復合材料概論-無機膠凝材料

1、3.2 鎂質膠凝材料鎂質膠凝材料優(yōu)點：制造簡單、強度高、凝結硬化快，粘結力 強、耐磨、成型方便等；缺點：由于硬化產物溶解于水，耐水性差 以MgO為主要成分的無機氣硬性膠凝材料，有時稱為菱苦土。一般是指苛性苦土(MgO)和苛性白云石(主要成分是MgO和CaCO3)復合材料概論-無機膠凝材料3.2.1 原料化學成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量遼寧山東0.673.630.190.361.010.600.120.8946.7845.7251.3949.32菱鎂礦的化學成分1. 苛性苦土(MgCO3)：菱鎂礦復合材料概論-無機膠凝材料晶質菱鎂礦石純凈的晶質菱鎂礦石為白色非晶質的為白色瓷

2、土狀，常含有SiO2和CaCO3等雜質。復合材料概論-無機膠凝材料2. 苛性白云石(主要成分MgO和CaCO3)：白云石碳酸鎂與碳酸鈣的復鹽，CaCO3MgCO3理論摩爾組成：CaCO3 : MgCO3=1 : 1;質量組成： CaCO3 54.2%；MgCO3 45.8% 石灰石：MgCO3 05%鎂質石灰石： MgCO3 510%白云質石灰石：MgCO3 1025%白云石： MgCO3 25%復合材料概論-無機膠凝材料天然白云石呈晶質和非晶質兩種復合材料概論-無機膠凝材料3. 蛇紋石(含水硅酸鎂，3MgO2SiO22H2O) 4. 冶煉鎂合金的熔渣(MgO含量25%)復合材料概論-無機膠凝

3、材料3.2.2 煅燒圖3-2 白云石加熱過程1失重曲線；2溫度曲線煅燒溫度650760復合材料概論-無機膠凝材料3.2.3 鎂質膠凝材料的凝結硬化 凝結硬化特點氯化鎂溶液，硫酸鎂(MgSO47H2O)、氯化鐵(FeCl3)或硫酸亞鐵(FeSO4H2O)等鹽類的溶液。速度慢、體積收縮大、而且強度很低常用固化劑復合材料概論-無機膠凝材料 反應生成的氧氯化鎂結晶速度比氫氧化鎂快，因而加速了鎂質膠凝材料的凝結硬化速度，制品強度顯著提高。 氯化鎂溶液 氯化鎂溶液（密度為1.2g/cm3）的摻量一般為菱苦土的55%60%。摻量太大則凝結速度過快，且收縮大、強度低。摻量過少，則硬化太慢、強度也低。此外，溫度

4、對凝結硬化很敏感，氯化鎂摻量可作適當調整。 復合材料概論-無機膠凝材料3.2.4 鎂質膠凝材料硬化強度與抗水性圖3-3 氯鎂水泥1與硅酸鹽水泥2強度發(fā)展對比（一）硬化強度在干燥條件下具有硬化快、強度高的特點12復合材料概論-無機膠凝材料圖3-4 苛性白云石配制的氯鎂水泥的強度發(fā)展MgO/MgCl2：5.4(曲線1)；5.9(曲線2)；6.38(曲線3)；6.85(曲線4)結構強度降低復合材料概論-無機膠凝材料（二）抗水性抗水性差，在潮濕條件下其強度很快降低： 氯鹽的吸濕性大，結晶接觸點的溶解度高，水化物具有高的溶解度。復合材料概論-無機膠凝材料圖3-5 氯鎂水泥摻1%H3PO4與不摻時強度的發(fā)

