气硬性胶凝材料

1、第二章.气硬性胶凝材料,胶凝材料 1.定义- 能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料 2.分类- 无机胶凝材料、有机胶凝材料 气硬性胶凝材料-只能在空气中硬化，也只能在无机胶凝材料 空气中保持或继续发展强度 水硬性胶凝材料-不仅能在空气中，而且能更好地a 在水中硬化、保持或继续发展强度,3.气硬性与水硬性胶凝材料的差异,有机胶凝材料,沥青,树脂,各种水泥,水硬性,石灰,石膏,水玻璃,菱苦土,气硬性,无机胶凝材料,胶凝材料,一.原料与生产,原料： 以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。 石灰的制备： 石灰石的热分解反应： 制备工艺： 岩石 破碎 煅烧 粉磨(消解),第一节.石 灰

2、,制备工艺与产品,石灰石,10001200C,磨细,生石 灰粉,生石灰,水喷淋,熟石 灰粉,(水)化灰池,石灰浆,浓缩,石灰膏,陈伏,煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰 煅烧温度较高，时间较长时， 过火石灰,减轻或消除过火石灰的危害,放热 体积膨胀1-2.5倍,正火（生）石灰分两类 当MgO 5%，为钙质生石灰； 当MgO 5%，为镁质生石灰 欠火（生）石灰 火候不足,不能消解（熟化） 过火（生）石灰 火候太足,熟化缓慢,硬化后有膨胀,需“陈伏”两周以上,熟（消）石灰分三类 当 MgO 4%，为钙质消石灰； 当4% MgO 24%，为镁质消石灰； 当24% MgO 30%，为白云石消石灰,二

3、.石灰的熟(消)化、水化,氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体,三、石灰的硬化,结晶作用 生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体； 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶； 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。 碳化作用 Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。 提高耐久性。,石灰硬化体由-表面 CaCO3晶体、内部 Ca(OH)2晶体组成,建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见： JC/T479-1992 建筑生石灰 (P48表3-2）JC/T480-1992 建筑生石灰粉(

4、P48表3-3）JC/T481-1992 建筑消石灰粉 (P48表3-4） 钙质生石灰 MgO5%；钙质消石灰粉MgO4% 镁质生石灰 MgO5%；镁质消石灰粉MgO4%,四、建筑石灰的技术指标,（1）可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1m）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。,（2）硬化慢、强度低 从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓

5、慢的材料。 同时，石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1:3）28天强度仅为0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，也不宜用于重要建筑物基础。,五、石灰的技术性质,（3）硬化时体积收缩大 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。 （4）耐水性差，不易贮存 块状类石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。

6、最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。,过火石灰膨胀裂纹,石灰网状收缩裂纹,问 题？,1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。 2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？ 答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。,（1）石灰乳和石灰砂浆 将

7、消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。 石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。,六、石灰的应用,（2）石灰土（灰土）和三合土 石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在

8、潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。,（3）灰砂砖和硅酸盐制品 石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。,砂 灰砂砖 石灰 + 粉煤灰 + 水 - 粉煤灰砖 煤矸石 煤矸石砖,蒸 压,硅酸盐砌块,灰砂砖,一、石膏的组成与结构,石膏的矿物组成： CaSO4xH2O,X为结晶水H2O,x0，硬石膏 (无水石膏),x0.

9、5 ，熟石膏(半水石膏),x2，生石膏 (二水石膏),石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成： CaSO4 0.5H2O或CaSO4 。,石膏是晶体结构,第二节.石 膏,二、石膏的生产,原料： 天然二水石膏； 天然无水石膏； 工业副产物磷石膏、氟石膏等。 生产工序： 原料(破碎) 脱水 磨细 生产(脱水)的工艺： 非密闭煅烧(干燥空气中)： 密闭蒸练(湿的水蒸气)： 不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料,天然石膏矿纤维状晶体,生产工艺与产品的组成,CaSO42H2O,120180C 干燥空气,125180C 水蒸气,-CaSO40.5H2O,-CaSO40.5H2O,-CaSO4()

