第二章无机胶凝材料1

1、2 无机胶凝材料无机胶凝材料本章主要介绍三种常用的无机气硬性胶凝材料。本章主要介绍三种常用的无机气硬性胶凝材料。通过学习，了解石灰、石膏及水玻璃的生产制备方通过学习，了解石灰、石膏及水玻璃的生产制备方法；掌握石灰石膏及水玻璃的水化（熟化）、硬化法；掌握石灰石膏及水玻璃的水化（熟化）、硬化机理、技术性质，实习它们在建筑工程中的主要用机理、技术性质，实习它们在建筑工程中的主要用途和应用的要点。途和应用的要点。本章提要本章提要2.1 胶凝材料的定义、分类 无机胶凝材料：无机生料（岩石、粘土等）按一定配比后，高温下转变成熟料，煅烧急冷而形成活性矿物，同介质发生反应形成新的产物，逐渐凝结、硬化，从而将散

2、状材料与其粘结在一起。1）定义： 胶凝材料：将建筑上凡是经过一系列物理、化学作用，把能够将散状材料或块状材料粘结成整体的材料。 按化学成分分，胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料：气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料沥青、树脂、橡胶等如石灰，石膏如石灰，石膏如各种水泥如各种水泥2）分类气硬性胶凝材料：只能在气硬性胶凝材料：只能在空气空气中凝结硬化中凝结硬化 水硬性胶凝材料：水硬性胶凝材料： 在在空气空气和和水水中均能凝结硬化，中均能凝结硬化，2.2 胶凝材料的水化：定义： 胶凝材料与水介质拌和的浆体逐渐变稠的过程。影响水化的因素：（1）胶凝材料的细度：水化；（2）水介质条件：外加剂；（3）水化产物的转移速

3、度：由表及内，外加剂，搅拌；（4）环境温度：温度过高或者过低。胶凝材料的凝结定义：水化产物之间产生的吸附和结晶过程；可塑浆体转变为固体的过程。影响水化的因素：（1）水化速度：水化同凝结的连续性；（2）结晶速度：碳酸钙晶体；（3）水化产物数量：分子的布朗运动。胶凝材料的硬化定义：浆体内部水化合物不断更新，固体内部孔隙逐渐减少，固体强度逐渐加强的过程。影响水化的因素：（1）水分蒸发：裂缝；（2）未水化的颗粒：无法水化。2.3 石灰石灰石灰的品种石灰的品种石灰的技术要求及应用石灰的技术要求及应用主要学习内容石灰的水化、硬化及其特石灰的水化、硬化及其特点点石灰的生产原理原料：石灰石，白云石，白垩，贝壳

4、等。 主要是含碳酸钙为主主要工序：破碎加热、煅烧磨细 一般是天然岩石在立窑中进行煅烧化学反应：caco3 cao+co2生成生石灰，其主要成分为氧化钙（cao）。2.3.1 石灰的生成石灰的生成9001000过火石灰过火石灰 cao活性低，水化过程极为缓慢； 易吸潮水化，体积膨胀，严重影响工程质量。欠火石灰欠火石灰 几乎没有活性，影响石灰的质量。 颜色洁白，质地松软，重量轻，易于熟化，cao活性正常。 正火石灰正火石灰原料中原料中mgco3 石灰石灰mgo 按按mgo含量，含量，建筑生石灰建筑生石灰分为：分为：钙质石灰（钙质石灰（mgo含量不超含量不超5%) 镁质石灰（镁质石灰（mgo含量超含

5、量超5%) 消石灰消石灰分为：分为： 钙质消石灰粉（钙质消石灰粉（mgo含量小于含量小于4%)镁质消石灰粉（镁质消石灰粉（mgo含量含量4-24%)白云石消石灰粉（白云石消石灰粉（mgo含量含量24-30%)2.3.2 石灰的品种石灰的品种消石灰粉，cao石灰膏，ca(oh)2消石灰粉，ca(oh)2石灰乳，ca(oh)2磨细水化水化水化适量水适量水过量水图2.1 石灰的加工及其产品示意图生石灰 cao（1）石灰的水化石灰的水化，又称消解。它是生石灰（cao）与水作用生成熟石灰（ca(oh)2）的过程。在熟化过程中，放出大量的热，体积迅速增加12.5倍。建筑工程中常用经熟化后的熟石灰，如石灰膏

