第3章气硬性胶凝材料2011

1、2011.021第第3 3章章 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 教材教材P31P31 概概 述：述： 本章教学内容与学习要求及重点与难点本章教学内容与学习要求及重点与难点 1.1.胶凝材料的定义胶凝材料的定义 2.2.胶凝材料的分类胶凝材料的分类2011.022本章教学内容与学习要求本章教学内容与学习要求（1）教学内容教学内容 本章主要介绍下列几种气硬性胶凝材料的特性、技术性质本章主要介绍下列几种气硬性胶凝材料的特性、技术性质要求和应用。要求和应用。 如：石灰如：石灰 ( Lime ) ( Lime ) 、石膏、石膏 ( Plaster )( Plaster )等等（2）学习要求学习要求 要求了

2、解要求了解这几种胶凝材料的特性与用途。这几种胶凝材料的特性与用途。（3）重点重点: : 石灰和石膏的特性与用途石灰和石膏的特性与用途。（4）难点难点: : 石灰的熟化和硬化特性；石灰的熟化和硬化特性； 建筑石膏硬化过程的物理化学变化。建筑石膏硬化过程的物理化学变化。2011.0231. 1. 胶凝材料的定义胶凝材料的定义 （教（教 P31P31） 凡能凡能经过自身的物理化学作用后经过自身的物理化学作用后, , 在由可塑浆体在由可塑浆体变成坚硬石状体的过程中，能把散粒或块状的物料胶变成坚硬石状体的过程中，能把散粒或块状的物料胶结 成 一 个 整 体 的 材 料 ， 统 称 为 胶 凝 材 料结

3、成 一 个 整 体 的 材 料 ， 统 称 为 胶 凝 材 料 (Cementitious Materials)(Cementitious Materials) 。自身能固化自身能固化 （2 2） 能起胶结作用能起胶结作用2011.0242. 2. 胶凝材料的分类胶凝材料的分类胶胶凝凝材材料料有机有机（如沥青和各种各种树脂）（如沥青和各种各种树脂）无机无机气硬性气硬性（Non-Hydraulic)只能在空气中只能在空气中硬化硬化, ,并保持或继续提高强度。并保持或继续提高强度。 （如（如 石膏、石灰、水玻璃等）石膏、石灰、水玻璃等）水硬性水硬性（HydraulicHydraulic） 不仅能在

4、空气中，而且能更好地在水中不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬硬化化, ,并并保持并继续提高强度的胶凝材料。保持并继续提高强度的胶凝材料。 如各种水泥如各种水泥2011.0253.1 3.1 石石 灰灰（LimeLime） 石灰是一种古老的建筑材料。由于其原料分布广、生产工石灰是一种古老的建筑材料。由于其原料分布广、生产工艺简单、成本低、使用方便，因此被广泛用于建筑工程。艺简单、成本低、使用方便，因此被广泛用于建筑工程。 例如：（石灰糯米汁桐油例如：（石灰糯米汁桐油 ）组成最为经典、古老的）组成最为经典、古老的复合胶凝材料，被广泛用于：复合胶凝材料，被广泛用于：万里长城、明城墙、苏州古盘门和古

5、埃及金字塔等世界文化遗产。等世界文化遗产。 石石 灰灰 吟吟 - - 于于 谦谦 明代明代 千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；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。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。2011.026万里长城万 里 长 城2011.027（明）中华门城堡2011.028苏州古盘门2011.029古埃及金字塔2011.0210一、石灰的原料一、石灰的原料 石灰的石灰的原原料为料为含含碳酸钙为主碳酸钙为主的天然原料。的天然原料。贝壳贝壳石灰石石灰石白云石白云石白垩白垩2011.0211二、石灰的煅烧二、石灰的煅烧90032oCCaCOCaOCO 为加快煅烧过程

6、实际为加快煅烧过程实际煅烧温度煅烧温度为为1000100011001100o oC C 当温度分布不均匀当温度分布不均匀 产生产生过火和欠火石灰过火和欠火石灰 当温度过低或煅烧时间过短当温度过低或煅烧时间过短 产生产生欠烧石灰欠烧石灰 当温度过高或煅烧时间过长当温度过高或煅烧时间过长 产生产生过火石灰过火石灰。 煅烧良好的石灰，质轻色匀，密度为煅烧良好的石灰，质轻色匀，密度为3.2g/cm3.2g/cm3 3原料经煅烧后得到块状产品：生石灰原料经煅烧后得到块状产品：生石灰2011.0212土土 窑窑2011.0213唐山丰南石源冶金炉料公司唐山丰南石源冶金炉料公司2002年年5月月建成建成投产

