第3章 气硬性胶凝材料(1)

第三章气硬性胶凝材料张风臣Email:[e-mail]:13913941607河海大学力学与材料学院2/50概述1、胶凝材料的定义2、胶凝材料的分类3、本章教学内容与学习要求4、学习重点与难点3/501、胶凝材料的定义凡能经过自身的物理化学作用,在由可塑浆体变成坚硬石状体的过程中，能把散粒或块状物料胶结成一个整体，且有一定机械强度的材料，统称为胶凝材料(CementitiousMaterials)4/502.胶凝材料的分类胶凝材料有机胶凝材料（如沥青和各种树脂）无机胶凝材料气硬性胶凝材料（Non-Hydraulic)（只能在空气中硬化,并保持或继续提高强度的胶凝材料，如石膏、石灰、水玻璃等）水硬性胶凝材料（Hydraulic）（在拌水后不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化,保持并继续提高强度的胶凝材料，如各种水泥）5/503.本章教学内容与学习要求教学内容本章主要介绍下列几种气硬性胶凝材料的特性、技术性质要求和应用：石灰(Lime)石膏(Plaster)水玻璃(WaterGlass)镁质胶凝材料(SorelCement)学习要求了解这几种胶凝材料的特性与用途6/504.学习重点与难点重点：石灰和石膏的特性与用途难点：①石灰的熟化和硬化特性；②建筑石膏硬化过程的物理化学变化第一节石灰8/50一、石灰的生产90032oCCaCOCaOCO实际煅烧温度为1000～1100oC温度过低或煅烧时间过短→产生欠火石灰温度过高或煅烧时间过长→产生过火石灰石灰原料与煅烧生产石灰（Lime）的原料有石灰石、白云石、白垩、贝壳等，经煅烧后得到块状生石灰：9/50二、石灰的熟化（消解）(一)石灰的熟化过程石灰熟化过程放出大量热，体积膨胀1～2.5倍石灰在使用前，要加水熟化成熟石灰（消石灰，Quicklime)CaO+H2OCa(OH)2+Q10/50(二)欠火石灰和过火石灰的熟化●欠火石灰：欠火石灰的中心部分仍是碳酸钙硬块，不能熟化，形成渣子●过火石灰：过火石灰结构紧密，熟化很慢，当用于建筑上后，可能继续熟化产生体积膨胀，引气隆起鼓包和开裂●石灰浆的陈伏：为消除过火石灰的危害，石灰浆需在消解坑里存放两星期以上（称为“陈伏”），使未熟化的石灰充分熟化。陈伏期间石灰浆表面应覆盖一水，以免石灰浆碳化11/50根据《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ98-2000）：生石灰熟化成石灰膏时，应用孔径不大于3mm×3mm的网过滤，熟化时间不得小于7d；磨细生石灰粉的熟化时间不得小于2d石灰的陈伏《建筑装饰装修工程质量验收规范》（GB50203-2001）规定：抹灰用的石灰膏的熟化期不应小于15d；罩面用的磨细石灰粉的熟化期不应小于3d12/50三、石灰的硬化石灰浆在空气中逐渐硬化，其的硬化包括两个同时进行的过程：●结晶过程水分蒸发引起氢氧化钙从过饱和溶液中析出●碳化过程氢氧化钙吸收空气中CO2，生成碳酸钙和水Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O13/50四、石灰的特性●可塑性和保水性好●水化时放热大，体积增大●硬化缓慢。这是因为碳化作用主要发生在与空气接触的表面，且生成膜CaCO3层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分向外蒸发，因此硬化缓慢●硬化时体积收缩大。因为硬化时大量水蒸发，导致毛细管失水收缩14/50●硬化后强度低。其原因是石灰消化时实际用水量比理论用水量大得多，多余水在硬化后蒸发，留下空隙。●耐水性差。因为Ca(OH)2微溶于水15/50除了块状石灰，常用的石灰产品还有：●生石灰粉：由块状石灰磨细得到的粉末，主要成分为CaO●消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2，亦称熟石灰●石灰膏：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的3～4倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，所得达一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水五、石灰的技术指标16/501.