土木工程材料 4 第三章 氣硬性膠凝材料

土木工程材料

2011.5第三章氣硬性膠凝材料第三章氣硬性膠凝材料課題引入：在我國，室內(nèi)裝修、裝飾、建筑物的基礎(chǔ)工程等，都廣泛應(yīng)用石灰、石膏等。例如：墻體的砌筑、室內(nèi)墻體抹灰或粉刷等。若干燥硬化后出現(xiàn)了墻皮開裂及局部脫落現(xiàn)象，也就影響了工程質(zhì)量，這些都是因為使用材料不當(dāng)，而造成的事故現(xiàn)象。因此，我們必須掌握氣硬性膠凝材料的使用和鑒別，對它們的共性和各自的特性全面理解。所以本章詳細(xì)介紹了石灰、石膏、水玻璃三種氣硬性膠凝材料的生產(chǎn)、成分、特性和應(yīng)用。（如圖3-1為石膏板造型的天花板）

圖3-1石膏板造型的天花板第三章氣硬性膠凝材料第三章氣硬性膠凝材料石灰石膏水玻璃本章主要內(nèi)容第三章氣硬性膠凝材料一、概述第一節(jié)石灰膠凝材料在土建工程中，能把散粒材料(如砂、石子)或塊狀材料(如磚、石、砌塊)膠結(jié)成為整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。分類有機(jī)膠凝材料無機(jī)膠凝材料化學(xué)成分氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料硬化特點只能在空氣中硬化不僅能在空氣中硬化，且在水中硬化更好（一）生產(chǎn)定義：它是以碳酸鈣為主要成分的石灰?guī)r為原料，在低于燒結(jié)溫度下煅燒而成。

CaCO3

CaO+CO2↑（石灰石）（生石灰）（二）主要成分：氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)900～1100?C第三章氣硬性膠凝材料二、石灰的生產(chǎn)、成分和分類

第三章氣硬性膠凝材料（三）分類：MgO含量鎂質(zhì)石灰（MgO＞5%）鈣質(zhì)石灰（MgO≤5%）煅燒程度欠火石灰過火石灰正火石灰三、石灰的消解(熟化)定義：生石灰與水化合生成氫氧化鈣，此化學(xué)反應(yīng)過程稱為消解，工程上稱為熟化，所產(chǎn)生的氫氧化鈣稱為消石灰或稱熟石灰。

其化學(xué)反應(yīng)：

CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ反應(yīng)特點：放熱反應(yīng)、可逆反應(yīng)、膨脹反應(yīng)

第三章氣硬性膠凝材料三、石灰的消解(熟化)分類（按熟化速度分）1、快熟石灰：可在10min內(nèi)熟化完畢。2、中熟石灰：可在10～30min內(nèi)熟化完畢3、慢熟石灰：在30min后才發(fā)現(xiàn)有熟化現(xiàn)象，熟化速度緩慢。

注意：

為了避免過火石灰的危害，在施工中對石灰必須正確使用。其措施有兩種：一是將生石灰磨成細(xì)粉，即使用磨細(xì)生石灰粉；二是將生石灰洗灰人池，陳伏半月，使之充分熟化后再使用。第三章氣硬性膠凝材料第三章氣硬性膠凝材料洗灰陳伏的方法

對于運來工地的塊灰，先用適量的水淋灑，使塊灰吸水，部分熟化脹碎成小顆粒，再將其在洗灰池中加水?dāng)嚢璩蓾{，通過3mm×3mm方孔的篩網(wǎng)，使細(xì)灰和細(xì)小顆粒流入貯灰池中，如圖3-2所示，并在池中存放一段時間(一般為半個月)，使石灰充分熟化，這個過程稱為“陳伏”。經(jīng)過陳伏的石灰就成為細(xì)膩的石灰漿(又稱石灰膏)，可用來拌制各種灰漿和砂漿圖3-2貯灰池圖3-2貯灰池