7、日产投产日产480吨的节能型石灰立窑吨的节能型石灰立窑2011.0214唐山三丰集团唐山三丰集团2003年年10月月建成投产建成投产4140m3气烧石灰竖窑气烧石灰竖窑2011.0215武钢乌龙泉矿日产武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑吨回转窑2011.0216三三、石灰产品石灰产品 除了块状石灰，常用的石灰产品还有：除了块状石灰，常用的石灰产品还有： 1.1.生石灰粉：由块状石灰磨细得到的粉末，主要成分为生石灰粉：由块状石灰磨细得到的粉末，主要成分为 CaOCaO。 2.2.消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为要成分为C

8、a(OH)Ca(OH)2 2，亦称熟石灰。，亦称熟石灰。 3.3.石灰膏：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的石灰膏：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的 3 34 4倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，所得达一定稠度的膏状倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，所得达一定稠度的膏状物，主要成分为物，主要成分为Ca(OH)Ca(OH)2 2和水。和水。2011.02173.1.1 3.1.1 石灰的熟化（消解）石灰的熟化（消解） ( (一一) ) 石灰的熟化过程石灰的熟化过程 石灰在使用前，要加水熟化成熟石灰（消石灰，石灰在使用前，要加水熟化成熟石灰（消石灰，Quicklime)Quicklime)

9、CaOCaOH H2 2O CaO Ca（OHOH）2 264.9kJ64.9kJ 在石灰熟化过程中：在石灰熟化过程中： 1.1.放出大量的热；放出大量的热； 2.2.体积膨胀体积膨胀1 12.52.5倍。倍。2011.0218( (二二) )欠火石灰和过火石灰的熟化欠火石灰和过火石灰的熟化 1. 1.欠火石灰：欠火石灰：欠火石灰的中心部分仍是碳酸钙硬块，不能欠火石灰的中心部分仍是碳酸钙硬块，不能熟化，形成渣子。熟化，形成渣子。 2.2.过火石灰：过火石灰：过火石灰结构紧密，熟化很慢，当用于建筑过火石灰结构紧密，熟化很慢，当用于建筑上后，可能继续熟化产生体积膨胀，引气隆起鼓包和开裂。上后，可能

10、继续熟化产生体积膨胀，引气隆起鼓包和开裂。 3.3.石灰浆的陈伏：石灰浆的陈伏：为消除过火石灰的危害，使未熟化的石为消除过火石灰的危害，使未熟化的石灰充分熟化灰充分熟化，石灰浆需在消解坑里存放两星期以上石灰浆需在消解坑里存放两星期以上（称为（称为“陈陈伏伏”）。陈伏期间石灰浆表面应覆盖一层水，以免石灰浆硬）。陈伏期间石灰浆表面应覆盖一层水，以免石灰浆硬化（碳化和结晶）。化（碳化和结晶）。2011.0219石灰熟化示意图2011.02203.1.2 3.1.2 石灰的硬化石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化，其石灰浆体在空气中逐渐硬化，其硬化硬化包括两个同时进行的包括两个同时进行的过程：过程：

11、（1 1）结晶过程）结晶过程 水分蒸发或被砌体吸收，氢氧化钙从过饱和溶液中析出。水分蒸发或被砌体吸收，氢氧化钙从过饱和溶液中析出。 （2 2）碳化过程）碳化过程 氢氧化钙吸收空气中氢氧化钙吸收空气中COCO2 2，生成碳酸钙和水，生成碳酸钙和水 Ca(OH)2 nH2O+CO2 = CaCO3+(n+1)H2O 2011.0221石灰石和生、熟石灰石灰石和生、熟石灰之间的相互关系之间的相互关系 CaCO3石灰石石灰石 碳酸鈣碳酸鈣 Ca(OH)Ca(OH)2 2 熟石灰熟石灰高溫高溫 煅烧煅烧碳化碳化 CO2加水（熟化）加水（熟化） CaO氧化鈣氧化鈣.(.(生生) )石灰石灰2011.022

