山東建筑大學土木工程材料課件第2章氣硬性膠凝材料

2024/12/11第2章氣硬性膠凝材料2024/12/12掌握:膠凝材料的定義、分類；建筑石灰、石膏技術要求、性質熟悉:石灰的、石膏的的熟化、硬化和應用了解:石灰的生產、石灰的品種本章教學目標2024/12/13膠凝材料:指經(jīng)過自身的物理化學作用后，能夠由漿體變成固體，并在變化過程中把一些散粒材料或塊狀材料膠結成具有一定強度的整體的材料。定義與分類2024/12/14膠凝材料無機膠凝材料有機膠凝材料:瀝青、樹脂、橡膠等氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料:各種水泥石灰石膏水玻璃2024/12/15氣硬性膠凝材料:只能在空氣中凝結硬化，保持并發(fā)展其強度的膠凝材料。水硬性膠凝材料:既能在空氣中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強度的膠凝材料。2024/12/16氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的區(qū)別水硬性膠凝材料不僅可以在凝結硬化,還可以得到更好的凝結硬化。氣硬性膠凝材料在凝結硬化。只能空氣中空氣中在水中2024/12/17膠凝材料的發(fā)展史1.石灰-石膏時期2.石灰-火山灰時期3.水泥時期2024/12/182.1

石膏2024/12/19石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當石膏中含有結晶水不同時可形成多種性能不同的石膏。2.1.1石膏的原料、生產及品種1.石膏的原料根據(jù)石膏中含有結晶水的多少不同可分為:（1）無水石膏（CaSO4）:也稱硬石膏，它結晶緊密，質地較硬，是生產硬石膏水泥的原料。2024/12/110（2）天然石膏（CaSO4·2H2O）:也稱生石膏或二水石膏，大部分天然石膏礦為生石膏，是生產建筑石膏的主要原料。（３）建筑石膏（CaSO4·1/2H2O）也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據(jù)其內部結構不同可分為α型半水石膏和β型半水石膏。（4）化工石膏:指含有CaSO4·2H2O成分的化學工業(yè)副產品。2024/12/111天然二水石膏2024/12/112脫硫石膏2024/12/1131）.建筑石膏2）.高強石膏2.石膏的生產與品種β型半水石膏α型半水石膏2024/12/114α型半水石膏與β型半水石膏相比,結晶顆粒較粗,比表面積較小,強度高,因此又稱為高強石膏。3）.可溶性硬石膏當加熱溫度升高到170～200℃時,半水石膏繼續(xù)脫水,生成可溶性硬石膏（CaSO4Ⅲ）。此無水石膏就具有良好的凝結硬化性能。當加熱溫度升高到200～250℃時,石膏中殘留的水很少,凝結硬化非常緩慢,但遇水后還能逐漸生成半水石膏直至二水石膏。2024/12/1154）.死燒石膏當加熱溫度高于400℃時,石膏完全失水,成為不溶性硬石膏（CaSO4Ⅱ）。此無水石膏就失去了凝結硬化性能。但當加入激發(fā)劑混合磨細后,又可恢復水化硬化能力,成為無水石膏水泥。它可制作石膏灰漿、石膏板和其它石膏制品。5）.高溫煅燒石膏溫度高于800℃時,部分硬石膏分解出中CaO,磨細后的產品即為高溫煅燒石膏。2024/12/1161.石膏的水化2.1.2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,漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結,此后進一步產生和發(fā)展強度而硬化。此反應實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應,因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多,所以此反應總體表現(xiàn)為向右進行,二水石膏以膠體微粒自水中析出。2024/12/1172.石膏的凝結硬化干燥硬化和結晶硬化兩個過程交錯進行,隨著二水石膏沉淀的不斷增加,就會產生結晶,結晶體的不斷生成和長大,晶體顆粒之間便產生了摩擦力和粘結力,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摩擦力和粘結力的增大,漿體的塑性很快下降,直至消失,這種現(xiàn)象為石膏的終凝。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構,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構,這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結和硬化,實際上是交叉進行的。2024/12/118（１）凝結硬化速度快建筑石膏的漿體,凝結硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右,終凝時間不超過30min,這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長,可加入適量的緩凝劑,如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽、酒精廢液等。2.1.3石膏的性質1.石膏的特性2024/12/119（２）凝結硬化時體積微膨脹建筑石膏凝結硬化是石膏吸收結晶水后的結晶過程,其體積不僅不會收縮,而且還稍有膨脹（0.2%～1.5%）,這種膨脹不會對石膏造成危害,還能使石膏的表面較為光滑飽滿,棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時的開裂。2024/12/120（3）硬化后孔隙率大,表觀密度和強度較低建筑石膏在使用時,為獲得良好的流動性,通常加入的水要比水化所需的水量多,因此,石膏在硬化過程中由于水分的蒸發(fā),使原來的充水部分空間形成孔隙,造成石膏內部形成大量微孔,使其重量減輕,但是抗壓強度也因此下降。通常石膏硬化后的表觀密度約為800kg/ｍ3～1000kg/ｍ3,抗壓強度約為３ＭPa～5ＭPa。2024/12/121（４）良好的隔熱、吸音和“呼吸”功能石膏硬化體中大量的微孔,使其傳熱性顯著下降,因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔,特別是表面微孔對聲音傳導或反射的能力也顯著下降,使其具有較強的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開口孔結構,使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。2024/12/122（５）防火性好,但耐水性差硬化后石膏的主要成分是二水石膏,當受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結晶水,并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕,可有效地阻止火勢的蔓延,具有良好的防火效果。由于硬化石膏的強度來自于晶體粒子間的粘結力,遇水后粒子間連接點的粘結力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產生局部潰散,所以建筑石膏硬化體的耐水性較差。2024/12/123（6）具有一定的調溫調濕性

