任务2--2气硬性胶凝材料1

1、第二章第二章. .无机胶凝材料无机胶凝材料 -气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 内容：内容： 介绍介绍石膏、石灰石膏、石灰、水玻璃和菱苦土四种、水玻璃和菱苦土四种 气硬性无机材料的原料、生产、硬化原理、气硬性无机材料的原料、生产、硬化原理、 性质及应用性质及应用。 学习目的和要求 通过本章的学习，熟悉四种气硬性无机胶 凝材料的性质和应用。以石膏、石灰为重 点。要求了解原料、生产、硬化原理、技 术要求，掌握其性质及应用；了解水玻璃 和菱苦土的性质和应用。 l胶凝材料胶凝材料：在土木工程材料中，凡是经过：在土木工程材料中，凡是经过 一系列的物理、化学作用，一系列的物理、化学作用，能将散粒状或能将散粒状

2、或 块状材料粘结成整体的材料块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝，统称为胶凝 材料。材料。 胶 凝 材 料 有机胶凝材料 如沥青、树脂、橡胶等 无机胶凝材料 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料 如石膏、石灰、 菱苦土、水玻璃 各种水泥 引言引言 硬化 条件 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在只能在空气中硬化，且只能在 空气中保持或发展其强度。特点：空气中保持或发展其强度。特点：耐水性差耐水性差，不不 适宜用于潮湿性环境。（石灰）适宜用于潮湿性环境。（石灰） 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料不仅在空气中，而且能更好的不仅在空气中，而且能更好的 在水中硬化，并保持、发展其强度。在水中硬

3、化，并保持、发展其强度。 特点：耐水 性好，适宜用于潮湿环境和水中。（水泥） 石灰水泥 一、石灰一、石灰 石灰吟石灰吟 明明 于谦于谦 千锤万凿出深山，千锤万凿出深山， 烈火焚烧若等闲。烈火焚烧若等闲。 粉骨碎身浑不怕，粉骨碎身浑不怕， 要留清白在人间。要留清白在人间。 石灰石石灰石 石灰 主要内容 石灰的原料与生产（简单了解） 石灰的熟化和硬化（了解） 石灰的技术要求 （了解） 石灰的性质与应用（重点） 1 1、石灰的生产工艺、石灰的生产工艺 l石灰是由富含碳酸钙的岩石石灰是由富含碳酸钙的岩石(如如石灰石、白石灰石、白 云石、白垩云石、白垩等等)为主，亦可应用含有氧化钙为主，亦可应用含有氧化

4、钙 和部分氧化镁的岩石，经过煅烧，逸出二和部分氧化镁的岩石，经过煅烧，逸出二 氧化碳气体后得到的块状材料。其内部孔氧化碳气体后得到的块状材料。其内部孔 隙率大，体积密度小，与水作用快。隙率大，体积密度小，与水作用快。 l化工副产品主要有电石渣化工副产品主要有电石渣(消化电石而得消化电石而得)等等: 2 900 3 COCaOCaCO C 22222 )(HCO2HCaCOHCa 块状块状 生石灰生石灰 熟石灰熟石灰 煅烧石灰石煅烧石灰石 ( (内含内含CaCOCaCO3 3) ) 正火石灰正火石灰 欠火石灰欠火石灰 过火石灰过火石灰 欠火石灰：由于煅烧温度过低，石灰颗粒内部含 有未分解的碳酸钙

5、内核，它只是降低了石灰的利 用率，无危害。 过火石灰：由于煅烧温度过高，石灰颗粒表面覆 盖一层结构致密的熔融物，它的结构致密，孔隙 率小，体积密度大，与水作用速度慢，有危害 （使硬化的浆体产生隆起、开裂等破坏）。 2、石灰的熟化与硬化 （一)石灰的熟化 1.石灰的熟化：生石灰（氧化钙）与水发生作用生产 熟石灰（氢氧化钙）的过程。 石灰的熟化特点:（1）放热；（2）体积增大 2.石灰的熟化的两种方式（加水量不同）： （1）石灰膏：石灰+大量的水 石灰乳 石灰 （2）熟石灰：石灰 淋水（60%-80%） 石灰 22 )(aOHCaOHOC 沉淀 2、石灰的熟化与硬化 石灰膏的陈伏：生石灰在加水在储

