建筑材料2-石灰

1、建筑材料学,气硬性胶凝材料,胶凝材料：指经过自身的物理化学作用后，由液态或半固态变成坚硬的固态状态，并能将散粒材料（如砂、石等）或块状材料（如砖、石块等）粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。,气硬性胶凝材料,胶凝材料的发展历史,（1）粘土时期：距今六千多年的半坡原始公社遗址，其围墙就是用粘土建造的；古科威特城全用粘土建成，完好保持至今。而古希腊的建筑是用石块而不用任何胶结料堆砌而成。,（2）石膏时期：古埃及人于公元前3600年建造金字塔时，将雪花石膏煅烧成熟石膏，再用水、河砂制成石膏砂浆，用花岗岩砌筑成146米高的正方锥体。,（3）石灰时期：由于石灰煅烧温度比石膏高很多，而燃料短缺，因此石灰的

2、使用比石膏迟一些。希腊在上古时代就已使用石灰；古罗马人从古希腊学来使用石灰，砌墙的一些罗马砂浆保持至今。我国古人于公元前220年修建长城时，用石灰、砂、粘土配成三合土，洒水夯实筑成城墙。,（4）石灰火山灰时期：古希腊人用圣多伦岛的火山凝灰岩（即圣多伦土）磨细后与石灰、砂混合，所得砂浆强度高、抗水性好。古罗马人用火山凝灰岩（质量最好的产于普佐里，因而被称为普佐兰那）加石灰制成砂浆，建造了万神殿（墙厚20英尺，圆顶跨度142英尺）、水渠（总长359英里）、克罗逊斗兽场、庞贝城等著名建筑。在中世纪（十二十四世纪），随着陶瓷生产的发展，人们开始将废陶瓷、碎砖瓦磨细后与石灰混合使用，并将这种人工火山灰质

3、材料称为水泥。石灰与火山灰质材料混合使用的做法延续至今，即硅酸盐混凝土。,（5）水硬性石灰时期：1756年，英国工程师约翰斯米顿（John Smeaton）奉命在海上重建一个灯塔（Eddystone Lighthouse），他研究了石灰火山灰质材料的性质，发现：凡是质量好的石灰，石灰石中均含有相当数量的粘土。这是第一次揭示了水硬性石灰的性质。1796年，约瑟夫派克（Joseph Perker）用龟甲石（一种粘土质石灰石）烧成了罗马水泥。,（6）波特兰水泥时期：1818年，法国人维卡（L.J.Vicat）在研究水硬性石灰中发现，用白垩与粘土加水湿磨后煅烧，能制成一种人工水硬性石灰。这可视作现代波

4、特兰水泥制造的雏形。1824年10月21日，英国建筑工人约瑟夫阿斯普丁（Joseph Aspdin）获得了生产波特兰水泥的专利。当时的波特兰水泥标号不足5MPa，而目前在50 MPa左右。目前水泥有100多种。波特兰水泥的发明，开创了胶凝材料的新纪元，从此，天然石材在建筑上的黄金时代就一去不复返了。,2.水硬性胶凝材料 指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化， 并保持和继续发展其强度的胶凝材料。 适宜：既适宜于地上，也可用于地下和水中环境。,1.气硬性胶凝材料 指在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展 其强度的胶凝材料。适合：地上和干燥环境。,第二章 气硬性胶凝材料,一、石灰的生产、

5、化学成分与品种 1.生产： 石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云质石灰岩、白垩等为原料，在一定烧结温度下，煅烧所得的产物。其主要成分为氧化钙（CaO). CaCO3CaO+CO2 MgCO3MgO+CO2,第一节 石灰（lime）,煅烧,煅烧,过火石灰：灰黑色，表面出现裂纹，有玻璃体的外壳。 含SiO2、Al2O3杂质，块体容重大，熟化慢。 欠火石灰：未分解的石灰石，废品，利用率很低，不能 消化，降低石灰浆的产量。,2.品种 根据成品的加工方法的不同，有四种成品： （1）块状生石灰：由石灰石煅烧成的白色疏松结构的块状物 主要成分CaO （2）生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。 （3）消石灰粉：

