第二章-氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料

第二章氣硬性無(wú)機(jī)

膠凝材料本章主要內(nèi)容石灰石膏水玻璃本章教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求1.教學(xué)內(nèi)容

本章主要介紹下列幾種氣硬性膠凝材料的特性、技術(shù)性質(zhì)要求和應(yīng)用。如：石灰、石膏2.學(xué)習(xí)要求

通過(guò)學(xué)習(xí)要求了解這幾種膠凝材料的特性與用途。3.重點(diǎn):石灰和石膏的特性與用途。4.難點(diǎn):①石灰的熟化和硬化特性；

②建筑石膏硬化過(guò)程的物理化學(xué)變化。教學(xué)要求基本概念：膠凝材料及其分類；石膏、石灰、水玻璃、硅酸鹽水泥的組成；基本知識(shí)：

重點(diǎn)掌握建筑石膏的特性與石膏的水化、凝結(jié)、硬化過(guò)程，石膏的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用，石膏的制備工藝和條件對(duì)石膏組成與性能的影響；石灰的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用，過(guò)火石灰、欠火石灰的危害及消除方法；石灰熟化與硬化，兩種熟化和使用形式，干燥硬化與碳化的機(jī)理。

水玻璃的濃度，模數(shù)對(duì)水玻璃性質(zhì)的影響，水玻璃硬化的原因?；靖拍睿菏裁词悄z凝材料？定義：凡能經(jīng)過(guò)自身的物理化學(xué)作用后,在由可塑漿體變成堅(jiān)硬石狀體的過(guò)程中，能把散?；驂K狀的物料膠結(jié)成一個(gè)整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。（1）自身能固化（2）能起膠結(jié)作用膠凝材料的種類？膠凝材料有機(jī)膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料基本成分為天然的或合成的有機(jī)高分子化合物，如瀝青、樹脂。基本成分為無(wú)機(jī)化合物。氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化、保持或發(fā)展強(qiáng)度如：石膏、石灰、水玻璃等。能在空氣和水中硬化、保持和發(fā)展強(qiáng)度。如：水泥。氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，如石灰、石膏、水玻璃等；水硬性膠凝材料不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，如各種水泥。氣硬性膠凝材料只適用于地上或干燥環(huán)境；水硬性膠凝材料既適用于地上，也可用于地下或水中環(huán)境。2.1石膏石膏是一種以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料，具有許多優(yōu)越的建筑性能，自古至今得到了廣泛地應(yīng)用。我國(guó)天然石膏礦資源豐富、儲(chǔ)量大、分布廣，化工石膏的產(chǎn)量也很大。因此，具有廣闊的發(fā)展前景。石膏品種很多，建筑上使用較多的是建筑石膏，其次是高強(qiáng)石膏。此外，還有硬石膏水泥等。石膏應(yīng)用的歷史9000年前，敘利亞和土耳其的安那托力亞就有古跡；5000年前，埃及人就在敞開的火爐中煅燒石膏，然后破碎磨成粉末，再與水拌和制得用于金字塔建造中石塊得粘結(jié)材料——灰漿；372-287BC，古希臘人采用天然透明石膏（亞硒酸石膏）做神廟的窗戶；古羅馬人用石膏澆注了成千上萬(wàn)座古希臘得雕塑。十七世紀(jì)，法國(guó)巴黎的木質(zhì)房的所有墻壁均用石膏灰漿（plaster）覆蓋，以提高防火性能，因而，法國(guó)巴黎有“石膏的首都（capitalofplaster）之稱。石膏灰漿又稱為“PlasterofParis”它是半水硫酸鈣(CaSO4?H2O)，二水硫酸鈣(CaSO42H2O)稱為gypsum一、石膏的原料、生產(chǎn)與品種1、石膏的原料生產(chǎn)石膏的原料主要是天然二水石膏，也可采用化工石膏。天然二水石膏（CaSO4·2H2O）又稱生石膏或軟石膏。生產(chǎn)建筑石膏和高強(qiáng)石膏時(shí)常采用。化工石膏是指含有CaSO4·2H2O成分的化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)品。如磷石膏是合成洗衣粉廠、磷肥廠等制造磷酸時(shí)的廢渣；氟石膏是采用螢石粉和硫酸制造氫氟酸時(shí)所產(chǎn)生的廢渣，此外還有脫硫排煙石膏、硼石膏、鹽石膏等。以上各類化工石膏經(jīng)適當(dāng)處理后都可代替天然二水石膏。純凈的天然二水石膏礦石呈無(wú)色透明或白色，但天然石膏常含有各種雜質(zhì)而呈灰色，褐色，黃色，紅色，黑色等顏色。2.石膏的生產(chǎn)與品種（1）建筑石膏（2）高強(qiáng)石膏（3）可溶性硬石膏（4）死燒石膏（5）高溫煅燒石膏非密閉煅燒脫水工藝及其產(chǎn)品CaSO42H2O120~180C可溶硬石膏-半水石膏200~360C400~500