四、石灰漿的凝固硬化石灰漿體失水凝固并逐漸硬化，是由于下面兩個作用相繼進(jìn)行而完成的。（一）結(jié)晶作用石灰漿中的游離水分被砌體吸收或蒸發(fā)，氫氧化鈣從過飽和溶液中析出結(jié)晶。這一過程在磚砌體上進(jìn)行得很快，使石灰漿體很快失去塑性，并具有微弱的強(qiáng)度，以后隨著水分蒸發(fā)而不斷硬化。（二）碳化作用潮濕的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳起化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣晶體，即：

Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3十(n+1)H2O注意：石灰漿硬化緩慢，強(qiáng)度增加也較慢，施工后的石灰漿體在較長時間內(nèi)處于潮濕軟弱狀態(tài)，最終強(qiáng)度也不高。第三章氣硬性膠凝材料

第三章氣硬性膠凝材料五、石灰的品種和技術(shù)指標(biāo)

（一）品種1、建筑生石灰(JC／T479—92）2、建筑生石灰粉(磨細(xì)生石灰)(JC／T480—92)3、建筑消石灰粉(熟石灰粉)(JC／T481—92)（二）技術(shù)指標(biāo)：詳見表3—1、3—2、3—3注：判定時，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到要求中相應(yīng)等級時判定為該等級，有一指標(biāo)低于合格品要求時，判為不合格產(chǎn)品。表3—1建筑生石灰的技術(shù)指標(biāo)(JC／T479—92)項目鈣質(zhì)生石灰（MgO≤5%）鎂質(zhì)生石灰（MgO＞5%）優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于908580858075未消化殘渣含量（5mm圓孔篩余），%不大于5101551015CO2，%不大于5796810產(chǎn)漿量，L/kg不小于2.82.32.02.82.32.0第三章氣硬性膠凝材料表3-2建筑生石灰粉的技術(shù)指標(biāo)(JC／T480—92)項目鈣質(zhì)生石灰粉（MgO≤5%）鎂質(zhì)生石灰粉（MgO＞5%）優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于858075807570CO2含量，%不大于791181012細(xì)度0.9mm篩的篩余，%不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余，%不大于7.012.018.07.012.018.0第三章氣硬性膠凝材料表3-3建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)(JC／T481一92)項目鈣質(zhì)消石灰粉MgO含量＜4%鎂質(zhì)消石灰粉4%≤MgO含量＜24%白云石消石灰粉24%≤MgO含量＜30%優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于706560656055656055游離水，%0.4～20.4～20.4～2體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.9mm篩的篩余，%不大于000.5000.5000.50.125mm篩的篩余，%不大于310153101531015第三章氣硬性膠凝材料

六、石灰的特性和應(yīng)用（一）石灰的特性

1．良好的保水性和可塑性

2．凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低3．凝硬收縮大4．耐水性差（二）石灰的應(yīng)用1．砂漿和石灰乳2．灰土和三合土3．硅酸鹽建筑制品4．碳化制品5、加固軟土地基

第三章氣硬性膠凝材料第三章氣硬性膠凝材料七、石灰的貯運保管

石灰在貯存、運輸中應(yīng)注意以下事項：

1．磨細(xì)生石灰粉應(yīng)貯存于干燥的倉庫內(nèi)，不宜長期存貯。2．石灰在運輸貯存過程中應(yīng)采取防水措施，3．袋裝消石灰粉應(yīng)按類別、等級分別貯存，貯存期不宜過長。4．如需較長時間貯存生石灰，最好將其消解成石灰漿、石灰膏并使表面隔絕空氣以防碳化。野外存放時，石灰應(yīng)堆放在高堆并用篷布和土覆蓋，然后，邊使用邊揭蓋。5、堆放于室外，但場地應(yīng)平整、不積水，6．不得與易燃、易爆及液體物品混存、混運，以免引起火災(zāi)或爆炸事故。7．在進(jìn)行施工及裝卸石灰時，應(yīng)披戴必要的防護(hù)用品。

