氣硬性膠凝材料

1、氣硬性膠凝材料 本章提要 緒 4.1 石 灰 4.2 石 膏 4.3 水 玻 璃氣硬性膠凝材料 本章講述了建筑工程中常用的石灰、石膏和本章講述了建筑工程中常用的石灰、石膏和水玻璃三種氣硬性膠凝材料。要求掌握各種材料水玻璃三種氣硬性膠凝材料。要求掌握各種材料的特性及應(yīng)用，熟悉其生產(chǎn)、凝結(jié)硬化原理以及的特性及應(yīng)用，熟悉其生產(chǎn)、凝結(jié)硬化原理以及儲(chǔ)運(yùn)、使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。儲(chǔ)運(yùn)、使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。氣硬性膠凝材料 一、一、 凡能夠通過(guò)自身的物理化學(xué)作用，從漿凡能夠通過(guò)自身的物理化學(xué)作用，從漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能把散粒材料（如砂、石）或塊狀材料體變成堅(jiān)硬的固體，并能把散粒材料（如砂、石）或塊狀材料（如磚

2、和石塊）膠結(jié)成為一個(gè)整體（如磚和石塊）膠結(jié)成為一個(gè)整體l有機(jī)膠凝材料有機(jī)膠凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物為基本是指以天然的或人工合成的高分子化合物為基本組分的一類膠凝材料。組分的一類膠凝材料。l無(wú)機(jī)膠凝材料無(wú)機(jī)膠凝材料是指以無(wú)機(jī)礦物為主要成分，當(dāng)其與水或水溶液是指以無(wú)機(jī)礦物為主要成分，當(dāng)其與水或水溶液拌和后形成的漿體，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)變化，而將其他材料拌和后形成的漿體，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)變化，而將其他材料膠結(jié)成具有強(qiáng)度的整體。膠結(jié)成具有強(qiáng)度的整體。氣硬性膠凝材料 無(wú)機(jī)膠凝材料根據(jù)硬化條件不同又分為氣硬性和水硬性兩種。 氣硬性膠凝材料一般只能在空氣中硬化并保持其強(qiáng)度。如石灰、石膏等

3、。 水硬性膠凝材料既能在空氣中硬化，又能在水中繼續(xù)硬化并保持和發(fā)展其強(qiáng)度。如水泥等。 氣硬性膠凝材料 4.1.1 石灰的原料及生產(chǎn)石灰的原料及生產(chǎn)4.1.2 石灰的熟化石灰的熟化4.1.3 石灰的硬化石灰的硬化4.1.4 石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 4.1.5 石灰的應(yīng)用及儲(chǔ)存石灰的應(yīng)用及儲(chǔ)存氣硬性膠凝材料 石灰石灰是由石灰?guī)r煅燒而成。石灰?guī)r的主要成是由石灰?guī)r煅燒而成。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣分是碳酸鈣(CaCO3)和碳酸鎂和碳酸鎂(MgCO3)。 石灰?guī)r在適當(dāng)溫度石灰?guī)r在適當(dāng)溫度(10001100)下煅燒，得下煅燒，得到以到以CaO為主要成分的物質(zhì)即石灰，也叫生石灰為主

4、要成分的物質(zhì)即石灰，也叫生石灰(其中含一定量其中含一定量MgO)：1000110032CaCOCaO()+CO-178kJ/mol 生石灰氣硬性膠凝材料 生石灰燒制過(guò)程中，往往由于石灰石原料的生石灰燒制過(guò)程中，往往由于石灰石原料的尺寸過(guò)大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘尺寸過(guò)大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰欠火石灰”。 第二種情況是由于燒制的溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)第二種情況是由于燒制的溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積長(zhǎng)，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱

5、為收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過(guò)火石過(guò)火石灰灰”。過(guò)火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃。過(guò)火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過(guò)火石狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過(guò)火石灰才開(kāi)始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和灰才開(kāi)始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開(kāi)裂。開(kāi)裂。氣硬性膠凝材料 熟化后的產(chǎn)物熟化后的產(chǎn)物Ca(OH)2稱稱熟石灰或消石灰熟石灰或消石灰。氣硬性膠凝材料 石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)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(guò)程來(lái)完成的：同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程來(lái)完成的：l結(jié)晶過(guò)程：多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收，結(jié)晶

6、過(guò)程：多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收，Ca(OH) 2逐漸從飽和溶液中析出結(jié)晶。逐漸從飽和溶液中析出結(jié)晶。 (1)碳化過(guò)程：碳化過(guò)程： Ca(OH) 2和空氣中的和空氣中的CO2化合，化合，生成碳酸鈣晶體。反應(yīng)式如下：生成碳酸鈣晶體。反應(yīng)式如下：OHnCaCOOnHCOOHCa23222) 1()(碳化氣硬性膠凝材料 一、石灰的技術(shù)要求一、石灰的技術(shù)要求 1. 有效氧化鈣和氧化鎂含量有效氧化鈣和氧化鎂含量 2. 生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)可耶a(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)?3. 二氧化碳二氧化碳(CO2)含量含量 4. 消石灰粉游離水含量消石灰粉游離水含量 5. 細(xì)度細(xì)度氣硬性膠凝材料 根據(jù)根據(jù)建筑生石

