土木工程材料教材第二章气硬性胶凝材料

第二章气硬性胶凝材料一、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。二、胶凝材料的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第一节绪论无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。(绝大多数的无机化合物可以归入氧化物、酸、碱、盐四大类)有机胶凝材料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。第二章气硬性胶凝材料（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中（干燥条件下）硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃；（2）水硬性胶凝材料：既能在地上或空气中硬化，又能在水中或地下硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；在土木工程材料中，胶凝材料是基本材料之一，通过它的胶结作用可配制出各种混凝土及建筑制品，衍生出许多新型材料，不同胶凝材料衍生出材料及制品将会有不同的性质。第二章气硬性胶凝材料第二节石灰一、石灰的原料及生产：（一）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，贝壳等。（二）生产工艺：欠火石灰过火石灰正火石灰为了加速分解过程，煅烧温度常提高至1000~1100℃左右。900℃~1000℃(三)石灰的另一来源是利用化学工业副产品。如：用电石（碳化钙）制取乙炔时的电石渣（Ca（OH）2）。CaCO3CaO+CO2石灰岩生石灰第二章气硬性胶凝材料二、石灰的熟化(消化、工地称为“淋灰”)：（一）石灰熟化原理：注意：1、熟化反应是放热反应2、熟化反应过程体积膨胀1-2.5倍（二）石灰的陈伏：过火石灰熟化较慢，当石灰已经硬化后才开始熟化，引起隆起和开裂，为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中存放两周以上，使未曾熟化的石灰颗粒充分熟化，这一过程叫做“陈伏”。CaO+H2O====Ca(OH)2十64.9×103J第二章气硬性胶凝材料（三）石灰的熟化方法及用途：按石灰用途，我国工地上熟化石灰的方法有两种：消石灰浆法和消石灰粉法（淋灰法和化灰法）。1)用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰加水熟化成消石灰浆。生石灰在化灰池中熟化后，通过筛网流入储灰坑储存两周以上。2)用于拌制石灰土(石灰、粘土)、三合土(石灰、粘土、砂石或炉渣等)时，将生石灰加水熟化成消石灰粉。现在多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。三、石灰的硬化（一）干燥硬化浆体中大量水分蒸发，但尚留一部分游离水，水表面张力将石灰粒子紧密连接到一起，具有一定的强度。第二章气硬性胶凝材料（二）结晶硬化Ca（OH）2从饱和溶液中析出，逐渐由胶体转变成晶体的过程，主要作用力为分子力，晶体互相交叉连生，从而提高强度。（三）碳化硬化Ca（OH）2与空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。四、石灰的品种1）按石灰中的氧化镁含量的高低分2）按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。生石灰钙质石灰镁质石灰MgO≤5%5%﹤MgO≤24%第二章气硬性胶凝材料石灰石块状生石灰熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅烧磨细加水为石灰质量的2.5-3倍沉淀除去表层多余水分第二章气硬性胶凝材料五、石灰的技术标准建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO及杂质的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见表2.1-2.3。六、石灰的应用及储存（一）石灰的特点1、良好的保水性；熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚的水膜，即石灰的保水性好。2、生石灰水化时水化热大，体积增大；3、凝结硬化慢、强度低；表2.1建筑生石灰的技术指标项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，不小于）908580858075未消化残渣含量（5mm圆孔筛筛余量）%，不大于5101551015产浆量，L/kg，不小于2.82.32.02.82.32.0第二章气硬性胶凝材料表2.2建筑生石灰粉的技术要求项目钙质生石灰粉镁质生石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，不小于）858075807570细度0.90mm筛筛余(%，不大于）0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余(%，不大于）7.012.018.07.012.018.0第二章气硬性胶凝材料表2.3建筑消石灰粉的技术要求项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，不小于）706560656055游离水，%0.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~2细度0.90mm筛筛余(%，000.5000.50.125mm筛筛余(%，不大于）3101531015第二章气硬性胶凝材料第二章气硬性胶凝材料4、硬化后体积收缩大，易开裂；5、耐水性差；6、化学稳定性差。（二）石灰的应用1、配制石灰砂浆和石灰乳涂料石灰砂浆由石灰膏和砂、水拌合而成，可用作内墙、顶棚的抹面。石灰乳由石灰膏稀释而成，常用作内墙和顶棚的粉刷涂料。2、配制灰土和三合土灰土：熟石灰粉+粘土。三合土：熟石灰粉+粘土+砂、石或炉渣等填料。（三七灰土、四六灰土）可广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层。第二章气硬性胶凝材料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(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。