6、等。 2.3.3 石灰的水化和硬化石灰的水化和硬化 水化的特点：放热量大放热速度快；体积剧烈膨胀。熟化方法根据用途不同有：熟化方法根据用途不同有：a 石灰膏石灰膏 用于用于拌制砌筑砂浆拌制砌筑砂浆或或抹灰砂浆抹灰砂浆：生石灰石灰浆（化灰池中完成）石灰膏（储灰坑沉淀）石灰的陈伏石灰的陈伏：石灰浆应在储灰坑中储存两周以上，以充分熟化过火石灰，防止使用时抹灰隆起或开裂。b 熟石灰粉熟石灰粉 用于拌制石灰土（石灰+粘性土），或三合土（石灰+粘土+砂石/粉煤灰/矿渣/炉渣/碎砖）： 向石灰堆中，用水管分层注水，加水量为生石灰重量的60-80% ，使其充分消解，又不过湿成团。用前，往往要闷几天，类似于石灰

7、浆的陈伏。（2）石灰的硬化 石灰浆体在空气中的硬化，包括两个同时进行的过程：石灰浆体在空气中的硬化，包括两个同时进行的过程： 结晶作用结晶作用 ： ca(oh)2从饱和溶液中，结晶而出。从饱和溶液中，结晶而出。 碳化作用碳化作用： ca(oh)2+co2+nh2o=caco3+(n+1) h2o 碳化作用长时间内仅限于表层，碳化作用长时间内仅限于表层， 结晶作用主要在结晶作用主要在内部发生。内部发生。 硬化过程产生了两种晶体。硬化过程产生了两种晶体。石灰的硬化包括干燥硬化和碳化硬化。结晶硬化干燥硬化是石灰浆体在干燥过程中，毛细孔隙失水。由于水的表面张力的作用，毛细孔隙中的水面呈弯月面，从而产生

8、毛细管压力，使得ca(oh)2颗粒间的接触紧密，产生一定的强度。 碳化硬化碳化硬化是ca(oh)2与空气中的co2化合生成caco3晶体称为碳化。生成的caco3具有相当高的强度。 (1)石灰的性质保水性、可塑性好 石灰熟化生成的ca(oh)2颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚水膜，即石灰的保水性好。石灰浆具有良好的可塑性。可作为掺加料加入水泥砂浆中形成混合砂浆，提高和易性。凝结硬化慢、强度低 石灰的凝结硬化很慢，且硬化后的强度很低。如石灰砂浆28d抗压强度只有0.20.5mpa。 2.3.4 石灰的性质和应用石灰的性质和应用耐水性差

9、潮湿环境中石灰浆体不会产生凝结硬化。硬化后的石灰浆体的主要成分为ca(oh)2和少量的caco3。所以不能用于潮湿地点，也不能单独用于建筑基础。 caco3+co2+h2o ca(hco3)2（具有可溶性）（具有可溶性）干燥收缩大ca(oh)2颗粒吸附的大量水分在凝结硬化过程中不断蒸发，并产生很大的毛细管压力，使石灰浆体产生很大的收缩而开裂，因此石灰除做粉刷墙面外一般不宜单独使用。(2)石灰的应用利用熟化石灰制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑，石灰乳刷白（内墙、顶棚、外墙）。 利用石灰与石英砂、粉煤灰、矿渣等为主要原料，生产人造石材，加入高炉矿渣/粉煤灰可提高耐水性。熟化后的石灰与

