复合材料概论-无机胶凝材料

1、3.2 镁质胶凝材料镁质胶凝材料优点：制造简单、强度高、凝结硬化快，粘结力 强、耐磨、成型方便等；缺点：由于硬化产物溶解于水，耐水性差 以MgO为主要成分的无机气硬性胶凝材料，有时称为菱苦土。一般是指苛性苦土(MgO)和苛性白云石(主要成分是MgO和CaCO3)复合材料概论-无机胶凝材料3.2.1 原料化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量辽宁山东0.673.630.190.361.010.600.120.8946.7845.7251.3949.32菱镁矿的化学成分1. 苛性苦土(MgCO3)：菱镁矿复合材料概论-无机胶凝材料晶质菱镁矿石纯净的晶质菱镁矿石为白色非晶质的为白色瓷

2、土状，常含有SiO2和CaCO3等杂质。复合材料概论-无机胶凝材料2. 苛性白云石(主要成分MgO和CaCO3)：白云石碳酸镁与碳酸钙的复盐，CaCO3MgCO3理论摩尔组成：CaCO3 : MgCO3=1 : 1;质量组成： CaCO3 54.2%；MgCO3 45.8% 石灰石：MgCO3 05%镁质石灰石： MgCO3 510%白云质石灰石：MgCO3 1025%白云石： MgCO3 25%复合材料概论-无机胶凝材料天然白云石呈晶质和非晶质两种复合材料概论-无机胶凝材料3. 蛇纹石(含水硅酸镁，3MgO2SiO22H2O) 4. 冶炼镁合金的熔渣(MgO含量25%)复合材料概论-无机胶凝

3、材料3.2.2 煅烧图3-2 白云石加热过程1失重曲线；2温度曲线煅烧温度650760复合材料概论-无机胶凝材料3.2.3 镁质胶凝材料的凝结硬化 凝结硬化特点氯化镁溶液，硫酸镁(MgSO47H2O)、氯化铁(FeCl3)或硫酸亚铁(FeSO4H2O)等盐类的溶液。速度慢、体积收缩大、而且强度很低常用固化剂复合材料概论-无机胶凝材料 反应生成的氧氯化镁结晶速度比氢氧化镁快，因而加速了镁质胶凝材料的凝结硬化速度，制品强度显著提高。 氯化镁溶液 氯化镁溶液（密度为1.2g/cm3）的掺量一般为菱苦土的55%60%。掺量太大则凝结速度过快，且收缩大、强度低。掺量过少，则硬化太慢、强度也低。此外，温度

4、对凝结硬化很敏感，氯化镁掺量可作适当调整。 复合材料概论-无机胶凝材料3.2.4 镁质胶凝材料硬化强度与抗水性图3-3 氯镁水泥1与硅酸盐水泥2强度发展对比（一）硬化强度在干燥条件下具有硬化快、强度高的特点12复合材料概论-无机胶凝材料图3-4 苛性白云石配制的氯镁水泥的强度发展MgO/MgCl2：5.4(曲线1)；5.9(曲线2)；6.38(曲线3)；6.85(曲线4)结构强度降低复合材料概论-无机胶凝材料（二）抗水性抗水性差，在潮湿条件下其强度很快降低： 氯盐的吸湿性大，结晶接触点的溶解度高，水化物具有高的溶解度。复合材料概论-无机胶凝材料图3-5 氯镁水泥掺1%H3PO4与不掺时强度的发

5、展掺入外加剂：少量磷酸或磷酸盐水溶性树脂解决措施：曲线1：MgO/MgCl2=5.7H2O/MgO=3.3曲线2：掺1%H3PO4复合材料概论-无机胶凝材料 不采用氯化镁做调和剂，采用硫酸镁(MgSO47H2O)、铁矾(FeSO4) 改用硫酸镁和铁矾做调和剂后，可以降低吸湿性，提高抗水性，但强度较用氯化镁低。复合材料概论-无机胶凝材料3.2.5 镁质胶凝材料的应用 （一）菱苦土木屑地面 以菱苦土、木屑、氯化钙及其他混合材料（滑石粉、砂、石屑、粉煤灰、颜料等）等制作地坪，具有一定弹性，且防火、防爆、导热性小、表面光洁、不起灰。主要用于室内车间地坪。复合材料概论-无机胶凝材料 加入刨花、木丝、玻纤

