建材 第3章 氣硬性膠凝材料

建筑材料第三章氣硬性膠凝材料揚州大學(xué)水利學(xué)院第三章氣硬性膠凝材料膠凝材料：凡是經(jīng)過一系列自身的物理、化學(xué)作用后，在由可塑性漿體變成堅硬固體過程中，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料。分類：膠凝材料有機膠凝材料：如瀝青、樹脂等無機膠凝材料：氣硬性：如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃水硬性：各種水泥第三章氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，并保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料。水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中，而且能更好地在潮濕環(huán)境和水中硬化，并保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料。第三章氣硬性膠凝材料第一節(jié)石灰第二節(jié)石膏第三節(jié)水玻璃第四節(jié)鎂質(zhì)膠凝材料第一節(jié)石灰原料與生產(chǎn)分類消解硬化性質(zhì)與特點技術(shù)指標應(yīng)用第三章第一節(jié)石灰吟于謙千錘萬鑿出深山烈火焚燒若等閑粉身碎骨渾不怕

要留清白在人間一、原料與生產(chǎn)石灰的原料是石灰石、白堊，白云質(zhì)石灰?guī)r或其他主要化學(xué)成分為CaCO3的物質(zhì)，其分布廣泛，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉。石灰原料經(jīng)高溫煅燒后，即得到生石灰：

為加快煅燒過程，通常溫度在1000~1100℃。第三章第一節(jié)一、原料與生產(chǎn)煅燒良好的生石灰一般酥松多孔，質(zhì)地均勻，白色或淺黃色，密度為3.2g/cm3，堆積密度為800~1000kg/m3。煅燒時若溫度過低或分布不均，CaCO3不能完全分解，則產(chǎn)生欠火石灰；若溫度過高或時間過長，CaO表面融化，冷卻后形成玻璃狀覆蓋物，則產(chǎn)生過火石灰，從而影響生石灰的質(zhì)量。第三章第一節(jié)二、分類

