第三章气硬性胶凝材料(石膏石灰水玻璃)

第三章无机胶凝材料林琪燕概述何为胶凝材料？定义：在土木过程中，能将各种散粒矿质材料或块状材料粘结成为一个整体的材料。特征：严格意义上胶凝材料应指浆体能在常温下凝结硬化为固体。有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。第三章无机胶凝材料将在第四章进行讲解胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青等）无机胶凝材料水硬性胶凝材料（水泥）气硬性胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃）本章的重点二者有何区别定义与分类气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！气硬性胶凝材料主要内容3.1石灰3.2石膏3.3水玻璃重难点凝结硬化原理原料及生产，主要技术特性，工程应用3CaCO3.1.1石灰的生产3.1石灰主要原料：石灰石、白云石、白垩、贝壳等。烧制及产品：主要原料、烧制及产品900~1100℃2COCaO生石灰石灰的煅烧石灰的煅烧过程欠火石灰煅烧石灰石或白垩,内含CaCO3温度在900℃左右时温度过高时温度过低时正火石灰欠火石灰过火石灰因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量,质量差如何解决它的危害？石灰的生产“欠火石灰”、“过火石灰”石灰的熟化特点：外部为正常煅烧的石灰，残留有未烧透的内核石灰利用率低，粘结能力差煅烧温度过低或时间不足、原料尺寸过大煅烧温度过高或时间过长过火石灰欠火石灰特点：石灰表面出现裂纹或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色灰黑熟化慢；硬化后体积膨胀，引起鼓包和开裂3.1.2石灰的熟化与硬化熟化（消化）：工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟(消)石灰——氢氧化钙的过程。1.石灰的熟化石灰产品molKJnn/64.9OHCa(OH)OHCaO222特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热3CaCO生石灰粉消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。石灰膏900~1100℃2COCaO块状生石灰加过量水消化磨细加水拌合加适量水消化、然后干燥陈伏用于拌制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆用于拌制石灰土、三合土石灰的“陈伏”真题为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防止发生碳化反应。思考：磨细生石灰不经陈伏可直接使用，为什么？？这是因为粉磨过程使过火石灰表面积大大增加,与水熟化反应速度加快,几乎可以同步熟化,而且又均匀分散在生石灰粉中,不至引起过火石灰的种种危害。观察讨论注册考试真题[注册造价工程师]原题:生石灰（又称块灰）加水熟化成石灰浆（氢氧化钙和水）。使用前，应在储灰坑中“陈伏”（）天以上，其目的是消除过火石灰的危害，同时也得到良好的可塑性。A．7B．15C．21D．30[一级注册建筑师执业资格考试]、[一级注册建造师执业资格考试]袋白灰(消石灰粉)使用前也应进行陈伏处理是为了（）。提示：建筑材料(单选题3)答案：A.有利于硬化B.消除过火石灰的危害C.提高浆体的可塑性D.使用方便工程实例分析石灰浆A观察与讨论：两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？石灰浆B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。硬化的特点石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程来完成的：结晶作用（干燥硬化）：游离水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH)2以结晶形态析出，浆体逐渐失去塑性。碳化作用（碳化硬化）：Ca(OH)2与空气中的CO2与水化合生成CaCO3晶体，释出水分并被蒸发：2.石灰的硬化OH)1(CaCOOHCOCa(OH)23222nn碳化碳化作用实际上是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。硬化的技术性质◘结晶自里向表，碳化自表向里◘速度慢（通常需要几周的时间）◘体积收缩大（容易产生收缩裂缝）3.硬化的特点由此可见，石灰是一种硬化慢、强度低的气硬性胶凝材料。3.1.3石灰的技术要求主要技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量、产浆量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见教材JC/T479—1992建筑生石灰（P49表3-2）JC/T480—1992建筑生石灰粉（P49表3-3）JC/T481—1992建筑消石灰粉（P49表3-4）建筑石灰的技术规范及分级石灰的技术特性◘钙质生石灰MgO≤5%；钙质消石灰粉MgO≤4%◘镁质生石灰MgO＞5%；镁质消石灰粉MgO＞4%3.1.4石灰的技术特性生石灰熟化为石灰浆时，形成了颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆突出的优点是具有良好的可塑性。工程应用：1.保水性与可塑性好硬化慢一种常见的改善水泥砂浆可塑性的方法水泥砂浆石灰浆混合砂浆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，因此石灰是硬化缓慢的材料。2.硬化过程缓慢硬化后强度低石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩、开裂，所以除调成石灰乳作为薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗裂能力和节约石灰。3.硬化时体积收缩大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。4.硬化后强度低易受潮为充分消化石灰，获得较好的塑性，拌制石灰的用水量较大，石灰凝结硬化时多余水分蒸发，会留下大量孔隙，因而其密实性很差。