6、、聚酯纤维等，制作各种板材，如防火装饰板、防火风管、刨花板、木屑板等。加入发泡剂时，还可制作保温板。 （二）板材防火装饰板防火风管刨花板木屑板保温板 将玻璃纤维或玻璃纤维布，用镁质胶凝材料胶接起来后，表面经装饰而成 玻璃纤维 (或其织物) 增强镁质胶凝材料，空调通风，断面为矩型或圆型，具有不然性。用氯化镁调制的苛性苦土或白云石中加入发泡剂或泡沫，经成型硬化后成为轻质多孔的隔热制品。 复合材料概论-无机胶凝材料1. 什么是无机胶凝材料？简述其分类2. 镁质胶凝材料抗水化差的原因是什么？解决措施有哪些？ 作业复合材料概论-无机胶凝材料我国石膏资源：我国石膏矿储存量居于世界首位，有： （1）南京石膏

7、矿 （2）大汶口石膏矿山东 （3）平邑石膏矿山东 （4）大量的化学（副产品）石膏，如磷石膏、脱硫石膏。 据统计我国化学副产品石膏已经达到4000万吨，燃煤电厂烟气脱硫也迫在眉睫。3.3 石 膏 从建设需要来看，目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖，年产量近4000亿块，平均每年毁坏农田达五万亩。无论从生态平衡、环境保护、资源合理利用，还是走持续发展之路、发展绿色建材来看，综合利用，变废为宝，势在必行。复合材料概论-无机胶凝材料 石膏胶凝材料特点： 生产工艺简单 单位燃料消耗和电量消耗低 可取代粘土砖目前墙体材料使用最多的仍然是粘土砖，年产量近4000亿块，平均每年毁坏农田达五万亩。复合材料概论-

8、无机胶凝材料 石膏胶凝材料及其制品由于生产工艺简单，单位燃料消耗和电量消耗低，近代随着工业的发展又迅速发展起来。除用作建筑装饰外，还制作各种板材、砌块、高层建筑用的隔墙板、饰面板、地坪板、天花板及隔热防火隔音板等。并逐步由单一用途向复合过渡，由非承重向承重构件过渡，用途愈来愈广，产量也愈来愈高。石膏立柱石膏吊顶复合材料概论-无机胶凝材料化学反应式：天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度和加热方式的不同，可以得到不同性质的石膏产品。二水石膏1071700煅烧 （建筑石膏）1250C，0.13MPa （高强石膏） 复合材料概论-无机胶凝材料石膏制品工业主要包括两个方面： 石膏的脱水与再水化是整个石

9、膏工业的理论基础石膏胶凝材料的制备 石膏制品的制备 将二水石膏加热使之部分或全部脱出水分，以制备不同的脱水石膏相将脱水石膏再水化，使之再生成二水石膏并形成所需的硬化体。 复合材料概论-无机胶凝材料3.3.1 石膏原料 天然二水石膏天然无水石膏原料CaSO42H2O，常简称石膏，也称为原生二水石膏或软石膏等。化学组成理论质量()：CaO 32.57，SO3 46.50，H2O 20.93。常含粘土、细砂等机械混入物。 石膏矿石化工生产的废石膏复合材料概论-无机胶凝材料二水石膏属于单斜晶系图3-6 二水石膏的结晶结构图3-7 二水石膏晶形复合材料概论-无机胶凝材料天然二水石膏天然无水石膏原料石膏矿

10、石化工生产的废石膏CaSO4，又称硬石膏。化学组成理论质量（）：CaO 41.19，SO3 58.81。 属斜方晶系。 除石膏外，还含不同的杂质，主要为粘土物质和碳酸盐类(粘土石膏，渣膏等)。等级一二三四五CaSO42H2O%959485847574656455天然二水石膏的等级复合材料概论-无机胶凝材料根据石膏产品的形状石膏透明石膏纤维石膏雪花石膏片状石膏土石膏透明无色，有时略带淡红色，呈玻璃光泽具有纤维状集合体，呈层状、脉状、网状结构，乳白色，有时带蜡黄色、淡红色呈细粒晶体集合块、星状、团状及壳状，半透明致密块状集合体，叶片状，玻璃光泽土状光泽，呈层状、团块状、脉状等复合材料概论-无机胶凝

