第三章氣硬性膠凝材料

1、第三章 氣硬性膠凝材料,三江土木工程學(xué)院,概 述,化學(xué)組成,膠凝材料：能通過物理化學(xué)作用將散粒材料或塊狀材料膠結(jié)成為一個整體，并產(chǎn)生強度的材料。,3,①氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，保持并發(fā)展其強度的材料。②水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并發(fā)展其強度的材料。,概念,3.1　石 灰,石灰是在土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一，石灰的原料分布很廣，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，在土木工程中應(yīng)用

2、很廣。,石灰的生產(chǎn)及分類,天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白云石）經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：,CaCO3 == CaO + CO2,MgCO3== MgO + CO2,900℃,700℃,,生石灰,生石灰,鈣質(zhì)石灰,鎂質(zhì)石灰,,MgO≤5%,,MgO＞5%,制備工藝與產(chǎn)品,石灰石,1000～1200?C,磨細,,生石灰粉,生石灰,,,水噴淋,,熟石灰粉,,(水)

3、化灰池,石灰漿,濃縮,,石灰膏,陳伏,煅燒溫度較低，時間較短時， ?欠火石灰煅燒溫度較高，時間較長時， ?過火石灰,減輕或消除過火石灰的危害,石灰的熟（消）化,在使用石灰時，將生石灰加水，使之消解為消石灰的過程，稱為石灰的“消化”，又稱生石灰的熟化反應(yīng)：,熟化的特點：1.反應(yīng)可逆。2.水化熱大、水化速度快。3.水化過程體積增大。,石灰熟化法,熟化的方式：淋 灰——生石灰粉（消石灰粉） 化

4、 灰—— 熟石灰膏,熟化過程的注意事項　　熟石灰在使用前必須陳伏15d以上——防止過火石灰的危害；　　在化灰池表面保留一層水——防止石灰碳化。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,石灰漿體,氫氧化鈣晶體 碳酸鈣晶體,,,,,,,石灰凝膠體,水,孔隙,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,水分損失,碳化,,,,,,,石灰的硬化,結(jié)晶作用生石灰或熟石灰＋水成為Ca(OH)2漿體；漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致Ca(OH)2結(jié)晶；晶粒長大、交錯堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)—硬化。碳化作用Ca(OH)2與空氣中的CO2氣體反應(yīng)，在表面形成CaCO3膜層。提高耐久性。,石灰的性質(zhì),性質(zhì)（特點）: （1）可塑性和保水性；（2）凝結(jié)硬化慢，強度低；

6、（對比：建筑石膏硬化快）（3）體積收縮率大；（對比：建筑石膏是微膨脹性） 因此：在使用過程中，常加入纖維材料。（4）耐水性差；氫氧化鈣微溶于水（5）化學(xué)穩(wěn)定性差。怕酸,石灰的技術(shù)性質(zhì),建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO的含量，CO2的含量(欠火石灰),細度，體積安定性(過火石灰)可分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體指標見教材。,石灰的儲存,生石灰儲存時間不宜過長，一般不超過一個月。作到“隨到隨化”

7、。不得與易燃、易爆等危險液體物品混合存放和混合運輸。熟石灰在使用前必須陳伏15d以上，以防止過火石灰對建筑物產(chǎn)生的危害。,石灰的用途,石灰的應(yīng)用,三合土用作鋪筑步道磚的墊層,三合土樁,灰土樁,石灰的應(yīng)用,習(xí)題,1、填空：石灰的特性有：可塑性________、硬化速度________、硬化時體積________和耐水性________等。,2、填空：石灰熟化時放出大量________、體積發(fā)生顯著________；石灰硬化時放出大

8、量________和體積發(fā)生顯著________。,3、判斷：石灰陳伏是為了降低熟化時的放熱量?！。ā　。?4、判斷：石灰是氣硬性膠凝材料，因此所有加入了石灰的材料都只能在空氣中硬化并保持和發(fā)展強度?！　　　。ā　。?請觀察圖中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。,石灰砂漿A　　　　　　 　　　　　　石灰砂漿B,問 題？,1. 過火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？ 答：過火石灰密度較大，且顆粒表面有玻

9、璃釉狀物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕水化，產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性。可采用延長石灰的熟化和陳伏期，或過濾掉。2.石灰硬化過程中，為什么容易開裂？使用時應(yīng)如何避免？ 答：石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時，避免單獨使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等。,石膏,你知道這些繃帶是用什么做的嗎？,3.2　石膏,石膏膠凝材料是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。　我國已經(jīng)探明的

