhǔn)石灰的性能石灰的應(yīng)用第一節(jié) 石灰優(yōu)點(diǎn)建筑上使用較早的礦物膠凝材料原料來(lái)源廣泛工藝簡(jiǎn)單成本低廉膠結(jié)性能較好。缺點(diǎn)造成空氣污染礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，生態(tài)環(huán)境破壞一、石灰的生產(chǎn)生產(chǎn)原料天然原料：以碳酸鈣為主要成分的礦

2、物、巖石（石灰?guī)r、白云巖）或貝殼等。 化工副產(chǎn)品：如電石渣。生產(chǎn)過(guò)程 天然碳酸巖類巖石經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)如下：211009003COCaOCaCOC二、石灰的分類 根據(jù)成品加工方法不同分類建筑生石灰：塊狀白色原成品，主要成分CaO建筑生石灰粉：建筑生石灰研磨制得，主要成分CaO建筑消石灰粉：建筑生石灰經(jīng)水化和加工制得，Ca（OH）2 根據(jù)化學(xué)成分（MgO含量）分類鈣質(zhì)石灰 鎂質(zhì)石灰 根據(jù)熟化速度分類快熟石灰 中熟石灰 慢熟石灰生石灰三、石灰的熟化與硬化R熟化 工地上使用石灰時(shí)，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰，這個(gè)過(guò)程稱為石灰的

3、“消化”，又稱“熟化”制石灰膏（主要用于拌制砌筑砂漿和抹面砂漿） 拌制石灰漿 篩網(wǎng)過(guò)濾（除渣）入儲(chǔ)灰池 沉淀陳伏成石灰膏 注：為保證石灰膏充分熟化，必須在儲(chǔ)灰池中儲(chǔ)存一段時(shí)間，同時(shí)，石灰膏上應(yīng)保留一層水，避免石灰膏與空氣接觸導(dǎo)致碳化。molKJOHCaOHCaO/88.64)(22三、石灰的熟化與硬化制消石灰粉（用于拌制灰土、三合土） 生石灰淋以適當(dāng)水，消解成氫氧化鈣，經(jīng)磨細(xì)、篩分而得干粉。R硬化 石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程來(lái)完成的：結(jié)晶過(guò)程：石灰膏中游離水分一部分蒸發(fā)，一部分被砌體吸收，由于飽和溶液中水分減少，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。碳化過(guò)程：石灰膏體表面的氫

4、氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣，不溶于水的碳酸鈣由于水分蒸發(fā)而逐漸結(jié)晶。三、石灰的熟化與硬化提示： 從以上的硬化過(guò)程看出，石灰的硬化只能在空氣中進(jìn)行，也只能在空氣中才能繼續(xù)發(fā)展提高其強(qiáng)度，所以石灰只能用于干燥環(huán)境的地面上建筑物、構(gòu)筑物，而不能用于水中或潮濕環(huán)境中。四、石灰的技術(shù)性能及標(biāo)準(zhǔn)建筑生石灰：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、二氧化碳含量、未消化殘?jiān)?、產(chǎn)漿量建筑生石灰粉：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、二氧化碳含量、細(xì)度建筑消石灰粉：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、游離水量、體積安定性、細(xì)度注：具體技術(shù)指標(biāo)見教材P23。五、石灰的性能u保水性、可塑性好 生石灰熟化成石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒

5、極細(xì)的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。 v硬化慢、強(qiáng)度低 由于空氣中的二氧化碳較難進(jìn)入石灰漿體內(nèi)部，所以碳化緩慢，硬化后強(qiáng)度不高。w干燥收縮性大 石灰在硬化過(guò)程中，由于蒸發(fā)大量游離水而引起顯著收縮。x耐水性差 石灰漿體硬化后的主要成分是氫氧化鈣，微溶于水。y吸濕性強(qiáng) 生石灰極易吸收空氣中的水分熟化成熟石灰。六、石灰的應(yīng)用u拌制石灰乳、灰漿、砂漿 v拌制灰土、三合土 大量應(yīng)用于建筑物基礎(chǔ)、地面、道路等的墊層、地基的換土處理等w建筑生石灰粉x石灰碳化制品的主要原料 如：碳化石灰板，適宜用作非承重內(nèi)隔墻板、天花板等。y硅酸鹽制品的主要原料 如：灰砂磚主要用作墻體材料 ?；疑按u第二節(jié)

