土木工程材料膠凝材料

教學(xué)要求：

1、了解氣硬性材料的定義及分類；2、掌握石膏的技術(shù)性質(zhì)；3、掌握石灰的特性及技術(shù)要求；4、了解水玻璃的特性及應(yīng)用。4無機(jī)氣硬性膠凝材料一、膠凝材料定義在土木工程材料中，凡是經(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。二、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。(絕大多數(shù)的無機(jī)化合物可以歸入氧化物、酸、堿、鹽四大類)

有機(jī)膠凝材料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4.1建筑石膏

石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時(shí)可形成多種性能不同的石膏，如建筑石膏、高強(qiáng)石膏及硬石膏水泥4.1.1建筑石膏的原料與生產(chǎn)1、建筑石膏的原料天然的原材料原材料化學(xué)石膏天然的二水石膏（生石膏）和硬石膏磷石膏、脫硫石膏和鹽石膏天然二水石膏：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。硬石膏:又稱天然無水石膏，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。2、建筑石膏的生產(chǎn)

建筑石膏通常是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107℃～170℃，可產(chǎn)生β型建筑石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）

124℃條件下壓蒸（0.13MPa大氣壓）加熱可產(chǎn)生α型建筑石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）建筑石膏生產(chǎn)簡(jiǎn)介：原料（天然二水石膏礦石、天然無水石膏、化工石膏等）經(jīng)加熱煅燒、脫水、磨細(xì)得石膏產(chǎn)品。建筑石膏為非封閉、加熱到107-170℃得到。加熱溫度和方式不同可得到不同類型石膏產(chǎn)品。分類：建筑石膏（107℃～170℃）高強(qiáng)石膏(124℃,0.13MPa大氣壓)可溶性石膏（170℃～250℃）不溶性石膏（>400℃)高溫煅燒石膏(>800℃)生石膏天然石膏熟石膏建筑石膏4.1.2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小很多，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(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，直至消失并產(chǎn)生強(qiáng)度，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。

石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長(zhǎng)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(zhǎng)大與互生→硬化4.1.3建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)1.建筑石膏的等級(jí)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

建筑石膏密度2.60～2.75g/cm3,堆積密度800～1000kg/cm3,根據(jù)國(guó)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)2.建筑石膏的特性1、凝結(jié)硬化快，初凝

6min，終凝

30min；2、硬化后孔隙率大（50~60%）、強(qiáng)度低；3、絕熱性和吸音性能好，耐水性差(軟化系數(shù)0.3~0.45)；4、具有較好的防火性能；5、凝結(jié)時(shí)體積產(chǎn)生微膨脹（0.05%~0.15%）；6、裝飾性好；7、可加工性能好；4.1.4建筑石膏的應(yīng)用1.粉刷石膏用于室內(nèi)抹灰與粉刷，按用途分類可分為：面層粉刷石膏地層粉刷石膏保溫粉刷石膏2.建筑石膏用品裝飾石膏板嵌裝式裝飾石膏板藝術(shù)裝飾石膏制品裝飾石膏板裝飾石膏板吸聲用穿孔石膏板石膏藝術(shù)制品

4.2建筑石灰4.2.1石灰的生產(chǎn)、化學(xué)成分與品種（一）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

。（二）生產(chǎn)工藝：

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

欠燒石灰含較多未消化殘?jiān)?，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。（三）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韬停玫揭欢ǔ矶鹊母酄钗?，主成分是Ca(OH)2和水。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4.2.2生石灰的水化（淋灰）

一、水化原理將生石灰加水，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)：1.反應(yīng)可逆2.水化熱大，水化速率快3.水化過程中體積增大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。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4.2.3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。4.2.4建筑石灰的特性與技術(shù)要求1.建筑石灰的特性（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2.建筑石灰的技術(shù)要求建筑生石灰的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(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?jiān)浚?mm圓孔篩篩余量）%，不大于5101551015CO2含量/%,不大于5796810產(chǎn)漿量，L/kg，不小于2.82.32.02.82.32.01）.建筑生石灰的技術(shù)要求2）.建筑石灰粉的技術(shù)要求項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰粉鎂質(zhì)生石灰粉白云石消石灰粉優(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1．(CaO+Mgo)含量(％)不小于7065606560556560552．游離水(％)0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．體積安定性

合格合格--合格合格--合格合格--4.細(xì)度0.9mm篩篩余(％)不大于000.5000.5000.50.125mm篩余(％)不大于310153101531015建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于8580758075702.C02(％)不大于791181012細(xì)度0.9mm篩篩余(％)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余(％)不大于7.012.018.07.012.018.03）.建筑生石灰粉的技術(shù)要求建筑生石灰粉的技術(shù)指標(biāo)4.2.5建筑石灰的應(yīng)用1建筑室內(nèi)粉刷2拌制建筑砂漿

建筑物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、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(duì)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4.3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。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有：硅酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、硅酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、硅酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是硅酸鈉水玻璃。4.3.1水玻璃的生產(chǎn)生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種作業(yè)1.膠凝材料按照化學(xué)成分分為_______和________。2.名詞解釋：氣硬性膠凝材料、水硬性膠凝材料。3.建筑石膏的分子式是_________，天然石膏的分子式_________4簡(jiǎn)述建筑石膏的特性。5生石灰的主要成分是_______和________。生石灰按照______-___含量，分為________和________。6.石灰的煅燒溫度對(duì)其質(zhì)量有何影響？7.分析生石灰消解和硬