6、灰池中存放 两周以上 陈伏目的:为了消除过火石灰的危害。 （二）石灰的硬化 第一步： 干燥硬化氢氧化钙析晶 (析晶) 第二步：碳化硬化碳化生成碳酸钙 (蒸发) 22 )(aOHCaOHOC OHCOCCOOHC 2322 a)(a 3、石灰的技术要求 （一）建筑生石灰的技术要求 1、有效氧化钙和氧化镁含量 2、未消化残渣含量（即欠火石灰、过火石灰及杂 质的含量） 3、二氧化碳含量（即欠火石灰含量） 4、产浆量（1kg生石灰生成石灰膏的升数L) (二）建筑生石灰粉的技术要求 1、有效氧化钙和氧化镁含量 2、二氧化碳含量 3、细度（0.9mm筛，0.125mm筛） （三）建筑熟石灰粉的技术要求 1

7、、有效氧化钙和氧化镁的含量 2、细度 2、石灰的品种、石灰的品种 （1）块状生石灰）块状生石灰-CaO （2）生石灰粉）生石灰粉-CaO （3）熟（消）石灰粉）熟（消）石灰粉-Ca(OH)2 （4）石灰浆（膏）石灰浆（膏）-Ca(OH)2 块状生石灰块状生石灰 生石灰粉生石灰粉 熟（消）石灰粉熟（消）石灰粉 石灰浆石灰浆 3、石灰的性能特点石灰的性能特点 l（1 1）保水性，可塑性好保水性，可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒 极细的呈胶体分散状态的极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙氢氧化钙，表面吸，表面吸 附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂附一层

8、厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂 浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥 砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。 l（2 2）硬化慢、强度低）硬化慢、强度低 从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空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，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，硬化后的强度也不石灰是硬化缓慢的材料

9、，硬化后的强度也不 高。如高。如1 1：3 3石灰砂浆石灰砂浆2828天抗压强度仅为天抗压强度仅为0.2-0.2- 0.50.5MPaMPa。所以，石灰不宜用于重要建筑物的所以，石灰不宜用于重要建筑物的 基础。基础。 l（3 3）硬化时体积收缩大）硬化时体积收缩大 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而 引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层 涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、砂、 纸筋纸筋等以减少收缩和节约石灰。等以减少收缩和节约石灰。 l（4 4）耐水性差）耐水性差 氢氧化钙易溶于

10、水，如果长期受潮或被水氢氧化钙易溶于水，如果长期受潮或被水 浸泡，会使已硬化的石灰溃散。若石灰浆体浸泡，会使已硬化的石灰溃散。若石灰浆体 在完全硬化之前就处于潮湿的环境中，石灰在完全硬化之前就处于潮湿的环境中，石灰 中的水分不能蒸发出去，其硬化就会被阻止中的水分不能蒸发出去，其硬化就会被阻止 ，所以石灰不易在潮湿的环境中应用。，所以石灰不易在潮湿的环境中应用。 （5）可与活性SIO2、活性AL2O3反应 可与活性SIO2、活性AL2O3反应，生成具有 水硬性的物质，若用蒸汽或蒸压养护，可 与晶体SIO2反应，生成具有水硬性物质。 4、石灰的应用、石灰的应用 1 1）配制石灰乳涂料）配制石灰乳涂