C難溶硬石膏（死燒石膏）500~750C不溶硬石膏隨著煅燒溫度升高：二水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)?型半水石膏-型轉(zhuǎn)變可溶性硬石膏可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性硬石膏難溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄杂彩嗝荛]蒸練工藝及其產(chǎn)品：125~180C水蒸氣-型半水石膏CaSO42H2O200~360C可溶無(wú)水石膏400~800C不溶無(wú)水石膏1不溶無(wú)水石膏CaSO4(Ⅱ)800~1180C地板石膏CaSO4與CaO生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的組成CaSO42H2O

120~180C干燥空氣125~180C水蒸氣-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密閉煅燒工藝及其產(chǎn)品組成密閉蒸煉工藝及其產(chǎn)品組成石膏生產(chǎn)流程圖熟石膏高強(qiáng)石膏原料入口產(chǎn)品二、建筑石膏的凝結(jié)硬化凝結(jié)硬化過(guò)程中的水化反應(yīng)：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng)凝結(jié)硬化機(jī)理——“溶解－沉淀理論”

溶解

沉淀

硬化半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對(duì)于二水石膏是過(guò)飽和溶液，后者不斷結(jié)晶沉淀。二水石膏晶體不斷生長(zhǎng)、連生、交錯(cuò)，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)凝結(jié)硬化的物理化學(xué)過(guò)程

石膏漿體半水石膏顆粒二水石膏晶體石膏膠體石膏硬化體水孔隙水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進(jìn)行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體半水石膏在空氣中，也會(huì)吸收空氣中的水分子水化成二水石膏晶體。石膏顆粒表面分子首先水化顆粒表面二水石膏晶體不斷增多半水石膏全部水化成二水石膏

所以，石膏膠凝材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存中，必須防潮、防水，以免失效！三、建筑石膏的技術(shù)要求及性質(zhì)1、石膏的技術(shù)要求產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑石膏》（GB9776-88），分為優(yōu)等品、一等品和合格品。建筑石膏技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度，MPa，≥2.52.11.8抗壓強(qiáng)度，MPa，≥4.93.92.9細(xì)度（0.2mm方孔篩篩余，%），≤5.010.015.0凝結(jié)時(shí)間

初凝時(shí)間≥6min；終凝時(shí)間≤30min。2.建筑石膏的性質(zhì)：凝結(jié)硬化快，強(qiáng)度較低。凝結(jié)硬化時(shí)體積微膨脹（0.05％-0.5％）孔隙率高（40％-60％）、表觀密度較?。海?00－1000kg/m3）隔熱性和吸聲性良好防火性較好有一定的調(diào)濕性耐水性和抗凍性較差裝飾性四、建筑石膏的應(yīng)用在房屋建筑工程中，建筑石膏是一種應(yīng)用廣泛的工程材料，主要用于配制石膏抹面灰漿、石膏砂漿、石膏混凝土和制作各種石膏制品。

（1）粉刷石膏（2）石膏砂漿（3）石膏板（4）藝術(shù)裝飾石膏制品學(xué)會(huì)分析、思考和回答問(wèn)題！1.石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，Why？

