项目二-气硬性胶凝材料.ppt

模块二 气硬性胶凝材料,常见的建筑材料,学习内容 石灰 石膏 重难点 凝结硬化原理 原料及生产，主要技术特性，工程应用,何为胶凝材料？ 胶凝材料(cements,binding materials) 定义：在土木过程中，能将各种散粒矿质材料或块状 材料粘结成为一个整体的材料。 分类： 有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶 无机胶凝材料：气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料,气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持或持续发展强度的无机胶凝材料。 常用：石灰、石膏、水玻璃等,石灰的生产,特点：在水中不凝结，也基本没有强度。即使在潮湿环境中强度也很低，通常不宜使用。,水硬性胶凝材料：不仅在空气中而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度(各种水泥),石灰膏,原料： 以含碳酸钙为主的天然岩石和化工副产品。 天然岩石主要有石灰石、大理石、白云石、方解石、白垩、石灰华、贝壳等； 化工副产品主要有电石渣（消化电石而得）等:,CaC2+2H2O=C2H2+Ca(OH)2,2.1.1 石灰的生产,主要原料、烧制及产品,2.1 石 灰,石灰的煅烧过程,欠火石灰,2.1 石 灰,烧制及产品：,石灰的煅烧,CaCO3+178103J/mol CaO+CO2,9001100,最佳煅烧温度、欠火石灰和过火石灰 碳酸钙的分解取决于温度、压力、介质和石灰石原料的致密度及块度的形状和均匀度。 原料中含有的Mg O杂质对生石灰的制造也有影响，MgCO3比CaCO3煅烧温度低，因而先分解，等CaCO3分解时，Mg O的致密度大增，消化性能降低，影响了生石灰的性能。 所以生石灰的最佳煅烧温度不是一成不变的。,石灰的熟化,特点： 外部为正常煅烧的石灰，残留有未烧透的内核 石灰利用率低，粘结能力差,煅烧温度过低 或时间不足、 原料尺寸过大,煅烧温度过高 或时间过长,特点： 石灰表面出现裂纹或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色灰黑 熟化慢；硬化后体积膨胀，引起鼓包和开裂,1. 湿消化：在消化槽中，给石灰块和石灰粉不停的浇水，并不断搅拌，直至放热结束。 2. 干消化：石灰工业企业中，常用到。 3. 加压消化：常见于难消化的石灰，如硬烧石灰、镁质石灰等。 4. 工业副产品：生产乙炔工业中： CaC2+2H2O=C2H2+Ca(OH)2,2.1.2 石灰的熟化与硬化,1. 石灰的熟化,熟化（消化）：工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟(消)石灰氢氧化钙的过程。,石灰产品,特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热。,生石灰粉,消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。,石灰膏,块状生石灰,陈伏,用于拌制石灰土、三合土,用于拌制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆,3石灰的“陈伏” 生石灰中，一些石灰石在烧制过程中由于矿石品质的不均匀及温度的不均匀，生成的生石灰中即有可能含有欠火石灰和过水石灰。对于欠火石灰，降低了石灰的利用率，而对于过火石灰，由于其表面常被粘土类杂质融化形成的玻璃釉状物包裹，熟化很慢，就有可能在实际工程应用中，石灰已经硬化，而过火石灰才开始热化，热石灰体积比生石灰体积大12.5倍，引起隆起和开裂。为了消除这一危害，就有必要将石灰浆，在储存坑中“陈伏”两星期以上，等待过火石灰的完全“熟化”。 为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为石灰的“陈伏”。,真题,“陈伏”期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防止发生碳化反应。 思考： 磨细生石灰不经陈伏可直接使用，为什么？ 这是因为粉磨过程使过火石灰表面积大大增加,与水熟化反应速度加快,几乎可以同步熟化,而且又均匀分散在生石灰粉中,不至引起过火石灰的种种危害。,观察讨论,注册考试真题,原题: 生石灰（又称块灰）加水熟化成石灰浆（氢氧化钙和水）。使用前，应在储灰坑中“陈伏”（ ）天以上，其目的是消除过火石灰的危害，同时也得到良好的可塑性。 答 案： A7 B15 C21 D30 原题: 袋白灰(消石灰粉)使用前也应进行陈伏处理是为了（ ）。 提 示： 建筑材料(单选题3) 答 案： A.有利于硬化 B.消除过火石灰的危害 C.提高浆体的可塑性 D.使用方便,石灰的技术性质 (1) 良好的保水性：直径约为1m的呈胶体分散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。 (2) 凝结硬化慢、强度低：碳酸钙和氢氧化钙结晶体 。 (3) 耐水性差：氢氧化钙结晶易溶于水 。 (4) 体积收缩大：蒸发大量的游离水。,1石灰乳涂料 将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内墙壁和天棚的涂料。 加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。 加入少量磨细slag或flyash ，提高其耐水性。 加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉化。,2石灰砂浆 石灰膏+砂+水+拌制，既可用作砌筑砂浆又可用作抹面。 石灰膏+纤维+水拌制，多用于抹面。 3石灰土和三合土 石灰土（石灰+粘土）和三合土（石灰+粘土+砂碱炸渣等填料），多用于加固地面、密实地面，稳定地基。,4制作硅酸盐制品 将石灰与硅质材料磨细后，一起加压成型，再经过蒸汽养护，生成以水化硅酸钙为主要产物的砼。 反应式如下： Ca(OH)2+SiO2+aqCaOSiO2aq 硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼等。,5碳化石灰板 将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料搅拌成型，然后用CO2进行碳化，而成的一种轻质板材。 6将生石灰用于惰性胶凝材料的激发剂。 7接触硬化胶凝材料。,硬化的特点,石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程来完成的： 结晶作用（干燥硬化）：游离水分蒸发或被砌体吸收， Ca(OH)2以结晶形态析出， 浆体逐渐失去塑性。 碳化作用（碳化硬化）：Ca(OH)2与空气中的CO2与水化合生 成CaCO3晶体，释出水分并被蒸发：,2. 石灰的硬化,碳化作用实际上是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。,硬化的技术性质,结晶自里向表，碳化自表向里 速度慢（通常需要几周的时间） 体积收缩大（容易产生收缩裂缝）,3. 硬化的特点,由此可见，石灰是一种硬化慢、强度低的气硬性胶凝材料。,工程实例分析,石灰浆A,观察与讨论：两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？ 成因？,石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。,两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？,石灰浆B,两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？,石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。,硬化,工程实例分析,实例一: 某住宅楼的内墙使用石灰砂浆抹面，数月后墙面上出现了许多不规则的网状裂纹，同时在个别部位还发现部分凸出的放射状裂纹，试分析原因。 实例二： 某多层住宅楼室内抹灰采用的是石灰砂浆，交付使用后出现墙面普遍鼓包开裂的，试分析其原因。欲避免这种情况发生，应采取什么措施？,1消化时的温度与石灰粒度 石灰在消化期间的温度应注意石灰的粒度大小，研究结论指出，粒度较大的生石灰应在较低的温度下消化，而粒度小的应在较高温度下进行消化。这主要是与形成的石灰浆达到最好的塑性有关。 2石灰制品受潮后易溶解，致使强度下降所以不宜在潮湿环境中使用，若必须要用，就必须进行处理。,四、关于石灰用于建筑中的一些注意事项：,2.1.3 石灰的技术要求,主要技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量、产浆量和体积安定性等。 并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。 具体技术要求见教材 JC/T4791992 建筑生石灰（P48 表3-2） JC/T4801992 建筑生石灰粉（P48 表3-3） JC/T4811992 建筑消石灰粉（P48 表3-4）,建筑石灰的技术规范及分级,石灰的技术特性,钙质生石灰MgO5%；钙质消石灰粉MgO4% 镁质生石灰MgO5%；镁质消石灰粉MgO4%,2.1.4 石灰的技术特性,生石灰熟化为石灰浆时，形成了颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆突出的优点是具有良好的可塑性。 工程应用：,1. 保水性与可塑性好,硬化慢,一种常见的改善水泥砂浆可塑性的方法,从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。,2. 硬化过程缓慢,硬化后强度低,石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩、开裂，所以除调成石灰乳作为薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗裂能力和节约石灰。,3. 硬化时体积收缩大,石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1：3）28天强度仅为0.20.5MPa。