11、材料3.3.2 石膏的脱水转变及脱水石膏的形成过程 CaSO4H2O系统中公认石膏相有五种形态、七个变种。二水石膏（CaSO42H2O）；型与型半水石膏(、CaSO41/2H2O) ；型与型硬石膏(、CaSO4)；硬石膏(CaSO4)；硬石膏I(CaSO4I)。复合材料概论-无机胶凝材料 半水石膏(熟石膏)和半水石膏(高强石膏)在宏观性能上的差别，主要是由于亚微观上即晶粒的型态、大小以及聚集状态等方面的差别。 型与型半水石膏区别半水石膏水化速度较快，水化热高，需水量大，胶化体的强度较低。结晶度较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。结晶比较完整，常呈短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比

12、表面积较小，致密，有一定的结晶形状。复合材料概论-无机胶凝材料难溶的或不溶的硬石膏。二水石膏、半水石膏和硬石膏经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。 只有在温度高于1180时才存在，如果低于此温度，会转化为硬石膏，所以在常温下是不存在的。 硬石膏 硬石膏I复合材料概论-无机胶凝材料 石膏胶凝材料的制备过程，主要是二水石膏加热脱水转变为不同脱水石膏相的过程。图3-8 石膏的变种复合材料概论-无机胶凝材料二水石膏既是脱水物的原始材料，又是脱水石膏再水化的最终产物 半水石膏有型与型两个变种。当二水石膏在加压水蒸气条件下，或在酸和盐的溶液中加热时，可以形成型半水石膏。如果二水石膏的脱水过程是处于缺少水蒸

13、汽的干燥环境中进行，则可以形成型半水石膏。 硬石膏也称为可溶性硬石膏。一般它也存在型与型两个变种，它们分别由型与型半水石膏加热脱水而成。如果二水石膏脱水时，水蒸汽分压过低，二水石膏也可以不经过半水石膏直接转变为型硬石膏。复合材料概论-无机胶凝材料图3-9 二水石膏的差热曲线 140吸热峰， 二水石膏失去3/2H2O 190吸热峰，失去1/2H2O 360放热峰， III型无水石膏转变为II型无水石膏复合材料概论-无机胶凝材料半水石膏加水后化学反应：CaSO41/2H2O + 3/2 H2O = CaSO42H2O + Q(19.2J/gSO3) 石膏胶凝材料的价值在于半水石膏或者脱水石膏能够水

14、化硬化 3.3.3 石膏浆体的硬化及其强度发展过程 实践证明：石膏胶凝材料在水化过程中，仅形成水化产物，浆体并不一定能形成具有强度的人造石，而只有当水化物晶体互相连生形成结晶结构网时，才能硬化并形成具有强度的人造石。石膏浆体的硬化过程就是结晶结构网的形成过程复合材料概论-无机胶凝材料 图3-10 型半水石膏浆体强度的发展过程第一阶段 5min以前，浆体的塑性强度很低，且增长很慢；第二阶段 5min30min，强度迅速增大，并发展到最大值；最后如果硬化浆体在潮湿条件下养护，则强度逐渐有所下降。复合材料概论-无机胶凝材料6.010.0MPa3.3.4 提高石膏硬化浆体抗水性的途径抗水性差强度损失可

15、达70甚至更大干燥状况饱和水状态石膏制品共同的弱点:抗压强度复合材料概论-无机胶凝材料半水石膏的水化产物与其它水硬性胶凝材料的水化物相比，具有大得多的溶解度。原因溶解度二水石膏的溶解度：610-3mol/L石膏硬化浆体中结晶接触点具有重大的溶解度结晶接触点的性质与数量水化硅酸钙(托贝莫来石)的溶解度：1.8l0-4mol/L复合材料概论-无机胶凝材料提高石膏硬化浆体抗水性的途径：保证石膏硬化浆体结晶结构的形成；在保证一定强度的前提下，减少接触点的数量；保证石膏硬化浆体有较高的密实度，即减少孔隙率和孔径的大小以及结构裂缝；加入一定数量的硅酸盐水泥或其他含有活性二氧化硅、三氧化二铝的氧化钙。复合材

