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第三章气硬性胶凝材料 教学目标与要求 掌握胶凝材料 cementingmaterial 的定义和分类 掌握石膏的生产 硬化 技术性质与应用 掌握石灰的生产 石灰的硬化与熟化 技术性质与应用 了解水玻璃的应用 重点 掌握石膏和石灰的技术性质及应用 基本概念 1 什么叫胶凝材料 胶凝材料是指在建筑工程中 能将散粒材料 如砂子 石子 或块状材料 如砖 石块 粘合为一个整体的材料 2 分类 胶凝材料一般分为有机胶凝材料和无机胶凝材料 有机胶凝材料 无机胶凝材料 区别 1 气硬性胶凝材料 只能在空气中 干燥条件下 硬化并保持和发展其强度的胶凝材料 如石灰 石膏 水玻璃和菱苦水 2 水硬性胶凝材料 既能在空气中 干燥条件下 硬化 又能在水中继续硬化并保持和发展其强度的胶凝材料 如水泥 3 1建筑石膏 石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料 重点发展的新型材料 具有质轻 强度较高 绝热 防火 质地细腻美观 优良的装饰材料 我国已经探明的天然石膏矿储量为52亿吨 化学石膏储量约100万吨以上 易于加工 成品多样 各类石膏线 在美国 目前80 的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶 石膏的品种很多 主要有建筑石膏 高强石膏 无水石膏水泥 高温煅烧石膏 3 1 1建筑石膏生产简介 1 主要原料 天然石膏 2 主要成分 建筑石膏是指由二水石膏 CaSO4 2H2O 经过加工而成的半水石膏 CaSO4 H2O 故又称熟石膏 破碎 加热和磨细 3 化学反应式 天然二水石膏在加热过程中 随着加热温度和加热方式的不同 可以得到不同性质的石膏产品 二水石膏 107 1700 煅烧 建筑石膏 1250C 0 13MPa 高强石膏 3 1 2建筑石膏的性质和技术要求 1 性质 颜色为白色 密度 2 6 2 75g cm3 孔隙率大 50 60 2 等级标准 具体参见P21表3 1建筑石膏的技术指标 3 石膏产品的标记 3 1 4建筑石膏的特性 1 凝结硬化快 在常温下一般几分钟 6分钟 即可初凝 30分钟内终凝 2 微膨胀性 石膏硬化过程中体积略有膨胀 因此 浇注成型时可以得到尺寸精确 表面光滑致密的构件 或装饰图案 3 孔隙率大 轻质 隔热 吸声性好 但是强度低 吸水率大 3 1 4建筑石膏的特性 4 耐水性 抗冻性差 软化系数为0 2 0 3 不宜用于室外5 抗火性好 建筑石膏硬化后的主要成分为CaSO4 2H2O 遇火时 其中的结晶水脱出能吸收热量 而且生成的无水石膏是良好的热绝缘体 6 塑性变形大 石膏制品有明显的塑性变形性能 因此 一般不能用于承重构件 2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 解 建筑石膏及其制品适用于室内装修 主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质 1 石膏表面光滑饱满 颜色洁白 质地细腻 具有良好的装饰性 加入颜料后 可具有各种色彩 建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀 故其制品的表面较为光滑饱满 棱角清晰完整 形状 尺寸准确 细致 装饰性好 2 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔 故其保温性 吸声性好 3 硬化后石膏的主要成分是二水石膏 当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 可有效地阻止火势的蔓延 具有一定的防火性 4 建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性 故可调节室内的温度和湿度 改变室内的小气候 5 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 分析讨论 其原因有两个方面 可有针对性地解决 建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结 后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝 粘结性能差 可掺入缓凝剂 延长凝结时间 或者分多次配制石膏浆 即配即用 在光滑的天花板上直接贴石膏条 粘贴难以牢固 宜对表面予以打刮 以利粘贴 或者在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂 石膏用途1 室内抹灰及粉刷特别适用于砼顶板 加气砼墙面各种保温材料的表面抹灰 