答：半水石膏需加水60～80％，才能使?jié){體達(dá)到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能參與反應(yīng)，硬化后多余水分的揮發(fā)留下大量孔隙。2、孔隙率較大在應(yīng)用上，有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)—保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕?？勺鳛閴Π?、天花板、墻面粉刷砂漿等。缺點(diǎn)—強(qiáng)度低、吸水率較大、耐水性差。不能用作結(jié)構(gòu)材料，不宜用于潮濕環(huán)境等。五、建筑石膏的應(yīng)用建筑石膏是一種很好的綠色建材！應(yīng)用中揚(yáng)長(zhǎng)避短，正確應(yīng)用！建筑上的主要應(yīng)用有：建筑石膏制品：各種板材：墻板、天花板等藝術(shù)裝飾品粉刷石膏：墻面粉刷雕飾各種墻板德國(guó)一所教堂的外墻面雕飾室內(nèi)墻面和天花板的雕飾紙面石膏板的生產(chǎn)工藝流程紙面石膏板生產(chǎn)線石膏的應(yīng)用紙面石膏板與龍骨組成輕質(zhì)墻體，有兩層板隔墻和四層板隔墻兩種，這種墻體最適合于作多層或高層建筑的分室墻。在美國(guó)，已有70％以上的民用住宅內(nèi)隔墻，采用了石膏板墻體。輕鋼龍骨石膏板墻體體系(簡(jiǎn)稱QST)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)質(zhì)輕，強(qiáng)度較高。(2)尺寸穩(wěn)定。

(3)抗震性好。(4)自動(dòng)調(diào)濕性好。

(5)裝飾方便。(6)占地面積少。

(7)便于管道及電線等埋設(shè)。(8)施工簡(jiǎn)便，進(jìn)度快。藝術(shù)裝飾石膏制品主要包括浮雕藝術(shù)石膏角線、線板、角花、燈圈、壁爐、羅馬柱、燈座、雕塑等。這些制品均系采用優(yōu)質(zhì)建筑石膏為基料，配以纖維增強(qiáng)材料、膠粘劑等，與水拌制成料漿，經(jīng)注模成型、硬化、干燥而成。這類石膏裝飾件用于室內(nèi)頂棚和墻面，會(huì)頓生高雅之感。裝飾石膏柱和裝飾石膏壁爐，是以西方現(xiàn)代裝飾技術(shù)，把東方傳統(tǒng)建筑風(fēng)格與羅馬雕刻、德國(guó)新古典主義及法國(guó)復(fù)古制作溶為一體，揉合精湛華麗的雕飾，實(shí)現(xiàn)美觀、舒適與實(shí)用并合，將高雅而豪華的氣派帶入居室和廳堂。3.為什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶體是親水性很強(qiáng)的離子晶體，而且晶體內(nèi)有明顯的解理面，層間和晶體顆粒間是較弱的氫鍵結(jié)合，因此，水分子進(jìn)入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；其軟化系數(shù)只有0.30~0.45；另一方面，二水石膏在水中的溶解度較大，石膏制品長(zhǎng)期在水中的強(qiáng)度將更低

。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問(wèn)題！二水石膏晶體解理面學(xué)會(huì)分析、思考和回答問(wèn)題！4、進(jìn)一步思考的問(wèn)題:警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？2.2石灰

石灰的生產(chǎn)石灰的硬化石灰的性質(zhì)石灰的應(yīng)用

石灰是建筑上使用最早的礦物膠凝材料之一。優(yōu)點(diǎn)：①原料來(lái)源廣泛，②生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，③成本低廉，④膠結(jié)性能較好，至今仍廣泛應(yīng)用于建筑中。缺點(diǎn)：①其生產(chǎn)過(guò)程中排出大量的二氧化碳?xì)怏w，造成空氣污染（每生產(chǎn)1噸建筑石灰，要排放出1.18噸CO2），②礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境的破壞，所以從改善人文生存環(huán)境的角度及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略考慮，要給與科學(xué)管理和宏觀調(diào)控。萬(wàn)里長(zhǎng)城將一份石灰與兩份砂子、碎石充分混合后，倒入兩塊木板中間，再用大木槌將木板中夾著的石灰、砂石混合物夯得結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)，然后澆上水。不久以后拆除木板，里面就形成堅(jiān)固的墻體了。萬(wàn)里長(zhǎng)城（明）中華門城堡蘇州古盤門一、石灰的原料石灰的原料為含碳酸鈣為主的天然原料。貝殼石灰石白云石白堊

