第3章-氣硬性膠凝材料

1/50概述1、膠凝材料的定義2、膠凝材料的分類3、本章教學內容與學習要求4、學習重點與難點2/501、膠凝材料的定義凡能經過自身的物理化學作用,在由可塑漿體變成堅硬石狀體的過程中，能把散粒或塊狀物料膠結成一個整體，且有確定機械強度的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料(CementitiousMaterials)3/502.膠凝材料的分類膠凝材料有機膠凝材料（如瀝青和各種樹脂）無機膠凝材料氣硬性膠凝材料（Non-Hydraulic)（只能在空氣中硬化,并保持或接著提高強度的膠凝材料，如石膏、石灰、水玻璃等）水硬性膠凝材料（Hydraulic）（在拌水后不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化,保持并接著提高強度的膠凝材料，如各種水泥）4/503.本章教學內容與學習要求教學內容

本章主要介紹下列幾種氣硬性膠凝材料的特性、技術性質要求和應用：

石灰(Lime)

石膏(Plaster)

水玻璃(WaterGlass)

鎂質膠凝材料(SorelCement)學習要求了解這幾種膠凝材料的特性與用途5/504.學習重點與難點重點：石灰和石膏的特性與用途難點：①石灰的熟化和硬化特性；②建筑石膏硬化過程的物理化學變更第一節(jié)石灰7/50一、石灰的生產實際煅燒溫度為1000～1100oC溫度過低或煅燒時間過短→產生欠火石灰溫度過高或煅燒時間過長→產生過火石灰石灰原料與煅燒

生產石灰（Lime）的原料有石灰石、白云石、白堊、貝殼等，經煅燒后得到塊狀生石灰：8/50二、石灰的熟化（消解）

(一)石灰的熟化過程石灰熟化過程放出大量熱，體積膨脹1～2.5倍石灰在運用前，要加水熟化成熟石灰（消石灰，Quicklime)CaO+H2OCa(OH)2+Q9/50(二)欠火石灰和過火石灰的熟化●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●過火石灰：過火石灰結構緊密，熟化很慢，當用于建筑上后，可能接著熟化產生體積膨脹，引氣隆起鼓包和開裂●石灰漿的陳伏：為消退過火石灰的危害，石灰漿需在消解坑里存放兩星期以上（稱為“陳伏”），使未熟化的石灰充分熟化。陳伏期間石灰漿表面應覆蓋一水，以免石灰漿碳化10/50依據《砌筑砂漿協(xié)作比設計規(guī)程》（JGJ98-2000）：生石灰熟化成石灰膏時，應用孔徑不大于3mm×3mm的網過濾，熟化時間不得小于7d；磨細生石灰粉的熟化時間不得小于2d石灰的陳伏《建筑裝飾裝修工程質量驗收規(guī)范》（GB50203-2001）規(guī)定：抹灰用的石灰膏的熟化期不應小于15d；罩面用的磨細石灰粉的熟化期不應小于3d

11/50三、石灰的硬化石灰漿在空氣中漸漸硬化，其的硬化包括兩個同時進行的過程：●結晶過程水分蒸發(fā)引起氫氧化鈣從過飽和溶液中析出●碳化過程氫氧化鈣吸取空氣中CO2，生成碳酸鈣和水Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O12/50四、石灰的特性●可塑性和保水性好●水化時放熱大，體積增大●硬化緩慢。這是因為碳化作用主要發(fā)生在與空氣接觸的表面，且生成膜CaCO3層較致密，阻礙了空氣中CO2的滲入，也阻礙了內部水分向外蒸發(fā)，因此硬化緩慢●硬化時體積收縮大。因為硬化時大量水蒸發(fā)，導致毛細管失水收縮13/50●硬化后強度低。其緣由是石灰消化時實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?！衲退圆?。因為Ca(OH)2微溶于水14/50除了塊狀石灰，常用的石灰產品還有：●生石灰粉：由塊狀石灰磨細得到的粉末，主要成分為CaO●消石灰粉：將生石灰用適量水經消化和干燥而成的粉末，主要成分為Ca(OH)2，亦稱熟石灰●石灰膏：將塊狀生石灰用過量水（約為生石灰體積的3～4倍）消化，或將消石灰粉和水拌和，所得達確定稠度的膏狀物，主要成分為Ca(OH)2和水五、石灰的技術指標15/501.建筑生石灰產品標準：《建筑生石灰》鈣質生石灰（MgO≤5%），鎂質生石灰（MgO＞5%）建筑生石灰的技術指標項目鈣質生石灰鎂質生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥，（%）908580858075CO2含量≤，（%）5796810未消解殘渣含量（5mm圓孔篩余）≤，（%）5101551015產漿量≥，（L/kg）2.82.32.02.82.32.016/502.建筑生石灰粉產品標準：《建筑生石灰粉》JCT480-92分類：鈣質生石灰粉（MgO≤5%），鎂質生石灰粉（MgO＞5%）建筑生石灰粉的技術指標項目鈣質生石灰粉鎂質生石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）858070807570CO2含量≤,（%）791181012細度0.90mm篩的篩余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余≤,（%）7.012.018.07.012.018.017/503.建筑消石灰粉