八、鐵路路基工程改良土用石灰的要求外摻石灰的品種、規(guī)格、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求。

1、檢驗數(shù)量：施工單位對同一產(chǎn)地、廠家、品種且連續(xù)進(jìn)場的石灰每4000t做一次有效氧化鈣+氧化鎂含量檢驗；監(jiān)理單位在摻用量每10000t時，平行檢驗1組，且每分部工程不少于1組。2、檢驗方法：應(yīng)符合《鐵路工程土工試驗規(guī)程》（TB10102-2010）的有關(guān)規(guī)定。第三章氣硬性膠凝材料第三章氣硬性膠凝材料第二節(jié)石膏石膏的簡介：特點應(yīng)用輕質(zhì)、隔熱、聲、抗火等良好性能

我國的石膏資源極其豐富，儲量大、分布廣。石膏及其制品，尤其是各種石膏板材，在建筑上廣泛應(yīng)用，并且發(fā)展迅速。第三章氣硬性膠凝材料第二節(jié)石膏一、建筑石膏生產(chǎn)和成分：將純凈天然二水石膏破碎，在窯內(nèi)加熱至107～170℃(低溫煅燒)，使部分結(jié)晶水脫去，可得到β型半水硫酸鈣(半水石膏)，再磨成細(xì)粉，便得到建筑石膏。其化學(xué)反應(yīng)如下：

CaSO4·2H2OCaSO4·H2O+H2O建筑石膏為白色粉末，俗稱石膏粉，密度為2.5～2.8g／cm3，松散堆積密度為800～1000kg／m3。第三章氣硬性膠凝材料

(一)建筑石膏的凝結(jié)硬化建筑石膏使用時需加水調(diào)制，成為具有一定可塑性的漿體，石膏漿在較短時間內(nèi)就會失去塑性，繼而產(chǎn)生強(qiáng)度，又較快發(fā)展成具有一定強(qiáng)度的固體，這個過程稱為石膏的凝結(jié)硬化。半水石膏在水中發(fā)生溶解，很快形成飽和溶液，并與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成二水石膏。其反應(yīng)如下：

CaSO4·H2O+H2O

CaSO4·2H2O第三章氣硬性膠凝材料實際上石膏的凝結(jié)和硬化是一個連續(xù)的復(fù)雜的化學(xué)物理變化過程。如圖3-3所示：二水石膏膠體顆粒二水石膏晶體交錯的晶體半水石膏圖3-3石灰漿的凝固硬化

第三章氣硬性膠凝材料(二)建筑石膏的特性和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與石灰相比，建筑石膏具有一些更為優(yōu)良的技術(shù)性能：

1．凝結(jié)硬化快2．凝硬過程體積微膨脹3．孔隙率大、體積密度小4．保溫隔熱、吸聲性能好5．強(qiáng)度不高，但發(fā)展快6．耐水性差、抗凍性差7．耐火性好

第三章氣硬性膠凝材料《建筑石膏》(GB9776—88)規(guī)定：建筑石膏根據(jù)其細(xì)度、凝結(jié)時間和2h的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等技術(shù)要求，分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個等級(見表3-4)。

注意：指標(biāo)中有一項不符合者，應(yīng)于降級或報廢。表3-4建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)(GB9776—1988)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品細(xì)度：孔徑0.2mm篩，篩余量不超過（%）5.010.015.0抗折強(qiáng)度：從加水起2h,(MPa)不小于2.52.11.8抗壓強(qiáng)度：從加水起2h,(MPa)不小于4.93.92.9凝結(jié)時間(min)初凝：不早于6終凝：不遲于30第三章氣硬性膠凝材料

第三章氣硬性膠凝材料

(三)建筑石膏的應(yīng)用和保管應(yīng)用1.用于室內(nèi)墻面、頂棚的高級抹灰飾面，具有色白細(xì)膩、光滑美觀、沒有裂紋等良好效果。2．制作成各種石膏板，用于建筑內(nèi)的隔墻板、墻體的覆面板、頂棚板、吸音板等。3．摻入泡沫劑、加氣劑，制成多孔石膏制品，或摻人膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、鋸末等填充料，制成復(fù)合石膏制品，用作建筑物墻體的填充料，能改善墻體的保溫、隔熱、吸音的性能。