6、将生石灰用适量的水经消化和干燥而成 的粉末，主要成分为Ca（OH）2。 亦称为熟石灰。,正火石灰：煅烧正常，质量轻，无裂缝，密度3.1-3.4g/cm3， 表观密度800-1000kg/m3。 当MgO含量5%时称为钙质石灰。 当MgO含量 5%时称为镁质石灰。,一、石灰的生产、化学成分与品种,第一节 石灰,（4）石灰膏：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体 积的34倍）消化，或将消石灰粉和水拌 合，所得的具一定稠度的膏状物。 主要成分为Ca（OH）2和水。,二、生石灰的水化 又称熟化或消化。 是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程。 其水化反应式如下：,一、石灰的生产、化学成分与

7、品种,第一节 石灰,特点： 1.反应可逆。 2.水化热大、水化速度快。 3.水化过程体积增大。,陈伏：为保证石灰完全熟化，石灰必须放入坑中以水覆盖保存两星期以上，这个过程称为 “陈伏”。否则，未水化的石灰颗粒将混砂浆中，在砂浆应用之后熟化，体积膨胀，致使已硬化的砂浆产生“崩裂”或“鼓包”现象，影响工程质量。,二、生石灰的水化,石灰的陈伏,第一节 石灰,熟化为石灰膏：,将生石灰放入化灰 池中，加大量的水， 熟化成石灰乳,石灰膏要在水中放置两周以上，以消除 过火石灰的危害，此过程即为“陈伏”。,储灰坑,三、石灰的硬化 由2个同时进行的过程完成:干燥及结晶、碳化。 1.干燥及结晶硬化：石灰浆在干燥过

8、程中，游离水失去导致毛细管紧缩，使氢氧化钙颗粒相互靠拢、搭接，同时氢氧化钙从过饱和溶液中结晶析出。（由内向外进行） 2.碳化作用 Ca（OH）2与空气中的CO2和H 2O化合成CaCO3 结晶。 （由表向里进行，过程较慢）,第一节 石灰,石灰消解反应快，放热量大而迅速（生石灰消解最初1小时的放热量是半水石膏的10倍，是普硅水泥1天放热量的9倍。），体积急剧膨胀（生石灰加水后半小时内，体积增大12.5倍。可利用于石灰桩、建筑物拆除等），因此石灰浆体难以象石膏、水泥那样在水化过程中形成凝聚结晶结构。在实际使用中，将水化和硬化分段进行，先消解，再使用。,石灰浆干燥硬化产生的强度不高，遇水即消失；结晶

9、硬化形成的结晶结构网的接触点溶解度较高，遇水引起强度下降；碳化硬化速度很慢，在石灰硬化体中大部分是尚未碳化的氢氧化钙，微溶于水。因此，石灰耐水性极差，不宜用于潮湿环境或易受水浸泡的部位。,提问：为什么说石灰是一种气硬性胶凝材料？,第一节 石灰,四、石灰的技术性质 1.可塑性好 2.硬化缓慢 3.硬化后强度低 4.硬化时体积收缩大 5.耐水性差 另：对人体皮肤有腐蚀作用,五、石灰的应用 1.广泛应用于建筑室内粉刷石灰乳 2.大量用于拌制建筑砂浆 石灰砂浆：石灰膏+砂+水 混合砂浆：石灰砂浆+水泥 用于抹灰、砌筑,第一节 石灰,体积收缩大,一般不单独使用，必须掺入填充材料，以减少收缩，加快硬化,3

