土木工材料 第4章 气硬性胶凝材料.ppt

1、第四章 气硬性凝胶材料,第一节 石膏 第二节 石灰 第三节 水玻璃,1. 胶凝材料定义 在土木工程材料中，经过一系列的物理、化学作用，能将散粒状（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。,第四章 气硬性凝胶材料,2. 胶凝材料分类,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。,以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。,如石膏、石灰、水玻璃,如水泥,第四章 气硬性凝胶材料,气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保持或发展其强度。 水硬性胶凝材料不仅在空气中，而

2、且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。,石灰,水泥,第四章 气硬性凝胶材料,石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。,1. 建筑石膏的原料,1) 天然二水石膏： 又称软石膏、生石膏，主要成分为含有两个结晶水的硫酸钙（CaSO42H2O）， 是生产石膏胶凝材料的主要原料。 2) 天然无水石膏: 又称硬石膏，主要成分是无水硫酸钙（CaSO4）， 只可用于生产无水石膏水泥和高温煅烧石膏。 3) 化工石膏： 含有二水石膏的化工副产品及废渣， 如氟石膏、磷石膏和排烟脱硫石膏等。,一、石膏凝胶材料的原料、生产及品种 第一节 石膏,2. 建筑石膏的生产,（二水石膏） （型半水石膏） （二水石膏） （型

3、半水石膏）,一、石膏凝胶材料的原料、生产及品种 第一节 石膏,天然石膏,建筑石膏,一、石膏凝胶材料的原料、生产及品种 第一节 石膏,建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。 建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：,因为二水石膏溶解度仅为半水石膏的溶解度1/5，故二水石膏以胶体微粒自水中析出。 随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直

4、至消失，这种现象为石膏的终凝。,二、半水石膏的水化与凝结硬化 第一节 石膏,石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。 水化结晶凝结晶体长大与互生硬化,二、半水石膏的水化与凝结硬化 第一节 石膏,1. 建筑石膏的主要特性 1）凝结硬化快 建筑石膏的初凝时间不小于6min，终凝时间不大于30min，一星期左右完全硬化。由于凝结快，在实际工程使用时往往需要掺加适量缓凝剂，如可掺0.1-0.2的动物胶或1亚硫酸盐酒精废液，也可掺0.1-0.

5、5的硼砂等。,2）硬化时体积微膨胀，装饰性好 一般膨胀0.5-1.5，这种微膨胀性可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利于制造复杂图案花型的石膏装饰件。,三、建筑石膏的主要特性、技术要求和应用 第一节 石膏,3）硬化后孔隙率高 石膏浆体硬化后，多余的自由水蒸发，内部留下大量孔隙，孔隙率可达50%-60%，密度较小，却使石膏制品具有导热系数大、吸声性强、吸湿性大、可调节室内的温度和湿度的特点。,三、建筑石膏的主要特性、技术要求和应用 第一节 石膏,4）防火性好 建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏，当其遇火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发

6、时，在制品表面形成水蒸汽幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大、防火性能越好。可调节室内湿度。,三、建筑石膏的主要特性、技术要求和应用 第一节 石膏,5）耐水性和抗冻性差 建筑石膏吸湿、吸水性大，故在潮湿环境中，建筑石膏晶体粒子间粘合力会被削弱，故软化系数小，长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏，故耐水性差。在建筑石膏中加入适量水泥、粉煤灰、磨细的粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性。 另外，建筑石膏中的水分受冻结冰后会产生崩裂，故抗冻性差。,1) 建筑石膏的等级及质量标准,根据国标建筑石膏的规定，按抗折、抗压强度和细度指标分为为优等品、一等品和合格品。,建筑石膏的质量指标

7、,三、建筑石膏的主要特性、技术要求和应用 第一节 石膏,2. 建筑石膏的技术要求及应用,1. 原料： 以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用的有石灰石，白云石等，其主要成分为CaCO3，次要成分为MgCO3 。 2. 生产工艺：,一、石灰的原料及生产 第二节 石灰,煅烧石灰石,正火石灰,欠烧石灰,过烧石灰,欠烧石灰中碳酸钙未完全分解，影响石灰的质量和产浆量；过烧石灰内部结构致密，CaO晶粒粗大，表面被一层玻璃釉状物包裹，与水反应极慢，会引起已硬化的石灰发生鼓包开裂破坏。,一、石灰的原料及生产 第二节 石灰,3.石灰种类,1) 按氧化镁的含量分为： 钙质建筑石灰和镁质建筑石灰 2) 按照加工方法分为

8、： 生石灰：石灰石煅烧成的白色或浅灰色疏松结构块状物，主要成分为CaO 生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。 消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分是Ca(OH)2。 石灰膏（浆）：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的3到4倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，得到一定稠度的膏状物，主成分是Ca(OH)2和水。,一、石灰的原料及生产 第二节 石灰,不同石灰产品的状态、成分与用途,一、石灰的原料及生产 第二节 石灰,石灰石,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,块状生石灰,一、石灰的原料及生产 第二节 石灰,将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称

9、“熟化”：,生石灰水化反应特点： 反应可逆 水化热大，水化速率快 水化过程中体积增大,二、石灰的熟化与硬化 第二节 石灰,工程中熟化的方法有两种 1)熟化为熟石灰粉： 将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。 2)熟化为石灰膏： 将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。 熟化过程中为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,二、石灰的熟化与硬化 第二节 石灰,熟化为石灰膏：,将生石灰放入水 中，注意水要过量,池中透明液体为氢氧 化钙饱和

10、溶液，下部 沉淀即为熟石灰,二、石灰的熟化与硬化 第二节 石灰,石灰浆的硬化,石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的： 1）石灰浆的干燥硬化（结晶作用） 滞流在孔隙中的自由水蒸发或被周围环境吸收，使Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶。 2）石灰浆的碳化（碳化作用） 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。只有在有水的条件下才能进行。,二、石灰的熟化与硬化 第二节 石灰,1.石灰的主要特性,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,石灰硬化收缩产生的裂缝,石灰砂浆墙面因受潮而脱落,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,

11、3. 石灰的应用,1) 建筑室内粉刷,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,2) 拌制建筑砂浆,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土(石灰、粘土、细砂)，二灰土（石灰、粉煤灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰、级配碎石）,3) 配置三合土和灰土,用作铺筑步道砖的垫层,用作土路面的基层,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,4) 加固含水软土基础 在软土地基中打入生石灰桩，可以利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到提高地基承载力的目的。,三合土桩,灰 土 桩,三、

12、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,蒸压灰砂砖,蒸压加气砼砌块,5) 生石灰硅酸盐制品,6) 磨制生石灰粉,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,石灰石,熟石灰粉,石灰乳,多用来拌制灰土和三合土,用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆,粉刷墙壁,生石灰块,石灰膏,使用时可以不进行陈伏,生石灰粉,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,问题：既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？ 答：(1) 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土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，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。 (2) 再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。,三、石灰的主要特性、技术要求及应用 第二节 石灰,水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。 根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有：硅酸钠水玻璃