6、石膏建筑石膏的生產(chǎn)建筑石膏的凝結(jié)與硬化建筑石膏的技術(shù)性能建筑石膏的特點(diǎn)及應(yīng)用石膏制品的應(yīng)用第二節(jié) 石膏石膏的主要化學(xué)成分是硫酸鈣，它在自然界中以兩種穩(wěn)定形態(tài)存在于石膏礦石中。天然無(wú)水石膏（ ），結(jié)晶緊密,質(zhì)地較硬,也稱生石膏、硬石膏，只可用于生產(chǎn)無(wú)水石膏水泥；天然二水石膏（ ），也稱軟石膏，可制造各種性質(zhì)的石膏。 4CaSO4CaSOOH22第二節(jié) 石膏將天然二水石膏加熱u6575:開始脫水v107170 :脫去部分結(jié)晶水,得 型半水石膏(建筑石膏)w170200 :繼續(xù)脫水,成為可溶性硬石膏,與水調(diào)和后仍能很快凝結(jié)硬化x200250 :石膏中殘留很少水,凝結(jié)硬化非常緩慢y高于400 :完全失

7、去水分,成為不溶性硬石膏z高于800 :產(chǎn)品重新具有凝結(jié)硬化性能高于1600 :全部分解為石灰一、建筑石膏的生產(chǎn) 生產(chǎn)石膏的主要工序是加熱與磨細(xì)。 建筑石膏通常是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107170，可產(chǎn)生型建筑石膏： 124條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產(chǎn)生型建筑石膏： 型半水石膏與型半水石膏相比，結(jié)晶顆粒較粗，比表面積較小，強(qiáng)度高，因此又稱為高強(qiáng)石膏。OHOHCaSOOHCaSOCC22417010724211212常壓OHOHCaSOOHCaSOC22412424211212壓蒸建筑石膏(白色粉末)二、建筑石膏的凝結(jié)與硬化石膏的凝結(jié)硬化是一個(gè)連續(xù)的溶解、水化、

8、膠化、結(jié)晶的過(guò)程。Y半水石膏極易溶于水，加水后達(dá)到飽和分解出溶度低的二水石膏膠體。Y由于二水石膏析出，溶液變?yōu)榉秋柡蜖顟B(tài)，又有新的半水石膏溶解，接著繼續(xù)重復(fù)水化、膠化的過(guò)程Y隨著析出的二水石膏增多，石膏具有了強(qiáng)度Y同時(shí)溶液中游離水分不斷減少，石膏強(qiáng)度隨之增加，最后成為堅(jiān)硬固體。建筑石膏凝結(jié)硬化較快，一般初凝不小于6min，終凝不超過(guò)30min。建筑石膏與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為： 此反應(yīng)實(shí)際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應(yīng)，因?yàn)槎嗳芙舛缺劝胨嗟娜芙舛刃〉枚?，所以此反?yīng)總體表現(xiàn)為向右進(jìn)行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶體的不

9、斷生成和長(zhǎng)大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。OHCaSOOHOHCaSO24224221121三、建筑石膏的技術(shù)性能建筑石膏按其凝結(jié)時(shí)間、細(xì)度、強(qiáng)度指標(biāo)分為三級(jí)：優(yōu)等品、一等品和合格品。 注：各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)具體見教材P26。四、建筑石膏的特點(diǎn)、應(yīng)用孔隙率大，強(qiáng)度較低 保溫、隔熱、吸聲性能較好，可作輕質(zhì)隔板，具有調(diào)節(jié)溫、濕度作用硬化后體積微膨脹 使石膏制品在硬化過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生裂縫，造型棱角清晰飽滿防火性好 可作耐火材料，如耐火紙面石膏板凝結(jié)硬化快耐水性差

