土木工材料 第4章 氣硬性膠凝材料

第四章氣硬性凝膠材料第一節(jié)石膏第二節(jié)石灰第三節(jié)水玻璃1.膠凝材料定義

在土木工程材料中，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)作用，能將散粒狀（如砂、石子）或塊狀材料（如磚、石塊等）粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。第四章氣硬性凝膠材料2.膠凝材料分類膠凝材料無機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料無機(jī)膠凝材料則以無機(jī)化合物為基本成分。以天然的或合成的有機(jī)高分子化合物為基本成分，常用的有瀝青、各種合成樹脂等。如石膏、石灰、水玻璃如水泥第四章氣硬性凝膠材料氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度。水硬性膠凝材料不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發(fā)展其強(qiáng)度。石灰水泥第四章氣硬性凝膠材料石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。1.建筑石膏的原料1)天然二水石膏：又稱軟石膏、生石膏，主要成分為含有兩個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈣（CaSO4·2H2O），是生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要原料。2)天然無水石膏:

又稱硬石膏，主要成分是無水硫酸鈣（CaSO4），只可用于生產(chǎn)無水石膏水泥和高溫煅燒石膏。3)化工石膏：

含有二水石膏的化工副產(chǎn)品及廢渣，

如氟石膏、磷石膏和排煙脫硫石膏等。一、石膏凝膠材料的原料、生產(chǎn)及品種第一節(jié)石膏2.建筑石膏的生產(chǎn)

（二水石膏）

（β型半水石膏）

（二水石膏）

（α型半水石膏）一、石膏凝膠材料的原料、生產(chǎn)及品種第一節(jié)石膏生石膏天然石膏熟石膏建筑石膏一、石膏凝膠材料的原料、生產(chǎn)及品種第一節(jié)石膏

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。建筑石膏與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為：因?yàn)槎嗳芙舛葍H為半水石膏的溶解度1/5，故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。二、半水石膏的水化與凝結(jié)硬化第一節(jié)石膏

石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，形成相互交錯(cuò)且孔隙率逐漸減小的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度也會(huì)不斷增大，直至水分完全蒸發(fā)，形成硬化后的石膏結(jié)構(gòu)，這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實(shí)際上是交叉進(jìn)行的。

水化→結(jié)晶→凝結(jié)→晶體長大與互生→硬化二、半水石膏的水化與凝結(jié)硬化第一節(jié)石膏1.建筑石膏的主要特性1）凝結(jié)硬化快

建筑石膏的初凝時(shí)間不小于6min，終凝時(shí)間不大于30min，一星期左右完全硬化。由于凝結(jié)快，在實(shí)際工程使用時(shí)往往需要摻加適量緩凝劑，如可摻0.1％-0.2％的動(dòng)物膠或1％亞硫酸鹽酒精廢液，也可摻0.1％-0.5％的硼砂等。2）硬化時(shí)體積微膨脹，裝飾性好

一般膨脹0.5％-1.5％，這種微膨脹性可使硬化體表面光滑飽滿，干燥時(shí)不開裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利于制造復(fù)雜圖案花型的石膏裝飾件。三、建筑石膏的主要特性、技術(shù)要求和應(yīng)用第一節(jié)石膏3）硬化后孔隙率高

石膏漿體硬化后，多余的自由水蒸發(fā)，內(nèi)部留下大量孔隙，孔隙率可達(dá)50%-60%，密度較小，卻使石膏制品具有導(dǎo)熱系數(shù)大、吸聲性強(qiáng)、吸濕性大、可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度的特點(diǎn)。三、建筑石膏的主要特性、技術(shù)要求和應(yīng)用第一節(jié)石膏4）防火性好

建筑石膏硬化后的主要成分是帶有兩個(gè)結(jié)晶水分子的二水石膏，當(dāng)其遇火時(shí)，二水石膏脫出結(jié)晶水，結(jié)晶水吸收熱量蒸發(fā)時(shí)，在制品表面形成水蒸汽幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大、防火性能越好?？烧{(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。三、建筑石膏的主要特性、技術(shù)要求和應(yīng)用第一節(jié)石膏5）耐水性和抗凍性差

建筑石膏吸濕、吸水性大，故在潮濕環(huán)境中，建筑石膏晶體粒子間粘合力會(huì)被削弱，故軟化系數(shù)小，長期浸水還會(huì)因二水石膏晶體溶解而引起潰散破壞，故耐水性差。在建筑石膏中加入適量水泥、粉煤灰、磨細(xì)的?；郀t礦渣以及各種有機(jī)防水劑，可提高制品的耐水性。

另外，建筑石膏中的水分受凍結(jié)冰后會(huì)產(chǎn)生崩裂，故抗凍性差。

1)建筑石膏的等級(jí)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國標(biāo)《建筑石膏》的規(guī)定，按抗折、抗壓強(qiáng)度和細(xì)度指標(biāo)分為為優(yōu)等品、一等品和合格品。技術(shù)要求等級(jí)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度2.52.11.8抗壓強(qiáng)度4.93.92.9細(xì)度(以0.2mm方孔篩篩余百分?jǐn)?shù)計(jì)，不大于）5.010.015.0建筑石膏的質(zhì)量指標(biāo)三、建筑石膏的主要特性、技術(shù)要求和應(yīng)用第一節(jié)石膏2.建筑石膏的技術(shù)要求及應(yīng)用1.原料：

