3.第三章无机胶凝材料

土木工程材料第三章无机胶凝材料河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity一、气硬性胶凝材料本节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)氯氧镁水泥(Magnesite)学习要求通过学习要求了解这几种胶凝材料的特性与用途。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity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。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity胶凝材料的定义狭义定义：在建筑工程中，将散粒材料（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块）粘结为整体的材料，统称为胶凝材料（或称胶结材料）。广义定义：凡能经过自身的在物理化学作用,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)。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity无机胶凝材料分类有机胶凝材料（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）河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity3.1石膏定义：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。建筑石膏及其制品的优点:轻质高强保温隔热、吸声美观易于加工因此用途广泛，是具有发展前途的新型建筑材料之一河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity主要内容建筑石膏的生产建筑石膏的凝结硬化建筑石膏的技术要求建筑石膏的应用河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的生产自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO4·2H2O。天然无水石膏只可用于生产无水石膏水泥在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO4·1/2H2O，又称熟石膏。天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同，会得到结构和性能不同的产物:高强度石膏(α型)和建筑石膏(β型)无水石膏河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity石膏的生产高强度石膏(α型)和建筑石膏(β型)高强石膏硬化后，密实度大，强度高，可用于建筑抹灰或制成石膏制品，但成本高建筑石膏生产方便，成本低，可在建筑工程中大量使用OHCaSOOHCaSO224C17010724211OH212o－煅烧～OHCaSOOHCaSOMPa224C124,13.024211OH212o－蒸炼河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的凝结硬化水化反应式:CaSO4·1/2H2O+3/2H2O→CaSO4·2H2O建筑石膏与适量水混合，最初为可塑的浆体，但很快就失去可塑性产生强度，并发展成为坚硬的固体。发生这种现象的实质，是由于浆体内部经历了一系列物理化学变化。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的技术要求分为优等品、一等品和合格品三个等级强度细度初凝时间终凝时间河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的技术指标（GB9776-88）技术指标优等品一等品合格品抗折强度/MPa,不小于2.52.11.8抗压强度/MPa,不小于4.93.92.9细度(0.2mm方孔筛筛余/％),不大于5.010.015.0凝结时间初凝时间不早于6min；终凝时间不迟于30min河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的特性凝结硬化快微膨胀，装饰性好孔隙率大防火性好耐水性和抗冻性差河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversityExplanation-1凝结硬化快:终凝时间30min，完全硬化约需一星期微膨胀:建筑石膏硬化时体积略有膨胀。一般膨胀率约为1%使得硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且制品造型棱角清晰，有利于制作有复杂图案造型的石膏装饰件硬化后孔隙率大：约达总体积的50%～60％，因此隔热性和吸声性好可调节温度和湿度但强度低、吸水率大河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversityExplanation-2防火性好:建筑石膏硬化后的主要成分是CaSO4·2H2O，遇火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发时在制品表面形成水蒸气幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大，防火性越好。耐水性和抗冻性差:在潮湿条件下吸湿性强，软化系数小为0.3~0.45，故耐水性和抗冻性都较差，不宜用于室外加入适量水泥、粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversityExample：石膏粉吸潮结粒从图可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。由于建筑石膏粉易吸潮，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间一般不得超过三个月。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的应用建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这中抹灰墙面具有绝热、阻火、隔音、舒适、美观等特点。抹灰后的墙面和天棚，还可以直接涂刷油漆及粘贴墙纸。建筑石膏加水调成石膏浆体，还可掺入部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑、细腻、洁白美观。（一）室内抹灰及粉刷河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏室内粉刷河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的应用以石膏为主要原料，掺加少量的纤维增强材料和胶料，加水搅拌成石膏浆体，利用石膏硬化时体积微膨胀的性能，可制成各种石膏雕塑、饰面板及各种装饰品。如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏脚线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙，内隔墙、吊顶及装饰。（二）装饰制品河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏装饰品河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity壁花天花板装饰花装饰石膏制品河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏的应用（1）纸面石膏板（2）石膏空心条板（3）石膏装饰板（4）纤维石膏板石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等，可分别用作绝热板、吸声板、内墙和隔墙板、天花板、地面基层板等（三）石膏板河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity建筑石膏板及砌块石膏空心墙条板纸面石膏板石膏砌块石膏装饰板河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity3.2石灰人类在建筑中最早使用的胶凝材料之一原料（石灰石）分布广泛生产工艺简单使用方便成本低廉应用广泛河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity1.原料和生产碳酸钙（天然岩石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩）反应式（石灰石经过煅烧分解成氧化钙，得到块状生石灰）90032OCCaCOCaOC煅烧后的块状生石灰，经过不同的加工，可以得到生石灰粉、消石灰粉和石灰膏。生石灰粉是将块状生石灰磨细而成，消石灰粉和石灰膏是生石灰加水消解而成。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity2.石灰的消化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，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“熟化”：molKJOHCaOHCaO/85.64)(22生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity2.石灰的消化第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨胀，引起隆起鼓包和开裂。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”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngineeringandArchitectureofHenanUniversity3.石灰的硬化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）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（干燥硬化）（２）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发（碳化硬化）OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(碳化碳化作用实际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。河南大学土木建筑学院SchoolofCivilEngine