石灰?guī)r也稱青石、灰石，因可燒制成石灰，故俗稱石灰石

二、石灰的煅燒

為加快煅燒過(guò)程實(shí)際煅燒溫度為1000～1100oC

當(dāng)溫度分布不均勻→產(chǎn)生過(guò)火和欠火石灰

當(dāng)溫度過(guò)低或煅燒時(shí)間過(guò)短→產(chǎn)生欠燒石灰

當(dāng)溫度過(guò)高或煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)→產(chǎn)生過(guò)火石灰。

煅燒良好的石灰，質(zhì)輕色勻，密度為3.2g/cm3原料經(jīng)煅燒后得到塊狀產(chǎn)品：生石灰制備工藝與產(chǎn)品石灰石1000～1200C磨細(xì)生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時(shí)間較短時(shí)，

欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，過(guò)火石灰減輕或消除過(guò)火石灰的危害土窯武鋼烏龍泉礦日產(chǎn)600噸回轉(zhuǎn)窯三、石灰產(chǎn)品除了塊狀石灰，常用的石灰產(chǎn)品還有：

1.生石灰粉：由塊狀石灰磨細(xì)得到的粉末，主要成分為CaO。

2.消石灰粉：將生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥而成的粉末，主要成分為Ca(OH)2，亦稱熟石灰。

3.石灰膏：將塊狀生石灰用過(guò)量水（約為生石灰體積的3～4倍）消化，或?qū)⑾曳酆退韬?，所得達(dá)一定稠度的膏狀物，主要成分為Ca(OH)2和水。所得生石灰的主要成分是CaO，還含有部分MgO。鈣質(zhì)石灰--當(dāng)MgO含量小于或等于5％時(shí);鎂質(zhì)石灰--MgO含量大于5％時(shí)稱為;正火石灰--石灰?guī)r的煅燒溫度及時(shí)間要適宜。煅燒正常的塊狀石灰稱，輕質(zhì)色白，疏松多孔，表觀密度為800～l000kg／m3。過(guò)火石灰--若煅燒溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，石灰?guī)r中所含粘土雜質(zhì)中的SiO2、A12O3等成分發(fā)生熔結(jié)，從而使多孔結(jié)構(gòu)的石灰變得結(jié)構(gòu)致密，表觀密度增大，水化反應(yīng)極慢.欠火石灰--燒溫度過(guò)低，或料塊尺寸太大，煅燒時(shí)間不足時(shí)，石灰?guī)r中的碳酸鈣、甚至碳酸鎂分解不充分，則會(huì)在石灰內(nèi)部含有石質(zhì)核心.(一)石灰的熟化過(guò)程

石灰在使用前，要加水熟化成熟石灰（消石灰，Quicklime)

CaO＋H2O→Ca（OH）2＋64.9kJ

在石灰熟化過(guò)程中：

1.放出大量的熱；

2.體積膨脹1～2.5倍。四、石灰的熟化與硬化生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。

淋灰法：生石灰中均勻加入70%左右的水（理論值31.2%）便可得到顆粒細(xì)小、分散的熟石灰粉。工地上調(diào)制熟石灰粉時(shí)，每堆放半米高的生石灰塊，淋60%-80%的水，再堆放再淋，使之成粉且不結(jié)塊為止。

化灰法：生石灰中加入適量的水（約為塊灰質(zhì)量的2.5～3倍），得到石灰乳漿體，石灰乳沉淀后除去表層多余水分后得到石灰膏。生石灰熟化：淋灰法石灰膏化灰池儲(chǔ)灰池濾網(wǎng)排水口化灰法生石灰熟化流程圖

為了消除過(guò)火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中放置半個(gè)月以上，這一過(guò)程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應(yīng)覆蓋一層水，與空氣隔絕，以免石灰漿表面碳化。