10、天然石膏礦儲量為52億噸，化學(xué)石膏儲量約100萬噸以上；　在美國，目前80%的住宅使用石膏板作為內(nèi)墻和吊頂。,天然石膏礦纖維狀晶體,二水石膏晶體形貌,半水石膏晶體形貌,石膏膠凝材料的生產(chǎn),二水石膏CaSO4·2H2O,CaSO4·0.5H2O,CaSO4·0.5H2O,CaSO4 Ⅲ,CaSO4 Ⅱ,CaSO4 Ⅰ,,800℃,在建筑工程中常用建筑石膏；高強石膏用于生產(chǎn)建筑石膏制品。,石

11、膏膠凝材料的生產(chǎn)通常是把二水石膏在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過煅燒、脫水，再經(jīng)磨細而成。 在不同的煅燒溫度下，得到的產(chǎn)品是不同的。,β—半水石膏(熟石膏)和α—半水石膏(高強石膏)在宏觀性能上的差別，主要是由于亞微觀上即晶粒的型態(tài)、大小以及聚集狀態(tài)等方面的差別。,α型與β型半水石膏區(qū)別,β—半水石膏水化速度較快，水化熱高，需水量大，膠化體的強度較低。,結(jié)晶度較差，常為細小的纖維狀或片狀聚集體，內(nèi)比表面積較大。,結(jié)晶比

12、較完整，常呈短柱狀，晶粒較粗大，聚集體的內(nèi)比表面積較小，致密，有一定的結(jié)晶形狀。,,,α型和β型半水石膏的性能差異,建筑石膏的凝結(jié)硬化,建筑石膏與適量的水拌合后，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性和產(chǎn)生強度，并逐漸發(fā)展成為堅硬的固體，這種現(xiàn)象稱為凝結(jié)硬化，它是由于漿體內(nèi)部發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化。,建筑石膏的凝結(jié)硬化,建筑石膏加水后，與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下： CaSO4·0.5H2O + 1.5 H2

13、O = CaSO4·2H2O建筑石膏的凝結(jié)硬化過程可以表示如下：,建筑石膏+水,建筑石膏的凝結(jié)硬化,半水石膏的溶解→溶液過飽和→二水石膏晶體的析出； 漿體水分的蒸發(fā)和晶體的生成→漿體變稠失去塑性→石膏凝結(jié)； 晶體連生、搭接，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)→逐漸產(chǎn)生強度。 溶解→析晶→晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)→強度 水→結(jié)晶水、蒸發(fā),石膏硬化體,水化初期：二水石膏晶體較少,隨著水化反應(yīng)進行二水石膏晶體量,石膏硬化體中晶體堆積

14、體,圖3-10 β型半水石膏漿體強度的發(fā)展過程,,第一階段 5min以前，漿體的塑性強度很低，且增長很慢；第二階段 5min~30min，強度迅速增大，并發(fā)展到最大值；最后如果硬化漿體在潮濕條件下養(yǎng)護，則強度逐漸有所下降。,半水石膏在空氣中，也會吸收空氣中的水分子水化成二水石膏晶體。,石膏顆粒表面分子首先水化,顆粒表面二水石膏晶體不斷增多,半水石膏全部水化成二水石膏,所以，石膏膠凝材料運輸、儲存中，必須防潮、防水，以免失效！,建筑石

15、膏的技術(shù)要求和性質(zhì),技術(shù)要求 建筑石膏按細度、強度和凝結(jié)時間分為三級。,特點 表觀密度小，強度較低；凝結(jié)硬化快；孔隙率大，熱導(dǎo)率??；凝結(jié)時體積產(chǎn)生微膨脹；吸濕性強，耐水性差；具有較好的防火性能； 具有良好的裝飾性和可加工性。,建筑石膏的應(yīng)用,室內(nèi)抹灰與粉刷生產(chǎn)建筑石膏制品,吊頂 隔墻 貼面墻,石膏繃帶：,生石膏,熟石膏,加熱,,,加水,習(xí)題,1、填

16、空：建筑石膏凝結(jié)硬化速度________、硬化時體積________、硬化后孔隙率________、表觀密度________、強度________、保溫性________、吸聲性能________、 防火性能________等。,2、判斷：石膏漿體的水化、凝結(jié)和硬化實際上是碳化作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　?。ā　。?3、判斷：建筑石膏為β型半水石膏，高強石膏為α型半水石膏?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。ā?/p>