12、2（3 3）石灰的主要特性）石灰的主要特性 1. 1.可塑性好；可塑性好； 2.2.保水性好；保水性好； 3.3.熟化时：熟化时：放热大，体积增大（放热大，体积增大（ 1 12.52.5倍）倍） ； 4.4.硬化缓慢：硬化缓慢：这是因为碳化作用主要发生在与空气接触表面，这是因为碳化作用主要发生在与空气接触表面，且生成且生成 CaCOCaCO3 3膜层较致密，阻碍了空气中膜层较致密，阻碍了空气中COCO2 2的渗入，也阻碍了的渗入，也阻碍了内部水分向外蒸发，因此硬化缓慢；内部水分向外蒸发，因此硬化缓慢； 5.5.硬化时体积收缩大：硬化时体积收缩大：因为硬化时大量水蒸发，导致毛细管因为硬化时大量水

13、蒸发，导致毛细管 失水收缩；失水收缩； 6.6.硬化后强度低：硬化后强度低：其原因是石灰消化时实际用水量比理论用其原因是石灰消化时实际用水量比理论用 水量大得多，多余水在硬化后蒸发，留下空隙；水量大得多，多余水在硬化后蒸发，留下空隙； 7.7.耐水性差：耐水性差：因为因为 Ca(OH)Ca(OH)2 2易溶于水。易溶于水。 2011.0223 讨论：讨论：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。 石灰砂浆石灰砂浆 A A 石灰砂浆石灰砂浆 B B（过火石灰熟化产生的（过火石灰熟化产生的膨胀缝膨胀缝） （石灰硬化产生的体积（石灰硬化产生的体积收缩缝收缩缝）2011

14、.02243.1.3 3.1.3 石灰的技术指标石灰的技术指标 表表3-1 3-1 钙质、镁质石灰分类（钙质、镁质石灰分类（JC/T479JC/T479、480480、481-92481-92）品种氧化镁含量（）氧化镁含量（）钙质石灰钙质石灰镁质石灰镁质石灰白云石消石灰白云石消石灰生石灰生石灰55生石灰粉生石灰粉55消石灰粉消石灰粉442424302011.0225表表3-2 3-2 生石灰技术指标生石灰技术指标(JC/T 479-92)(JC/T 479-92) 2011.0226表表3-2 3-2 生石灰粉的技术指标生石灰粉的技术指标 (JC/T 480-92)(JC/T 480-92)2

15、011.0227表表3-2 3-2 消石灰粉的技术指标消石灰粉的技术指标 (JC/T 480-92)(JC/T 480-92)2011.02283.1.4 3.1.4 石灰的应用石灰的应用 1. 1. 制作制作石灰乳涂料石灰乳涂料 2. 2. 配制砂浆配制砂浆 （1 1）石灰砂浆石灰砂浆 （2 2）混合砂浆混合砂浆（石灰水泥石灰水泥） 3. 3. 拌制灰土拌制灰土、三合土和四合土三合土和四合土 （1 1） 灰灰 土土 石灰石灰 ( ( 消石灰粉消石灰粉) ) 粘土粘土 （2 2） 三合土三合土 石灰石灰 粘土粘土 砂砂 （3 3） 四合土四合土 石灰石灰 粘土粘土 砂砂 石石 （4 4）二灰结

16、石二灰结石 石灰石灰 粉煤灰粉煤灰 砂砂 石石 2011.0229 灰土和三合土硬化时灰土和三合土硬化时, ,除除Ca(OH)Ca(OH)2 2发生结晶和碳化作用外，发生结晶和碳化作用外，Ca(OH)Ca(OH)2 2还能与粘土中少量活性还能与粘土中少量活性 SiOSiO2 2及及 AlAl2 2O O3 3作用，生成具有水作用，生成具有水硬性的水化硅酸钙及水化铝酸钙。硬性的水化硅酸钙及水化铝酸钙。 4. 4. 生产硅酸盐制品生产硅酸盐制品 磨细生石灰或消石灰与砂、粉煤灰、炉渣等硅质材料加水磨细生石灰或消石灰与砂、粉煤灰、炉渣等硅质材料加水拌和、经成型蒸压或蒸压处理等工序制得的建筑材料，通称为