10、.配制三合土和灰土 三合土：生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子 比例：1：2：3 加水拌合、夯实作基础垫层 灰土：生石灰粉、粘土 比例：1：2 1：4 加水拌合、夯实 用于建筑物的基础、路面或地面的垫层 4.加固软土地基 如：石灰桩生石灰块灌入软土（高含水 量、高孔隙比土）中，形成石灰桩。,五、石灰的应用,第一节 石灰,五、石灰的应用,第一节 石灰,5.生产硅酸盐制品： 以石灰（生石灰粉或消石灰粉）和硅质材料（天然砂、粉煤灰、粒化高炉矿渣、炉渣等）为原料，经加水拌合、成型、养护等工序而制成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如：灰砂砖、粉煤灰砌块等，用作墙体材料。用生石灰粉与玻璃纤维、炉渣，可制成轻

11、质碳化石灰空心板，用于内隔墙板等。,灰砂砖,粉煤灰砖,六.石灰的储运,1.生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月，作到“随到随化”。 2.不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。这是因为储运中的生石灰受潮熟化要放出大量的热且体积膨胀，会导致易燃、易爆品燃烧和爆炸。 3.熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。陈伏期间，石灰膏上部要覆盖一层水，以防碳化。,第一节 石灰,石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料重点发展的新型材料； 具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观优良的装饰材料； 我国已经探明的天然石膏矿储量为576亿吨； 易于加工、成品多样各类石膏

12、线； 在美国，目前80%的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶；,第二节 建筑石膏（plaster）,第二节 建筑石膏（plaster）,一、建筑石膏的原料与生产： （一）建筑石膏的原料 1、天然二水石膏 CaSO4.2H2O(生石膏） 一等 含量95% 二等 9485% 三等 8475% 四等 7465% 五等 6455%,2、化工石膏：含有二水硫酸钙或CaSO4.2H2O和CaSO4的混合物。,（二）建筑石膏的生产 建筑石膏是以型半水石膏为主要成分，不加任何外加剂的白色粉状胶结料。由天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。,二、建筑石膏的水化与硬化 建筑石膏与适量的水相混合二水石膏生成量增加，水分

13、减小可塑浆体浆体开始失去塑性（初凝，约6min）继续变稠，产生凝结硬化（颗粒之间的摩擦力、粘结力增加，并开始产生强度，即终凝1/2h）固体,水化反应式：,第二节 建筑石膏,三、建筑石膏的特性,1.凝结硬化快 初凝时间：不小于6min 终凝时间：不大于30min 1星期左右完全硬化，实际应用中加适量缓凝剂 2.硬化后孔隙率大（达50%60%），水化的理论需水量为18.6%，实际用水量为60%80%，多余水分蒸发形成孔隙。故其强度较低。 硬化后强度35MPa隔墙、饰面 存放三个月强度下降30%。 3.建筑石膏硬化隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。 4.防火性能良好，着火温度下，石膏脱水，水分蒸发

14、，火与板之间形成蒸汽带，阻止火蔓延。 5.建筑石膏硬化时体积略有膨胀,能充满模型。 6.装饰性好。可作吊顶和天花板。,第二节 建筑石膏,四、建筑石膏的应用1.用于室内抹灰、粉刷，做为装饰材料，并可调节室内温度和湿度。2.石膏制品：纸面石膏板：内墙、隔墙、天花板,第二节 建筑石膏,石膏空心条板 纤维石膏板 装饰石膏制品等,石膏空心砌块,纤维石膏板,纸面石膏板,纸面石膏板,纸面石膏板,吸声穿孔石膏板,石膏艺术制品,第三节 菱苦土,菱苦土是一种镁质胶凝材料，主要成分是氧化镁（MgO）。菱苦土属气硬性无机胶凝材料，耐水性较差。,菱苦土遇水发生水化反应，生成Mg(OH)2，并放热。用水调和的浆体，凝结硬