石灰砂漿的膨脹性裂縫

該石灰的陳伏時(shí)間不夠。數(shù)日后部分過(guò)火石灰在已硬化的石灰砂漿中熟化，體積膨脹，以致產(chǎn)生膨脹性裂紋。

討論：欠火石灰和過(guò)火石灰的熟化

1.欠火石灰：欠火石灰的中心部分仍是碳酸鈣硬塊，不能熟化，形成渣子。

2.過(guò)火石灰：過(guò)火石灰結(jié)構(gòu)緊密，熟化很慢，當(dāng)用于建筑上后，可能繼續(xù)熟化產(chǎn)生體積膨脹，引氣隆起鼓包和開裂。

3.石灰漿的陳伏：為消除過(guò)火石灰的危害，使未熟化的石灰充分熟化，石灰漿需在消解坑里存放兩星期以上（稱為“陳伏”）。陳伏期間石灰漿表面應(yīng)覆蓋一層水，以免石灰漿硬化（碳化和結(jié)晶）。石灰漿體氫氧化鈣晶體碳酸鈣晶體石灰凝膠體石灰碳化體水孔隙水分損失碳化

（二）石灰的硬化結(jié)晶作用生石灰或熟石灰＋水成為Ca(OH)2漿體；漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致Ca(OH)2結(jié)晶；晶粒長(zhǎng)大、交錯(cuò)堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)—硬化。碳化作用Ca(OH)2與空氣中的CO2氣體反應(yīng)，在表面形成CaCO3膜層。提高耐久性。石灰的主要特性

1.可塑性好；2.保水性好；

3.熟化時(shí)：放熱大，體積增大（1～2.5倍；）

4.硬化緩慢：這是因?yàn)樘蓟饔弥饕l(fā)生在與空氣接觸表面，且生成CaCO3膜層較致密，阻礙了空氣中CO2的滲入，也阻礙了內(nèi)部水分向外蒸發(fā)，因此硬化緩慢；

5.硬化時(shí)體積收縮大：因?yàn)橛不瘯r(shí)大量水蒸發(fā)，導(dǎo)致毛細(xì)管失水收縮；

6.硬化后強(qiáng)度低：其原因是石灰消化時(shí)實(shí)際用水量比理論用水量大得多，多余水在硬化后蒸發(fā)，留下空隙；

7.耐水性差：因?yàn)镃a(OH)2易溶于水。

討論：請(qǐng)觀察圖中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。石灰砂漿A石灰砂漿B石灰的技術(shù)指標(biāo)

表3-1鈣質(zhì)、鎂質(zhì)石灰分類（JC/T479、480、481-92）品種氧化鎂含量（％）鈣質(zhì)石灰鎂質(zhì)石灰白云石消石灰生石灰≤5＞5—生石灰粉≤5＞5—消石灰粉＜44～＜2424～＜30

表3-2生石灰技術(shù)指標(biāo)(JC/T479-92)

表3-2生石灰粉的技術(shù)指標(biāo)(JC/T480-92)

表3-2消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)

(JC/T480-92)

1.制作石灰乳涂料

2.配制砂漿（1）石灰砂漿（2）混合砂漿（石灰＋水泥）

3.拌制灰土、三合土和四合土（1）

灰土＝石灰(消石灰粉)＋粘土

（2）

三合土＝石灰＋粘土＋砂

（3）

四合土＝石灰＋粘土＋砂＋石

（4）二灰結(jié)石

＝

石灰＋粉煤灰＋砂＋石四、石灰的應(yīng)用

灰土和三合土硬化時(shí),除Ca(OH)2發(fā)生結(jié)晶和碳化作用外，Ca(OH)2還能與粘土中少量活性SiO2及Al2O3作用，生成具有水硬性的水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣。

4.生產(chǎn)硅酸鹽制品磨細(xì)生石灰或消石灰與砂、粉煤灰、爐渣等硅質(zhì)材料加水拌和、經(jīng)成型蒸壓或蒸壓處理等工序制得的建筑材料，通稱為硅酸鹽制品。如灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊等。石灰砂漿抹灰灰土筑路灰砂磚灰砂磚麻刀問(wèn)題？1.過(guò)火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？