5、展摻入外加劑：少量磷酸或磷酸鹽水溶性樹脂解決措施：曲線1：MgO/MgCl2=5.7H2O/MgO=3.3曲線2：摻1%H3PO4復合材料概論-無機膠凝材料 不采用氯化鎂做調和劑，采用硫酸鎂(MgSO47H2O)、鐵礬(FeSO4) 改用硫酸鎂和鐵礬做調和劑后，可以降低吸濕性，提高抗水性，但強度較用氯化鎂低。復合材料概論-無機膠凝材料3.2.5 鎂質膠凝材料的應用 （一）菱苦土木屑地面 以菱苦土、木屑、氯化鈣及其他混合材料（滑石粉、砂、石屑、粉煤灰、顏料等）等制作地坪，具有一定彈性，且防火、防爆、導熱性小、表面光潔、不起灰。主要用于室內車間地坪。復合材料概論-無機膠凝材料 加入刨花、木絲、玻纖

6、、聚酯纖維等，制作各種板材，如防火裝飾板、防火風管、刨花板、木屑板等。加入發(fā)泡劑時，還可制作保溫板。 （二）板材防火裝飾板防火風管刨花板木屑板保溫板 將玻璃纖維或玻璃纖維布，用鎂質膠凝材料膠接起來后，表面經裝飾而成 玻璃纖維 (或其織物) 增強鎂質膠凝材料，空調通風，斷面為矩型或圓型，具有不然性。用氯化鎂調制的苛性苦土或白云石中加入發(fā)泡劑或泡沫，經成型硬化后成為輕質多孔的隔熱制品。 復合材料概論-無機膠凝材料1. 什么是無機膠凝材料？簡述其分類2. 鎂質膠凝材料抗水化差的原因是什么？解決措施有哪些？ 作業(yè)復合材料概論-無機膠凝材料我國石膏資源：我國石膏礦儲存量居于世界首位，有： （1）南京石膏

7、礦 （2）大汶口石膏礦山東 （3）平邑石膏礦山東 （4）大量的化學（副產品）石膏，如磷石膏、脫硫石膏。 據統(tǒng)計我國化學副產品石膏已經達到4000萬噸，燃煤電廠煙氣脫硫也迫在眉睫。3.3 石 膏 從建設需要來看，目前墻體材料使用最多的仍然是粘土磚，年產量近4000億塊，平均每年毀壞農田達五萬畝。無論從生態(tài)平衡、環(huán)境保護、資源合理利用，還是走持續(xù)發(fā)展之路、發(fā)展綠色建材來看，綜合利用，變廢為寶，勢在必行。復合材料概論-無機膠凝材料 石膏膠凝材料特點： 生產工藝簡單 單位燃料消耗和電量消耗低 可取代粘土磚目前墻體材料使用最多的仍然是粘土磚，年產量近4000億塊，平均每年毀壞農田達五萬畝。復合材料概論-

8、無機膠凝材料 石膏膠凝材料及其制品由于生產工藝簡單，單位燃料消耗和電量消耗低，近代隨著工業(yè)的發(fā)展又迅速發(fā)展起來。除用作建筑裝飾外，還制作各種板材、砌塊、高層建筑用的隔墻板、飾面板、地坪板、天花板及隔熱防火隔音板等。并逐步由單一用途向復合過渡，由非承重向承重構件過渡，用途愈來愈廣，產量也愈來愈高。石膏立柱石膏吊頂復合材料概論-無機膠凝材料化學反應式：天然二水石膏在加熱過程中，隨著加熱溫度和加熱方式的不同，可以得到不同性質的石膏產品。二水石膏1071700煅燒 （建筑石膏）1250C，0.13MPa （高強石膏） 復合材料概論-無機膠凝材料石膏制品工業(yè)主要包括兩個方面： 石膏的脫水與再水化是整個石