主要是因為其導熱系數(shù)小、熱容量大和孔隙率大。（7）耐水性和抗凍性差

主要是因為其孔隙率大、吸水性強。（8）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿,顏色潔白,質地細膩,具有良好的裝飾性。微孔結構使其脆性有所改善,硬度也較低,所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。2024/12/1242.石膏的技術要求1）.強度:抗折強度、抗壓強度2）.細度:0.2mm方孔篩篩余（≤10%）3）.凝結時間:初凝時間（≥3min）、終凝時間（≤30min）見表2－1（P12）2024/12/125建筑石膏產品的標記順序為:

產品名稱，抗折強度，標準號

eg:建筑石膏2.5GB97762024/12/1262.1.4建筑石膏的應用（1）

石膏砂漿及粉刷石膏。（2）

建筑石膏制品:石膏板、石膏砌塊等:如紙面石膏板、裝飾石膏板、吸聲用穿孔石膏板。(3）制作石膏藝術制品建筑雕塑和模型。2024/12/127紙面石膏板2024/12/128裝飾石膏板2024/12/129吸聲用穿孔石膏板2024/12/130吸聲用穿孔石膏板2024/12/131石膏藝術制品

2024/12/132石膏藝術制品

2024/12/1332.2

石灰2024/12/134大型石灰窯2024/12/135小石灰窯2024/12/136生石灰2024/12/137生石灰粉2024/12/138溫度在900℃左右時溫度過高時溫度過低時正火石灰欠火石灰過火石灰因煅燒溫度過高使粘土雜質融化并包裹石灰,從而延緩石灰的熟化,導致已硬化的砂漿產生鼓泡、崩裂等現(xiàn)象碳酸鈣沒有完全分解,降低了生石灰的產量如何解決它的危害？2.2.1石灰的生產氧化鈣含量高、表觀密度小,孔隙率高。煅燒石灰石、白云石、或白堊,內含CaCO32024/12/139在煅燒過程中,質量損失44%,體積損失10～15%,所以生石灰是一種多孔狀、比表面積大,晶格畸變大的物質,水化活性非常大。將煅燒成的塊狀生石灰經(jīng)過不同的加工，還可得到石灰的另外三種產品:1）、生石灰粉2）、消石灰粉3）、石灰膏2024/12/140水化過程中體積增大1～2.5倍,迅速放出大量熱2.2.2石灰的水化與硬化1.生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰,有時需要使用石灰膏,有時使用熟石灰粉。2024/12/141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生石灰要在水中放置兩周以上,此過程即為“陳伏”。在這段時間里生石灰會完全和水反應,不會因含有過火石灰造成熟化推遲而導致墻面鼓泡的現(xiàn)象。2024/12/142將生石灰塊淋水,使石灰充分熟化,又不會過濕成團,此時得到的產品就是熟石灰粉（消石灰粉）。熟化為熟石灰粉（水要適量）:生石灰燒制過程中,往往由于石灰石原料的尺寸過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核,這種石灰稱為“欠火石灰”。由于燒制的溫度過高或時間過長,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,這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質融化形成的玻璃釉狀物包覆,熟化很慢。當石灰已經(jīng)硬化后,過火石灰才開始熟化,并產生體積膨漲,引起隆起鼓包和開裂。2024/12/143包含結晶、碳化兩個過程2.石灰的硬化結晶:石灰漿體在干燥過程中，游離水分蒸發(fā)，使Ca(OH)2從飽和溶液中逐漸結晶析出。碳化:2024/12/144結晶和碳化兩個過程同時進行,但極為緩慢。碳化過程長時間只限于表面,結晶過程主要在內部發(fā)生。原因空氣中CO2含量稀薄,使碳化反應進展緩慢,同時表面的石灰漿一旦硬化就形成外殼,阻止了CO2的滲入,同時又使內部的水分無法析出,影響硬化過程的進行。2024/12/145a、可塑性好和保水性好b、水化時水化熱大,體積增大c、吸濕性好d、凝結硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜2.2.3石灰的性質1.石灰的特性生石灰可以用來做干燥劑2024/12/146石灰硬化收縮產生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落e、強度低f