答：過(guò)火石灰密度較大，且顆粒表面有玻璃釉狀物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕水化，產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性?？刹捎醚娱L(zhǎng)石灰的熟化和陳伏期，或過(guò)濾掉。2.石灰硬化過(guò)程中，為什么容易開裂？使用時(shí)應(yīng)如何避免？

答：石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時(shí)，避免單獨(dú)使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等。第3節(jié)水玻璃水玻璃（waterglass）俗稱“泡花堿”，是一種由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的水溶性硅酸鹽材料，其化學(xué)通式為R2O·SiO2。堿金屬硅酸鹽的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋固體水玻璃是一種無(wú)色、天藍(lán)色或黃綠色的顆粒，高溫高壓溶解后是無(wú)色或略帶色的透明或半透明黏稠液體。一、水玻璃生產(chǎn)

生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃的主要原料是石英砂、純堿或含碳酸鈉的原料。常見(jiàn)的有硅酸鈉水玻璃(Na2O·nSiO2)和硅酸鉀水玻璃(K2O·SiO2)等。鉀水玻璃在性能上優(yōu)于鈉水玻璃，但其價(jià)格較高，故建筑上最常用的是鈉水玻璃。生產(chǎn)方法有濕法和干法兩種濕法生產(chǎn)：將石英砂和苛性鈉液體在壓蒸鍋內(nèi)（0.2～0.3MPa）用蒸汽加熱，并加以攪拌，使其直接反應(yīng)而成液體水玻璃。

R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法生產(chǎn)：將各原料磨細(xì)，按比例配合，在熔爐內(nèi)加熱至1300～1400℃，熔融而生成硅酸鈉，冷卻后即為固態(tài)水玻璃.然后將固態(tài)水玻璃在水中加熱溶解成無(wú)色、淡黃或青灰色透明或半透明的膠狀玻璃溶液，即為液態(tài)水玻璃。

R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃中二氧化硅與堿金屬氧化物之間的摩爾比稱為水玻璃模數(shù)，即n:＝SiO2／R2O。模數(shù)對(duì)水玻璃性能的影響模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好。水玻璃與普通玻璃不同，它能溶解于水，并能在空氣中凝結(jié)、硬化。水玻璃模數(shù)與濃度是水玻璃的主要化學(xué)性質(zhì)。水玻璃模數(shù)一般在1.5～3.5之間，模數(shù)大小決定著水玻璃在水中溶解的難易程度。模數(shù)為1時(shí)，能在常溫水中溶解，模數(shù)增大，只能在熱水中溶解，當(dāng)模數(shù)大于3時(shí)，則要在4個(gè)大氣壓（0.4MPa）以上的蒸汽中才能溶解。但n值大，膠體組分多，其水溶液的粘結(jié)能力強(qiáng)。當(dāng)模數(shù)相同時(shí)，水玻璃溶液的密度愈大，則溶液愈稠、粘性愈大、粘結(jié)力愈好。工程上常用的水玻璃模數(shù)為2.6～2.8，其密度為1.3～1.4g／cm3。二、水玻璃的硬化水玻璃在空氣中吸收C02形成無(wú)定形的二氧化硅凝膠(又稱硅酸凝膠)，凝膠脫水轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸瓒不?，其反?yīng)式為：Na2O·nSiO2+CO2+mH2O＝nSiO2·mH2O+Na2CO3由于空氣中二氧化碳含量極少，上述硬化過(guò)程極慢，為加速硬化，可摻入適量促硬劑，如氟硅酸鈉(NazSiF6)，促使硅膠析出速度加快，從而加快水玻璃的凝結(jié)與硬化。

