华北理工矿物材料基础教案15胶凝材料（三）

PAGEPAGE4课程名称：《矿物材料学基础》第15讲次本讲课程内容（或教材章节题目）第四节气硬性胶凝材料本讲课程目的要求及重点、难点：【目的要求】使同学们了解石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的生产及特性，掌握石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理。【重点】石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理【难点】石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理教学内容【本讲课程的引入】上节课我们讲了硅酸盐水泥的技术使用性质、掺混合材料水泥以及其它品种水泥。这节课我们讲气硬性胶凝材料，包括石膏、石灰、水玻璃。第四节气硬性胶凝材料一、建筑石膏（CaSO4•H2O)——半水石膏or熟石膏1、原料：a、天然石膏（生石膏）；b、含硫酸钙的化工副产品和废渣（磷石膏、氟石膏、硼石膏）建筑石膏为β型半水石膏，是将天然二水石膏经107—170℃的低温燃烧分解为半水石膏而成，故又称熟石膏。2、建筑石膏的水化、凝结、硬化建筑石膏与适量的水拌和当即水化．成为可塑的浆体，随即失去塑性而凝结，并迅速硬化成为坚硬固体产生强度。其化学反应为：建筑石膏凝结硬化机理，可分作以下三个阶段：第一阶段为准备阶段，或称溶解期。半水石膏对水有较大的溶解度和很大的亲和力，当与适量的水拌和后，很快溶入水中生成饱和溶液。半水石膏在溶解的同时与水反应生成二水石膏。二水石膏的溶解度仅为半水石膏的1／5，当即生成二水石膏晶体自饱和溶液中析出。第二阶段为凝结阶段，或称胶化期。当溶解达到饱和后，尚未溶解的半水石膏，仍继续与水相作用，在颗粒表面生成高分散度的二水石膏微晶粒，并向饱和溶液中扩散形成不稳定的凝胶体．使膏浆具有可塑性，从而石膏浆体中水分逐渐减少、变稠，微晶粒互相靠近而凝聚。石膏浆体逐渐失去可塑性进入凝结阶段。第三阶段为硬化阶段，或称结晶期。不稳定的二水石膏徽晶粒凝聚后，转变成稳定的二水石膏晶体。这些晶体与自饱和溶湾中析出的晶体互相交错成网状结构，从而产生强度，并不断增长，直至完全干燥，强度停止发展，石膏桨体己完全硬化。3、影响建筑石膏凝结硬化的因素（1）煅烧温度：T↑↑→不溶性无水石膏↑T↓↓→二水石膏↑这两种情况均影响了建筑石膏的活性，不仅使凝结硬化缓慢，强度也随之降低。（2）颗粒细度：颗粒越细，水化越快，硬化越快；但颗粒过细，在凝聚过程的后期，很少吸水保持了颗粒间的水膜，当水分蒸发后，孔隙增多，降低了制品的强度。（3）杂质含量：建筑石膏常因原料不纯而夹入碳酸钙、粘土等杂质。这些杂质在建筑石膏的燃烧温度中不可能分解成活性物质，因而影响石膏的凝结硬化．并降低其强度。（4）用水量：建筑石膏的理论用水量为石膏重量的18.6％。由于其凝结速度很快及水化时放出热量丧失部分水分，所以一殷工艺用水虽约为石膏重量的60％~80％，因此，其制品硬化后有较多的孔隙，使强度降低。为了提高制品强度，应在保持建筑石膏充分水化的条件下，用水量应尽可能地降低。在施工中，常掺入塑化剂、缓凝剂等外加剂，适当地延缓石膏的凝结速度并增加其可塑性而减少用水量。（5）环境温度：建筑石膏最适宜的温度一般为40~50℃，凝结速度最快，还能加速石膏制品中过剩的游离水的蒸发，超出此温度范围凝结速度逐渐变慢，甚至不能凝结。（6）缓凝剂和促凝剂：常用的缓凝剂有亚硫酸盐酒精废液、硼砂、酪素胶、蛋白胶和石膏专用缓凝剂等。其作用主要是降低建筑石膏的溶解速度和溶解度。常用的促凝剂有氯化钠、氯化铵和硫酸盐类。它们能使石膏溶解速度和溶解度增大，从而促使石膏加快凝结。4、建筑石膏主要性质和用途建筑石膏的凝结速度很快。一般在5—15min内凝结，因此在使用时须将石膏粉撒入水中，以免石膏结成团块影响制品质量。建筑石膏在凝结过程中体积约膨胀1％左右，浇注时可充满模板，因而造形正确、表面光滑、干燥时不易开裂，可不掺骨料单独使用。制品的抗压强度约为抗拉强度的4—5倍。7天龄期的抗压强度可达100kg／cm2。制品长期承担荷载时易产生蠕变现象，尤其在较高温度或潮湿环境中强度降低更甚。建筑石膏对无机物的胶粘性差，使用时多不掺砂石等骨料。如必须掺骨料时，可掺用生石灰粉以提高其胶结性。石灰还能在制品表面上形成抗水的碳酸钙，增加制品的抗水性。同时，生石灰水化吸收了水分和发出热量，使制品更为密实，强度增高。石膏对有机物胶结性较好，而且没有腐蚀性，故常用木屑、刨花、芦苇、稻草及其它有机纤维材料骸骨料，以增强制品的强度和改善其吸湿性。建筑石膏制品具有较多孔隙，有良好的抗火、隔热和隔音性能，但抗水性和抗冻性不良。其加工性能好，局部损坏可以修补。二、石灰1、石灰的生产：石灰的主要组成物为氧化钙，是以碳酸钙为主要成分的岩石燃烧成的。作为石灰的原料，有石灰岩、白垩、石灰质凝灰岩、贝壳石灰岩等。烧制石灰的原料在窑中煅烧到600℃左右，碳酸钙开始分解，生成caO。反应如下：2、石灰的熟化及熟石灰的硬化生石灰具有强烈的水化能力，遇水发生熟化反应(也称消解反应）生成熟石灰。并放出大量的热，同时体积膨胀1~2.5倍。CaO+H2O→Ca(OH)2+64.8KJ随着游离水的减少，Ca(OH)2逐渐从饱和溶液中结晶出来，形成结晶网。空气中CO2的存在，又使不断与之发生碳化反应。Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+（n-1）H2O新生成的CaCO3晶体相互交叉连生与Ca(OH)2晶体共生，构成紧密交织的结晶网，使强度进一步提高。三、水玻璃水玻璃或称泡花碱，是一种透明的玻璃状熔合物，系由碱金属硅酸盐所组成。通式R2O•nSiO2,(R为碱金属，n为水玻璃的模数），建筑上常用钠水玻璃水玻璃能溶解于水，以后又能在空气中硬化，因此是一种液体的无机胶凝材料。模数n↑，水玻璃粘度↑，较难溶于水，但易分解、硬化，建筑上常用水玻璃一般n=2.5~2.81、水玻璃的生产 石英砂+碳酸钠（硫酸钠）→磨细混合→玻璃熔炉煅烧（1300~1400℃）→冷却NaCO3+nSiO2→Na2O•nSiO2+CO22、水玻璃的凝结硬化水玻璃在空气中吸收CO2，析出SiO2凝胶，凝胶因干燥逐渐硬化。Na2O•nSiO2+CO2+mH2O→NaCO3+nSiO2•mH2O上述硬化过程很慢，加入氟硅酸钠等固化剂，加速SiO2凝胶的析出和硬化。用途：配制耐热砂浆、耐