10、 不能用于潮濕環(huán)境中，但經(jīng)加工處理可作成耐水紙面石膏板可裝飾性五、石膏制品的應(yīng)用室內(nèi)抹灰及粉刷普通紙面石膏板裝飾石膏板石膏空心條板吸聲用穿孔石膏板耐水紙面石膏板耐火紙面石膏板石膏蔗渣板普通紙面石膏板紙面石膏板裝飾石膏板裝飾石膏板辦公室裝飾石膏板吊頂辦公室裝飾石膏板吊頂石膏板吊頂隔斷廠房吊頂石膏板隔斷石膏空心條板耐水紙面石膏板耐火紙面石膏板石膏裝飾石膏線石膏裝飾石膏裝飾石膏裝飾石膏線第三節(jié) 水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有：u硅酸鈉水玻璃（Na2OSiO2）u硅酸鉀水玻璃（20SiO2）u硅酸鋰水玻璃（i2OSiO2）等品

11、種，最常用的是：硅酸鈉水玻璃。u水玻璃的生產(chǎn) 生產(chǎn)水玻璃的方法分濕法和干法兩種。 濕法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反應(yīng)生成液體水玻璃。干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中于13001400C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固態(tài)水玻璃。固態(tài)水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應(yīng)式為：u水玻璃的硬化 液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無(wú)定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化由于空氣中CO2濃度較低，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12

12、15。222232COnSiOONanSiOCONaOHSiOOHSiOOmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa222222322222u水玻璃的技術(shù)性質(zhì)粘結(jié)力強(qiáng)。水玻璃硬化后具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝膠還有堵塞毛細(xì)孔隙而防止水分滲透的作用。耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸的作用。但其不耐堿性介質(zhì)侵蝕。耐熱性高。水玻璃不燃燒，硬化后形成iO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度并不降低，甚至有所增加。u水玻璃的應(yīng)用用作涂料，涂刷材料表面 直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或

13、涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因?yàn)樗Ａc材料中的a（OH）2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。反應(yīng)式為：OHSiOCaOSiOnONaOHCanSiOONa2222222) 1()(同時(shí)硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有利于材料保護(hù)。選用不同的耐火填料，還可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱涂料。配制防水劑 以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍(lán)礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各份，溶于60份的沸水中，降溫至50，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結(jié),

14、 適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。加固土壤 將模數(shù)為2.53的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過(guò)金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可析出吸水膨脹的硅酸膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙，阻止水分滲透并使土壤固結(jié)。用這種方法加固的砂土，抗壓強(qiáng)度可達(dá)36MPa。配制水玻璃砂漿 將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補(bǔ)墻體裂縫。配制耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土 用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配制滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。第二章練習(xí)題例1：某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不

15、規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時(shí)在個(gè)別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。第二章練習(xí)題J例1答案： 石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過(guò)程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。墻面上個(gè)別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時(shí)所用的石灰中混入了過(guò)火石灰。這部分過(guò)火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過(guò)火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。第二章練習(xí)題例2：既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以 用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？第二章練習(xí)題J 例2答案：

16、石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強(qiáng)度和耐水性會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。 再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)，使灰土或三合土的密實(shí)度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。第二章練習(xí)題例3：建筑石膏及其制品為什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外使用？第二章練習(xí)題J 例例3 3答案：答案： 建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑

17、建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)：石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)：1 1、石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良、石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結(jié)硬化時(shí)產(chǎn)生微膨脹，故其制品的表面較為光膏在凝結(jié)硬化時(shí)產(chǎn)生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準(zhǔn)確、細(xì)致，裝滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準(zhǔn)確、細(xì)致，裝飾性好；飾性好；2 2、硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、硬化后的建筑石膏中存在

18、大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。吸聲性好。 3 3、硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作、硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時(shí)或遇火后會(huì)脫出用時(shí)或遇火后會(huì)脫出21%21%左右的結(jié)晶水，并能在表面左右的結(jié)晶水，并能在表面第二章練習(xí)題 蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢(shì)的蔓延，具有蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢(shì)的蔓延，具有一定的防火性。一定的防火性。 4 4、建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，、建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)的小氣候。故可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)的小氣候。 5 5、在室外使用建筑石膏制品時(shí)，必然要受到雨水冰凍、在室外使用建筑石膏制品時(shí)，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗?jié)B性差、高，抗?jié)B性差、 抗凍性差抗凍性差, , 所以不適用于室外使用。所以不適用于室外使用。第二章練習(xí)題例4：試述水玻璃的凝結(jié)硬化機(jī)理是什么？ 解：液體水玻璃的凝結(jié)硬化主要是靠在空