土木材料石灰

1、第三章 无机胶凝材料 主讲人：巴明芳 博士 建筑工程与环境学院 Tel:570029主要内容1、石灰2、石膏3、水玻璃基本介绍胶凝材料的定义凡能在物理、化学作用下，把散粒材料或块状材料变为具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料胶凝材料的分类胶凝材料分为有机胶凝材料与无机胶凝材料。气硬性水硬性无机胶凝材料1. 石灰 1.1 石灰的生产原材料: 石灰石(CaCO3)白垩: 纯质石灰石石灰石贝壳、珊瑚生产: 9001100C条件下，煅烧石灰石1.2 石灰的分类-煅烧条件过烧石灰（Over-burnt lime ）：密实结构、粗大晶体, 低水化速率. 过烧石灰的延迟水化容易引起体积膨胀？欠烧石灰（Su

2、b-burnt lime）: 中心具有石灰石核心，低的生产效率正火石灰：多孔结构、晶粒较小，内比表面积大，与水反应速度快。1.2 分类成品加工方法块状石灰（Lump lime ): 原料煅烧而成的产品；石灰粉 (Lime powder): 由块状石灰磨细而得到的细粉；熟石灰（Hydrated lime): 将石灰用适量的水消化而得到的粉末，主要成分为氢氧化钙；石灰浆,石灰乳 (Milk lime ): 由石灰用多量水消化而得到的可塑性浆体和悬浮液。1.2 分类MgO含量钙质石灰：MgO含量5%；镁质石灰： MgO含量5% 20%；白云质石灰： MgO含量20% 40%。1.3 石灰胶凝机理 水

3、化/熟化/消化 64.9KJ。水化放热量大，水化速度快块，状石灰消化呈松散的消石灰粉，外观体积可以增大1.5-2.0倍； 。陈伏？2-3周，期间表面应该保有一层水分，与空气隔绝？。石灰浆体凝集结构的形成凝集结构形成过程： 纳米级胶粒持续生成，热运动作用下其接触逐渐紧密，形成凝聚结构的空间网，然后向结晶结构（晶粒）发展，形成具有凝聚结构的空间网（较粗大氢氧化钙晶粒的长大并相互连生而形成）。硬化（Hardening）结晶作用（crystallization）：游离水分蒸发后，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶析出，长大、连生，形成晶体架状结构。碳化硬化（Carbonate hardening）：碳酸钙的

4、形成凝集结构形成：胶粒持续生成，热运动作用下其接触逐渐紧密，形成凝聚结构的空间网，然后向结晶结构（晶粒）发展，形成具有凝聚结构的空间网。保水性和可塑性好-胶体颗粒（1um）？；硬化速度很慢、强度很？；硬化时体积收缩大（游离水蒸发），不宜单独使用；耐水性差？1.4 硬化石灰的性质制作石灰乳涂料，室内粉刷（in-door render）；砌筑与抹面砂浆；三合土：1:2:3，灰土，用作建筑物地基或公路路面基层；与活性矿物掺合料混合后制作硅酸盐制品（灰砂砖，粉煤灰砖，粉煤灰砌块等）。干燥处存放，不宜久存？。1.5 石灰的用途及存放 石灰砂浆的裂纹 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

5、别，并讨论其成因。 A 两种石灰砂浆B石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下： CaCO3 CaO(生石灰)+CO2 凸出放射性裂纹网状干缩性裂纹观察与讨论A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，或其中含有较多的MgO,致使其中部分过火石灰或MgO在石浆砂浆制作时尚未水化，而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。 内外墙粉刷层爆裂 上海某新村四幢六层楼1989年911月进行内外墙粉

6、刷，1990年4月交付甲方使用。此后陆续发现内外墙粉刷层发生爆裂。至5月份阴雨天，爆裂点迅速增多，破坏范围上万平方米。爆裂源为微黄色粉粒或粉料。该内外墙粉刷用的“水灰”，系宝山某厂自办的“三产”性质的部门供应，该部门由个人承包。 经了解，粉刷过程已发现有“水灰”中有一些粗颗粒。对爆裂采集的微黄色爆裂物作X射线衍射分析，证实除含石英、长石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，还含有较多的MgO、Mg(OH)2以及少量白云石。 工程实例 该“水灰“含有相当数量的粗颗粒，相当部分为CaO与MgO，这些未充分消解的CaO和MgO在潮湿的环境下缓慢水化，分别生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相体积

7、膨胀约2倍，从而产生爆裂破坏。还需说明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。 使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危害极大。2. 石膏2.1 石膏基本介绍纯的石膏是半透明晶体矿物材料。历史悠久的胶凝材料；天然二水石膏(CaSO4.2H2O)天然无水石膏(CaSO4)，天然硬石膏工业副产品石膏，燃气脱硫石膏石膏胶凝材料的原材料2.2 石膏胶凝材料的制备及分类。建筑石膏。高强石膏内比表面积和晶粒粒径相差较大2.3 水化凝结硬化机理结晶理论CaSO42H2O 胶粒析出，半水石膏水化直至耗尽/7-12minCaSO42H2O的过饱和溶液/ 1/5 CaSO40.5H2O溶解度浆体稠度增大，CaS

8、O42H2O颗粒之间粘结力增加凝结水化作用CaSO42H2O晶体逐渐长大，共生和交错，具有强度-硬化凝结硬化水化耗水+蒸发 石膏浆体自由水减少建筑石膏的水化硬化过程建筑石膏凝结过程很快，终凝时间不超过30 min；石灰凝结慢；石灰硬化后体积收缩，而石膏则略有膨胀，膨胀率为0.050.15，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？。 建筑石膏与石灰的凝结硬化对比 气硬性胶凝材料,可溶于水；制品轻质多孔，孔隙率大，表观密度小，强度低

9、，隔热性好，吸声性好；建筑石膏硬化后防火性能较好？；结晶水蒸发吸收大量热量，蒸发后的水蒸气形成蒸汽幕，阻碍火势蔓延；脱水后石膏隔热性能好，形成隔热层，并无有害气体生成装饰艺术效果好？凝结硬化快；耐水性和抗冻性较差，软化系数仅有0.30.45。2.4 建筑石膏的性质2.5 建筑石膏的应用 制备石膏砂浆和粉刷石灰： 高级别抹灰和粉刷石膏粉刷层表面坚硬、光滑细腻，不起灰，便于再装饰石膏“呼吸作用” 石膏板和装饰件高层建筑及大跨度建筑的隔墙-轻质，保温隔热、吸声，防火，尺寸稳定性 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3-3可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度

10、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。 石膏粉吸潮结粒观察与讨论石膏饰条粘贴失效 某工人用建筑石膏粉拌水成一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴石膏饰条，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。 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。 观察与讨论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

11、者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。3、水玻璃组成（R2OnSiO2)：Na2OnSiO2和K2OnSiO2液相水玻璃既具有胶体特性又具有溶液特征湿法制备： 干法制备： 水玻璃的组成及制备石英砂+苛性钠液相水玻璃压蒸锅2-3atm石英砂+碳酸钠固相水玻璃1300-1400C模数n：二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比, 模数大则粘结力大，溶解度低。浓度: 模数相同，密度愈大则粘结力越大 水玻璃的化学性质 水玻璃胶性机理加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。 水玻璃的应用 水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,而耐碱性和耐水性差 利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几