建筑材料第二章

第二章气硬性胶凝材料胶凝材料的定义和分类胶凝材料的定义经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等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如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水泥”二、分类分类特点代表材料气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，保持或继续发展其强度石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等水硬性胶凝材料在凝结后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持并继续发展其强度水泥•学习内容石膏石灰水玻璃主要几种气凝材料特性、技术性质要求和应用•学习要求•了解上述几种胶凝材料的特性与用途第一节石膏纸面石膏板装饰石膏制品壁花天花板装饰花装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱–石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。–在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：一、石膏胶凝材料的生产一、石膏胶凝材料的生产二水石膏CaSO4·2H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4ⅢCaSO4ⅡCaSO4Ⅰ107～170℃加热、脱水125℃0.13MPa蒸压锅170～360℃加热、脱水400～750℃800℃β型建筑石膏α型高强石膏可溶性石膏不溶性石膏高温煅烧石膏在常温下不存在在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。二、建筑石膏的凝结硬化•建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：CaSO4·0.5H2O+1.5H2O=CaSO4·2H2O•建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏+水浆体凝结硬化–建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；–随着水化的不断进行，生成的二水石膏胶体微粒不断增多，这些微粒比原先更加细小，比表面积很大，吸附着很多的水分；同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少，浆体的稠度不断增加，胶体微粒间的黏结逐步增强，颗粒间产生摩擦力和黏结力，使浆体逐渐失去可塑性，即浆体逐渐产生凝结。继续水化，胶体转变成晶体。二、建筑石膏的凝结硬化晶体颗粒逐渐长大，使浆体完全失去可塑性，产生强度，即浆体产生了硬化。这一过程不断进行，直至浆体完全干燥，强度不在增加，此时浆体已硬化人造成石材。建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点1．速度快水化过程一般为7～12min，整个凝结硬化过程只需20～30min。•2．体积微膨胀建筑石膏凝结硬化过程产生约0.1%左右的体积膨胀。这是其它胶凝材料所不具有的特性.浆体的凝结硬化过程是一个连续进行的过程。从加水开始拌合直到浆体开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝，对应的时间称为初凝时间；从加水拌合开始直到浆体完全失去可塑性，并开始产生强度的过程称为浆体的硬化，对应的时间称为终凝时间。建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点三、建筑石膏的技术要求•建筑石膏的质量等级建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：技术指标名称优等品一等品合格品强度抗折强度≥2.52.11.8抗压强度≥4.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余%）≤5.010.015.0凝结时间初凝不早于6min，终凝不迟于30min四、石膏的性质与应用1.石膏的性质（1）凝结硬化快建筑石膏加水拌合后10min内便失去塑性而初凝，30min内即终凝硬化，并产生强度。（2）强度较高建筑石膏的强度发展快，一般7h即可达最大值。抗压强度约为8～12MPa。（3）体积微膨胀建筑石膏凝结硬化过程的体积微膨胀特性，使得石膏制品表面光滑、体形饱满，特别适用于刷面。（4）色白可加彩色建筑石膏颜色洁白，杂质含量越少，颜色越白。可加入各种颜料调制成彩色石膏制品，且保色性好。•（5）保温性能好•由于石膏制品生产时加入过量的水，蒸发后形成大量内部毛细孔，孔隙率达50%～60%，表观密度小（800～1000kg/m3），导热系数小，故具有良好保温绝热性能，常作保温材料，并具有一定的吸声效果。•（6）耐水性差,但具有一定的调湿功能•建筑石膏制品的软化系数只有0.2～0.3，不耐水。但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则能释放出水分，从而调节空气中的相对湿度。（7）防火性好建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又大，更重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用。但脱水后制品强度要下降。五.建筑石膏的应用（1）室内抹灰及粉刷抹灰：指的是以建筑石膏为胶凝材料，加入水和砂子配成石膏砂浆，作为内墙面抹平用。由于不耐水，故不宜在外墙使用。粉刷：指的是建筑石膏加水和适量外加剂，调制成涂料，涂刷装修内墙面，它具有表面坚硬,光滑细腻,粘结力强、不裂、不起鼓、防火、保温、调湿、施工方便，可实现机械化施工。可用于办公楼、住宅楼等的墙面、顶棚等。•（2）建筑装饰制品•以杂质含量少的建筑石膏加入少量纤维增强材料和建筑胶水等制作成各种装饰制品。也可制成彩色制品。•（3）石膏板•这是土木工程中使用量最大的一类板材。包括石膏装饰板、空心石膏板、蜂窝板等，作为装饰吊顶、隔板或保温、隔声、防火等使用。（4）其他用途建筑石膏可作为生产某些硅酸盐制品时的增强剂，如粉煤灰砖、炉渣制品等；也可用作油漆或粘贴墙纸等的基层找平。建筑石膏在运输和储存时要注意防潮，储存期一般不宜超过3个月，否则将使石膏制品的质量下降。例题：为什么说石膏是有发展前途的建材？