11、料 将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内墙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。壁和天棚的涂料。 加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。 加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉 化。化。 石灰乳涂料石灰乳涂料 2）配制石灰砂浆与混合砂浆）配制石灰砂浆与混合砂浆 石灰膏石灰膏+砂砂+水水+拌制，既可用作砌筑砂浆拌制，既可用作砌筑砂浆 又可用作抹面。又可用作抹面。 石灰膏石灰膏+纤维纤维+水拌制，多用于抹面。水拌制，多用于抹面。 3 3）配制石灰土和三合土）配制石灰土和三合土 石灰土（石灰石灰土（石灰+

12、+粘土）和三合土（石灰粘土）和三合土（石灰+ +粘土粘土 + +砂碱炸渣等填料），多用于加固地面、密实地砂碱炸渣等填料），多用于加固地面、密实地 面，稳定地基。面，稳定地基。 在夯实或压实下，灰土在夯实或压实下，灰土 和三合土的密实度增加可与和三合土的密实度增加可与 粘土中的少量活性粘土中的少量活性SIOSIO2 2和活和活 性性ALAL2 2O O3 3反应生成反应生成水硬性物水硬性物 质质，从而提高了密实程度和，从而提高了密实程度和 强度。耐水性也得到了改善。强度。耐水性也得到了改善。 4）配制硅酸盐制品）配制硅酸盐制品 将石灰与硅质材料磨细后，一起加压成型，再经过蒸汽养将石灰与硅质材料磨

13、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。护，生成以水化硅酸钙为主要产物的砼。 反应式如下：反应式如下： Ca(OH)2+SiO2+H2OCaOSiO2H2O 硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼砌块等。硅酸盐砼制品有：灰砂砖、灰砂构件、加气砼砌块等。以硅 质材料和钙质材料为主要原料掺加发气剂，经加水搅料，由化学反应形成空隙，经浇注 成型、预养切割、蒸汽养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐砌块称为加气砼砌块， 5）配制无熟料水泥：矿渣）配制无熟料水泥：矿渣+石灰石灰磨细磨细 灰砂砖灰砂砖 加气砼砌块加气砼砌块 二、石膏二、石膏 我国的石膏资源极其丰富，分布很广。有我国

14、的石膏资源极其丰富，分布很广。有 自然界存在的天然二水石膏自然界存在的天然二水石膏( 又称软石膏或生石膏又称软石膏或生石膏)、天然无水石膏、天然无水石膏 (CaSO4，又称硬石膏，又称硬石膏)和各种工业副产品或和各种工业副产品或 废料废料化学石膏。化学石膏。 石膏胶凝材料的生产，通常是石膏胶凝材料的生产，通常是 。 石膏和石灰 天然二水石膏（天然二水石膏（ ） 天然无水石膏（天然无水石膏（） OHOHCaSOOHCaSO 224 170107 24 2 1 1 2 1 2 1.建筑石膏 原材料：天然二水石膏 （ ) 煅烧完后， 需要磨细，这才称之为建筑石膏。 （一）、石膏的生产（了解）（一）、

15、石膏的生产（了解） 型半水石膏 OHSOC 24 2a （二）、建筑石膏的凝结与硬化 建筑石膏的水化 建筑石膏的凝结与硬化 凝结与硬化过程：二水石膏、半石膏在水中的溶 解度不同。（水量要比比例稍微大一些，这样 可使之有可塑性） OHSOCOHOHCaSO 24224 2a2/32/1 （三）、建筑石膏的技术要求 主要有强度、细度和凝结时间要求。按照强 度、细度和凝结时间划分为优等品、一等品和合 格品。各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min ，终凝时间不得大于30min。 从加水开始搅拌一直到浆体刚开始失去可塑性的 过程称为浆体的初凝，对应时间为初凝时间；从 加水开始拌和一直到浆体完全失去可塑