第二章气硬性胶凝材料3、制作碳化石灰板碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）搅拌、成型，然后经人工碳化而成的一种轻质板材，适宜作非承重内墙板、天花板等。4、制作硅酸盐制品磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料经配料、混合、成型，再经常压或高压蒸汽养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。第二章气硬性胶凝材料（三）石灰的储存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、生石灰不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。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。工程实例某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？1.检测石灰中CaO和MgO的含量,细度。2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰)3.查表判定该石灰的等级。第二章气硬性胶凝材料第三节石膏一、建筑石膏的原料及生产二水石膏CaSO4·2H2OCaSO4·0.5H2OCaSO4·0.5H2O107～170℃加热、脱水125℃0.13MPa蒸压锅β型建筑石膏α型高强石膏天然的原材料（一）原材料化学工业副产品天然的二水石膏（软石膏）磷石膏和盐田石膏（二）生产过程第二章气硬性胶凝材料OHOHCaSOOHCaSOCC224170~10724211212常压生石膏熟石膏天然石膏建筑石膏第二章气硬性胶凝材料二、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏（半水石膏）重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程：建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于6分钟，终凝不超过30分钟。三、建筑石膏的技术性质OHCaSOOHOHCaSO24224221121第二章气硬性胶凝材料（一）技术指标建筑石膏色白，密度2.60～2.75g/cm3,堆积密度800～1000kg/cm3,根据国标《建筑石膏》的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。优等、一等和合格。等级指标优等品一等品合格品强度（MPa）抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度(以0.2mm方孔筛筛余百分数计，不大于）5.010.015.0凝结时间(min)初凝时间不小于6终凝时间不大于30表2.4建筑石膏的技术要求(GB9776—88)第二章气硬性胶凝材料（二）技术特性1、强度低；2、凝结硬化快，初凝6分，终凝30分；3、孔隙率大（50~60%），热导率小（0.121~0.205W/(m.k)）；4、凝结时体积产生微膨胀（0.05%~0.15%）；5、吸湿性强，耐水性差(软化系数为0.2~0.3)；6、具有较好的防火性能；7、加工性能好；8、隔热、吸声性良好；9、具有一定的调温、调湿性。四、建筑石膏的应用1、室内抹灰与粉刷；2、生产建筑石膏制品3、生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中纸面石膏板第二章气硬性胶凝材料装饰石膏板吸声用穿孔石膏板第二章气硬性胶凝材料五、高强石膏1、高强石膏特点由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小(1g固体所占有的总表面积)，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有较高的强度，7天的抗压强度可达15-40MPa。2、高强石膏应用（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无收缩。第二章气硬性胶凝材料第四节水玻璃（了解）一、水玻璃（泡花碱）的原料及生产是一种碱金属气硬性胶凝材料。（一）原料石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料（二）生产二、水玻璃的硬化液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，速度较慢。具体反应式如下：Na2O•nSiO2+CO2+mH2O＝Na2CO3+nSiO2•mH201300～1400℃Na2CO3+nSiO2Na2O•nSiO2+CO2第二章气硬性胶凝材料为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%-15%的促硬剂氟硅酸钠或加热以加快其硬化。三、水玻璃的性质1、粘结力强2、耐酸性好3、耐热性好四、水玻璃的用途1、涂刷或浸渍材料（除浸渍石膏之外，因会生成硫酸钠晶体，体积膨胀，产生破坏），可增加材料的密实度和强度，增强抗风化能力。2、加固地基；将水玻璃和氯化钠溶液交替灌入土壤中，发生化学反应，析出硅酸胶体，起到胶结和填充土壤的作用，并可以阻止水渗入，增加土壤的密实度和强度。3、修补裂缝、堵漏；将水玻璃溶液掺入砂浆或混凝土中，可使其急速凝结硬化。4、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；5、配制耐热砂浆和耐热混凝土。第二章气硬性胶凝材料例3-0建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（1）石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（2）硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。（3）硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。第二章气硬性胶凝材料（4）建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差,所以不适用于室外使用。第二章气硬性胶凝材料例3-1某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在