水玻璃硬化過(guò)程水玻璃溶液硅酸凝膠二氧化硅玻璃體R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脫水交聯(lián)三、水玻璃的性質(zhì)（1）粘結(jié)性能較好水玻璃硬化后的主要成份為硅酸凝膠和固體，比表面積大，因而有良好的粘結(jié)性能。模數(shù)越大，粘結(jié)力越大；當(dāng)模數(shù)相同時(shí)，則濃度愈稠、粘結(jié)力越大。另外，硬化時(shí)析出的硅酸凝膠還可堵塞毛細(xì)孔隙，起到防止液體滲漏的作用。（2）耐熱性好、不燃燒水玻璃硬化后形成的SiO2網(wǎng)狀骨架在高溫下強(qiáng)度不下降，用它和耐熱骨料配制的耐熱混凝土可耐1000℃的高溫而不破壞。（3）耐酸性好硬化后的水玻璃主要成分是SiO2，在強(qiáng)氧化性酸中具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。因此能抵抗大多數(shù)無(wú)機(jī)酸（氫氟酸除外）與有機(jī)酸的腐蝕。（4）耐堿性與耐水性差因SiO2和Na2O·SiO2均為酸性物質(zhì)，溶于堿，故水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用。而硬化產(chǎn)物NaF、Na2CO3等又均溶于水，因此耐水性差。四、水玻璃的應(yīng)用（1）涂刷或浸漬材料直接將液體水玻璃涂刷或浸漬多孔材料（天然石材、粘土磚、混凝土、以及硅酸鹽制品）時(shí)，能在材料表面形成Si02膜層，提高其抗水性及抗風(fēng)化能力，又因材料密實(shí)度提高，還可提高強(qiáng)度和耐久性。但石膏制品表面不能涂刷水玻璃，因二者反應(yīng)，在制品孔隙中生成硫酸鈉結(jié)晶，體積膨脹，將制品脹裂。（2）配制耐熱砂漿和耐熱混凝土。用水玻璃作為膠結(jié)材料，氟硅酸鈉作促硬劑，加入耐熱骨料，按一定比例配制成為耐熱砂漿和耐熱混凝土，用于工業(yè)窯爐基礎(chǔ)、高爐外殼及煙筒等工程。（3）配制耐酸砂漿和耐酸混凝土。水玻璃作為膠結(jié)材料，氟硅酸鈉作促硬劑，和耐酸粉料及骨料按一定比例配制成為耐酸砂漿或耐酸混凝土，用于儲(chǔ)酸槽、酸洗槽、耐酸地坪及耐酸器材等。（4）配制水玻璃礦渣砂漿將磨細(xì)粒化高爐礦渣、液態(tài)水玻璃和砂按照質(zhì)量比1∶1.5∶2的比例配合，即得到水玻璃礦渣砂漿?？捎米鹘ㄖ鈮︼椕婊蚴覂?nèi)貼墻紙、輕型內(nèi)隔墻（如紙面石膏板）的粘結(jié)劑，或修補(bǔ)磚墻裂縫。粘貼墻紙時(shí)可不加砂。（5）配制保溫絕熱材料以水玻璃為膠結(jié)材料，膨脹珍珠巖或膨脹蛭石為骨料，加入一定量的赤泥或氟硅酸鈉，經(jīng)配料、攪拌、成型、干燥、焙燒，可制成具有保溫絕熱材料性能的制品。（6）加固土壤用模數(shù)為2.5～3.0的液體水玻璃和氯化鈣溶液做加固土壤的化學(xué)灌漿材料。灌漿后生成的硅膠能吸水腫脹，能將士粒包裹起來(lái)填實(shí)土壤空隙，從而起到防止水分滲透和加固土壤的作用。（7）配制防水劑水玻璃中加入各種礬的水溶液，配制成防水劑，與水泥調(diào)和，可用于堵漏、搶修等工程。問(wèn)題？為什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂漿？

答：水玻璃溶液的凝結(jié)硬化是在酸作用下，使硅酸根離子逐步縮聚交聯(lián)成二氧化硅玻璃體，因此，酸性條件只會(huì)使水玻璃中硅酸根離子的交聯(lián)度提高，更加密實(shí)和耐水。為什么水玻璃模數(shù)n越大，粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好？

答：n是SiO2/R2O的摩爾比，n越大，表明SiO2含量越大，硬化后的玻璃體中