第二章無(wú)機(jī)氣硬性膠凝材料

第二章無(wú)機(jī)氣硬性膠凝材料一.概述二.石灰三.石膏

四.水玻璃第一節(jié)概述膠凝材料：在一定條件下，經(jīng)自身一系列的物理、化學(xué)作用后，能將散粒材料或塊狀材料粘結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體的材。膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料：瀝青、樹脂、橡膠氣硬性膠凝材料：石膏、石灰、水玻璃水硬性膠凝材料：各種水泥氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結(jié)硬化，保持和繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，在水中不能硬化，也就不具有強(qiáng)度。水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度。第二節(jié)石灰

生產(chǎn)石灰的原料主要是含碳酸鈣的石灰石、白云石和白堊。石灰的生產(chǎn)，實(shí)際上就是將石灰石在高溫下煅燒，使主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰和CO2，CO2以氣體放出，其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：

CaCO3——CaO+CO2（900~1200度）生產(chǎn)所得的生石灰，其內(nèi)部孔隙大，晶粒小，體積密度小，與水作用快。

欠火石灰：當(dāng)煅燒溫度過(guò)低或時(shí)間不足時(shí)，由于CaCO3不能完全分解，亦即生石灰中含有石灰石CaCO3。它只是降低了石灰的利用率，不會(huì)帶來(lái)危害。

過(guò)火石灰：當(dāng)煅燒溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，部分塊狀石灰的表層會(huì)被煅燒成十分致密的釉狀物，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過(guò)火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。一、石灰的生產(chǎn)第二節(jié)石灰二、石灰的熟化（一）石灰的熟化生石灰（CaO）與水發(fā)生作用生成熟石灰（Ca(OH)2）的過(guò)程，稱為石灰的熟化或消化。反應(yīng)式：

CaO+H2O—Ca(OH)2+64.5kJ/mol

熟化過(guò)程特點(diǎn)：速度快、體積膨脹、放出大量熱。石灰熟化有兩種熟化形式：石灰膏與消石灰

生石灰+大量H2O石灰乳沉淀

石灰膏（漿狀）生石灰淋水（60%~80%）

消石灰粉（粉狀）（二）石灰的“陳伏”為了消除過(guò)火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰膏應(yīng)在化灰池中放置兩周以上，使過(guò)火石灰充分熟化，這一過(guò)程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。石灰在空氣中凝結(jié)硬化主要包括結(jié)晶和碳化兩個(gè)過(guò)程。結(jié)晶：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。碳化：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶。反應(yīng)式：石灰凝結(jié)硬化過(guò)程的特點(diǎn)：1.速度慢。加強(qiáng)通風(fēng)，提高空氣中二氧化碳濃度。2.體積收縮大。容易產(chǎn)生收縮裂縫。三、石灰的凝結(jié)硬化拌制灰土或三合土；配制水泥石灰混合砂漿生產(chǎn)硅酸鹽制品，包括：粉煤灰混凝土、粉煤灰磚、硅酸鹽砌塊、灰砂磚、加氣混凝土等配制無(wú)熟料水泥：礦渣＋石灰－磨細(xì)四、石灰的主要技術(shù)性質(zhì)建筑中常用來(lái)配制石灰，水泥混合砂漿，以改善水泥砂漿保水性和可塑性差的缺陷；不宜用于承重結(jié)構(gòu)，通過(guò)人工碳化，提高強(qiáng)度；不宜長(zhǎng)期用于潮濕環(huán)境和水中，經(jīng)人工碳化處理，提高耐水性；不宜單獨(dú)使用通常摻入砂子等以減少收縮，或提高抗裂能力。1.保水性與可塑性好2.凝結(jié)硬化，強(qiáng)度低3.耐水性差4.干燥收縮大五、石灰的應(yīng)用第三節(jié)石膏一、建筑石膏的生產(chǎn)生產(chǎn)方法：將原料生石膏（二水石膏CaSO4·2H2O）在不同壓力和溫度下煅燒、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而成的。在不同的煅燒條件下，所得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途也各不相同。CaSO4·2H2O二水石膏β-CaSO4·1/2H2O（β型半水石膏）建筑石膏α-CaSO4·1/2H2O（α型半水石膏）高強(qiáng)石膏CaSO4Ⅲ