7、灰建筑生石灰(JC/T479(JC/T4791992)1992)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按按MgOMgO的含量的多少，建筑生石灰分為鈣質(zhì)和鎂質(zhì)兩的含量的多少，建筑生石灰分為鈣質(zhì)和鎂質(zhì)兩類，分別劃分為類，分別劃分為優(yōu)等品、一等品和合格品優(yōu)等品、一等品和合格品3 3個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的質(zhì)量要求見(jiàn)表各等級(jí)的質(zhì)量要求見(jiàn)表3.13.1。 建筑消石灰粉按建筑消石灰粉按MgOMgO的含量分為的含量分為鈣質(zhì)消石灰粉鈣質(zhì)消石灰粉(MgO(MgO含量小于含量小于4%)4%)、鎂質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉(MgO(MgO含量在含量在4%24%)4%24%)和和白云石消石灰粉白云石消石灰粉(MgO(MgO含量在含量在24%

8、30%)24%30%)，并按其技術(shù)，并按其技術(shù)要求分為要求分為優(yōu)等品、一等品和合格品優(yōu)等品、一等品和合格品。見(jiàn)表。見(jiàn)表3.23.2。氣硬性膠凝材料表表3.1 生石灰主要技術(shù)指標(biāo)生石灰主要技術(shù)指標(biāo)(JC/T 47992)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)?5mm圓孔篩篩余)(%，不大于)5101551015CO2(%，不大于)5796810產(chǎn)漿量(L/kg，不小于） 2.82.32.02.82.32.0氣硬性膠凝材料表表3.2 建筑石灰粉的技術(shù)要求建筑石灰粉的技術(shù)要求(JC/T 48092

9、) 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）858075807570CO2含量(%，不大于）791181012細(xì)度0.90mm篩篩余(%，不大于）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余(%，不大于）7.012.018.07.012.018.0返回返回氣硬性膠凝材料 一、石灰的特點(diǎn)一、石灰的特點(diǎn) 1.可塑性好可塑性好 生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)（直徑約為生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)（直徑約為1）的呈膠體分散）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的狀態(tài)的氫氧

10、化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。優(yōu)點(diǎn)是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。 2. 凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低 石灰漿碳化在表面形成碳酸鈣外殼，碳化作用難以深入，內(nèi)部水分又不易蒸石灰漿碳化在表面形成碳酸鈣外殼，碳化作用難以深入，內(nèi)部水分又不易蒸發(fā)，因此凝結(jié)硬化緩慢。硬化后的強(qiáng)度也不高發(fā)，因此凝結(jié)硬化緩慢。硬化后的強(qiáng)度也不高, 1:3 的石灰砂漿的石灰砂漿28天的抗壓強(qiáng)度為天的抗壓強(qiáng)度為 0.20.5 MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下使用，也不宜用于重要建筑物基。所以

11、，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下使用，也不宜用于重要建筑物基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 3. 耐水性差耐水性差 石灰漿體在潮濕環(huán)境中，難以晶體析出，凝結(jié)硬化不會(huì)進(jìn)行。而硬化后的石石灰漿體在潮濕環(huán)境中，難以晶體析出，凝結(jié)硬化不會(huì)進(jìn)行。而硬化后的石灰長(zhǎng)期受水浸泡，氫氧化鈣晶體也會(huì)重新溶于水，使硬化的石灰潰散灰長(zhǎng)期受水浸泡，氫氧化鈣晶體也會(huì)重新溶于水，使硬化的石灰潰散 。 4. 硬化后體積收縮大硬化后體積收縮大 石灰在硬化過(guò)程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起毛細(xì)管顯著的收縮，從而造成石灰在硬化過(guò)程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起毛細(xì)管顯著的收縮，從而造成了體積極大的收縮。所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中了體積極大的收

12、縮。所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料 生石灰的吸水、吸濕性極強(qiáng)，所以應(yīng)防生石灰的吸水、吸濕性極強(qiáng)，所以應(yīng)防潮存放，不應(yīng)與易燃易爆及液體物品共存、潮存放，不應(yīng)與易燃易爆及液體物品共存、同運(yùn)，以免發(fā)生火災(zāi)。同運(yùn)，以免發(fā)生火災(zāi)。 另外，石灰存放過(guò)程中，極易吸收空氣另外，石灰存放過(guò)程中，極易吸收空氣中的水分和二氧化碳，自行消化，失去活性。中的水分和二氧化碳，自行消化，失去活性。 因此，石灰不宜儲(chǔ)存過(guò)久，要做到隨到因此，石灰不宜儲(chǔ)存過(guò)久，要做到隨到隨用。隨用。氣硬性膠凝材料 我國(guó)的石膏