,4. 硬化后强度低,易受潮,为充分消化石灰，获得较好的塑性，拌制石灰的用水量较大，石灰凝结硬化时多余水分蒸发，会留下大量孔隙，因而其密实性很差。,耐水性差,块状石灰放置太久，会吸收空气中水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以石灰不能用于潮湿环境。 生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不易久存。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。 另外，生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，因此储存和运输生石灰是，要注意安全，将生石灰与易燃物分开保管，以免引起火灾。,5. 易受潮不宜贮存,应用,石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，已凝结硬化的石灰在水中会溃散。,6. 耐水性差,所以， 石灰不宜在潮湿环境下使用； 不宜用于重要建筑物基础； 石灰砂浆抹墙可产生一定的透气性。,2.1.5 石灰的应用,调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性 调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象,1. 石灰乳,灰土,石灰膏 砂 水 石灰砂浆（抹面）,作抹面砂浆时，需加入纸筋、麻刀等纤维物质，以克服其收缩性。,2. 石灰砂浆,石灰膏 砂 水泥 水 混合砂浆（砌筑、抹面）,可作低档住宅的基础和地面； 可作低档道路的基层和面层。 产生强度的原因？,3. 石灰土（灰土）,硅酸盐制品,消石灰粉 粘土 砂或石屑、炉渣 水 碾压夯实,消石灰粉 粘土 水 碾压夯实,石灰与粘土或硅质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝可在潮湿环境中与水反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化氯酸钙，故石灰土可在潮湿环境中使用。 常用于建筑物基础、路面的垫层。,4. 三合土,石灰土,三合土,5. 硅酸盐制品,灰砂砖,石灰 天然砂 硅铝质工业废渣 水 硅酸盐制品,采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度加快，令制品获得较高的早期强度； 主要产品有灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。,中国矿业网：绿色墙体材料灰砂砖 灰砂砖是目前我国积极推广的一种新型墙体材料。轻质、高强、无毒、无辐射、保温隔热性能好、使用能耗低、防水性能好、施工方便、经济合理。广泛应用于住宅、民用、厂房等工业民用建筑。,生产工艺,灰砂空心墙体砖,蒸压灰砂墙体砖,灰 砂 墙 体 砖,轻质保温灰 砂 砖,灰砂砖工艺流程图,回顾,（一）石灰的熟化与硬化 生石灰（块灰）不能直接用于工程，使用前需要进行熟化。生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙Ca（OH）2（熟石灰，又称消石灰）的过程，称为石灰的熟化或消解（消化）。石灰熟化过程中会放出大量的热，同时体积增大12.5倍。根据加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。 （二）石灰的技术性质 1.保水性好。在水泥砂浆中掺入石灰膏，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。 2.硬化较慢、强度低。1：3的石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.20.5MPa。 3.耐水性差。石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。 4.硬化时体积收缩大。除调成石灰乳作粉刷外，不宜单独使用，工程上通常要掺入砂、纸筋、麻刀等材料以减小收缩，并节约石灰。 5.生石灰吸湿性强。储存生石灰不仅要防止受潮，而且也不宜储存过久。,知识点回顾石灰,知识点回顾石灰,生石灰的熟化是指熟化过程的特点？ 石灰在生产过程中，应严格控制煅烧温度的高低及分布，以及原料尺寸的大小，否则容易产生对石灰质量有何影响？ 石灰按成品加工方法不同，分为哪几种？ 生石灰在使用前为何要进行“陈伏”？为什么在陈伏时需在熟石灰表面保留一层水？ 磨细生石灰不经“陈伏”可直接使用，原因何在？ 理解石灰的凝结硬化原理？特点？ 石灰的特性？熟练掌握 石灰的主要工程用途如何？熟练掌握 在储存和保管时需要注意哪些方面？ 如何深刻理解石灰石气硬性胶凝材料？,石膏,2.2 石 膏,石膏也是一种应用甚广的气硬性胶凝材料。 学习本节需着重比较石膏与石灰凝结硬化的差别，并以石膏的结构性能特点理解其应用。,石膏,2.2.1 石膏的原料及生产,2.2 石 膏(gypsum),石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。