可溶性石膏CaSO4Ⅱ

慢溶性石膏107~170℃125℃170~300℃400~1000℃加熱、脫水0.13MP蒸壓條件加熱、脫水熟石膏二、建筑石膏的水化與硬化建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應(yīng)，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結(jié)，此后進(jìn)一步產(chǎn)生和發(fā)展強(qiáng)度而硬化。建筑石膏與水之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（水化）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。從加水開始拌和一直到漿體剛開始失去可塑性的過(guò)程稱為漿體的初凝，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為初凝時(shí)間；從加水開始拌和一直到漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的過(guò)程稱為漿體的硬化，對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為終凝時(shí)間。這對(duì)于普通工程施工操作十分方便。有時(shí)需要操作時(shí)間較長(zhǎng)，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動(dòng)物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。1.凝結(jié)硬化速度。一般石膏的初凝時(shí)間僅為10min左右，終凝時(shí)間不超過(guò)30min。2.體積微膨脹（0.2%~1.5%）。建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過(guò)程。建筑石膏凝結(jié)硬化過(guò)程的特點(diǎn)這種膨脹不會(huì)對(duì)石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時(shí)的開裂。建筑石膏的技術(shù)要求有強(qiáng)度、細(xì)度和凝結(jié)時(shí)間。并按強(qiáng)度和細(xì)度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術(shù)要求見GB17669-2008。建筑石膏的技術(shù)要求建筑石膏的主要技術(shù)性質(zhì)（1）凝結(jié)硬化速度快建筑石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時(shí)間僅為10min左右，終凝時(shí)間不超過(guò)30min，這對(duì)于普通工程施工操作十分方便。有時(shí)需要操作時(shí)間較長(zhǎng)，可加入適量的緩凝劑以延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間。（2）強(qiáng)度較高建筑石膏的強(qiáng)度發(fā)展很快，一般7h即可達(dá)最大值?？箟簭?qiáng)度約為8~12MP。（3）凝結(jié)硬化時(shí)的膨脹性建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過(guò)程，其體積不僅不會(huì)收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會(huì)對(duì)石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時(shí)的開裂。（4）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。（5）保溫、隔聲性能好石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對(duì)聲音傳導(dǎo)或反射的能力也顯著下降，使其具有較強(qiáng)的吸聲能力。第四節(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。品種:硅酸鈉水玻璃（Na2O.nSiO2）

硅酸鉀水玻璃（K2O.nSiO2

）<

最常用

>

硅酸鋰水玻璃（Li2O.nSiO2

）通式：R2O.nSiO2

，

n-水玻璃模數(shù)，一、水玻璃的組成n值愈大，水玻璃的粘性和強(qiáng)度越高，但水中的溶解能力下降。當(dāng)n>3.0時(shí)，只能溶于熱水中，給使用帶來(lái)不變。n值越小，水玻璃的粘性和強(qiáng)度越低，越宜溶于水。建筑工程中常用模數(shù)n為2.6~2.8，既易溶于水又有較高的強(qiáng)度。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％～15％。二、水玻璃的凝結(jié)固化1.粘結(jié)力和強(qiáng)度較高。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。2.耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，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。3.耐熱性好。硬化后形成SiO2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)度降低很小。4.耐堿性和耐水性差。SiO2和Na2O.nSiO2均溶于堿，Na2O.nSiO2、NaF、Na2CO3均溶于水。三、水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì)1.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Ca(OH)2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。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)。2.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１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)，適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。四、水玻璃的應(yīng)用3.加固土壤將模數(shù)為2.5～3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鈣膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