16、料概论-无机胶凝材料建筑石膏的技术性质和特性（1）技术性质颜色：白色密度：2.62.75g/cm3孔隙率大：50%60%（2）石膏产品的标记：复合材料概论-无机胶凝材料（3）特性1）凝结硬化快2）微膨胀性3）孔隙率大在常温下一般几分钟（35分钟）即可初凝，30分钟内终凝轻质、隔热、吸声性好，但是强度低、吸水率大石膏硬化过程中体积略有膨胀，因此，浇注成型时可以得到尺寸精确、表面光滑致密的构件，或装饰图案复合材料概论-无机胶凝材料4）耐水性、抗冻性差 石膏制品不仅表面光滑，且质地细腻，颜色洁白，装饰性好；此外，硬化石膏可锯、可刨，具有良好的可加工性5）抗火性好6）装饰性和加工性好软化系数为0.30

17、.5，不宜用于室外 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。复合材料概论-无机胶凝材料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：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。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。复合材料概论-无机胶凝材料(

18、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。复合材料概论-无机胶凝材料 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。不适用于室外使用？复合材料概论-无机胶凝材料分析讨论：其原因有两个方面，可有针对性地解决。 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

19、。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。 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。或者在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂工程实例分析 石膏饰条粘贴失效现象：石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，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。复合材料概论-无机胶凝材料3.3.5 石膏的应用石膏在建材和建筑中的应用： 石膏和石灰同为最古老的建筑材料之一，公元前2000年就被应用在埃及金字塔的石材缝隙和灰浆抹面等装饰上。西南亚于公元前35002500年就广泛应用石膏灰浆进行内装修和底涂上。 随着工

20、业和建筑业的发展，石膏灰泥和石膏制品得到了迅速发展，如，美国目前80%的新住宅均用石膏作内墙和吊顶，在日本、欧洲，石膏板应用得也很普遍，我国近几年来，已投产了多条石膏板的生产线。复合材料概论-无机胶凝材料 有一定的隔音隔热性能，加工性能好，原料广泛，加工设备简单，燃料消耗低等。性能优点质轻强度较高防火尺寸稳定，装饰美观耐水性差复合材料概论-无机胶凝材料1、质轻 制造石膏板通常掺有锯末、膨胀珍珠岩、蛭石等填料或发泡剂发泡，一般密度只有900 kg/m3，并且可以做得很薄，如制作9mm厚的板材，其质量约为8.1kg/m3。当厚度为10mm时，其质量只有79kg/m3。2、强度较高 石膏制品的抗弯强

21、度取决于石膏和纸(或增强纤维)，特别是纸的强度及其粘结力。纸面石膏板的抗弯强度一般为8MPa左右，能满足做隔墙和饰面的需要。复合材料概论-无机胶凝材料3、防火 石膏板基本上是不可燃的，因为石膏是一种不燃烧的材料，与石膏紧贴在一起的纸板即使点燃也只是烧焦而不可能燃烧。因此，石膏板成了一种良好的防火介质。 4、尺寸稳定，装饰美观 由于石膏制品的伸缩比很小，达到最大的吸水率57时，其伸长也只有0.09左右，其干燥收缩则更小，因此，制品的尺寸稳定，变形小。加之石膏制品的加工性能好，石膏板可切割，可锯，可钉，且在石膏板上可贴各种颜色，各种图案的面纸。 复合材料概论-无机胶凝材料5、耐水性差 石膏本身是气

22、硬性胶凝材料，不耐水，若以纸为面层，则两者的耐水性均差。 复合材料概论-无机胶凝材料石膏的用途 塑制工艺品制作牙科陶瓷机械模型生产普通硅酸盐水泥时，作为缓凝剂硅酸盐建筑制品的生产中，石膏作为外加剂提高产品的性能 纸面石膏板、纤维石膏板、小型石膏砌块、中型石膏条板以及建筑饰面板、隔声板 复合材料概论-无机胶凝材料 与普通水泥砂浆比较，粉刷石膏的特点:一、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；二是具有呼吸功能，可调节室内空气湿度。石膏用途1：室内抹灰及粉刷 特别适用于混凝土顶板、加气混凝土墙面各种保温材料的表面抹灰建筑石膏的应用复合材料概论-无机胶凝材料三、无毒无味，其配料注重健康环保；四、凝结度快，体质轻，减少了楼层重量；五、为新型的绿色生态建材，防火性能良好；六、施工工序简便，落地灰少，操作快捷。 复合材料概论-无机胶凝材料用途2：装饰制品如石膏像等；复合材料概论-无机胶凝材料用途3：建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等.如上图的石膏板