9、膏工業(yè)的理論基礎石膏膠凝材料的制備 石膏制品的制備 將二水石膏加熱使之部分或全部脫出水分，以制備不同的脫水石膏相將脫水石膏再水化，使之再生成二水石膏并形成所需的硬化體。 復合材料概論-無機膠凝材料3.3.1 石膏原料 天然二水石膏天然無水石膏原料CaSO42H2O，常簡稱石膏，也稱為原生二水石膏或軟石膏等?；瘜W組成理論質量()：CaO 32.57，SO3 46.50，H2O 20.93。常含粘土、細砂等機械混入物。 石膏礦石化工生產的廢石膏復合材料概論-無機膠凝材料二水石膏屬于單斜晶系圖3-6 二水石膏的結晶結構圖3-7 二水石膏晶形復合材料概論-無機膠凝材料天然二水石膏天然無水石膏原料石膏礦

10、石化工生產的廢石膏CaSO4，又稱硬石膏?；瘜W組成理論質量（）：CaO 41.19，SO3 58.81。 屬斜方晶系。 除石膏外，還含不同的雜質，主要為粘土物質和碳酸鹽類(粘土石膏，渣膏等)。等級一二三四五CaSO42H2O%959485847574656455天然二水石膏的等級復合材料概論-無機膠凝材料根據石膏產品的形狀石膏透明石膏纖維石膏雪花石膏片狀石膏土石膏透明無色，有時略帶淡紅色，呈玻璃光澤具有纖維狀集合體，呈層狀、脈狀、網狀結構，乳白色，有時帶蠟黃色、淡紅色呈細粒晶體集合塊、星狀、團狀及殼狀，半透明致密塊狀集合體，葉片狀，玻璃光澤土狀光澤，呈層狀、團塊狀、脈狀等復合材料概論-無機膠凝

11、材料3.3.2 石膏的脫水轉變及脫水石膏的形成過程 CaSO4H2O系統(tǒng)中公認石膏相有五種形態(tài)、七個變種。二水石膏（CaSO42H2O）；型與型半水石膏(、CaSO41/2H2O) ；型與型硬石膏(、CaSO4)；硬石膏(CaSO4)；硬石膏I(CaSO4I)。復合材料概論-無機膠凝材料 半水石膏(熟石膏)和半水石膏(高強石膏)在宏觀性能上的差別，主要是由于亞微觀上即晶粒的型態(tài)、大小以及聚集狀態(tài)等方面的差別。 型與型半水石膏區(qū)別半水石膏水化速度較快，水化熱高，需水量大，膠化體的強度較低。結晶度較差，常為細小的纖維狀或片狀聚集體，內比表面積較大。結晶比較完整，常呈短柱狀，晶粒較粗大，聚集體的內比

12、表面積較小，致密，有一定的結晶形狀。復合材料概論-無機膠凝材料難溶的或不溶的硬石膏。二水石膏、半水石膏和硬石膏經高溫脫水后在常溫下穩(wěn)定的最終產物。 只有在溫度高于1180時才存在，如果低于此溫度，會轉化為硬石膏，所以在常溫下是不存在的。 硬石膏 硬石膏I復合材料概論-無機膠凝材料 石膏膠凝材料的制備過程，主要是二水石膏加熱脫水轉變?yōu)椴煌撍嘞嗟倪^程。圖3-8 石膏的變種復合材料概論-無機膠凝材料二水石膏既是脫水物的原始材料，又是脫水石膏再水化的最終產物 半水石膏有型與型兩個變種。當二水石膏在加壓水蒸氣條件下，或在酸和鹽的溶液中加熱時，可以形成型半水石膏。如果二水石膏的脫水過程是處于缺少水蒸

13、汽的干燥環(huán)境中進行，則可以形成型半水石膏。 硬石膏也稱為可溶性硬石膏。一般它也存在型與型兩個變種，它們分別由型與型半水石膏加熱脫水而成。如果二水石膏脫水時，水蒸汽分壓過低，二水石膏也可以不經過半水石膏直接轉變?yōu)樾陀彩?。復合材料概?無機膠凝材料圖3-9 二水石膏的差熱曲線 140吸熱峰， 二水石膏失去3/2H2O 190吸熱峰，失去1/2H2O 360放熱峰， III型無水石膏轉變?yōu)镮I型無水石膏復合材料概論-無機膠凝材料半水石膏加水后化學反應：CaSO41/2H2O + 3/2 H2O = CaSO42H2O + Q(19.2J/gSO3) 石膏膠凝材料的價值在于半水石膏或者脫水石膏能夠水