17、拌和、经成型蒸压或蒸压处理等工序制得的建筑材料，通称为硅酸盐制品。硅酸盐制品。 如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。 2011.0230硅酸盐砌块硅酸盐砌块2011.0231灰砂砖灰砂砖2011.02323.2 3.2 石石 膏膏绪论绪论 石膏的生产石膏的生产 1.1.石膏的原料石膏的原料生产石膏的原料有：生产石膏的原料有： . 天然二水石膏天然二水石膏 CaSOCaSO4 42H2H2 2O O . .天然无水石膏天然无水石膏 CaSOCaSO4 4 . .含硫酸钙工业废料：磷石膏、氟石膏及芒硝石膏等。含硫酸钙工业废料：磷石膏、氟石膏及芒硝石膏等。2011.0

18、2332. 2. 石膏的生产过程石膏的生产过程 石膏的主要生产工序是石膏的主要生产工序是破碎和煅烧破碎和煅烧。天然二水石膏在非。天然二水石膏在非密闭的窑炉中加热到密闭的窑炉中加热到107107180180时，可得时，可得型半水石膏，又型半水石膏，又称熟石膏，磨细后即为称熟石膏，磨细后即为建筑石膏建筑石膏. .半水石膏，熟石膏）（二水石膏，生石膏）(21121222417010724OHOHCaSOOHCaSOCo2011.02343. 二水石膏在不同温度下的生成物及性质二水石膏在不同温度下的生成物及性质煅烧温度煅烧温度生成物生成物性性 质质107107170170o oC C（常压）（常压）半

19、水石膏半水石膏CaSOCaSO4 41/2H1/2H2 2O O加水后生成加水后生成CaSOCaSO4 42H2H2 2O O，凝结硬化很快，凝结硬化很快，放出热量，体积略膨胀放出热量，体积略膨胀（0.50.51 1） 125125o oC C(0.13MPa)(0.13MPa)半水石膏半水石膏CaSOCaSO4 41/2H1/2H2 2O O需水量需水量（35354545）较较半水石膏半水石膏（60608080）小，故硬化后为小，故硬化后为高强度石膏。高强度石膏。170170200200o oC C可溶硬石膏可溶硬石膏CaSOCaSO4 4水化凝结较快，同时放出大量热，需水量水化凝结较快，同

20、时放出大量热，需水量较较半水石膏高，强度较低。半水石膏高，强度较低。400400o oC C硬石膏硬石膏CaSOCaSO44 400 400500500o oC C是难溶石膏，是难溶石膏， 500500750750o oC C为不溶石膏。为不溶石膏。800800o oC C煅烧石膏煅烧石膏CaSOCaSO4 4和少量和少量CaOCaO不加激发剂也具有水化硬化能力，凝结较不加激发剂也具有水化硬化能力，凝结较慢，慢，耐水性好，耐磨性高耐水性好，耐磨性高-无水石膏水泥无水石膏水泥。2011.02353.2.1 3.2.1 建筑石膏建筑石膏1.1.建筑石膏的凝结建筑石膏的凝结CaSO41/2H2OnH

21、2O = CaSO42H2O +（ n-1.5）H2O2011.02362. 2. 建筑石膏的特性建筑石膏的特性 1. 1. 凝结凝结硬化快硬化快 2. 2. 硬化时硬化时体积微膨胀体积微膨胀 3. 3. 硬化后体积较大，表观密度和硬化后体积较大，表观密度和强度较低强度较低 4. 4. 隔热、吸声性能好隔热、吸声性能好 5. 5. 防火性能好防火性能好 6. 6. 具有一定调温、调湿性具有一定调温、调湿性 7. 7. 耐水性和抗冻性差耐水性和抗冻性差 8. 8. 加工性能好加工性能好2011.02373. 3. 建筑石膏技术要求建筑石膏技术要求 (GB9776(GB97761988)1988)

22、技术指标技术指标优等品优等品一等品一等品合格品合格品2h 2h 抗压强度抗压强度 (MPa) (MPa) 2.52.52.12.11.81.82h 2h 抗折强度抗折强度 (MPa)(MPa)4.94.93.93.92.92.9细度（细度（0.2mm0.2mm方孔筛筛余）方孔筛筛余）5.05.010.010.015.015.0凝结时间（凝结时间（minmin）初凝初凝66终凝终凝30302011.0238（四）石膏的应用（四）石膏的应用 纸面石膏板纸面石膏板2011.0239装饰石膏制品装饰石膏制品壁花天花板装饰花2011.0240装饰石膏制品装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱201