產品標準：《建筑消石灰粉》JC/T481一92分類：鈣質消石灰粉（MgO＜4%），鎂質消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）建筑消石灰粉的技術指標項目鈣質消石灰粉鎂質消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CaO+MgO含量≥,（%）706560656055656055游離水（%）0.4~2體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細度0.90mm篩的篩余≤,(%)000.5000.5000.50.125mm篩的篩余≤,(%)31015310153101518/50六、石灰的應用●

制作石灰乳涂料●

配制砂漿（石灰砂漿和石灰水泥混合砂漿）●

拌制灰土和三合土石灰(消石灰粉)＋粘土＝灰土石灰(消石灰粉)＋粘土＋砂等＝三合土灰土和三合土硬化時,除Ca(OH)2發(fā)生結晶和碳化作用外，Ca(OH)2還能與粘土中少量活性SiO2及Al2O3作用而生成具有水硬性的水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣。19/50●

生產硅酸鹽制品磨細生石灰或消石灰與砂、粉煤灰、爐渣等硅質材料加水拌和、經成型蒸養(yǎng)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。20/50其次節(jié)石膏22/50一、石膏的生產（一）石膏的原料生產石膏膠凝材料的的原料有：自然二水石膏CaSO4·2H2O自然無水石膏CaSO4含硫酸鈣工業(yè)廢料磷石膏、氟石膏、芒硝石膏等。23/50自然二水石膏24/50(二）石膏相有5種形態(tài)、7個變種二水石膏α型與β型半水石膏α與βⅢ型硬石膏Ⅱ型硬膏石Ⅰ型硬石膏，只在1180℃以上才存在為建筑石膏，又稱熟石膏為高強石膏25/50（三）石膏的生產過程石膏膠凝材料的主要生產工序是裂開和煅燒。自然二水石膏在非密閉的窯爐中加熱到107o～180oC時，可得b型半水石膏，又稱熟石膏，磨細后即為建筑石膏26/50試驗室志向條件下石膏的脫水轉變圖高溫脫水難溶或者不溶27/50工業(yè)生產條件下石膏的脫水轉變圖28/50（四）二水石膏在不同溫度下的生成物及性質煅燒溫度生成物性質107～170oC（常壓）b半水石膏CaSO4·1/2H2O加水后生成CaSO4·2H2O，凝結硬化很快，放出熱量，體積略膨脹125oC(0.13MPa)a半水石膏CaSO4·1/2H2O需水量較b半水石膏小，故硬化后強度較高170～200oC可溶硬石膏CaSO4Ⅲ水化凝結較快，同時放出大量熱，需水量較b半水石膏高，強度較低>400oC硬石膏CaSO4Ⅱ400～500oC是難溶石膏，500～750oC為不溶石膏>800oC煅燒石膏CaSO4和少量CaO不加激發(fā)劑也具有水化硬化能力，凝結較慢，抗水性好，耐磨性高29/50二、建筑石膏（一）建筑石膏的凝合與硬化1－半水石膏；2－二水石膏膠粒；3－二水石膏晶體；4－交錯的晶體膠化結晶開始結晶長大與交錯30/501.凝合硬化快常溫下完全水化的時間為5～15min，終凝時間不超過30min，7d左右完全硬化。凝結硬化原理：