17、　）,4、判斷：和石灰一樣，建筑石膏硬化后體積也要收縮?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。ā　。?習(xí)題,5、選擇：石膏制品具有良好的防火性能，其原因是　　　　　 （?。苫馂?zāi)時CaSO4·2H2O脫水，表面形成水膜II石膏制品孔隙率大III石膏硬化時約有1%的膨脹率IV石膏吸水率大V石膏制品導(dǎo)熱率低Ａ　I、II、 III　　?。?/p>

18、　I、III、 V C　I、II、 V　　　 D　I、IV、 V,思考：,某住戶喜愛石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時間后，客廳、臥室效果相當好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現(xiàn)發(fā)霉變形。請分析原因。,3.3　水玻璃,水玻璃的組成 水玻璃是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。 根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有： 硅酸鈉水玻璃（Na2O·nSiO2

19、）、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。,水玻璃模數(shù),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。 濕法： R2O＋nSiO2 + H2O 水玻璃 干法： R2O＋nSiO2 R2O· nSiO2 R2O· nSiO2 + H2O 水玻璃,,,,水

20、玻璃的硬化,水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。,為了加速水玻璃的硬化，可加熱或摻入12%~15%的促硬劑氟硅酸鈉。,水玻璃的性質(zhì),水玻璃在凝結(jié)硬化后，具有以下特性： A. 黏結(jié)力強、強度較高------水玻璃在硬化后，其主要成分為二氧化硅凝膠和氧化硅，因而具有較高的黏結(jié)力和強度。B. 耐酸性好------由于水玻璃硬化后的主要成分為二氧化硅，它可以抵抗除氫氟酸、過熱磷酸

21、以外的幾乎所有的無機和有機酸。,水玻璃的性質(zhì),C. 耐熱性好------硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強度下降不大。D. 耐堿性和耐水性差------水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可以溶于堿，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐堿、不耐水。,水玻璃的應(yīng)用,涂刷或浸漬材料；加固地基；修補裂縫、堵

22、漏；配制耐酸砂漿和耐酸混凝土；配制耐熱砂漿和耐熱混凝土。,習(xí)題,1、填空：水玻璃模數(shù)是指________和________的摩爾比。,2、判斷：水玻璃的模數(shù)越高，其在水中的溶解度越大?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。ā　。?3、判斷：水玻璃的模數(shù)越高，其密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘結(jié)力與強度、耐熱性耐酸性越高。（　　）,思考：把水玻璃涂在粘土磚表面，可以提高抗風(fēng)化能力；但涂在石膏制品表面則會使石膏制品破

23、壞，請討論其原因。,問 題？,為什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂漿？ 答：水玻璃溶液的凝結(jié)硬化是在酸作用下，使硅酸根離子逐步縮聚交聯(lián)成二氧化硅玻璃體，因此，酸性條件只會使水玻璃中硅酸根離子的交聯(lián)度提高，更加密實和耐水。為什么水玻璃模數(shù)n越大，粘結(jié)力越強，耐水性越好？ 答：n是SiO2/R2O的摩爾比，n越大，表明SiO2含量越大，硬化后的玻璃體中SiO2的交聯(lián)密度越大，所以，粘結(jié)力越強，耐水性越好。,3.4　鎂質(zhì)膠凝

24、材料——菱苦土,菱苦土的生產(chǎn),原料,,苛性苦土(MgCO3)：菱鎂礦,苛性白云石(白云石原料在1000°C鍛燒而成）,蛇紋石(含水硅酸鎂),冶煉鎂合金的熔渣(MgO含量>25%),菱苦土的生產(chǎn) 鎂質(zhì)膠凝材料是將菱鎂礦或白云石經(jīng)煅燒、磨細而制成。煅燒的菱苦土為白色或淺黃色粉末?？列园自剖癁榘咨勰?。,聯(lián)系石灰理解菱苦土,,,過燒MgO的危害？,菱苦土的水化硬化 一般與Mg

25、Cl2溶液按一定比例混合，硬化快，強度高。但吸濕性強，耐水性差。形成的水化產(chǎn)物主要為氯氧化鎂和氫氧化鎂。,,,特點,氯化鎂溶液（密度為1.2g/cm3）的摻量一般為菱苦土的55%～60%。摻量太大則凝結(jié)速度過快，且收縮大、強度低。摻量過少，則硬化太慢、強度也低。此外，溫度對凝結(jié)硬化很敏感，氯化鎂摻量可作適當調(diào)整。,菱苦土的應(yīng)用生產(chǎn)木屑地板、木絲板、刨花板等。菱苦土板材用于機械包裝材料，可以節(jié)約大量木材。只能用于干燥狀態(tài)下，而不能受