14、化硬化 3.3.3 石膏漿體的硬化及其強度發(fā)展過程 實踐證明：石膏膠凝材料在水化過程中，僅形成水化產物，漿體并不一定能形成具有強度的人造石，而只有當水化物晶體互相連生形成結晶結構網時，才能硬化并形成具有強度的人造石。石膏漿體的硬化過程就是結晶結構網的形成過程復合材料概論-無機膠凝材料 圖3-10 型半水石膏漿體強度的發(fā)展過程第一階段 5min以前，漿體的塑性強度很低，且增長很慢；第二階段 5min30min，強度迅速增大，并發(fā)展到最大值；最后如果硬化漿體在潮濕條件下養(yǎng)護，則強度逐漸有所下降。復合材料概論-無機膠凝材料6.010.0MPa3.3.4 提高石膏硬化漿體抗水性的途徑抗水性差強度損失可

15、達70甚至更大干燥狀況飽和水狀態(tài)石膏制品共同的弱點:抗壓強度復合材料概論-無機膠凝材料半水石膏的水化產物與其它水硬性膠凝材料的水化物相比，具有大得多的溶解度。原因溶解度二水石膏的溶解度：610-3mol/L石膏硬化漿體中結晶接觸點具有重大的溶解度結晶接觸點的性質與數量水化硅酸鈣(托貝莫來石)的溶解度：1.8l0-4mol/L復合材料概論-無機膠凝材料提高石膏硬化漿體抗水性的途徑：保證石膏硬化漿體結晶結構的形成；在保證一定強度的前提下，減少接觸點的數量；保證石膏硬化漿體有較高的密實度，即減少孔隙率和孔徑的大小以及結構裂縫；加入一定數量的硅酸鹽水泥或其他含有活性二氧化硅、三氧化二鋁的氧化鈣。復合材

16、料概論-無機膠凝材料建筑石膏的技術性質和特性（1）技術性質顏色：白色密度：2.62.75g/cm3孔隙率大：50%60%（2）石膏產品的標記：復合材料概論-無機膠凝材料（3）特性1）凝結硬化快2）微膨脹性3）孔隙率大在常溫下一般幾分鐘（35分鐘）即可初凝，30分鐘內終凝輕質、隔熱、吸聲性好，但是強度低、吸水率大石膏硬化過程中體積略有膨脹，因此，澆注成型時可以得到尺寸精確、表面光滑致密的構件，或裝飾圖案復合材料概論-無機膠凝材料4）耐水性、抗凍性差 石膏制品不僅表面光滑，且質地細膩，顏色潔白，裝飾性好；此外，硬化石膏可鋸、可刨，具有良好的可加工性5）抗火性好6）裝飾性和加工性好軟化系數為0.30

17、.5，不宜用于室外 建筑石膏硬化后的主要成分為CaSO4.2H2O，遇火時，其中的結晶水脫出能吸收熱量，而且生成的無水石膏是良好的熱絕緣體。復合材料概論-無機膠凝材料建筑石膏及其制品為什么適用于室內，而不適用于室外使用？解：建筑石膏及其制品適用于室內裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結硬化后具有以下的優(yōu)良性質：2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。1） 石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質地細膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結硬化時產生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準確、細致，裝飾性好。復合材料概論-無機膠凝材料(

18、3) 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。(4) 建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調節(jié)室內的溫度和濕度，改變室內的小氣候。復合材料概論-無機膠凝材料 在室外使用建筑石膏制品時，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，且其吸水率高，抗?jié)B性差、抗凍性差, 所以不適用于室外使用。不適用于室外使用？復合材料概論-無機膠凝材料分析討論：其原因有兩個方面，可有針對性地解決。 建筑石膏拌水后一般于數分鐘至半小時左右凝結，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結性能差