建筑生石灰产品标准：《建筑生石灰》钙质生石灰（MgO≤5%），镁质生石灰（MgO＞5%）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≥，（%）908580858075CO2含量≤，（%）5796810未消解残渣含量（5mm圆孔筛余）≤，（%）5101551015产浆量≥，（L/kg）2.82.32.02.82.32.017/502.建筑生石灰粉产品标准：《建筑生石灰粉》JCT480-92分类：钙质生石灰粉（MgO≤5%），镁质生石灰粉（MgO＞5%）建筑生石灰粉的技术指标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≥,（%）858070807570CO2含量≤,（%）791181012细度0.90mm筛的筛余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余≤,（%）7.012.018.07.012.018.018/503.建筑消石灰粉产品标准：《建筑消石灰粉》JC/T481一92分类：钙质消石灰粉（MgO＜4%），镁质消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）建筑消石灰粉的技术指标项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）706560656055656055游离水（%）0.4~2体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.90mm筛的筛余≤,(%)000.5000.5000.50.125mm筛的筛余≤,(%)31015310153101519/50六、石灰的应用●制作石灰乳涂料●配制砂浆（石灰砂浆和石灰水泥混合砂浆）●拌制灰土和三合土石灰(消石灰粉)＋粘土＝灰土石灰(消石灰粉)＋粘土＋砂等＝三合土灰土和三合土硬化时,除Ca(OH)2发生结晶和碳化作用外，Ca(OH)2还能与粘土中少量活性SiO2及Al2O3作用而生成具有水硬性的水化硅酸钙及水化铝酸钙。20/50●生产硅酸盐制品磨细生石灰或消石灰与砂、粉煤灰、炉渣等硅质材料加水拌和、经成型蒸养或蒸压处理等工序制得的建筑材料，通称为硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。21/50第二节石膏23/50一、石膏的生产（一）石膏的原料生产石膏胶凝材料的的原料有：天然二水石膏CaSO4·2H2O天然无水石膏CaSO4含硫酸钙工业废料磷石膏、氟石膏、芒硝石膏等。24/50天然二水石膏25/50(二）石膏相有5种形态、7个变种OHCaSO242OHCaSO2421、二水石膏α型与β型半水石膏α与βⅢ型硬石膏Ⅱ型硬膏石Ⅰ型硬石膏Ⅲ－－、4CaSOⅡ4CaSOⅠ4CaSO，只在1180℃以上才存在OHCaSO2421为建筑石膏，又称熟石膏OHCaSO2421为高强石膏26/50（三）石膏的生产过程石膏胶凝材料的主要生产工序是破碎和煅烧。天然二水石膏在非密闭的窑炉中加热到107o～180oC时，可得型半水石膏，又称熟石膏，磨细后即为建筑石膏半水石膏，熟石膏）（二水石膏，生石膏）(211212224170~10724OHOHCaSOOHCaSOCo27/50试验室理想条件下石膏的脱水转变图高温脱水难溶或者不溶28/50工业生产条件下石膏的脱水转变图29/50（四）二水石膏在不同温度下的生成物及性质煅烧温度生成物性质107～170oC（常压）半水石膏CaSO4·1/2H2O加水后生成CaSO4·2H2O，凝结硬化很快，放出热量，体积略膨胀125oC(0.13MPa)半水石膏CaSO4·1/2H2O需水量较半水石膏小，故硬化后强度较高170～200oC可溶硬石膏CaSO4Ⅲ水化凝结较快，同时放出大量热，需水量较半水石膏高，强度较低400oC硬石膏CaSO4Ⅱ400～500oC是难溶石膏，500～750oC为不溶石膏800oC煅烧石膏CaSO4和少量CaO不加激发剂也具有水化硬化能力，凝结较慢，抗水性好，耐磨性高30/50二、建筑石膏OHCaSOOHOHCaSO24224221121（一）建筑石膏的凝结与硬化1－半水石膏；2－二水石膏胶粒；3－二水石膏晶体；4－交错的晶体胶化结晶开始结晶长大与交错31/501.