按生石灰中MgO含量的多少分：鈣質(zhì)石灰，MgO含量≤5%鎂質(zhì)石灰，MgO含量＞5%

按加工使用方法分：生石灰塊、生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰漿、石灰乳、石灰水等

按消解速度分：快速消解石灰、中速消解石灰和慢速消解石灰，第三章第一節(jié)三、消解消解：又稱消化、熟化，工程上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消/熟石灰Ca(OH)2的過程。根據(jù)加水的多少，消解后的狀態(tài)有：消石灰粉理論需水32%，實際加水70%，粉末狀固體，密度2.1g/cm3，堆積密度400~450kg/m3石灰膏/漿實際加水2.5~3.0倍或更多，沉淀后含水量50%左右，膏體，堆積密度1300~1400kg/m3石灰乳/水實際加水250%以上，懸濁液或溶液第三章第一節(jié)三、消解石灰的消解的特點：大量放熱比表面積急劇增加，體積增大1~2.5倍石灰粒子在水中形成石灰膠團結(jié)構(gòu)過火石灰、欠火石灰的消解陳伏：當(dāng)石灰已經(jīng)硬化，過火石灰才開始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起結(jié)構(gòu)隆起或開裂。為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲灰坑中放置兩周以上的過程。第三章第一節(jié)四、硬化包括同時進行的三個過程：干燥硬化－周圍砌體吸水、水分蒸發(fā)結(jié)晶硬化－Ca(OH)2晶體析出碳化硬化－碳化生成CaCO3硬化過程必須在空氣中進行。第三章第一節(jié)四、硬化石灰凝結(jié)硬化慢的原因：表面首先碳化，形成致密的CaCO3薄殼，阻礙了內(nèi)部石灰的進一步碳化；CaCO3薄殼阻礙了內(nèi)部水分的散發(fā)；空氣中的CO2含量低。鎂質(zhì)石灰的消解與硬化較慢，產(chǎn)漿量少，但硬化后孔隙率低，強度高。第三章第一節(jié)五、性質(zhì)與特點生石灰良好的吸濕性是很好的吸濕劑、防潮劑石灰膏良好的保水性直徑約為1μm的分散狀態(tài)的Ca(OH)2膠體，其表面吸附一層較厚的水膜，常用作砂漿的保水材料凝結(jié)硬化過程慢凝結(jié)硬化過程中體積收縮大需蒸發(fā)大量游離水，為防止干裂，可加入填充料硬化后的石灰強度低硬化后的石灰耐水性差Ca(OH)2結(jié)晶易溶于水，不能用于水中或潮濕環(huán)境六、技術(shù)指標建筑石灰的技術(shù)指標有細度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。按技術(shù)指標分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體技術(shù)要求見：JC/T479-1992《建筑生石灰》JC/T480-1992《建筑生石灰粉》JC/T481-1992《建筑消石灰粉》第三章第一節(jié)七、應(yīng)用石灰乳熟石灰的水溶液或懸濁液，是一種廉價的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度，也可用于外墻。加入各種耐堿顏料，可形成彩色涂料；加入少量水泥、礦渣或粉煤灰，可提高耐水性；加入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。石灰砂漿按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。石灰膏+砂+水，既可用作砌筑砂漿又可用作抹面。石灰膏+纖維+水，多用于抹面。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用石灰土和三合土石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合使用，制成石灰土，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，多用于加固地面、密實地面，穩(wěn)定地基，可在潮濕環(huán)境中使用。如建筑物或道路基礎(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、級配碎石）等。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用灰砂磚和硅酸鹽制品石灰與天然砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，磨細，加水?dāng)嚢?壓制成形，再經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護，形成以水化硅酸鈣為主要產(chǎn)物的硅酸鹽制品。為使其獲早期強度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護或蒸壓。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。第三章第一節(jié)七、應(yīng)用碳化石灰板將磨細生石灰、纖維狀填料或輕質(zhì)骨料攪拌成型，然后用CO2進行人碳化，而成的一種輕質(zhì)板材。用于惰性膠凝材料的激發(fā)劑無熟料水泥第三章第一節(jié)第二節(jié)石膏原料分類與生產(chǎn)硬化性質(zhì)與特點技術(shù)指標應(yīng)用第三章第二節(jié)第二節(jié)石膏石膏：以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。目前常用的石膏膠凝材料有建筑石膏、高強石膏、無水石膏水泥和高溫煅燒石膏等。早在公元前2000~3000年，人類就已經(jīng)學(xué)會利用石膏，如埃及的金字塔、古羅馬建筑和敦煌的莫高窟都是采用了石膏作為膠凝材料。第三章第二節(jié)一、原料天然二水石膏CaSO4·2H2O（生石膏）天然無水石膏CaSO4（硬石膏）工業(yè)副產(chǎn)品/化學(xué)石膏，如磷石膏、煙氣脫硫石膏、氟石膏、硼石膏等第三章第二節(jié)二、分類與生產(chǎn)根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的不同可分為：無水石膏CaSO4：也稱硬石膏。它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，有天然的也可人工生產(chǎn)。天然二水石膏CaSO4·2H2O：也稱生石膏。大部分天然石膏礦為生石膏，是生產(chǎn)建筑石膏的主要原料。建筑石膏CaSO4·1/2H2O：也稱熟石膏或半水石膏。由生石膏加工而成的，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為α型半水石膏（高強石膏）和β型半水石膏（建筑石膏），其中雜質(zhì)少，色白，磨得較細的β型半水石膏又稱為模型石膏。第三章第二節(jié)二、分類與生產(chǎn)各種石膏的生產(chǎn)工藝與轉(zhuǎn)化過程：工藝流程：選料→破碎→煅燒→磨細→陳化→成品第三章第二節(jié)三、凝結(jié)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)，此后進一步產(chǎn)生和發(fā)展強度而硬化。建筑石膏與水之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)式為：第三章第二節(jié)三、凝結(jié)與硬化半水石膏遇水即發(fā)生溶解，溶液很快達到飽和，半水石膏水化為二水石膏，因為二水石膏的溶解度比半水石膏的溶解度小得多，二水石膏以膠體微粒自水中析出并轉(zhuǎn)化為晶體。由于二水石膏的析出破壞了原有反應(yīng)體系的平衡，這時半水石膏進一步溶解和水化。如此不斷地進行半水石膏的溶解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化為止。隨著結(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。第三章第二節(jié)三、凝結(jié)與硬化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，這一現(xiàn)象稱為石膏的終凝。石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，形成相互交錯且孔隙率逐漸減小的結(jié)構(gòu)，其強度也會不斷增大，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，實際是同時交叉進行的。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點各種石膏性質(zhì)與特點：

型半水石膏的晶粒較粗，比表面積較小，調(diào)制成漿體時的需水量?。?5~45%），硬化后具有較高的密實度和強度，3h抗壓強度即可達到9~24MPa，7d抗壓強度可達15~40MPa。