耐水性差块状石灰放置太久，会吸收空气中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。所以石灰不能用于潮湿环境。生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不易久存。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。另外，生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，因此储存和运输生石灰是，要注意安全，将生石灰与易燃物分开保管，以免引起火灾。5.易受潮不宜贮存应用石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，已凝结硬化的石灰在水中会溃散。6.耐水性差所以，◎石灰不宜在潮湿环境下使用；◎不宜用于重要建筑物基础；◎石灰砂浆抹墙可产生一定的透气性。3.1.5石灰的应用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1.石灰乳灰土石灰膏砂水石灰砂浆（抹面）消石灰粉或熟化好的石灰膏水石灰乳（廉价涂料）作抹面砂浆时，需加入纸筋、麻刀等纤维物质，以克服其收缩性。2.石灰砂浆石灰膏砂水泥水混合砂浆（砌筑、抹面）可作低档住宅的基础和地面；可作低档道路的基层和面层。产生强度的原因？3.石灰土（灰土）硅酸盐制品消石灰粉粘土砂或石屑、炉渣水碾压夯实消石灰粉粘土水碾压夯实石灰与粘土或硅质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝可在潮湿环境中与水反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化氯酸钙，故石灰土可在潮湿环境中使用。常用于建筑物基础、路面的垫层。4.三合土石灰土三合土5.硅酸盐制品灰砂砖石灰天然砂硅铝质工业废渣水硅酸盐制品采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度加快，令制品获得较高的早期强度；主要产品有灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。——中国矿业网：《绿色墙体材料灰砂砖》灰砂砖是目前我国积极推广的一种新型墙体材料。轻质、高强、无毒、无辐射、保温隔热性能好、使用能耗低、防水性能好、施工方便、经济合理。广泛应用于住宅、民用、厂房等工业民用建筑。生产工艺灰砂空心墙体砖蒸压灰砂墙体砖灰砂墙体砖轻质保温灰砂砖灰砂砖工艺流程图回顾知识点回顾——石灰◊生石灰的熟化是指……熟化过程的特点？◊石灰在生产过程中，应严格控制煅烧温度的高低及分布，以及原料尺寸的大小，否则容易产生……对石灰质量有何影响？◊石灰按成品加工方法不同，分为哪几种？◊生石灰在使用前为何要进行“陈伏”？为什么在陈伏时需在熟石灰表面保留一层水？磨细生石灰不经“陈伏”可直接使用，原因何在？◊理解石灰的凝结硬化原理？特点？◊石灰的特性？——熟练掌握◊石灰的主要工程用途如何？——熟练掌握◊在储存和保管时需要注意哪些方面？◊如何深刻理解石灰石气硬性胶凝材料？石膏3.2石膏石膏也是一种应用甚广的气硬性胶凝材料。学习本节需着重比较石膏与石灰凝结硬化的差别，并以石膏的结构性能特点理解其应用。石膏3.2.1石膏的原料及生产3.2石膏石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。根据石膏中含有结晶水的多少，原料分为：硬石膏（CaSO4）——1.原料建筑石膏天然石膏（CaSO4﹒2H2O）——以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的天然矿石。也称无水石膏，结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的重要辅助原料。也称生石膏或二水石膏。大部分天然石膏为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。2.建筑石膏生产也称熟石膏或半水石膏。是由生石膏加工而成的，根据内部结构不同可分为α型半水石膏和β型半水石膏。熟石膏（CaSO4﹒1/2H2O）——将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到β型半水石膏和α型半水石膏。α型半水石膏和β型半水石膏相比，其结晶颗粒较粗，比表面积较小，拌制石膏浆体时的需水量较小，硬化后强度高，因此又称为“高强石膏”。在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。生石膏在常压下煅烧加热到107℃~170℃，可得到β型建筑石膏：3.建筑石膏的生产凝结硬化生石膏在124℃、1.3大气压条件下压蒸加热，可得到α型建筑石膏：OH211OH21CaSOOH2CaSO224170~10724常压CCOH211OH21CaSOOH2CaSO22412424蒸压C二水石膏α型半水石膏二水石膏β型半水石膏3.2.2建筑石膏的凝结硬化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：1.建筑石膏的水化反应随着水化的不断进行生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但物理力学性能有差异。二水石膏溶解度比半水石膏溶解度小得多，所以二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。OH2CaSOOH211OH21CaSO24224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，其强度也不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化石膏结构，这一过程称为石膏的“硬化”。必须理解的是，石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的，贯穿于整个凝结硬化全过程。技术指标3.建筑石膏的硬化随水化反应进行，浆体中的自由水分因水化和蒸发而不断减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”。2.建筑石膏的凝结3.2.3建筑石膏的技术性能建筑石膏的技术指标有：性能特点强度、细度、凝结时间（初凝、终凝）。按强度和细度又分为优等品、一等品和合格品。（具体技术要求见GB9776—1988《建筑石膏》此处略）教材中表3-1建筑石膏是在高温条件下煅烧而成的一种白色粉末状材料，本身易吸湿受潮，而且其凝