、體積收縮大g、耐水性差2024/12/1472.石灰的技術要求見表2－2.2－3（P15）見表2－4（P15）2024/12/1482.2.4石灰的應用1.常用建筑石灰的品種2024/12/149石灰?guī)r生石灰塊熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅燒加適量水熟化磨細加過量水進行陳伏加水稀釋多用來拌制灰土和三合土使用時可以不進行陳伏用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿粉刷墻壁2024/12/1502.石灰的應用三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土樁灰土樁

配制石灰砂漿、石灰乳配制石灰土、三合土生產碳化石灰板加固含水的軟土地基2024/12/1513.石灰的儲存1.防潮、防水;2.不宜久存;3.防火,注意安全.2024/12/152（2）過火石灰膨脹裂紋（1）石灰網(wǎng)狀收縮裂紋原因:（1）石灰在凝結硬化過程中產生較大收縮而引起的?？梢酝ㄟ^增加砂用量、潤濕墻體基層、降低一次抹灰的厚度等措施加以改善。（2）石灰中含有過火石灰。在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸氣繼續(xù)熟化，體積膨脹，從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。2024/12/1532.3

水玻璃2024/12/154水玻璃:俗稱泡花堿,是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶于水的一種硅酸鹽物質.堿金屬氧化物水玻璃模數(shù)2024/12/1552024/12/1562.3.1水玻璃的生產生產水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。濕法生產硅酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內用蒸汽加熱。直接反應生成液體水玻璃。干法生產硅酸鈉水玻璃是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，按下式反應生成固體水玻璃。固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應式為:其中,氧化硅與氧化鈉的分子比ｎ為水玻璃的模數(shù),一般在1.5～3.5,模數(shù)越大,其水溶性越差。2024/12/1572.3.2水玻璃的硬化因上述過程反應慢,常需加入促硬劑氟硅酸鈉,適宜摻量為12%～15%.液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化:2024/12/1582.3.3水玻璃的性質1.粘結力強;2.耐酸能力強;3.耐熱性能好；4.耐堿性和耐水性差。2024/12/1592.3.4水玻璃的應用1.配制耐酸砂漿和混凝土;2.配制耐熱砂漿和混凝土;3.涂刷于材料表面,提高抗風化能力;4.加固地基;5.修補裂縫、堵漏；6.配制速凝防水劑2024/12/160鎂質膠凝材料菱苦土,又稱鎂質膠凝材料,是以天然菱鎂礦（MgCO3）為主要原料,經(jīng)700~850°C煅燒后再經(jīng)磨細而得的以氧化鎂（MgO）為主要成分的氣硬性膠凝材料。MgCO3700~850°CMgO+CO22024/12/161菱苦土的應用1.菱苦土能與植物纖維及礦物纖維很好的結合,因此可與刨花、木絲等復合成刨花板、木絲板等,作內、隔墻、天花板等用。2.與木屑、顏料等配制成的板材,稱為菱苦土地板,具有保溫、防火、防爆及一定的彈性。3.摻入一定的泡沫,可制成泡沫菱苦土,是一種多孔輕質的保溫材料。2024/12/162思考:1.某單位宿舍樓的內墻使用石灰砂漿抹面,數(shù)月后,墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋,同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋,試分析上述現(xiàn)象產生的原因.2024/12/163解:

石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結果。

墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。2024/12/1642.既然石灰不耐水,為什么由它配制成的灰土或三合土卻可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位?2024/12/165解: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，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，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度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，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的墊層、道路的基層等潮濕部位。2024/12/1663.建筑石膏及其制品為什么適用于室內，而不適用于室外使用？

2024/12/167解:

建筑石膏及其制品適用于室內裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結硬化后具有以下的優(yōu)良性質:

（1）

石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質地細膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結