23、1.0241空心隔墙板空心隔墙板2011.02423.3 3.3 水玻璃水玻璃 课本课本P36P36 水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由碱碱金属氧化物金属氧化物和和SiOSiO2 2结合而成，如硅酸钠（结合而成，如硅酸钠（NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2）、）、硅酸钾（硅酸钾（K K2 2OnSiOOnSiO2 2）等。 二氧化硅和碱金属氧化物的摩尔比二氧化硅和碱金属氧化物的摩尔比 n n 称为称为水玻璃模数水玻璃模数，一般在一般在2.62.63.03.0之间，密度为之间，密度为1.31.31.5g/cm1.5g/cm3 3。 20

24、11.02431. 水玻璃的生产水玻璃的生产方法：方法： 湿法：石英砂和湿法：石英砂和苛性钠溶液苛性钠溶液在在压蒸锅内在在压蒸锅内0.20.20.3MPa)0.3MPa)用蒸汽加热，直接反应生成水玻璃。用蒸汽加热，直接反应生成水玻璃。 干法：石英砂和干法：石英砂和碳酸钙碳酸钙共同加热熔化，经冷却成固体，再共同加热熔化，经冷却成固体，再与水加热溶解成水玻璃。与水加热溶解成水玻璃。232222NaCOnSiONaOnSiOCO2011.02442. 水玻璃的硬化水玻璃的硬化 无定形硅凝胶无定形硅凝胶 因空气中因空气中COCO2 2较少，该过程较慢，通常加入较少，该过程较慢，通常加入12121515

25、氟硅氟硅酸钠酸钠加速硅酸凝胶析出。加速硅酸凝胶析出。OmHnSiONaCOOmHCOnSiOONa2232222OmHSiOnNaFOmHSiFNanSiOONa2226222) 12(62011.02453. 3. 水玻璃的性能水玻璃的性能1. 1. 胶结性能好胶结性能好2. 2. 热稳定性好热稳定性好3. 3. 耐酸性好耐酸性好4. 4. 耐水性和耐碱性差耐水性和耐碱性差2011.02464. 4. 水玻璃的应用水玻璃的应用1. 1. 配制建筑涂料配制建筑涂料2. 2. 直接涂刷多孔制品表面，提高密实性和耐久性直接涂刷多孔制品表面，提高密实性和耐久性3. 3. 配制快凝防水剂配制快凝防水剂

26、4. 4. 配制耐酸混凝土和砂浆配制耐酸混凝土和砂浆5. 5. 配制耐热混凝土和砂浆配制耐热混凝土和砂浆6. 6. 作为灌浆材料加固地基作为灌浆材料加固地基2011.02473.4 3.4 镁质胶凝材料镁质胶凝材料 1. 1. 定义定义 镁质镁质胶凝材料胶凝材料是以是以 MgO MgO 为主要成分的气硬性胶凝材为主要成分的气硬性胶凝材料。如菱苦土和苛性白云石等。料。如菱苦土和苛性白云石等。 2. 2. 生产菱苦土是将菱镁矿生产菱苦土是将菱镁矿（MgCOMgCO3 3）在在750750850850温度下煅温度下煅烧后磨成细粉而成。烧后磨成细粉而成。 3. 3. 使用使用菱苦土用水拌和时，将生成菱苦土用水拌和时，将生成Mg(OH)Mg(OH)2 2，它疏松而无胶，它疏松而无胶凝性，硬化慢且强度低。凝性，硬化慢且强度低。 故常用故常用MgClMgCl2 2等盐类水溶液拌和，配成等盐类水溶液拌和，配成氯氧镁水泥，它氯氧镁水泥，它硬硬化较快，强度较高，应用最广。化较快，强度较高，应用最广。2011.02484. 菱苦土的特性与应用菱苦土的特性与应用 菱苦土与木质材料能很好粘结，且不腐蚀木质纤维，建筑菱苦土与木质材料能很好粘结，且不腐蚀木质纤维，建筑上常用来制造木屑板、木丝板及刨花板等。上常用来制造木屑板