型半水石膏的晶體較細，需水量大（80~100%），導(dǎo)致硬化后石膏的孔隙率較大，強度較低。其密度為2.5~2.8g/cm3，堆積密度為800~1200kg/m3。建筑石膏在實際生產(chǎn)與工程中有廣泛的應(yīng)用。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點各種石膏性質(zhì)與特點：可溶性硬石膏的需水量大，凝結(jié)很快，強度低，不宜直接使用。不溶性硬石膏難溶于水，加入激發(fā)劑后配制成無水石膏水泥。無水石膏水泥具有強度高的特點。高溫煅燒石膏由于其中部分CaSO4分解成CaO，CaO起到激發(fā)劑的作用，硬化后不僅強度高，耐磨性和抗水性也提高，又稱為地板石膏。第三章第二節(jié)四、性質(zhì)與特點建筑石膏技術(shù)性質(zhì)：凝結(jié)硬化快。3~30min終凝?？紫堵蚀?，表觀密度小，強度低。通常石膏硬化后的表觀密度為800~1000kg/m3，抗壓強度約為3~5MPa。裝飾性好。體積微膨脹，無裂縫，表面光滑細膩飽滿?？杉庸ば院谩Ｓ不嗫射?、可刨、可釘。隔熱保溫性好。導(dǎo)熱率低，熱容量大。吸音隔聲性好。防火性好。短時間內(nèi)脫水，防止火勢蔓延，但長期處于高溫環(huán)境中，石膏脫水會造成結(jié)構(gòu)崩潰。吸濕性大，耐水性差。不能用于潮濕或室外環(huán)境。第三章第二節(jié)五、技術(shù)指標

半水石膏含量：不小于60%；其他：表3.2主要技術(shù)指標（GB9776-2008）第三章第二節(jié)技術(shù)指標優(yōu)等品一等品合格品2h強度抗折強度MPa

≥3.02.01.6抗壓強度MPa≥6.04.03.0細度0.2mm方篩篩余％≤10.0凝結(jié)時間初凝時間min≥3終凝時間min≤30六、應(yīng)用建筑石膏石膏砂漿及粉刷石膏－用于高級室內(nèi)抹灰；制備各種石膏板；紙面石膏板：兩面用堅韌的紙做護面

纖維石膏板：含纖維材料

裝飾石膏板：造型美觀，品種多樣

空心石膏條板：空心石膏蜂窩板、石膏礦棉復(fù)合板、防潮石膏板等

各類裝飾石膏線條、花型；用作水泥緩凝劑、涂料填充料；制作建筑雕塑和模型等。第三章第二節(jié)六、應(yīng)用建筑石膏制品第三章第二節(jié)六、應(yīng)用高強石膏一般用于強度要求較高的抹灰工程，裝飾制品和石膏板等。無水石膏水泥可用于配置建筑砂漿、保溫混凝土、抹灰，制造石膏制品和石膏板等。第三章第二節(jié)第三節(jié)水玻璃原料與生產(chǎn)硬化性質(zhì)與特點應(yīng)用說明第三章第三節(jié)第三節(jié)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，水玻璃品種有：硅酸鈉水玻璃Na2O·nSiO2硅酸鉀水玻璃K2O·nSiO2硅酸鋰水玻璃Li2O·nSiO2其中n-水玻璃硅酸鹽模數(shù)，最常用的是硅酸鈉水玻璃。n值越大，水玻璃中膠體組分越多，水玻璃的黏性越大，黏結(jié)能力較強，越難溶于水，但卻容易分解硬化。第三章第三節(jié)一、原料與生產(chǎn)原料1.SiO2

原料：石英砂、砂巖、燧石、硅藻土等；2.Na2O原料：純堿Na2CO3、硫酸鈉Na2SO4、苛性鈉NaOH、小蘇打NaHCO3等；3.其他原料：碳，在用硫酸鹽生產(chǎn)時采用。第三章第三節(jié)一、原料與生產(chǎn)

生產(chǎn)方法濕法生產(chǎn)：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。干法生產(chǎn)：碳酸鹽熔融法：將石英砂和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐中于1300~1400?C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固體水玻璃，再在水中加熱加壓溶解生成液體水玻璃，國內(nèi)多用此法。Na2CO3+nSiO2=Na2O·nSiO2

+CO2

硫酸鹽法：4Na2SO4+2C+4SiO2=4NaO·SiO+4SO2

+2CO2

第三章第三節(jié)二、硬化液體水玻璃吸收空氣中的CO2，形成無定形二氧化硅凝膠，并逐漸干燥而硬化的過程。Na2O·nSiO2+CO2+mH2O=Na2CO3+nSiO2·mH2O由于空氣中CO2濃度較低，這個過程進行得很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使二氧化硅凝膠加速析出。Na2SiF6的用量為水玻璃質(zhì)量的12%~15%，摻量過多或過少的都有弊端。2(Na2·nSiO2)+Na2SiF6