,1. 原料,建筑石膏,天然石膏（CaSO42H2O）,也称生石膏或二水石膏。大部分天然石膏为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。,根据石膏中含有结晶水的多少，原料分为：,硬石膏(anhydrite,anhydrous gypsum),以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的天然矿石。也称无水石膏，结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的重要辅助原料。,2. 建筑石膏 (calcined gypsum),生产,也称熟石膏或半水石膏。是由生石膏加工而成的，根据内部结构不同可分为型半水石膏和型半水石膏。,熟石膏（CaSO41/2H2O）,将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到 型半水石膏和型半水石膏。,型半水石膏和型半水石膏相比，其结晶颗粒较粗，比表面积较小，拌制石膏浆体时的需水量较小，硬化后强度高，因此又称为“高强石膏”。,在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。,高强石膏 型半水石膏的晶粒较粗，也比较密，因此比表面积较小，将此种石膏加水硬化后，具有较高的密实度和强度，3小时的抗压强度即可达到924MPa，7天抗压强度可达15-40MPa，因此，将之称为高强石膏。 高强石膏在应用中，一般用于强度要求较高的抹灰工程，装饰制品和石膏板，加入防水剂后，还可用于温度较高的环境中，加入有机物如聚乙烯醇水溶液等可配制成粘结剂，其特点是无收缩。,建筑石膏 型半水石膏的晶体较细，所以调制成一定稠度的浆体时，需水量也比型半水石膏的需水量大，导致建筑石膏的孔隙率也大，因而强度较低。 在实际生产与工程中，建筑石膏的应用更广泛一些。,生石膏在常压下煅烧加热到107170 ，可得到型建筑石膏：,3. 建筑石膏的生产,凝结硬化,生石膏在124 、1.3大气压条件下压蒸加热，可得到型建筑石膏：,2.2.2 建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。 建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：,1. 建筑石膏的水化反应,随着水化的不断进行,生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但物理力学性能有差异。 二水石膏溶解度比半水石膏溶解度小得多，所以二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。,石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化石膏结构，这一过程称为石膏的“硬化”。 必须理解的是，石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的，贯穿于整个凝结硬化全过程。,技术指标,3. 建筑石膏的硬化,随水化反应进行，浆体中的自由水分因水化和蒸发而不断减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”。,2. 建筑石膏的凝结,石膏水化硬化过程,石膏水化硬化过程 1. 胶凝理论 2. 结晶理论,（1）半水石膏晶体结构中内在的残余力将水吸附在颗粒的表面； （2）水进入半水石膏的细孔内，并保持物理吸附状态，形成胶凝结构，这就是初凝； （3）水进入分子间或离子间间隙内，胶凝体发生膨胀； （4）水由物理吸附状态过渡到化学吸附状态，产生水化作用，温度升高，形成二水石膏晶体，晶体逐渐长大，互相交错形成密实结构，这就是终凝。,在各种化学变形体中，无水石膏先要生成半水石膏，然后在形成二水石膏。 可溶性硬石膏相对来讲反应活性最强。不溶性硬石膏单独存在时不具有水化硬化能力，必须加入激发剂。而高温煅烧石膏由于含有少量石膏分解后的石灰，具有自激发性。,性能,观察与讨论：建筑石膏与石灰的凝结硬化对比,【讨论】 从视频可见，建筑石膏凝结过程很快，终凝时间不超过30min；而石灰凝结慢。此外，石灰硬化后体积收缩，而石膏则略有膨胀，膨胀率为0.05%0.15%，此性质使石膏制品干燥时不开裂，光滑饱满。石膏硬化后多孔，故强度较低。石灰水化形成Ca(OH)2，强度也不高，碳化后强度才能提高，但这是一个缓慢的过程。建筑石膏及石灰均为耐水性差的气硬性胶凝材料，且石膏吸湿、吸水性大。,课外作业： 请观察与对比经过半小时后的建筑石膏与石灰的凝结视频，并分析两者凝结硬化的差别。,2.2.3 建筑石膏的技术性能,建筑石膏的技术指标有：,性能特点,强度、细度、凝结时间（初凝、终凝）。 按强度和细度又分为优等品、一等品和合格品。 （具体技术要求见GB97761988建筑石膏）,建筑石膏是在高温条件下煅烧而成的一种白色粉末状材料，本身易吸湿受潮，而且其凝结硬化速度很快，因此在储存和运输过程中，一定要注意防潮防水。同时，石膏若长期存放,强度也会降低，一般储存三个月后强度会下降30%左右，因此建筑石膏储存时间不宜过长，一般不超过三个月。