答案：石膏的主要优点是原料丰富、生产能耗低、不污染环境等，作为一种绿色建材已大量用于室内的空间分隔和装饰；建筑石膏硬化时体积略有膨胀，这一性能使得石膏制品表明光滑细腻线条清晰，具有很好的装饰艺术效果；建筑石膏还具有隔热、保温、不燃、不蛀、隔声、可锯、可钉、污染小等良好性能，所以石膏是很有发展前途的建材。第二节石灰石灰的生产原料含碳酸钙为主的天然原料。贝壳石灰石白云石白垩石灰吟千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。土窑•公元前8世纪古希腊人已用于建筑，中国也在公元前7世纪开始使用石灰。•唐山三丰集团2003年10月建成投产4×140m3气烧石灰竖窑石灰是一种气硬性胶凝材料，它是将碳酸钙为主要成分的材料（主要为石灰石）经过900~1300℃的高温煅烧，尽可能的分解与排出CO2，得到以CaO主要成份的生石灰，它是一种多孔结构材料。一、石灰的原料及生产23COCaOCaCO1.石灰的原料与生产石灰在烧制过程中由于尺寸过大，或窑内温度不均等原因，便得石灰中含有未烧透的内核，称为“欠火石灰”。另一种情况是过火而形成的“过火石灰”。石灰的分类：（1）根据成品加工方法的不同，分为：块状生石灰，生石灰粉，消石灰（熟石灰），石灰浆。（2）按氧化镁的含量分按氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类石灰种类生石灰生石灰粉消石灰粉钙质石灰≤5≤5＜4镁质石灰＞5＞5≥4二、石灰的熟化与硬化过程（1）石灰的熟化malkgOHCaOHCaO/9.64)(22石灰的消化过程有两个特点：①水化反应进行速度快，放热量大；②消化时体积急剧膨胀。为降低“过火石灰”危害，石灰消化后，应将其在水中继续“陈伏”15d以上。将块状生石灰研磨成粉状，得到的磨细生石灰在适宜的水灰比和消化温度下，可控制其体积膨胀。还可提高“过火石灰”的利用率。注意：生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧的石灰，它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害；过火石灰的结构致密，孔隙率小，体积密度大，并且晶粒粗大，表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆，与水作用的速度很慢，须数天甚至数年，对石灰的使用极为不利。常采用的去除方法是在熟化过程中，利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒，而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上，使其充分熟化，此即所谓的“陈伏”。陈伏时为防止石灰炭化，石灰膏的表面须保存有一层水。①结晶结晶作用：指的是石灰浆中多余水分蒸发或被砌体吸收，使Ca（OH）2以晶体形态析出，石灰浆体逐渐失去塑性，并凝结硬化产生强度的过程。②碳化该反应必须有水分存在时才能进行，且仅限于表面，反应速度缓慢。OHnCaCOOnHCOHOCa23222)1()(碳化（2）石灰的硬化石灰凝结硬化过程的特点1.速度慢水分从内部迁移到表层被蒸发或被吸收的过程本身较慢，若表层Ca（OH）2被碳化，生成的CaCO3在石灰表面形成更加致密的膜层，使水分子和CO2的进出更加困难。因此，石灰的凝结硬化过程极其缓慢，通常需要几周的时间。加快硬化速度的简易方法有加强通风和提高空气中CO2的浓度。2.体积收缩大容易产生收缩裂缝。三、石灰的技术要求与特性1．石灰的质量等级建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材p82。（1）保水性与可塑性好Ca（OH）2颗粒极细，比表面积很大，每一颗粒均吸附一层水膜，使石灰浆具有良好的保水性和塑性。工程中常用来改善水泥砂浆保水性和塑性差的缺陷。（2）凝结硬化慢、强度低石灰浆凝结硬化时间一般需要数周，硬化后的强度一般小于1MPa。如1:3的石灰砂浆强度仅为0.2～0.5MPa。但通过人工碳化，可使强度大幅度提高。2、熟石灰的特性（3）耐水性差石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，在流水中还会溶解流失。但固化后的石灰制品经人工碳化处理后，耐水性大大提高。（4）干燥收缩大石灰浆体中游离水，特别是吸附水蒸发，引起硬化时体积收缩、开裂。碳化过程也引起体积收缩。因此，石灰一般不宜单独使用，通常掺入砂子、麻刀、纸筋等以减少收缩或提高抗裂能力。1应用（1）石灰乳涂料和抹面（2）石灰混合砂浆（3）石灰土和三合土（4）用于生产硅酸盐制品四、石灰的应用与储存（1）石灰乳涂料和抹面石灰乳通常采用石灰浆（膏）加入大量水调制成稀浆，用于要求不高的室内粉刷。石灰膏掺入麻刀或纸筋作为墙面抹面材料，也称之为黄灰，过去较常用。目前主要采用石灰膏与水泥、砂或直接与砂配制成混合砂浆或石灰砂浆抹面。（2）石灰混合砂浆石灰、水泥和砂按一定比例与水配制成混合砂浆，用于砌筑和抹面。返回（3）石灰土和三合土消石灰粉和粘土拌合后称为石灰土。石灰土中再加入砂和石屑、炉渣等即为三合土。由于Ca（OH）2能和粘土中少量的活性SiO2和Al2O3反应生成具有水硬性的产物，使密实度、强度和耐水性得到改善。因此广泛用于建筑物的基础和道路垫层。如石灰桩加固地基等。但是，目前更常用的方法是石灰、粉煤灰和石子混合成“三合土”作为道路垫层，其固结强度高于粘土（因粉煤灰中活性SiO2和Al2O3的含量高），且利用废渣。返回例：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？解：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。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。（4）用于生产硅酸盐制品硅酸盐制品主要包括粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、硅酸盐砌块、灰砂砖、加气混凝土等等。硅酸盐制品主要以石英砂、粉煤灰、矿渣、炉渣等为原料，其中的SiO2、Al2O3与石灰在蒸汽养护或蒸压养护条件下生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性产物，产生强度。若没有Ca（OH）2参与反应，则强度很低。生石灰块和粉料在运输和储存过程中应注意密封防潮，否则吸水潮解后与空气中CO2作用生成碳酸钙，使石灰胶结能力下降。•参考答案：欠火石灰的产浆量较低，质量较差；过火石灰的密度较大，表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆，因而消解很慢，在工程中过火石灰颗粒