与普通水泥砂浆比较 粉刷石膏的特点 1 是黏结力强 不易脱落 克服了传统的水泥砂浆经常出现的空鼓 开裂现象 2 是具有呼吸功能 可调节室内空气湿度 3 是无毒无味 其配料注重健康环保 4 是凝结度快 体质轻 减少了楼层重量 5 是为新型的绿色生态建材 防火性能良好 6 是施工工序简便 落地灰少 操作快捷 3 1 5建筑石膏的应用 用途2 装饰制品 如石膏像等 用途3 建筑石膏制品 石膏板 石膏砌块等 如上图的石膏板造型天花主要有纸面石膏板 石膏空心条板 石膏装饰板 纤维石膏板等 3 2石灰 石灰广泛应用于建筑工程中 优点 1 原材料丰富 分布广 2 生产工艺简单 成本低 1生产简介 主要原料是天然岩石 以碳酸钙为主要原料 常用的有石灰石 白云石等 CaCO3CaO H2O 第一种情况 生石灰烧制过程中 往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因 生石灰中残留有未烧透的的内核 这种石灰称为 欠火石灰 第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长 使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳 体积收缩明显 颜色呈灰黑色 这种石灰称为 过火石灰 过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆 熟化很慢 当石灰已经硬化后 过火石灰才开始熟化 并产生体积膨涨 引起隆起鼓包和开裂 生产过程中形成的二种不利情况 2石灰的种类 1 石灰按加工方法分以下四种 块状的生石灰 即由天然岩石原料煅烧而得到的产品 主要成分是CaO 磨细生石灰 把块状生水灰磨细而得到的粉末材料 主要成分为Cao消石灰粉 将生石灰加适量的水熟化而得到的粉末 Ca OH 2 消石灰浆 加多量的水 3 4倍的水 而得的浆体 主要成分为Ca OH 2 水 2 石灰按氧化镁 MgO 含量分类 钙质生石灰 氧化镁 MgO 含量5 3石灰的熟化 生石灰 CaO 加水生成Ca OH 2过程 称为石灰的熟化或消解过程 热量 体积膨胀 开裂或裂缝等 思考题工地上使用石灰时 为什么要先进行熟化处理 答 在建筑或抹面工程中 石灰必须先充分进行熟化后才能够使用 若有未熟化的颗粒 使用后未熟化的颗粒将继续熟化 放出大量的热量 产生体积膨胀 使得表面凸起 开裂 或局部脱落而影响施工的质量 故工地上使用石灰时先进行熟化处理 例3某单位宿舍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了部分凸出的放射状裂纹 试分析上述现象产生的原因 解 引发的原因很多 但最主要的原因在于石灰在硬化过程中 蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果 墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹 是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰 这部分过火石灰在消解 陈伏阶段中未完全熟化 以致于在砂浆硬化后 过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化 造成体积膨胀 从而出现上述现象 陈伏 为了消除过火石灰的危害 生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上 这一过程称为石灰的 陈伏 陈伏 期间 石灰浆表面应保有一层水分 与空气隔绝 以免碳化 4石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化 是由下面两个同时进行的过程来完成的 结晶作用 游离水分蒸发 氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶 碳化作用 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶 释出水分并被蒸发 5建筑工程用石灰 1 建筑生石灰 2 建筑生石灰粉 3 建筑消石灰粉具体技术指标参见 JC T479 1992建筑生石灰 P26表3 2 JC T480 1992建筑生石灰粉 P26表3 3 JC T481 1992建筑消石灰粉 P26表3 4 6石灰的特性 良好的保水性 凝结硬化慢 强度低 对比 建筑石膏硬化快 耐水性差 对比 与建筑石膏相同 体积收缩率大 对比 建筑石膏是微膨胀性 7 石灰的应用 1 石灰乳和石灰砂浆A 石灰乳 将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释 成为石灰乳 