15、化很慢，强度也很低，所以常用氯化镁溶液作调和剂，性能应达到地面与楼面工程施工及验收规范（GBJ2009-83）的要求。,MgO- MgCl2-H2O三元胶凝体系也称氯氧镁水泥或镁水泥，于1867年由Sorel发明，又称索列尔水泥。氯氧镁水泥的优点：凝结硬化快（终凝26小时，1天抗压强度2040 MPa），净浆强度高（抗压强度110MPa，抗折强度20 MPa），防火，不需湿养护，易加工成型，能与各种有机、无机纤维复合等；缺点：耐水性差（软化系数0.40.6），遇水易变形、起霜返潮。由于氯氧镁水泥资源丰富，生产能耗低（仅为硅酸盐水泥的1/4），性能优良，因此具有很大发展潜力。近百年来，各国专家为

16、改善氯氧镁水泥的耐水性进行了大量研究，已取得较大进展。,将菱镁矿石在6001000下煅烧（理论温度600650），产生MgO。生产中将MgO含量75%、浅黄色、活性较高的正烧产品称为轻烧菱镁粉，常用于配制氯氧镁水泥；杂质含量多、MgO含量较低、灰色、活性较差的菱镁粉称为苦土粉，常用于土法生产菱苦土制品。,在氯氧镁水泥中掺入木屑制成菱镁混凝土，其中配入竹筋可制成菱镁混凝土构件，广泛应用于机械包装材料、矿山坑道木、建筑门窗、地板、活动房屋等。氯氧镁水泥砂浆（在氯氧镁水泥中掺入滑石粉、白云石粉或掺入粉煤灰、石英砂以及磷石膏、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯发泡颗粒等。）应用于做地面、墙体材料。玻璃纤维增强氯氧镁

17、水泥可用于制造水泥波瓦、板材。,第三节 菱苦土,第三节 菱苦土,性能： 吸湿性大、抗水性差、熔点很高（高度耐火绝缘） 用途： 主要用作制备陶瓷、搪瓷、耐火坩锅和耐火砖的原料。,第四节 水玻璃,水玻璃俗称“泡花碱”，是一种碱金属硅酸盐，化学通式为R2OnSiO2，建筑上常用的是硅酸钠水玻璃（Na2OnSiO2）。,水玻璃能溶解于水，并能在空气中凝结、硬化（水玻璃溶液吸收空气中的二氧化碳，生成无定形硅酸，随着水分失去，硅酸逐渐凝聚成硅酸凝胶而析出，产生凝结和硬化。）。水玻璃具有良好的粘结性能以及耐热、耐酸能力。水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用。,水玻璃的主要化学性质是模数与浓度。水玻璃中二氧化硅

18、与碱金属氧化物之间的摩尔比n（n = SiO2 / R2O）称为水玻璃的模数。水玻璃模数一般为1.53.5，模数越大，水玻璃在水中的溶解越困难，而其水溶液的粘结力越大。水玻璃溶液可与水按任意比例混合，浓度越大，则密度越大，粘结力越强。,水玻璃块状成品,水玻璃在建筑上的应用主要有：,（1）涂刷表面：在天然石材、粘土砖、硅酸盐制品的表面涂刷一层水玻璃，可提高其抗水性及抗风化能力。但石膏制品表面不能涂刷水玻璃（水玻璃与石膏反应生成硫酸钠晶体，在石膏制品内部产生体积膨胀，造成制品胀裂。）。,（2）配制耐热砂浆和耐热混凝土。,（3）配制耐酸砂浆和耐酸混凝土。,（4）配制水玻璃矿渣砂浆，用于砖墙裂缝修补、建筑内外墙饰面。,（5）配制防水剂，用于堵漏、填缝等局部抢修。,（6）加固土壤。,第四节 水玻璃,思考题,1、某住宅室内抹灰采用石灰砂浆，交付使用后出现墙面普遍鼓包开裂，试分析其原因。要避免这种情况发生，应采取什么措施？,2、解释名称：生石膏、熟石膏、死烧石膏、过烧石膏、硬石膏、软石膏、石膏、石膏、磷石膏、氟石膏。,思考题参考答案,1、某住