10、粘土拌和成灰土或石灰土。若再加砂或石屑、炉渣等形成三合土。广泛用于建筑工程的基础和道路的垫层或基层。 磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料加水搅拌成型为坯体，然后再通入co2进行人工碳化（1224h）而成的一种轻质板材，作为非承重的内隔墙板以及天花板等。 生产硅酸盐制品原料：生石灰粉/消石灰粉+硅质材料（粉煤灰/粒化高炉矿渣/浮石、砂子）+水（有时加石膏）。储存要防潮，使用要注意安全。储存要防潮，使用要注意安全。质量分三级：优等品、一等品、合格品。质量分三级：优等品、一等品、合格品。混合砂浆（水泥混合砂浆（水泥+石灰膏石灰膏+砂砂+水）砌墙。水）砌墙。石灰土（消石灰粉石灰土（消石灰粉

11、/生石灰粉生石灰粉+粘性土粘性土+水）作一般道路水）作一般道路基层，或高等级道路的底基层。基层，或高等级道路的底基层。 石灰能显著提高粘性土的石灰能显著提高粘性土的强度和耐水性强度和耐水性，原因是：，原因是： 1）离子交换：石灰浆中的游离钙离子和氢氧根离子）离子交换：石灰浆中的游离钙离子和氢氧根离子与细粒粘土矿物中的钠离子、氢离子发生交换，减薄与细粒粘土矿物中的钠离子、氢离子发生交换，减薄粘土颗粒吸附水膜厚度，使土粒凝聚，形成稳定团粒粘土颗粒吸附水膜厚度，使土粒凝聚，形成稳定团粒结构，使石灰土获得初期强度。结构，使石灰土获得初期强度。 2）石灰硬化过程中生成的氢氧化钙晶体和碳酸钙晶）石灰硬化过

12、程中生成的氢氧化钙晶体和碳酸钙晶体相互结合，并把土粒结成整体，提高了石灰土的稳体相互结合，并把土粒结成整体，提高了石灰土的稳定性。定性。 3）粘土中少量的）粘土中少量的活性氧化铝与氧化硅活性氧化铝与氧化硅与与氢氧化钙氢氧化钙反反应应生成不溶于水的生成不溶于水的水化硅酸钙水化硅酸钙和和水化铝酸钙水化铝酸钙 （粘土（粘土主要成分为主要成分为al2o32sio22h2o）。在土中形成凝胶）。在土中形成凝胶结构，使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳定性不结构，使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳定性不断提高。断提高。生产石膏的原料主要是含caso4的天然石膏（又称生石膏）或含caso4的化工副产品和废渣等

13、。其化学式为caso42h2o，也称二水石膏。石膏的生产过程主要是破碎、加热与磨细。 2.4石膏石膏2.4.1 石膏的生成石膏的生成石膏是以caso4为主要成分的常用气硬性胶凝材料。 (1)建筑石膏将天然caso42h2o在石膏炒锅或沸腾炉内燃烧且温度控制在107170范围时，caso42h2o脱水为细小晶体的型caso41/2h2o（又称熟石膏），再经磨细制得。(2)模型石膏模型石膏的主要成分也是型caso41/2h2o，但杂质少、色白。主要用于陶瓷的制坯工艺的成型和装饰浮雕等。 2.4.2 石膏的主要品种石膏的主要品种(3)高强度石膏将caso42h2o在密闭的压蒸釜内蒸炼脱水成为半水石膏

14、，又称型半水石膏，再经磨细制得。与型半水石膏相比，型半水石膏的晶体粗大且密实，达到一定稠度所需的用水量小，且只有建筑石膏的一半。因此这种石膏硬化后结构密实、强度较高，硬化7d时的强度可达1540mpa。高强度石膏主要用于要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。另外掺入防水剂还可制成高强度防水石膏和无收缩的粘结剂等。(4)粉刷石膏粉刷石膏是天然caso42h2o或废石膏经适当加工工艺所得到的粉状生成物。当配适量的缓凝剂、保水剂等化学外加剂后制成抹灰用胶结料。(1)建筑石膏的水化建筑石膏(caso41/2h2o)加水拌和后，与水发生水化反应首先溶解于水，然后发生反应，生成caso42h2o,即建筑石