+mH2O=6NaF

+(2n+1)SiO2·mH2ONa2SiF6有毒，使用要注意安全。第三章第三節(jié)三、性質(zhì)與特點粘結(jié)力強。水玻璃硬化后具有較高的粘結(jié)強度、抗拉強度和抗壓強度。另外，水玻璃硬化析出的二氧化硅凝膠還有堵塞毛細孔隙而防止水分滲透的作用。耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸的作用。但不耐堿性介質(zhì)侵蝕。耐熱性高。水玻璃不燃燒，硬化后形成SiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下二氧化硅凝膠干燥得更加強烈，強度并不降低，甚至有所增加。第三章第三節(jié)四、應(yīng)用加固地基將液體水玻璃和CaCl2溶液通過金屬管交替壓入土層，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，析出吸水膨脹的硅酸凝膠，包裹土壤顆粒并填充其空隙。因此，不僅可以提高基礎(chǔ)的承載力，還可提高抗?jié)B能力。涂刷或浸漬材料將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，涂刷或浸漬粘土磚、硅酸鹽制品、混凝土、木材等多孔材料，可使材料的密實度、強度、耐久性均得到提高。這是因為水玻璃或與材料中的Ca(OH)2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙，或析出的硅酸凝膠有利于材料保護。不能用于石膏制品第三章第三節(jié)四、應(yīng)用配制水玻璃砂漿或水玻璃混凝土將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成的水玻璃砂漿，具有防水特性，可用于修補裂縫、堵漏。將一定比例水玻璃摻入砂漿或混凝土，可使砂漿或混凝土速凝，可用于搶險堵漏工程。配制耐酸砂漿或耐酸混凝土不耐氫氟酸。配制耐熱砂漿或耐熱混凝土第三章第三節(jié)五、說明性能的調(diào)配：1．不改變濃度與模數(shù)，加入尿素，可在不提高粘度的同時，增加粘結(jié)力。2．若水玻璃在使用中模數(shù)不合要求，導(dǎo)致粘結(jié)力等性能不符，則通過加入NaOH來降低模數(shù)，或加入硅酸或無定形SiO2來提高模數(shù)。3．可通過加水稀釋或加熱濃縮來改變濃度。第三章第三節(jié)五、說明運輸與存放：不能用木質(zhì)容器或用木塞，因為木材被堿性溶液浸蝕，會使水玻璃著色而影響質(zhì)量。不能用鍍鋅容器，因Zn太活潑，易與堿反應(yīng)生成氫氣。一般可用玻璃瓶、鐵桶、塑料桶等。但不論何種容器，應(yīng)注意密封，以防與CO2和H2O反應(yīng)。水玻璃在10℃下可能結(jié)冰，應(yīng)保持貯存溫度。加入促硬劑Na2SiF6時應(yīng)注意安全，NaSiF6為白色結(jié)晶，在工地易當(dāng)成白糖或食鹽而誤食。不能長時間敞開存放，若表面水分蒸發(fā)，易結(jié)皮，從而影響質(zhì)量。模數(shù)大的水玻璃易結(jié)皮。第三章第三節(jié)第四節(jié)鎂質(zhì)膠凝材料鎂質(zhì)膠凝材料：是以MgO為主要成分的氣硬性膠凝材料菱苦土苛性白云石第三章第四節(jié)一、菱苦土菱苦土是一種白色或淺黃色的粉末，其主要成分是氧化鎂MgO。密度為3.1~3.4g/cm3，堆積密度為800~900kg/m3。菱苦土作為膠凝材料與石灰的原理不同，石灰的最終反應(yīng)化學(xué)原理是Ca(OH)2→CaCO3，生成物要求是CaCO3，而菱苦土的反應(yīng)生成物是Mg(OH)2。生產(chǎn)菱苦土的原料為：菱鎂礦、白云石、蛇紋石、化工副產(chǎn)品等。第三章第四節(jié)一、菱苦土將原料在750~850℃溫度下煅燒后磨細即得到菱苦土。MgCO3=MgO+CO2

在原料煅燒過程中，應(yīng)使MgCO3充分分解，并避免CaCO3分解，因為煅燒過程中生成的CO2，會對菱苦土性能產(chǎn)生負面影響。這樣所得到的菱苦土就是活性MgO和惰性的CaCO3混合物。煅燒最適宜溫度與原材料中的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)。煅燒溫度也直接影響菱苦土的水化速度。煅燒溫度低，則水化速度快，但可能MgCO3不能充分分解。第三章第四節(jié)一、菱苦土菱苦土用水拌和后，將發(fā)生MgO+H2O=Mg(OH)2反應(yīng)。在純水中，這個反應(yīng)很慢，且硬化后的Mg(OH)2酥松無膠凝性，強度很低。因此，一般不用水，而使用某些鹽溶液來調(diào)配菱苦土漿體。如MgCl2、MgSO4、FeCl3、FeSO4等。用MgCl2做調(diào)凝劑，硬化