第十四章气硬性胶凝材料.ppt

第十四章,气硬性胶凝材料,胶凝材料： 能通过物理化学作用将散粒材料或块状材料胶结成为一个整体，并产生强度的材料。 气硬性胶凝材料： 只能在空气中硬化，保持并发展其强度的材料。 水硬性胶凝材料： 既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并发展其强度的材料。,14.0 胶凝材料的基本概念,气硬性与水硬性胶凝材料的差异,有机胶凝材料,沥青,树脂,各种水泥,水硬性,石灰,石膏,水玻璃,菱苦土,气硬性,无机胶凝材料,胶凝材料,14.0 胶凝材料的基本概念 14.1 石膏 14.2 石灰 14.3 镁质胶凝材料 14.4 水玻璃,14.1 石 膏,14.1.1.石膏的原料 14.1.2.石膏的水化与硬化 14.1.3.建筑石膏的技术要求和性质 14.1.4.建筑石膏的应用,1.天然二水石膏 2.天然硬石膏 3.化工石膏 4.建筑石膏（半水石膏） 5.高强石膏,14.1.1石膏的原料,2.天然硬石膏： 又称为无水石膏，主要是由无水硫酸钙（CaSO4 ) 组成的沉积岩石。,1.天然二水石膏： 又称生石膏（CaSO4 2H20 ) ，是由含两个结晶水的硫酸钙所组成的沉积岩石。,3.化工石膏： 化工石膏是指一些含有CaSO42H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣，也可作为生产石膏的原料，例如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、黄石膏、钛石膏等。,4.建筑石膏（半水石膏）,（1）以半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，不预加 任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。 （2）主要是由天然二水石膏在107170的干燥条件下加热脱 水而成的。 （3）二水石膏在温度为6575时脱水，至107170时生成 型半水石膏（-CaSO41/2H2O），其反应式为： CaSO42H2O -CaSO41/2H2O3/2H2O （4）建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较 大，因而强度较低。,5.高强石膏,若将二水石膏置于具有0.13MPa、124的过饱和蒸汽条件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的型半水石膏（-CaSO41/2H2O），这就是高强石膏。 高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小，因而强度较高。,石膏矿 CaSO42H2O CaSO40.5H2O（晶体） CaSO40.5H2O（晶体）又分为 CaSO40.5H2O高强石膏 CaSO40.5H2O建筑石膏 建筑石膏 晶体微细,比表面积大,需水量大,制品孔隙率大, 强度低 高强石膏 晶体粗大结实,比表面积小,需水量小,制品孔隙 率小,强度高；,14.1.2.石膏的水化与硬化,由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（约四倍），所以二水石膏处于过饱和状态，不断从溶液中析晶，水解反应不断右移，直至半水石膏全部转变成二水石膏。,1、水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。,2、硬化：失去可塑性浆体强度增加的过程。,石膏晶体数量增加，晶体长大，彼此连生，相互交错，形成结晶网，产生强度。,石膏的硬化,石膏粉吸湿后受潮,14.1.3.建筑石膏的技术要求和性质,建筑石膏初凝仅需5min，终凝2030min，一周后即完全硬化。 需要加缓凝剂：骨胶、皮胶、纸浆废液、硼砂等。,1. 水化作用快，凝结硬化快。,建筑石膏凝结硬化示意图,半水石膏；二水石膏胶体微粒；二水石膏晶体；交错的晶体,2.硬化后体积微膨胀 石膏浆体在凝结硬化时会产生微膨胀(0.51.0%)，这使石膏制品的表面光滑、细腻、形体饱满，所以适合制作建筑装饰制品。,3. 硬化后孔隙率较大，强度较低。 石膏硬化后具有很大孔隙率，因而强度低(7d为812 Mpa)，抗冻性、抗渗性及耐水性较差。但具有轻质、保温隔热、吸声、吸湿的特点,硬化石膏的结构,4.阻火性好，耐火性差 遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐火性差 。,5.具有良好的可加工性 石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性 。,纸面石膏板,2.石膏空心条板 以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成, 该板不用纸，不用胶，强度高。可用作内隔墙。,14.1.4.建筑石膏的应用 一 、石 膏 板 1.纸面石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处 。,木纤维增强石膏板,此外尚有石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等品种。,3.石膏装饰板 石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和胶结料，加水搅拌制成。装饰板有平板、多孔板、花纹板、浮雕板等多种 。 4.纤维石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺适量纤维增强材料制成，其抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可代替木材作家具,二、 粉 刷 石 膏 在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅烧粘土质石膏）、各种缓凝剂（木质磺酸钙等）及附加材料（石灰、烧粘土、氧化铁红等）可制成像水泥一样在施工中现场拌制的新型抹灰材料粉刷石膏。 