16、性，并开 始产生强度的过程称为浆体的硬化，对应的时间 称为终凝时间。 高强石膏（ 半水石膏） 建筑石膏建筑石膏 ( (四四) )、建筑石膏的性能特点、建筑石膏的性能特点 凝结硬化快，使用时必须加缓凝剂；凝结硬化快，使用时必须加缓凝剂； 凝结硬化时体积微膨胀（凝结硬化时体积微膨胀（区别于其他胶凝材料区别于其他胶凝材料 ，成型丰满，不需要加其他试剂，可单独使用，成型丰满，不需要加其他试剂，可单独使用） 孔隙率大，体积密度小，强度较低；孔隙率大，体积密度小，强度较低； 保温性和吸湿性好，具有一定的调温调湿性保温性和吸湿性好，具有一定的调温调湿性 ，吸声性也很好；，吸声性也很好； 防火性能良好，但耐火

17、性较差；防火性能良好，但耐火性较差； 耐水性、抗渗性、抗冻性差（耐水性、抗渗性、抗冻性差（不适合用于室外不适合用于室外 ）。）。 ( (五）、建筑石膏的应用五）、建筑石膏的应用 l室内抹灰和粉刷室内抹灰和粉刷: :加水拌和，适当加一些缓凝剂加水拌和，适当加一些缓凝剂 角花 浮雕艺术浮雕艺术 三、水玻璃三、水玻璃 l什么是水玻璃什么是水玻璃？ 碱金属硅酸盐的水溶液：碱金属硅酸盐的水溶液： R R2 2O nSiOO nSiO2 2 + H + H2 2O O 其中其中R=NaR=Na 、 、K K n n为水玻璃的为水玻璃的模数模数 水玻璃的模数和浓度对水玻璃的模数影响水玻璃的模数和浓度对水玻璃

18、的模数影响： 水玻璃的n值越大，则水玻璃的：粘度越大（不利 于施工），粘结力越高，强度及耐酸性越高（二氧化硅 含量高），耐热性越高，越难溶于水中。 同一模数的水玻璃，其浓度（或密度）增加，则粘度 增大，粘结力与强度及耐酸性、耐热性均提高，但太大 时则不利于施工。 水玻璃的制备方法水玻璃的制备方法： 湿法：湿法： R2OnSiO2 + H2O =水玻璃水玻璃 干法：干法： R2OnSiO2 =R2O nSiO2 R2O nSiO2 + H2O=水玻璃水玻璃 （二）、水玻璃的硬化 1、硬化速度慢 2、加硬化剂：氟硅酸钠 32222222 inmiaCONaOmHOSOHCOOnSON 固体水玻璃固

19、体水玻璃 水玻璃溶液水玻璃溶液 l1、水玻璃的特性、水玻璃的特性 1. 粘结性能较好粘结性能较好 2. 耐热性好、不燃烧耐热性好、不燃烧 3. 较好的耐酸性能较好的耐酸性能 4. 耐水性和耐碱性差耐水性和耐碱性差 2、水玻璃的应用、水玻璃的应用 1. 涂刷或浸渍材料。涂刷或浸渍材料。 2. 配制耐热砂浆和耐热混凝土。配制耐热砂浆和耐热混凝土。 3. 配制耐酸砂浆和耐酸混凝土。配制耐酸砂浆和耐酸混凝土。 4. 配制水玻璃矿渣砂浆。配制水玻璃矿渣砂浆。 5配制保温绝热材料。配制保温绝热材料。 6加固土壤。加固土壤。 7配制防水剂配制防水剂 粘土砖粘土砖 耐热砂浆耐热砂浆 高炉外壳高炉外壳 储酸槽

20、四、菱苦土四、菱苦土 （一）组成：菱苦土是一种白色或浅黄色的粉末，其（一）组成：菱苦土是一种白色或浅黄色的粉末，其 主要成分是主要成分是又称又称或氯或氯 氧镁水泥，菱苦土作为胶凝材料与石灰的原理不同，氧镁水泥，菱苦土作为胶凝材料与石灰的原理不同， 石灰的最终反应化学原理是石灰的最终反应化学原理是Ca(OH)2CaCO3生成物生成物 要求是要求是CaCO3,而菱苦土的反应生成物是而菱苦土的反应生成物是Mg(OH)2。 （二）凝结与硬化：凝结与硬化的速度慢，常加（二）凝结与硬化：凝结与硬化的速度慢，常加 水溶液拌制。水溶液拌制。 06g 22 HCLM 1、菱苦土原料、菱苦土原料 （一）菱镁矿（一