19、。可摻入緩凝劑，延長凝結時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。 在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼?；蛘咴谡辰Y的石膏漿中摻入部分粘結性強的粘結劑工程實例分析 石膏飾條粘貼失效現象：石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請分析原因。復合材料概論-無機膠凝材料3.3.5 石膏的應用石膏在建材和建筑中的應用： 石膏和石灰同為最古老的建筑材料之一，公元前2000年就被應用在埃及金字塔的石材縫隙和灰漿抹面等裝飾上。西南亞于公元前35002500年就廣泛應用石膏灰漿進行內裝修和底涂上。 隨著工

20、業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，石膏灰泥和石膏制品得到了迅速發(fā)展，如，美國目前80%的新住宅均用石膏作內墻和吊頂，在日本、歐洲，石膏板應用得也很普遍，我國近幾年來，已投產了多條石膏板的生產線。復合材料概論-無機膠凝材料 有一定的隔音隔熱性能，加工性能好，原料廣泛，加工設備簡單，燃料消耗低等。性能優(yōu)點質輕強度較高防火尺寸穩(wěn)定，裝飾美觀耐水性差復合材料概論-無機膠凝材料1、質輕 制造石膏板通常摻有鋸末、膨脹珍珠巖、蛭石等填料或發(fā)泡劑發(fā)泡，一般密度只有900 kg/m3，并且可以做得很薄，如制作9mm厚的板材，其質量約為8.1kg/m3。當厚度為10mm時，其質量只有79kg/m3。2、強度較高 石膏制品的抗彎強

21、度取決于石膏和紙(或增強纖維)，特別是紙的強度及其粘結力。紙面石膏板的抗彎強度一般為8MPa左右，能滿足做隔墻和飾面的需要。復合材料概論-無機膠凝材料3、防火 石膏板基本上是不可燃的，因為石膏是一種不燃燒的材料，與石膏緊貼在一起的紙板即使點燃也只是燒焦而不可能燃燒。因此，石膏板成了一種良好的防火介質。 4、尺寸穩(wěn)定，裝飾美觀 由于石膏制品的伸縮比很小，達到最大的吸水率57時，其伸長也只有0.09左右，其干燥收縮則更小，因此，制品的尺寸穩(wěn)定，變形小。加之石膏制品的加工性能好，石膏板可切割，可鋸，可釘，且在石膏板上可貼各種顏色，各種圖案的面紙。 復合材料概論-無機膠凝材料5、耐水性差 石膏本身是氣

22、硬性膠凝材料，不耐水，若以紙為面層，則兩者的耐水性均差。 復合材料概論-無機膠凝材料石膏的用途 塑制工藝品制作牙科陶瓷機械模型生產普通硅酸鹽水泥時，作為緩凝劑硅酸鹽建筑制品的生產中，石膏作為外加劑提高產品的性能 紙面石膏板、纖維石膏板、小型石膏砌塊、中型石膏條板以及建筑飾面板、隔聲板 復合材料概論-無機膠凝材料 與普通水泥砂漿比較，粉刷石膏的特點:一、黏結力強，不易脫落，克服了傳統(tǒng)的水泥砂漿經常出現的空鼓、開裂現象；二是具有呼吸功能，可調節(jié)室內空氣濕度。石膏用途1：室內抹灰及粉刷 特別適用于混凝土頂板、加氣混凝土墻面各種保溫材料的表面抹灰建筑石膏的應用復合材料概論-無機膠凝材料三、無毒無味，其配料注重健康環(huán)保；四、凝結度快，體質輕，減少了樓層重量；五、為新型的綠色生態(tài)建材，防火性能良好；六、施工工序簡便，落地灰少，操作快捷。 復合材料概論-無機膠凝材料用途2：裝飾制品如石膏像等；復合材料概論-無機膠凝材料用途3：建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等.如上圖的石膏板