的溶解度很小，約半水石膏的1/5，很快達到飽和析出晶體，晶體長大、連生、交錯，并產生強度

（二）建筑石膏的特性31/502.硬化時體積微膨脹膨脹率約為1%注模后能真實反映模子的細致紋理石膏制品表面光滑飽滿、棱角清晰，表面潔白細膩，適用于澆注各種建筑花飾和雕塑干燥時不開裂32/505.防火性好石膏制品遇火時，二水石膏的結晶水蒸發(fā)，吸取熱量，并在表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層不宜長期靠近65℃以上高溫的部位，以免脫水分解3.孔隙率大，表觀密度小，強度低半水石膏水化，理論需水量18.6%，實際加水量約為60~80%，多余水分硬化后蒸發(fā)，留下孔隙4.隔熱、吸聲性良好孔隙率高，且為微細的毛細孔33/507.耐水性和抗凍性差潮濕條件→晶粒間的結合力減弱，強度下降水中浸泡→水化物二水石膏晶體漸漸溶解而破壞吸水受凍→空隙中水分會結冰膨脹破壞提高石膏耐水性加入水硬性材料，如水泥、礦渣加入水溶性樹脂氨基、密胺、聚乙烯醇等加入有機乳液，如瀝青、石蠟6.具有確定的調溫調濕性熱容量大，吸濕性強，可以保持室內“小氣候”均衡狀態(tài)8.加工性能好。可鋸，可刨，可釘，可打眼34/50產品標準：《建筑石膏》（GB／T9776-2008）分為優(yōu)等品、一等品和合格品建筑石膏技術指標技術指標優(yōu)等品一等品合格品抗折強度，MPa，≥2.52.11.8抗壓強度，MPa，≥4.93.92.9細度（0.2mm方孔篩篩余，%），≤5.010.015.0凝結時間初凝時間≥6min；終凝時間≤30min（三）建筑石膏技術要求35/50（四）建筑石膏的應用石膏的主要應用粉刷石膏石膏制品面層粉刷石膏底層粉刷石膏保溫層粉刷石膏石膏切塊紙面石膏板纖維石膏板空心石膏條板藝術裝飾石膏制品36/50紙面石膏板37/50裝飾石膏制品壁花天花板裝飾花38/50裝飾石膏制品梁托線條拐角、線條藝術鏡框羅馬柱第三節(jié)水玻璃40/50一、水玻璃的生產

水玻璃俗稱泡花堿，是一種能溶于水的硅酸鹽，由不同比的堿金屬氧化物和二氧化硅所組成化學式為R2O·nSiO2二氧化硅和堿金屬氧化物的摩爾比n稱為水玻璃的模數，一般在2.6～3.0之間，密度為1.3～1.5g/cm3

41/50生產方法：濕法：石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(0.2～0.3MPa)用蒸汽加熱，干脆反應生成水玻璃干法：石英砂和碳酸鈉共同加熱熔化，經冷卻成固體，再與水加熱溶解成水玻璃42/50二、水玻璃的硬化無定形硅凝膠

因空氣中CO2較少，該過程較慢，通常加入12～15％氟硅酸鈉加速硅酸凝膠析出。43/50三、水玻璃的性能●膠結性能好●熱穩(wěn)定性好●耐酸性好●耐水性和耐堿性差44/50四、水玻璃的應用●配制建筑涂料●干脆涂刷多孔制品表面，提高密實性和耐久性、●配制快凝防水劑●配制耐酸混凝土和砂漿●配制耐熱混凝土和砂漿●作為灌漿材料加固地基第四節(jié)鎂質膠凝材料46/50一、概述鎂質膠凝材料是由磨細的苛性苦土（MgO）或者苛性白云石（MgO、CaCO3）為主組成的一種氣硬性膠凝材料白色或者淺黃色粉末，不宜用純水拌制，而須要用氯化鎂溶液作為調和劑拌制硬化體性質與MgO活性及水化產物的相組成等多種因素有關47/50主要原料：苛性苦土-自然菱鎂礦（MgCO3）苛性白云石-自然白云石