13、資源極其豐富，分布很廣。有自我國(guó)的石膏資源極其豐富，分布很廣。有自然界存在的然界存在的天然二水石膏天然二水石膏(CaSO(CaSO4 42H2H2 2O O，又稱軟石，又稱軟石膏或生石膏膏或生石膏) )、天然無(wú)水石膏天然無(wú)水石膏(CaSO(CaSO4 4，又稱硬石膏，又稱硬石膏) )和各種工業(yè)副產(chǎn)品或廢料和各種工業(yè)副產(chǎn)品或廢料化學(xué)石膏化學(xué)石膏。 石膏膠凝材料的生產(chǎn)石膏膠凝材料的生產(chǎn)，通常是用天然二水石，通常是用天然二水石膏經(jīng)低溫煅燒、脫水、磨細(xì)而成。膏經(jīng)低溫煅燒、脫水、磨細(xì)而成。 氣硬性膠凝材料 二水石膏在二水石膏在107170107170時(shí)激烈脫水，水分迅速時(shí)激烈脫水，水分迅速蒸發(fā)，成為蒸發(fā)

14、，成為型半水石膏型半水石膏： 型半水石膏磨細(xì)即為型半水石膏磨細(xì)即為建筑石膏建筑石膏。其中雜質(zhì)。其中雜質(zhì)含量少、顏色潔白者稱含量少、顏色潔白者稱模型石膏模型石膏。 OHOHCaSOOHCaSOCC22417010724211212常壓氣硬性膠凝材料 二水石膏在二水石膏在0.13MPa0.13MPa壓力的蒸壓鍋內(nèi)蒸煉壓力的蒸壓鍋內(nèi)蒸煉( (溫溫度度125)125)脫水，可制得脫水，可制得型半水石膏型半水石膏： 型半水石膏漿體硬化后的強(qiáng)度較高，故又型半水石膏漿體硬化后的強(qiáng)度較高，故又稱稱高強(qiáng)石膏高強(qiáng)石膏。 OHOHCaSOOHCaSOC22412424211212壓蒸氣硬性膠凝材料 半水石膏遇水后將

15、重新水化生成二水石膏：半水石膏遇水后將重新水化生成二水石膏：OHCaSOOHOHCaSO24224221121 此反應(yīng)實(shí)際上也是半水石膏的溶解和二水石此反應(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喑恋淼目赡娣磻?yīng)，因?yàn)槎嗳芙舛缺劝胨嗟娜芙舛刃〉枚啵源朔磻?yīng)總體表現(xiàn)為向石膏的溶解度小得多，所以此反應(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。右進(jìn)行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。氣硬性膠凝材料 隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)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)生了磨擦力晶體的不斷生成和

16、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(kāi)始下降，這一現(xiàn)象稱為石和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開(kāi)始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的膏的初凝初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結(jié)力的增；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)象為石膏大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的的終凝終凝。 石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長(zhǎng)大和連生，形石膏終凝后，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)，這增大，直至水分完全蒸發(fā)，形成硬化后的

17、石膏結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為石膏的一過(guò)程稱為石膏的硬化硬化。 石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實(shí)際上是交叉進(jìn)行的。石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實(shí)際上是交叉進(jìn)行的。氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料 2. 粉粉 刷刷 石石 膏膏 在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅燒粘土質(zhì)石在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅燒粘土質(zhì)石膏）、各種緩凝劑（木質(zhì)磺酸鈣、檸檬酸、酒石酸等）及附膏）、各種緩凝劑（木質(zhì)磺酸鈣、檸檬酸、酒石酸等）及附加材料（石灰、燒粘土氧化鐵紅等）可配制成像水泥一樣在加材料（石灰、燒粘土氧化鐵紅等）可配制成像水泥一樣在施工中現(xiàn)場(chǎng)拌制的新型抹灰材料施工中現(xiàn)場(chǎng)拌制的新型抹灰材料粉刷石膏。它具有表面堅(jiān)粉刷石膏

18、。它具有表面堅(jiān)硬硬,光滑細(xì)膩光滑細(xì)膩 ,粘結(jié)力強(qiáng)、不裂、不起鼓、防火、保溫、調(diào)濕、粘結(jié)力強(qiáng)、不裂、不起鼓、防火、保溫、調(diào)濕、施工方便，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工。施工方便，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工。 石膏還可用來(lái)生產(chǎn)各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝石膏還可用來(lái)生產(chǎn)各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術(shù)燈圈、角花等等。術(shù)燈圈、角花等等。氣硬性膠凝材料 水玻璃水玻璃俗稱俗稱泡花堿泡花堿，是堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成，是堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的能溶解于水的一種硅酸鹽材料。的能溶解于水的一種硅酸鹽材料。最常用的是最常用的是硅酸鈉水玻璃硅酸鈉水玻璃(Na2OnSiO2)及及硅酸鉀水玻璃硅酸鉀水玻璃(K2OnSiO

19、2)。 生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。 濕法生產(chǎn)硅酸水濕法生產(chǎn)硅酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反應(yīng)生液體水玻璃。應(yīng)生液體水玻璃。 干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中于磨細(xì)拌勻，在熔爐中于13001400C溫度下熔化，生成固體水溫度下熔化，生成固體水玻璃。其反應(yīng)式為：玻璃。其反應(yīng)式為：222232COnSiOONanSiOCONa固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。氣硬性膠凝材料 液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無(wú)定形硅酸液體水玻璃在空氣中吸收二氧