以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，常用的有石灰石，白云石等，其主要成分為CaCO3，次要成分為MgCO3

。2.生產(chǎn)工藝：一、石灰的原料及生產(chǎn)第二節(jié)石灰煅燒石灰石溫度在900℃-1000℃左右時(shí)溫度過高時(shí)溫度過低時(shí)正火石灰欠燒石灰過燒石灰欠燒石灰中碳酸鈣未完全分解，影響石灰的質(zhì)量和產(chǎn)漿量；過燒石灰內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，CaO晶粒粗大，表面被一層玻璃釉狀物包裹，與水反應(yīng)極慢，會(huì)引起已硬化的石灰發(fā)生鼓包開裂破壞。一、石灰的原料及生產(chǎn)第二節(jié)石灰3.石灰種類1)按氧化鎂的含量分為：

鈣質(zhì)建筑石灰和鎂質(zhì)建筑石灰2)按照加工方法分為：生石灰：石灰石煅燒成的白色或淺灰色疏松結(jié)構(gòu)塊狀物，主要成分為CaO生石灰粉：由塊狀生石灰磨細(xì)而成。消石灰粉：將生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥而成的粉末，主要成分是Ca(OH)2。石灰膏（漿）：將塊狀生石灰用過量水（約為生石灰體積的3到4倍）消化，或?qū)⑾曳酆退韬?，得到一定稠度的膏狀物，主成分是Ca(OH)2和水。一、石灰的原料及生產(chǎn)第二節(jié)石灰產(chǎn)品名稱物理狀態(tài)有效成分主要用途生石灰灰白色塊狀物CaO+MgO生產(chǎn)其它石灰產(chǎn)品生石灰粉白色或灰白色粉末CaO+MgO生產(chǎn)石灰膏或硅酸鹽制品消石灰粉白色粉末Ca(OH)2+Mg(OH)2制作石灰土、三合土、硅酸鹽制品石灰漿白色漿體Ca(OH)2+Mg(OH)2抹面、砌筑不同石灰產(chǎn)品的狀態(tài)、成分與用途一、石灰的原料及生產(chǎn)第二節(jié)石灰石灰石熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅燒加適量水熟化磨細(xì)加水為石灰質(zhì)量的2.5-3倍沉淀除去表層多余水分塊狀生石灰一、石灰的原料及生產(chǎn)第二節(jié)石灰將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—?dú)溲趸}，這個(gè)過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：

生石灰水化反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)可逆水化熱大，水化速率快水化過程中體積增大二、石灰的熟化與硬化第二節(jié)石灰工程中熟化的方法有兩種1)熟化為熟石灰粉：將生石灰塊分層淋適量的水，使石灰充分熟化，又不會(huì)過濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟石灰粉。2)熟化為石灰膏：將生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。

熟化過程中為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。二、石灰的熟化與硬化第二節(jié)石灰熟化為石灰膏：將生石灰放入水中，注意水要過量池中透明液體為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰二、石灰的熟化與硬化第二節(jié)石灰石灰漿的硬化

石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程來完成的：1）石灰漿的干燥硬化（結(jié)晶作用）滯流在孔隙中的自由水蒸發(fā)或被周圍環(huán)境吸收，使Ca(OH)2溶液飽和，析出結(jié)晶。2）石灰漿的碳化（碳化作用）氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣晶體。只有在有水的條件下才能進(jìn)行。二、石灰的熟化與硬化第二節(jié)石灰1.石灰的主要特性1）可塑性好2）硬化緩慢3）硬化后強(qiáng)度低4）硬化時(shí)體積收縮大5）耐水性差

石灰硬化收縮產(chǎn)生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰3.石灰的應(yīng)用1)建筑室內(nèi)粉刷三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰2)拌制建筑砂漿三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰

建筑物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土(石灰、粘土、細(xì)砂)，二灰土（石灰、粉煤灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰、級(jí)配碎石）3)配置三合土和灰土用作鋪筑步道磚的墊層用作土路面的基層三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰4)加固含水軟土基礎(chǔ)

在軟土地基中打入生石灰樁，可以利用生石灰吸水產(chǎn)生膨脹對樁周土壤起擠密作用，利用生石灰和粘土礦物間產(chǎn)生的膠凝反應(yīng)使周圍的土固結(jié)，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。三合土樁灰土樁三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰蒸壓灰砂磚蒸壓加氣砼砌塊5)生石灰硅酸鹽制品6)磨制生石灰粉三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰石灰石熟石灰粉石灰乳煅燒加適量水熟化磨細(xì)加過量水進(jìn)行陳伏加水稀釋多用來拌制灰土和三合土用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿粉刷墻壁生石灰塊石灰膏使用時(shí)可以不進(jìn)行陳伏生石灰粉三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰問題：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？答：(1)

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)間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。

(2)

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。三、石灰的主要特性、技術(shù)要求及應(yīng)用第二節(jié)石灰水玻璃俗稱泡花堿，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：硅酸鈉水玻璃（Na