若超过三个月，应重新检验并确定其质量等级。,陈化,由于新烧制的熟石膏为多相体的混合物，如建筑石膏在120-140下也只是形成以（CaSO41/2 H2O）为主，还有很多未烧的石膏及其他化合物，因此，性能很不稳定，将其静放一段时间后，待性能稳定以后在应用，这一过程即为“陈化”。,(,),(,),(,),半水石膏,少量,二水石膏,少量,型石膏,主要的,半水石膏,二水石膏,变化,矿物,保温,吸湿,再结晶,-,-,b,b,III,性能稳定,性能不稳定,强度增加,强度较低,凝结时间正常,凝结时间不正常,减少,标准稠度,标准稠度较大,变化,性能,生石膏,煅烧,熟石膏,陈化510天,石膏成品,石膏的特点： （1）抗水性差：原因、软化系数、解决途径； （2）强度较低； （3）孔隙率高； （4）颜色洁白、质感好； （5）一定的防火性,2.2.4 建筑石膏的性能特点,1. 凝结硬化速度快,轻质多孔,建筑石膏浆体凝结硬化速度很快。一般初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。需要操作时间较长时，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、亚硫酸盐酒精废液等。,2. 硬化时体积膨胀,建筑石膏凝结硬化是石膏的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（ 0.2%1.5%），这种微膨胀不会对石膏制品造成危害，反而能使石膏表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，没有其它材料干燥时的开裂现象。,3. 轻质多孔，但强度低,保温、隔热、吸声好,使用建筑石膏时，为获得良好的流动性，加入的拌和水要比水化的理论需水量多的多。因此，石膏在硬化过程中由于多余水分的蒸发，使原来的水空间形成孔隙，造成硬化后的石膏内部形成大量微孔，硬化后的表观密度约为800kg /3 1000 kg/3，重量较轻。 但是抗压强度也因此下降。约为3MPa5MPa。受力时，石膏制品很容易损坏。,4. 良好的保温隔热和吸声、吸湿功能,防火性好，耐水性差,石膏硬化体中的大量微孔，使其传热性显著下降，因而具有良好的保温绝热能力； 其表面微孔对声音传导或反射的能力也明显下降，因而具有较强的吸声能力。 大热容量和大孔隙率以及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。,建筑石膏制品,5. 防火性好,装饰性、加工性好,硬化后的石膏主要成分是二水石膏，受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效阻止火势的蔓延，因而具有良好的防火效果。,6. 耐水性差,由于硬化石膏的强度来自晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏将溶解，发生局部溃散，故建筑石膏硬化时的耐水性较差。,7. 装饰性和可加工性好,用途,石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉，具有良好的可加工性。,图示,配制石膏砂浆及粉刷石膏；（可用于内墙还是外墙？） 制作各种保温、吸声、防火制品：石膏板、石膏砌块等； 石膏板是土木工程中使用量最大的一类板材。吊顶、隔板 制作各种装饰制品； 制作建筑雕塑和模型等； 生石膏可作为水泥生产的原料。水泥生产过程中必须掺入适量的石膏作为缓凝剂，不掺、少掺或多掺都会导致水泥无法正常使用或根本无法使用。,我国生产的石膏制品主要有纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块和其它石膏装饰板等。,2.2.5 建筑石膏的主要用途,吊顶石膏板,压花石膏板,刚装好的石膏板吊顶,工程实例,石膏装饰制品,石膏制品背景墙,水玻璃,工程实例分析,【现象】 某住户喜爱石膏制品，房间运用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。试分析原因。 【分析】 厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。 建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3、CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂也可改善石膏制品的耐水性。,续,思考与分析（1）,【思考】 : 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？ 【分析】 ：在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差，所以不适用于室外使用。 。,2.3 水 玻 璃,中文名称：硅酸钠 硅酸钠的溶液名：水玻璃 英文别名：Sodium metasilicatenonahydrate，Sodium metasilicate， Sodium silicate 俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液为水玻璃。