它具有表面坚硬,光滑细腻 ,粘结力强、不裂、不起鼓、防火、保温、调湿、施工方便，可实现机械化施工。 可用于办公楼、住宅楼等的墙面、顶棚等。,14.2 石灰,万里长城,万 里 长 城,古埃及金字塔,石灰吟,于谦明代 千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲； 粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。,14.2.1 、生产工艺 14.2.2、石灰的技术要求 14.2.3、石灰的熟（消化）和硬化 14.2.4、石灰的应用,14.2.1 生产工艺,一、原料 二、石灰的制备,一、原料,以碳酸钙为主的天然原料： 石灰岩（limestone ）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。,原料：,石灰石,白云质石灰石,白 垩,贝 壳,二、石灰的制备,CaCO3 CaO 10001100 CO2 MgCO3 MgO,生石灰,土窑,立窑,河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑,回转窑,武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑,竖窑,唐山三丰集团2003年10月建成投产4140m3气烧石灰竖窑,根据MgO的含量，生石灰分为两种： 钙质生石灰 MgO5 镁质生石灰 MgO5,根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种： 过火石灰 欠火石灰 temtime过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表面密度高 石灰消解慢 temtime 欠火石灰：CaCO3分解不足、产率低。,14.2.2、石灰的技术要求,一、石灰的分类,石灰产品 技术指标 建筑生石灰 CaO+MgO含量、未消化残渣含量、CO2、产浆量 （JC/T479-92） 建筑生石灰粉 CaO+MgO含量、CO2、细度 （JC/T480-92) 建筑消石灰粉 CaO+MgO含量、游离水、体积安定性、细度 （JC/T481-92） 根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。,二、石灰的技术要求,表14-5 生石灰技术指标(JC/T 479-92),表14-6 生石灰粉的技术指标(JC/T 480-92),建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限,表14-7 建筑消石灰粉的技术指标(JC/T 481-92),14.2.3、石灰的熟（消化）和硬化,特点：放热量大、快（1h放热是混凝土1d放热量的9倍多） 体积增大：12.5倍,一、生石灰的熟化（消化）： 熟石灰,石灰熟化示意图,二、 熟石灰的硬化（Hardening）,1. 硬化过程 1）结晶过程： 石灰浆：Ca(OH)2 + H2O 析晶 蒸发(吸收) 2）碳化过程 Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1) H2O 慢！,2. 硬化特点 1）硬化收缩大，易产生裂缝； 2）硬化石灰石体的孔隙率大、密度小、强度低； 3）耐水性差。,石灰浆体在干燥环境中，因失水产生毛细管压力，使氢氧化钙颗粒间的接触紧密，相互粘结产生一定强度。此外，氢氧化钙也会在过饱和溶液中析晶，加强了石灰浆体中原来的氢氧化钙颗粒之间的结合。若再遇水后，因毛细管压力消失，且氢氧化钙微溶于水，强度丧失。,石灰浆体吸收空气中的CO2，生成碳酸钙而硬化。Ca(OH)2与CO2只有在水分存在下才能发生碳化过程。生成的碳酸钙晶粒或是互相共生或是与石灰粒子及砂粒相粘结，产生强度。此外，碳酸钙固相体积比氢氧化钙固相体积稍微增大一些，使硬化石灰浆体结构更加紧密。,石灰的硬化：,生熟石灰和石灰石的三角关系,CaCO3 碳酸鈣.石灰石,Ca(OH)2 氢氧化钙.熟石灰,加高溫,加CO2,加水,CaO 氧化鈣.(生)石灰,14.2.4、石灰的应用,1. 石灰乳涂料： 2. 配制砂浆： 3. 消石灰配制石灰土或三合土； 4. 磨细生石灰粉制作硅酸盐制品及无熟料水泥、灰砂 砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等 5. 磨细生石灰制作碳化石灰板做隔墙板、天花板,各类石灰的用途,14.3 镁质胶凝材料,镁质凝胶材料，是以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料，如菱苦土（主要成分是MgO）、苛性白云石（主要成分是MgO和CaCO3）等。,4.3.1 镁质凝胶材料的生产 1、镁质凝胶材料,是将菱镁矿或天然白云石经煅 烧、磨细而制成。 2、煅烧所得的菱苦土磨得越细，使用时强度越高。 3、相同细度时， MgO含量越高，质量越好。,4.3.2 菱苦土的水化硬化 1、菱苦土用水拌和时，生成Mg(OH)2，疏松、胶凝 性差 2、故通常用MgCl2、MgSO4等盐类的水溶液拌和， 以改善其性能。,4.3.3 菱苦土的应用 1、菱苦土能与木质材料很好地粘结 2、碱性较弱，不会腐蚀有机纤维 3、对铝、铁等金属有腐蚀作用，不能让菱苦土直接接 触金属。 4、在建筑上常用来制造木屑地板、木丝板、刨花板等。,由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。常用硅酸钠水玻璃 Na2OnSiO2。常用的n=2.62.8。,湿法(液体水玻璃)； 干法(固体水玻璃),14.4 水玻璃,一.水玻璃的定义,二.水玻璃的生产,三、水玻璃的模数,SiO2与Na2O的分子比 n 称为水玻璃的模数 1.模数对性能影响 水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大， 强度愈高； 2.密度对性能影响 同一模数液体水玻