是一种廉价的涂料 主要用于内墙和天棚刷白 增加室内美观和亮度 我国农村也用于外墙 石灰乳可加入各种耐碱颜料 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 B 石灰砂浆 是将石灰膏 砂加水拌制而成 按其用途 分为砌筑砂浆和抹面砂浆 2 石灰土 灰土 和三合土如建筑物或道路基础中使用的石灰土 三合土 二灰土 石灰 粉煤灰或炉灰 二灰碎石 石灰 粉煤灰或炉灰 级配碎石 等石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用 制成石灰土或石灰与工业废料的混合料 加适量的水充分拌合后 经碾压或夯实 在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应 生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙 适于在潮湿环境中使用 3 灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀 加水搅拌 经压振或压制 形成硅酸盐制品 为使其获早期强度 往往采用高温高压养护或蒸压 使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快 使制品产生较高的早期强度 如灰砂砖 硅酸盐砖 硅酸盐混凝土制品等 8石灰的保存 1 防潮 与空气中的CO2发生反应 2 防火 硬化时产生大量的热量 例4既然石灰不耐水 为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层 道路的基层等潮湿部位 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 加适量的水充分拌合后 经碾压或夯实 在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应 生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙 所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高 适于在潮湿环境中使用 再者 由于石灰的可塑性好 与粘土等拌合后经压实或夯实 使灰土或三合土的密实度大大提高 降低了孔隙率 使水的侵入大为减少 因此灰土或三合土可以用于基础的垫层 道路的基层等潮湿部位 四菱苦土 镁质胶凝材料 1主要成分 MgO白色或黄色粉末 2生产 3硬化 4思考题 为什么菱苦土在使用的时候 不单独用水拌和 1 Mg OH 2结构疏松 胶凝性差 2 一般采用氯化镁 MgCl2 6H2O 液体来拌和 拌和后凝结速度快 硬化强度高 4思考题 为什么菱苦土在使用的时候 不单独用水拌和 试验证明 用水调拌菱苦土时将生成Mg OH 2 浆体凝结很慢 硬化后强度很低 若以氯化镁水溶液来调制 gO时 可以加速其水化反应 并且能形成新的水化产物 这种新的水化产物硬化后的强度较高 40 60 Pa 水化反应如下 水化产物是针状结晶 彼此机械咬合 并相互连生 长大 形成致密的结构 使浆体凝结硬化 5菱苦土的应用 地板 保温性 无噪声 耐磨 是民用建筑和纺织车间的地板材料 内墙 天花板和隔墙 一般用于机械设备的包装构件 可节约大量的木材 耐水性差 不宜使用于易受潮的部位 五水玻璃 1定义 水玻璃是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能够溶解于水的一种硅酸盐材料最常用的碱金属氧化物 Na2O K2O最常用的水玻璃 硅酸钠 Na2O nSiO2硅酸钾 K2O nSiO2等其中n称为水玻璃的模数 n 1 5 3 5 2水玻璃的应用 用作涂料 涂刷材料表面直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面 或涂刷粘土砖 硅酸盐制品 水泥混凝土等多孔材料 可使材料的密实度 强度 抗渗性 耐水性均得到提高 这是因为水玻璃与材料中的 a OH 2反应生成硅酸钙凝胶 填充了材料间孔隙 2 配制防水剂 以水玻璃为基料 配制防水剂 例如 四矾防水剂是以蓝矾 硫酸铜 明矾 钾铝矾 红矾 重铬酸钾 和紫矾 铬矾 各 份 溶于60份的沸水中 降温至 投入400份水玻璃溶液中 搅拌均匀而成的 这种防水剂可以在1min内凝结 适用于堵塞漏洞 缝隙等局部抢修 3 加固土壤将模数为 的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入 两种溶液发生化学反应 可析出吸水膨胀的硅酸胶体 包裹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 4