15、膏的水化。(2)建筑石膏的凝结和硬化当水化继续进行后，caso42h2o胶体微粒的数量不断增多，它比原来的caso41/2h2o颗粒细得多，可吸附更多的水分。浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体的稠度逐渐增加，颗粒之间摩擦力和粘结力逐渐增大，浆体的可塑性减少，形成石膏的凝结。 2.4.3 建筑石膏的水化、凝结和硬化建筑石膏的水化、凝结和硬化建筑石膏的凝结与硬化二水石膏的溶解度仅为半水石膏的1/5左右，反应总向右进行，溶液中，不断析出二水石膏的胶粒。casocaso4 41/2h1/2h2 2o+3/2ho+3/2h2 2o casoo caso4 42h2h2 2o o （化学反应）（化学

16、反应）(1)凝结硬化时间短(2)凝结硬化时体积微膨胀(3)孔隙率大、体积密度小(4)保温性和吸声性好 (5)强度较低 (6)具有一定的调湿性 (7)防火性好，但耐火性差 (8)耐水性、抗渗性、抗冻性差2.4.4 建筑石膏的性质建筑石膏的性质(1)作室内抹灰和粉刷材料用。(2)制作石膏板。石膏板具有轻质、隔热保温、吸声、防火、尺寸稳定及施工方便等性能，在建筑中得到广泛的应用，是一种很有发展前途的新型建筑材料。建筑石膏在存储中应注意防雨、防潮，存储期一般不宜超过三个月。2.4.5 建筑石膏的应用建筑石膏的应用吸声用穿孔石膏板：用于音乐厅，影剧院，会议室的吊顶、墙面材料。耐水纸面石膏板：（添加耐水外

17、加剂），用于厨房、卫生间。耐火纸面石膏板：（添加无机耐火纤维），用于公共建筑，如影剧院、体育馆、展馆、幼儿园、商场的吊顶、墙面、隔断。特种耐火石膏板 (1h)用于防火等级要求高的建筑物。艺术浮雕装饰制品：石膏角线，石膏造型，石膏壁画，艺术顶棚，灯圈，角花，艺术廊柱（罗马柱）。(3)建筑石膏的质量要求： 主要有强度，细度和终凝时间。并按强度，细度和终凝时间划分为优等品，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.水玻璃（俗称泡花碱）是一种水溶性硅酸盐，其化学式为r2onsio2。其中r2o是碱金属氧化物，n为sio2与r2o摩尔数的比值，称为水玻璃的模

18、数。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠na2onsio2的水溶液和硅酸钾k2onsio2的水溶液，颜色呈青灰色或淡黄色。 3.3 水玻璃水玻璃3.3.1 水玻璃的化学成分和生成水玻璃的化学成分和生成水玻璃是一种气硬性胶凝材料，在建筑工程中常用来配制水玻璃砂浆及水玻璃混凝土等。 生产水玻璃常采用碳酸盐法生产水玻璃常采用碳酸盐法，即将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在13001400温度下熔化生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃。有时也可用碳酸钾代替碳酸钠，制成碳酸钾水玻璃。水玻璃是气硬性胶凝材料，在空气中它能与二氧化碳反应，生成无定形的二氧化硅凝胶（又称硅酸凝胶），凝胶脱水转变成二氧化硅而硬化（又称自然硬化）。因空气中的二氧化碳含量很少，自然凝结硬化缓慢，因此，水玻璃在使用过程中常加入促硬剂，加快其凝结硬化速度。常用的促硬剂有氟硅酸钠（na2sif6）等。3.3.2 水玻璃的凝结硬化水玻璃的凝结硬化(1)粘结力强、强度较高(2)耐酸性、耐热性好(3)耐碱性、耐水性差3.3.3 水玻璃的性质水玻璃的性质(1)作材料表面处理用，提高材料抗风化能力。(2)加固地基。(3)配制速凝防水剂。(4)修补砖墙裂缝。 3.3.4 水玻璃的应用水玻璃的应用（1）涂