气硬性胶凝材料

第三章气硬性胶凝材料,掌握胶凝材料的定义和分类；掌握石灰的生产、石灰的熟化与硬化、技术性质与应用；掌握石膏的生产、硬化、技术性质与应用；了解水玻璃的应用。重点：掌握石灰和石膏的技术性质及应用；,胶凝材料,1、定义：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,有机胶凝材料,无机胶凝材料,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，自然界存在的石膏主要有天然二水石膏（CaSO42H2O）、天然无水石膏（CaSO4，又称硬石膏）和各种工业废石膏（化学石膏）。,3.1石膏,3.1.1石膏的生产及分类,1、原料：天然二水石膏（生石膏）（代号G）、天然无水石膏（硬石膏）（代号A）、混合石膏（代号M）、工业副产石膏石膏生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。,二水石膏CaSO42H2O,CaSO40.5H2O,CaSO40.5H2O,CaSO4,CaSO4,CaSO4,800,在建筑工程中常用建筑石膏，是将熟石膏磨细而成的白色粉末，密度2.62.75，堆积密度8001000；高强石膏用于生产建筑石膏制品。,3.1.2建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。,建筑石膏+水,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,3.1.3建筑石膏的技术性质与技术要求,（1）建筑石膏的技术性质1）颜色为白色；2）密度：2.62.75g/cm3;3）孔隙率大：理论需水量为半水石膏重量的18.6%，实际为使石膏浆体具有一定的可塑性，需水量为6080%，多余的水分蒸发后留下大量的孔隙，孔隙率为50%60%；因此建筑石膏硬化后，强度较低，表观密度较小，导热性能较低，吸声性较好。,硬化石膏的结构,建筑石膏制品的结构特点是多孔，多为封闭的细微孔，导热系数较低，尤为表面微孔会使声音反射或传导的能力显著下降，从而有好的吸声性能。,4）凝结硬化速度快：在常温下一般几分钟即可初凝，30分钟内终凝；在实际工程中使用时往往需要掺入适量的缓凝剂。5）微膨胀性（体积稳定）：石膏硬化过程中体积略有膨胀，其体积一般膨胀0.05%0.15%。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。6）耐水性、抗冻性差：软化系数为0.20.3，不宜用于室外。,7）防火性好：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。8）具有一定的调温调湿性能由于石膏制品具有多孔结构，且其热容量较大，吸湿性强，当室内温度、湿度发生变化时，石膏制品能吸入水分或呼出水分，吸收热量或放出热量，可使环境的温度和湿度得到一定的调节。9）石膏制品具有良好的可加工性，且装饰性能好：石膏制品可锯、可钉、可刨，便于施工操作。并且其表面细腻平整，色泽洁白，具有典雅的装饰效果。,（2）建筑石膏的技术要求,建筑石膏（GB/T9776-2008)规定：建筑石膏组成中型半水硫酸钙的含量应不小于60%，按其细度、2h抗折强度、凝结时间等技术性质，划分为3.0、2.0、1.6三个等级。具体指标见下表：,建筑石膏的储存,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。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。,3.1.4建筑石膏的应用,1、粉刷石膏石膏洁白细腻，用于室内粉刷、抹灰，具有良好的装饰效果。经石膏抹灰后的内墙面、顶棚，还可直接涂刷涂料、粘贴壁纸。但在施工时应注意：由于建筑石膏凝结很快，施工时应掺入适量的缓凝剂，以保证施工质量。与普通水泥砂浆比较，粉刷石膏的特点：（1）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）具有呼吸功能，可调节室内空气湿度；（3）无毒无味，其配料注重健康环保；（4）凝结度快，体质轻，减少了楼层重量；（5）为新型的绿色生态建材，防火性能良好；（6）施工工序简便，落地灰少，操作快捷。,2、艺术装饰制品：如石膏像、石膏角线、线板、角花、雕塑等；3、建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等，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；,纸面石膏板,装饰石膏板,吸声用穿孔石膏板,石膏艺术制品,4、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。,观察与讨论,请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。从图中可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。,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。一、石灰的生产工艺和分类二、石灰的熟化和硬化三、石灰的技术指标四、石灰的特性五、石灰的应用六、石灰的储存,3.2.1石灰的生产工艺,（一）原料（二）生产工艺（三）分类,（一）原料：,以碳酸钙为主的天然原料：石灰岩、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。原料中常含有部分粘土杂质，要求不得超过8%。,原料：,石灰石,白云质石灰石,白垩,贝壳,煅烧石灰石或白垩,内含CaCO3,正火石灰,欠火石灰,过火石灰,因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象,碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量,（二）生产工艺：,另一来源：化学工业副产品,电石制取乙炔时所产生的电石渣：主要成分氢氧化钙，即熟（消）石灰。,（三）石灰的分类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：把块状生石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，也叫熟石灰，Ca(OH)2;消石灰浆：加多量的水（34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%;,（一）石灰的熟化,1、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。,3.2.2(生)石灰的熟化和硬化,CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9kjMgO+H2O=Mg（OH）2,2、熟化的方式淋灰熟石灰粉。