21、）菱镁矿 （二）白云岩（二）白云岩 （三）蛇纹岩（三）蛇纹岩 菱镁矿菱镁矿 白云岩白云岩 蛇纹岩蛇纹岩 2、菱苦土的性能特点 强度高强度高 吸湿性强吸湿性强 耐水性差耐水性差 3、菱苦土的应用、菱苦土的应用 菱苦土硬化后与植物纤维的粘结性很好，菱苦土硬化后与植物纤维的粘结性很好， 且碱性较弱，对植物纤维腐蚀性也小，可且碱性较弱，对植物纤维腐蚀性也小，可 以用做：以用做： （1）。常将菱苦土与木纤维，如。常将菱苦土与木纤维，如 木屑、刨花、芦苇、竹筋等制成一些板材木屑、刨花、芦苇、竹筋等制成一些板材 及其他构件。这些板材及构件包括：及其他构件。这些板材及构件包括： 等。等。 （2），此时可以再加

22、，此时可以再加 入石棉、硅藻土、石英和颜料等。特点是入石棉、硅藻土、石英和颜料等。特点是 强度较高，弹性好，不起灰，放火、碰强度较高，弹性好，不起灰，放火、碰 撞不起火花，但不常用于潮湿环境。撞不起火花，但不常用于潮湿环境。 （3）加入气泡或泡沫后，）加入气泡或泡沫后， 。 （4）耐水性处理好的话，还可以）耐水性处理好的话，还可以 。 菱苦土木屑地面菱苦土木屑地面 菱苦土平瓦菱苦土平瓦 菱苦土波瓦菱苦土波瓦 菱苦土脊瓦菱苦土脊瓦 菱苦土复合板菱苦土复合板 小结 1、根据胶凝材料的硬化条件分为气硬性胶 凝材料和水硬性胶凝材料 2、通过对建筑石膏的凝结硬化过程的学习 ，初步建立胶凝材料“凝结硬化”

23、的概念 。石膏的多孔性及晶体组成使得石膏制品 具有轻质、保温、吸声、防火、调温。、 调湿的性质，但是同时也导致它的强度较 低。抗冻性、抗渗性及耐水性差。石膏在 硬化时体积为膨胀，以及洁白的颜色，细 腻的质地使石膏称为一种良好的室内用装 饰材料。 3、石灰在消解过程中有大量热放出及体积 膨胀。欠火石灰、过火石灰都会给石灰的 使用带来不利。尤其是过火石灰，因为水 化缓慢，往往在浆体硬化、形成一定结构 强度后才开始水化，较大的膨胀会是已经 形成的结构遭到破坏，所以石灰在使用前 必须经过“陈伏”。 石灰的硬化过程很慢，是干燥、结晶和 碳化的综合过程。石灰在凝结硬化过程中 收缩大，强度低，不耐水，但保水性好与 可塑性好， 且可与活性SIO2、活性AL2O3反应， 拌制石灰土和三合土，做道路的垫层或建 筑物的基础。 4、水玻璃模数和水玻璃的浓度大小决定了水玻璃 的凝结硬化性质。水玻璃模数值大或浓度大，则 水玻璃的粘度大，粘结力、强度和耐酸耐碱耐热 性能均强。因水玻璃在空气中硬化慢，常加硬化 剂氟硅酸钠来加速其凝结硬化。水玻璃硬化具有 粘结力强，耐酸、耐高温的特点，但耐碱性和耐 水性差，水玻