其化学式为R2On SiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。 建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（Na2On SiO2）的水溶液。,钠水玻璃分子式中的n称为水玻璃的模数，代表Na2O和SiO2的摩尔比，是非常重要的参数。n值越大，水玻璃的粘度越高，但水中的溶解能力下降。当n大于3.0时，只能溶于热水中，给使用带来麻烦。n值越小，水玻璃的粘度越低，越易溶于水。 通常，n值在2.4 2.8 。,2.3.1 水玻璃的组成及生产,俗称“泡花碱”，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属于可溶性硅酸盐类；最常用的是硅酸钠和硅酸钾两种(又称钠水玻璃、钾水玻璃)也可将二者按比例混合，又叫混合水玻璃。 化学通式：R2O nSiO2，其中n为水玻璃模数； 碱性水玻璃n3，中性水玻璃n3；,1. 组成,生产,水玻璃模数n越大，因硬化时析出的硅酸凝胶nSiO2 mH2O较多，水玻璃粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高，耐水性越好，抗渗性及耐酸性也越好。,n：氧化硅与氧化钠的分子比，它被称为水玻璃的模数。,水玻璃分类,1. 按模数大小：高模数水玻璃和低模数水玻璃 2. 按碱金属氧化物：钾水玻璃、钠水玻璃和混合水玻璃； 3. 按融制时的原料，特别是碱金属氧化物原料：纯碱（碳酸盐）水玻璃和硫酸钠水玻璃； 4. 改性水玻璃：掺有外加剂的水玻璃； 5. 按水玻璃中二氧化硅含量多少，有中性和碱性水玻璃水解后都为碱性。,工业上水玻璃形态有三种： 块状或粉状水玻璃，溶解慢，且易潮解。 含有化合水的固体水玻璃，称为水合水玻璃，其溶解度大。 由而得的液体水玻璃，可与水按任意比例混合。,2. 生产,（一）原料： 1. SiO2 原料：石英砂、砂岩、燧石、硅藻土等； 2. Na2O原料：纯碱(Na2CO3)、硫酸钠(Na2SO4)、苛性钠(NaOH)、小苏打(NaHCO3)等； 3. 其他原料：炭，在用硫酸盐生产时采用。,硬化,水玻璃的生产方法： 分为湿法和干法两种；,湿法-蒸压法： 湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应成液体水玻璃。,干法 （1）碳酸盐熔融法 生产硅酸水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于13001400 温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃（固体水玻璃在水中加热溶解而生成液体水玻璃）：,（国内多用碳酸盐法）,（2）硫酸盐法,2.3.2 水玻璃的硬化,液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化：,在空气中的硬化,技术特性,由于空气中CO2粘度较低，这个过程进行得很慢，为加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠（Na2SiF6）（有毒，使用要注意安全）作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的12%15%，掺量过多或过少的都有弊端。,加入氟硅酸钠促使硬化,水玻璃的模数和相对密度，对于凝结和硬化影响也很大: 当模数高时，硅胶容易析出，水玻璃凝结硬化快。 当水玻璃相对密度小时，反应产物扩散速度快，水玻璃凝结硬化速度也快。 而模数又低且相对密度又大时，凝结硬化就很慢。 环境温度和湿度对凝结硬化影响也大，温度高、湿度低时反应速度也加快。,2.3.3 水玻璃的技术特性,1. 粘结力强,耐酸不耐碱,水玻璃是建筑上常用的粘结材料和胶凝材料。硬化后具有较高的粘结强度、抗拉和抗压强度。,2. 耐酸不耐碱,硬化后的水玻璃，主要成分是SiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。但不耐碱性介质侵蚀。(SiO2 和R2O nSiO2均为酸性物质，溶于碱) 可作耐酸混凝土的胶凝材料，与耐酸骨料配制耐酸砂浆、耐酸混凝土。,3. 耐热性好,工程应用,水玻璃不燃烧，高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。,1涂刷土木工程材料表面可提高抗风化能力，并可掺入耐碱颜料。 2配制防水剂。 3配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙、裂缝。 4用于加固土壤。 5碱矿渣砼中的碱。 6配制耐酸砼。 7. 配制耐热砂浆和耐热混凝土。,2.3.4 水玻璃的工程应用,1. 涂刷材料表面，提高抗风化能力,防水剂,水玻璃硬化析出的硅酸凝胶能堵塞毛细孔隙，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。可以： 直接涂刷在建筑表面； 直接涂刷在粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料表面；,2. 