气硬性胶凝材料-2.ppt

第四章 气硬性胶凝材料,本章提要 绪 4.1 石 灰 4.2 石 膏 4.3 水 玻 璃,本章提要,本章讲述了建筑工程中常用的石灰、石膏和水玻璃三种气硬性胶凝材料。要求掌握各种材料的特性及应用，熟悉其生产、凝结硬化原理以及储运、使用中应注意的问题。,绪 一、何谓胶凝材料 凡能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把散粒材料（如砂、石）或块状材料（如砖和石块）胶结成为一个整体的材料，称为胶凝材料。 二、种类 根据化学组成通常分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两类。 有机胶凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料。 无机胶凝材料是指以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和后形成的浆体，经过一系列物理化学变化，而将其他材料胶结成具有强度的整体。,无机胶凝材料根据硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种。 气硬性胶凝材料一般只能在空气中硬化并保持其强度。如石灰、石膏等。 水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化并保持和发展其强度。如水泥等。,4.1 石 灰,4.1.1 石灰的原料及生产 4.1.2 石灰的熟化 4.1.3 石灰的硬化 4.1.4 石灰的技术要求和技术标准 4.1.5 石灰的应用及储存,4.1.1 石灰的原料及生产 石灰是由石灰岩煅烧而成。石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)。 石灰岩在适当温度(10001100)下煅烧，得到以CaO为主要成分的物质即石灰，也叫生石灰(其中含一定量MgO)：,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”。 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，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和 开裂。,4.1.2 石灰的熟化,1. 概念 生石灰加水生成熟石灰的过程，称为石灰的熟化或消解。 反应如下 ： CaO + H2O = Ca(OH )2 + 64.9 kJ 熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。 2. 熟化时的现象 (1) 石灰熟化 过程中水化热较大。 (2) 外观体积约增加 1.52 倍 。 3. 结论 生石灰使用前必须熟化 。 4. 熟化时注意事项 为了消除过火石灰的危害，须将石灰在化灰池内放置两周以上，称为“ 陈伏 ” ；“ 陈伏” 期间石灰膏表面应保持一层水膜，防止其碳化 。,4.1.3 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： 结晶过程：多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH) 2逐渐从饱和溶液中析出结晶。 碳化过程： Ca(OH) 2和空气中的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式如下：,4.1.4 石灰的技术要求和技术标准,一、石灰的技术要求 1. 有效氧化钙和氧化镁含量 2. 生石灰产浆量和未消化残渣含量 3. 二氧化碳(CO2)含量 4. 消石灰粉游离水含量 5. 细度,二、石灰的技术标准,根据建筑生石灰(JC/T4791992)标准规定，按MgO的含量的多少，建筑生石灰分为钙质和镁质两类，分别划分为优等品、一等品和合格品3个等级，各等级的质量要求见表3.1。 建筑消石灰粉按MgO的含量分为钙质消石灰粉(MgO含量小于4%)、镁质消石灰粉(MgO含量在4%24%)和白云石消石灰粉(MgO含量在24%30%)，并按其技术要求分为优等品、一等品和合格品。见表3.2。,表3.1 生石灰主要技术指标(JC/T 47992),表3.2 建筑石灰粉的技术要求(JC/T 48092),4.1.5 石灰的应用及储存,一、石灰的特点 1.可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。 2. 凝结硬化慢、强度低 石灰浆碳化在表面形成碳酸钙外壳，碳化作用难以深入，内部水分又不易蒸发，因此凝结硬化缓慢。硬化后的强度也不高, 1:3 的石灰砂浆28天的抗压强度为 0.20.5 MPa。所以，石灰不宜在潮湿的环境下使用，也不宜用于重要建筑物基础。 3. 耐水性差 石灰浆体在潮湿环境中，难以晶体析出，凝结硬化不会进行。而硬化后的石灰长期受水浸泡，氢氧化钙晶体也会重新溶于水，使硬化的石灰溃散 。 4. 硬化后体积收缩大 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起毛细管显著的收缩，从而造成了体积极大的收缩。所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。,二、石灰的应用,1. 砂浆 常用于配制石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆。 2. 粉刷 石灰膏加水拌合，可配制成石灰乳，用于粉刷墙面。 3. 石灰土和三合土 石灰土由石灰、粘土组成 , 三合土由石灰粘土和碎料(砂、石渣、碎砖等)组成。石灰土或三合土其耐水性和强度均优于纯石灰。广泛用于建筑物的基础垫层和临时道路。 4. 水泥和硅酸盐建筑制品 石灰是生产灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、粉煤灰砌块或墙用板材等的主要原料。也是各种水泥的主要原料。 5. 碳化石灰板 在磨细生石灰中掺加玻璃纤维、植物纤维、轻质骨料等，用碳化的方法使氢氧化钙碳化成碳酸钙，即为碳化石灰板。用作隔墙、天花板等。,三、石灰的储存,生石灰的吸水、吸湿性极强，所以应防潮存放，不应与易燃易爆及液体物品共存、同运，以免发生火灾。 另外，石灰存放过程中，极易吸收空气中的水分和二氧化碳，自行消化，失去活性。 因此，石灰不宜储存过久，要做到随到随用。,4.2 石 膏,4.2.1 石膏的原料及生产 我国的石膏资源极其丰富，分布很广。有自 然界存在的天然二水石膏(CaSO42H2O，又称软石 膏或生石膏)、天然无水石膏(CaSO4，又称硬石膏) 和各种工业副产品或废料化学石膏。 石膏胶凝材料的生产，通常是用天然二水石 膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。,二水石膏在107170时激烈脱水，水分迅速 蒸发，成为型半水石膏： 型半水石膏磨细即为建筑石膏。其中杂质含量少、颜色洁白者称模型石膏。