10、可溶,-CaSO4()可溶,200360C,200360C,400800C,400800C,CaSO4()不溶,8001180C,CaSO4()不溶CaO,非密闭煅烧工艺及其产品组成,密闭蒸炼工艺及其产品组成, CaSO40.5H2O高强石膏 晶体粗大结实,比表面积小, 需水量小,制品孔隙率小,强度高； CaSO40.5H2O建筑石膏 晶体微细,比表面积大,需水量大,制品孔隙率大,强度低,三、建筑石膏的凝结硬化,凝结硬化过程中的水化反应： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应 凝结硬化机理“溶解沉淀理论” 溶解 沉淀

11、硬化,半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液,半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。,二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网,凝结硬化的物理化学过程,石膏浆体,半水石膏颗粒 二水石膏晶体,石膏胶体,石膏硬化体,水,孔隙,水化初期：二水石膏晶体较少,随着水化反应进行二水石膏晶体量,石膏硬化体中晶体堆积体,四.石膏的特性,1.凝结硬化快,强度低(比石灰高) 2.硬化后体积微膨胀(0.51.0%) 表面光滑细腻,形体饱满密实装饰性好 3.孔隙率大 则容重小,强

12、度低,保温隔热、吸声性好,可调节室内温湿 度；但抗渗性，抗冻性差，耐水性差，吸湿性强。 4.防火性能好，加工性能好,五.石膏的应用,1.石膏抹灰材料 2.石膏墙体材料 3.石膏装饰板、浮雕艺术石膏装饰配件,普通石膏板 耐水石膏板 耐火石膏板,纸面石膏板,空心石膏条板,空心隔墙板,壁花,天花板装饰花,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,问 题 ?,1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？ 答：半水石膏需加水6080，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；即，有4060多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔

13、隙。,2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？ 答：优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。,3. 为什么石膏制品的耐水性差？ 答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.300.45； 另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低 。,4、如何改善石膏制品的耐水性? 答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小

14、吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。,5、为什么石膏制品的防火性好Why? 答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。,6、进一步思考的问题: 警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？ 试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？ 如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？,调湿作用,红线条表示室内湿度变化,蓝线条表示室外湿度变化,第三节.水玻璃,一.水玻璃的定义, 由

15、不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。常用硅酸钠水玻璃 Na2OnSiO2。常用的n=2.62.8。,二.水玻璃的生产,湿法(液体水玻璃)； 干法(固体水玻璃) 湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热,直接反应生液体水玻璃。 干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：,三.水玻璃的模数, SiO2与Na2O的分子比 n 称为水玻璃的模数 1.模数对性能影响 水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，强度愈高 2.密度对性能影响 同一模数

16、液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力愈大，强度愈高。,四、水玻璃的硬化 液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化： 由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，需加热促进硬化或加入Na2SiF6作为 促硬(凝)剂。,五.水玻璃的特性,1、粘结力强、强度较高 水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达1540MPPa（1：3的石灰砂浆28天抗压强度通常只有0.20.5MPa） 2、耐酸性好 由于水玻璃硬化后的主要成分为SiO2,它可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的

17、几乎所有的无机和有机酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。 3、耐热性好耐高温 硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥。 4,耐碱性、耐水性、抗渗性差 水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2OnSiO2。由于SiO2和Na2OnSiO2均可溶于水中，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对己硬化的水玻璃进行酸洗处理。,六.水玻璃的应用,1.土壤加固； 将模数为2.53的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤

18、颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达36MPa。 Na2OnSiO2CaCl2x H2O2NaCl+nSiO2(x-1) H2O+Ca(OH)2 2.配制耐酸、热混凝土和耐酸、热砂浆； 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。 3、配制速凝防水剂 水玻璃加两种、三种、或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。这种防水剂凝结迅速，一般不超过1分钟，适用于与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。,4、修补砖墙裂缝 将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到勃结和补强作用。 5、涂刷材料表面，提高抗风化能力 以密度为1.35 g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷粘土砖、普通混凝土、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性、及耐水性等。这是因为水玻璃与空气中的二氧化碳反应生成硅酸凝胶，同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，两者填充于材料的孔隙，使材料致密。 但不能用来涂刷或浸渍石膏制