凝结硬化快常温下完全水化的时间为5～15min，终凝时间不超过30min，7d左右完全硬化。凝结硬化原理：OHCaSOOHOHCaSO24224221121OHCaSO242的溶解度很小，约半水石膏的1/5，很快达到饱和析出晶体，晶体长大、连生、交错，并产生强度（二）建筑石膏的特性32/502.硬化时体积微膨胀膨胀率约为1%注模后能真实反映模子的细致纹理石膏制品表面光滑饱满、棱角清晰，表面洁白细腻，适用于浇注各种建筑花饰和雕塑干燥时不开裂33/505.防火性好石膏制品遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，并在表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层不宜长期靠近65℃以上高温的部位，以免脱水分解3.孔隙率大，表观密度小，强度低半水石膏水化，理论需水量18.6%，实际加水量约为60~80%，多余水分硬化后蒸发，留下孔隙4.隔热、吸声性良好孔隙率高，且为微细的毛细孔34/507.耐水性和抗冻性差潮湿条件→晶粒间的结合力减弱，强度下降水中浸泡→水化物二水石膏晶体逐渐溶解而破坏吸水受冻→空隙中水分会结冰膨胀破坏提高石膏耐水性加入水硬性材料，如水泥、矿渣加入水溶性树脂氨基、密胺、聚乙烯醇等加入有机乳液，如沥青、石蜡6.具有一定的调温调湿性热容量大，吸湿性强，可以保持室内“小气候”均衡状态8.加工性能好。可锯，可刨，可钉，可打眼35/50产品标准：《建筑石膏》（GB／T9776-2008）分为优等品、一等品和合格品建筑石膏技术指标技术指标优等品一等品合格品抗折强度，MPa，≥2.52.11.8抗压强度，MPa，≥4.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余，%），≤5.010.015.0凝结时间初凝时间≥6min；终凝时间≤30min（三）建筑石膏技术要求36/50（四）建筑石膏的应用石膏的主要应用粉刷石膏石膏制品面层粉刷石膏底层粉刷石膏保温层粉刷石膏石膏切块纸面石膏板纤维石膏板空心石膏条板艺术装饰石膏制品37/50纸面石膏板38/50装饰石膏制品壁花天花板装饰花39/50装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱第三节水玻璃41/50一、水玻璃的生产水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比的碱金属氧化物和二氧化硅所组成化学式为R2O·nSiO2二氧化硅和碱金属氧化物的摩尔比n称为水玻璃的模数，一般在2.6～3.0之间，密度为1.3～1.5g/cm342/50生产方法：湿法：石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内(0.2～0.3MPa)用蒸汽加热，直接反应生成水玻璃干法：石英砂和碳酸钠共同加热熔化，经冷却成固体，再与水加热溶解成水玻璃222232COnSiOONanSiOCON43/50二、水玻璃的硬化无定形硅凝胶因空气中CO2较少，该过程较慢，通常加入12～15％氟硅酸钠加速硅酸凝胶析出。OmHnSiONaCOOmHCOnSiOONa2232222OmHSiOnNaFOmHSiFNanSiOONa2226222)12(644/50三、水玻璃的性能●胶结性能好●热稳定性好●耐酸性好●耐水性和耐碱性差45/50四、水玻璃的应用●配制建筑涂料●直接涂刷多孔制品表面，提高密实性和耐久性、●配制快凝防水剂●配制耐酸混凝土和砂浆●配制耐热混凝土和砂浆●作为灌浆材料加固地基第四节镁质胶凝材料47/50一、概述镁质胶凝材料是由磨细的苛性苦土（MgO）或者苛性白云石（MgO、CaCO3）为主组成的一种气硬性胶凝材料白色或者浅黄色粉末，不宜用纯水拌制，而需要用氯化镁溶液作为调和剂拌制硬化体性质与MgO活性及水化产物的相组成等多种因素有关48/50主要原料：苛性苦土-天然菱镁矿（MgCO3