,二水石膏在0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼(温 度125)脱水，可制得型半水石膏： 型半水石膏浆体硬化后的强度较高，故又 称高强石膏。,4.2.2 建筑石膏的水化、凝结硬化,半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏：,此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。,随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结 晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力 和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石 膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增 大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏 的终凝。 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，其强度也会不断 增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这 一过程称为石膏的硬化。 石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。,4.2.3 建筑石膏的技术性质及特征,1.凝结硬化快 石膏加水拌和后，在610 min便开始失去可塑性,终凝不超过30 min，一般加硼砂、亚硫酸盐纸浆废液等缓凝剂 。 2.硬化后体积微膨胀 石膏浆体在凝结硬化时会产生微膨胀(0.51.0%)，这使石膏制品的表面光滑、细腻、形体饱满，所以适合制作建筑装饰制品 。 3.硬化后孔隙率大 石膏硬化后具有很大孔隙率（约为5060%)，因而强度低(7d为812 Mpa)，抗冻性、抗渗性及耐水性较差。但具有轻质、保温隔热、吸声、吸湿的特点 。 4.阻火性好，耐火性差 遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐火性差 。 5.具有良好的可加工性 石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性 。,4.2.4 建筑石膏的应用,1. 石 膏 板 （1）纸面石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处 。 （2）石膏空心条板 以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成, 该板不用纸，不用胶，强度高。可用作内隔墙，安装时不需龙骨。 （3）石膏装饰板 石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和胶结料，加水搅拌制成。装饰板有平板、多孔板、花纹板、浮雕板等多种 。 （4）纤维石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺适量纤维增强材料制成，其抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可代替木材作家具 。 此外尚有石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等品种。,2. 粉 刷 石 膏 在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅烧粘土质石 膏）、各种缓凝剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等）及附 加材料（石灰、烧粘土氧化铁红等）可配制成像水泥一样在 施工中现场拌制的新型抹灰材料粉刷石膏。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。 石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺 术灯圈、角花等等。,4.3 水 玻 璃,水玻璃俗称泡花碱，是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶解于水的一种硅酸盐材料。 最常用的是硅酸钠水玻璃(Na2OnSiO2)及硅酸钾水玻璃(K2OnSiO2)。 4.3.1 水玻璃的生产 生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种。 湿法生产硅酸水 玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反 应生液体水玻璃。 干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠 磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化，生成固体水 玻璃。其反应式为：,固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。,4.3.2 水玻璃的硬化,液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸 凝胶，并逐渐干燥而硬化： 由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加 速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na2SiF6作为 促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水 玻璃重量的12。,4.3.3 水玻璃的性质,(1) 粘结力强。 水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强 度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞 毛细孔隙而防止水分渗透的作用。 (2) 耐酸性好。 硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具 有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。 但其不耐碱性介质侵蚀。 (3) 耐热性高 。水玻璃不燃烧，硬化后形成iO2空间网 状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降 低，甚至有所增加。,4.3.4 水 玻 璃 的 用途,1. 涂料 水玻璃溶液喷涂在建筑材料表面，如天然石料、粘土砖、混凝土 等，能提高材料的密实度、强度、耐水性和抗风化能力。 2