将生石灰块淋水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。化灰熟石灰膏,熟化为石灰膏：,将生石灰放入水中，注意水要过量（约为生石灰体积的34倍）,池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰膏,生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。,3、熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀12倍。4、熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏15d以上防止过火石灰的危害；在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化。,（二）熟石灰的硬化,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：（1）结晶过程：石灰浆在使用过程中，游离水分蒸发和被砌体吸收，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（2）碳化过程：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：Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。原因：空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内部的水分无法蒸发，影响硬化过程的进行。所以石灰浆的硬化是一个较缓慢的过程。,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,3.2.3石灰的技术性质,1.可塑性好，保水性好：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.熟化时放热量大，体积膨胀大。3.凝结硬化慢，强度低：碳酸钙和氢氧化钙结晶体。4.硬化时体积收缩大，易开裂：蒸发大量的游离水。不宜单独使用，加入砂、纸筋、麻刀等，限制收缩，节约石灰。5.耐水性差，不宜用于潮湿环境：氢氧化钙结晶易溶于水。,3.2.4石灰的技术指标,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。,表生石灰技术指标(JC/T479-92),表生石灰粉的技术指标(JC/T480-92),表建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限,表建筑消石灰粉的技术指标,3.2.5石灰的应用,（1）广泛用于建筑室内粉刷。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。（2）用于配制建筑砂浆。将石灰膏、砂加水拌制成石灰砂浆，主要用于内墙、顶棚的抹面。石灰与水泥和砂可配制成混合砂浆，主要用于墙体砌筑或抹面之用。,（3）石灰土（灰土）和三合土三合土是采用生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子按123的比例，再加水拌和，经夯实后而成。灰土是用生石灰粉和粘土按124的比例加水拌和，经夯实后而成。经夯实后的三合土和灰土应用于建筑物的基础、路面或地面垫层和小型的水利工程。三合土和灰土经强力夯打之后，其密实度大大提高，且粘土颗粒表面少量的活性SiO2和Al2O3与石灰发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等不溶于水的水化产物，因而具有一定的抗压强度、耐水性和相当高的抗渗能力。,三合土用作铺筑步道砖的垫层,灰土桩,三合土桩,（4）生产硅酸盐制品以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰等）为原料，加水拌和，经成型，蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如粉煤灰砖、灰砂砖、加气混凝土砌块等。,（5）碳化石灰板,将磨细生石灰与纤维材料或轻质骨料（如炉渣）加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质碳化石灰板。,六、石灰的储存,生石灰具有很强的吸湿性，在空气中放置太久，会吸收空气中的水分而消化成消石灰粉而失去胶凝能力。生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。生石灰熟化时会释放大量的热，且体积膨胀，故在储存和运输生石灰时，还应注意将生石灰与易燃易爆物品分开保管，以免引起火灾和爆炸。熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,思考题1：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。,热量,体积膨胀,开裂或裂缝等,思考题2：请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。,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，制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。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。,A,B,思考题3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。,思考题4比较石灰和建筑石膏凝结硬化的差别？,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0.050.15，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。,3.3水玻璃,一、水玻璃的组成和硬化二、水玻璃的性质与应用,3.3.1水玻璃的组成,俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH2O建筑常用的为钠水玻璃(Na2OnSiO2)；钾水玻璃(K2OnSiO2)液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。n为水玻璃的模数，水玻璃中n越大，水玻璃中胶体组分越多，粘性越大，在常温下越难溶于水，但却易分解硬化，粘结能力较强。建筑工程中常用水玻璃的n值一般在2.62.8之间。,3.3.2硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出无定形二氧化硅凝胶（硅酸凝胶），并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常将水玻璃加热或加入氟硅酸