配制防水剂,配制砂浆、砼,以水玻璃为基料，与多种矾配制成速凝防水剂，能在1min内凝结，故工地上使用时必须做到即配即用。适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢险。,3. 加固土壤,将模数为2.53的液体水玻璃和氟化钙溶液通过金属管胶体向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，胶结土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达36MPa。 常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。,4. 配制耐酸、耐热砂浆和混凝土,观察讨论,以水玻璃为胶凝材料，选择耐酸骨料，配制耐酸砂浆、耐酸混凝土。主要用于有耐酸要求的工程。如硫酸池等。 水玻璃耐热砂浆和混凝土，主要用于高炉基础和其他有耐热要求的结构部位。,水玻璃性能的调配,因为水玻璃在工程中应用主要与其粘度和粘结力有关，而这两点又分别与水玻璃的浓度和模数有关。 1不考虑浓度与模数改变，可加入尿素，在不提高粘度的同时，增加粘结力。 2模数的调查：若水玻璃在使用中模数不合要求，导致粘结力等性能不符，则通过加入NaOH来降低模数，或加入硅酸或无定形SiO2来提高模数。 3浓度可通过加水稀释或加热浓缩来实现。,注意事项：,1运输与存放的容器： 不能用木质容器或用木塞：因为木材被碱性溶液浸蚀，使水玻璃着色而影响质量。 不能用镀锌（Zn），因Zn太活泼，易与碱反应生成氢气。 故而可用玻璃桶、铁桶、砼桶、塑料桶等。但不论何种容器，应注意密封，以防与CO2和H2O反应，而表面结皮。 2水玻璃在+10下有结冰的可能，故应保持贮存处温度。 3加入促硬剂（如Na2SiF6）时应注意安全，NaSiF6为白色结晶，在水玻璃工地易当成白糖或食盐。 4不能长时间敞开有放，由于表面水分蒸发，表面易结皮，结皮又因沉降作用而沉淀，从而影响质量。模数大的水玻璃易结皮。,一、基本性能 粘结力强、强度较高，耐酸性、耐热性好，耐碱性和耐水性差 二、性状 无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末。能风化。在100时失去6分子结晶水。易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。熔点40 48。低毒，储存密封阴凉干燥保存。 三、用途 水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。 在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。,知识点回顾水玻璃,土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水。当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。 土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.361.50g/cm3，相当于波美度38.448.3 。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。水玻璃通常采用石英粉（SiO2）加上纯碱（Na2CO3），在13001400的高温下煅烧生成液体硅酸钠 ，从炉出料口流出、制块或水淬成颗粒。再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。,回顾,观察与讨论：水玻璃与铝合金窗表面的斑迹,【讨论】 （1）铝合金制品不耐酸碱； （2）水玻璃呈强碱性。 当含碱涂料与铝合金接触时，引起铝合金窗表面发生腐蚀反应，使铝合金表面锈蚀而形成斑迹。,某些建筑物的室内墙面装修过程中我们可以观察到，使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外表形成有损美观的斑迹。试分析原因，应采取什么措施避免这类现象？,【措施】 （1）表面使用酸碱性比较大的涂料； （2）铝合金表面涂塑保护； （3）精心、文明施工。,续,思考与分析（1）,【思考】 : 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？ 【分析】 ： 通常使用的水玻璃是Na2OnSiO2的水溶液，及液体水玻璃。 一般而言，水玻璃的模数n越大时，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶nSiO2mH2O较多。,续,思考与分析（1）,【思考】 : 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？ 【分析】： （续） 水玻璃的模数n为氧化硅与氧化钠分子比。同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分Na2OnSiO2的含量越多，硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力越强。 然而如果水玻璃