第三章氣硬性膠凝材料保管1．建筑石膏一般采用袋裝，可用能防潮且不易破損的紙袋或其它復(fù)合袋包裝。2．在運輸和貯存中應(yīng)注意防水防潮，不同等級的建筑石膏應(yīng)分別貯運。3．貯存期一般不超過三個月。

第三章氣硬性膠凝材料二、其他品種的石膏

(一)高強(qiáng)石膏高強(qiáng)石膏是天然二水石膏在0.13MPa(1.3個大氣壓)、124℃的蒸壓鍋內(nèi)蒸煉而得到的a型晶體的半水石膏。特點：石膏的晶體較粗，用水量較少，硬化后的石膏較為密實，強(qiáng)度較高。應(yīng)用：（1）主要用于要求較高的室內(nèi)抹灰、裝飾制品和石膏板。（2）也可代替白色水泥使用于室內(nèi)飾面。（3）常加入防水劑制成高強(qiáng)度耐水石膏，可用于較潮濕的環(huán)境中。

第三章氣硬性膠凝材料

(二)模型石膏(又稱塑像石膏)模型石膏是選用較純的二水石膏作原料，在190℃的溫度下煅燒，再磨細(xì)而成。其主要成分是半水石膏和部分無水石膏（CaSO4·H2O+CaSO4)。特點：凝結(jié)硬化快，強(qiáng)度較高，它的制品表面色白、光潔、細(xì)膩、美觀。應(yīng)用：主要用來制作裝飾浮雕、模型、工藝品、標(biāo)本等，醫(yī)療上牙科、骨科也多用此石膏。第三章氣硬性膠凝材料一、水玻璃的成分水玻璃又名泡花堿，主要成分為硅酸鈉(Na2O·nSiO2)或硅酸鉀（K2O·nSiO2)。通常為無色或淡黃色的、透明或半透明的粘稠液體。工程上主要用硅酸鈉水玻璃。1、生產(chǎn)：水玻璃的生產(chǎn)有干法和濕法兩種干法是以石英砂(SiO2)、純堿(Na2CO3)磨細(xì)后均勻混合，高溫煅燒至1300～1400℃，使其在熔融狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，冷卻后得到固體水玻璃，再在0.4MPa(4個大氣壓)的沸水中溶解成液態(tài)水玻璃。其化學(xué)反應(yīng)為：

Na2CO3+nSiO2

Na2O·nSiO2+CO2↑第三節(jié)水玻璃第三章氣硬性膠凝材料濕法是將石英砂與氫氧化鈉溶液放入蒸壓鍋中通入0.2～0.3MPa(2～3個大氣壓)的高壓蒸汽，在攪拌中直接生成液態(tài)水玻璃。其反應(yīng)為：2NaOH十nSiO2Na2O·nSiO2+H2O

第三章氣硬性膠凝材料2、水璃模數(shù)（n)水玻璃Na2O·nSiO2中的n為所含氧化硅(SiO2)與氧化鈉(Na2O)的摩爾比，稱為水玻璃模數(shù)。工程上用水玻璃的n值一般為2.5～3.0。n值越大，說明SiO2的含量越多，水玻璃的粘度越大，粘結(jié)力越強(qiáng)，但對水的溶解度降低。同一模數(shù)的水玻璃，稠者密度大，粘結(jié)力強(qiáng)。但n值過大或水玻璃過稠均不便于施工。當(dāng)水玻璃過稀或過稠時，可采用加熱濃縮或加水稀釋的方法來調(diào)整，使之粘度適宜。如果加入一些尿素，可不改變稠度，而提高粘結(jié)力。

第三章氣硬性膠凝材料二、