第一章石膏

1、第一节 石膏胶凝材料的原料,一我国石膏矿的分布 二天然二水石膏 三天然硬石膏 四. 工业副产石膏 （1）磷石膏 （2）氟石膏 （3）排烟脱硫石膏（FGD） （4）其它副产石膏,天然二水石膏(CaSO42H2O) 简称石膏（最常见），质地松软，故又称为软石膏。纯洁的石膏是透明无色或白色，但天然石膏常杂质就呈灰、褐、赤色或灰黄色及淡红色等各种颜色,天然石膏矿,天然无水石膏(CaSO4) 质地较硬，故又称为硬石膏。一般为白色，也有透明无色的。如混有杂质，则呈浅蓝、浅灰或浅红色,一我国石膏矿的分布,二天然二水石膏,图1-1 石膏的晶体结构,图1-2 石膏的SEM图片 （双晶燕尾状,图1-3 石膏的SE

2、M图片（薄板状、柱板状,二天然二水石膏,按物理性质通常分为五类： 透明石膏：片状结晶，无色透明、有时略带浅色、呈玻璃光泽； 纤维石膏：纤维状结晶，丝绢光泽； 雪花石膏：细粒块状，白色半透明； 普通石膏：致密粒状，不纯净，光泽较暗； 土石膏：不纯净，有粘土混入物，杂质较多呈土状,表1-1 二水石膏等级,二水石膏等级的划分,取其中最小值作为定级依据,按CaO含量推算的称钙值,按SO3含量推算的称硫值,按结晶水含量推算的称水值,表1-2 我国石膏的化学成分（,我国主要石膏矿床的化学成分,三天然硬石膏,天然硬石膏主要是由无水硫酸钙所组成的沉积岩石。在天然硬石膏中有时含有510以上的二水石膏。天然硬石膏

3、纯净者透明，无色或白色，常因含杂质而呈暗灰色，有时带红色或蓝色。玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。硬石膏的单晶体呈等轴状或厚板状，集合体常呈块状或粒状，有时为纤维状。我国有丰富的天然硬石膏资源，仅江苏省南京硬石膏矿储量就有11亿吨,四工业副产石膏,一）磷石膏,Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O 5CaSO42H2O + 3H3PO4 + HF,其主要成分是二水石膏，其含量约6469，除此含有磷酸约25，氟约1.5%，还有游离水和不溶性残渣，是带酸性的粉状物料。 磷石膏除了能代替天然石膏生产硫酸氨以及作农业肥料外，凡符合国家标准建筑材料放射卫生防护标准和建筑材料用工业废渣放射性物质

4、限制标准的磷石膏也可以作为水泥的缓凝剂，还可以用它生产石膏胶凝材料及制品,二）氟石膏,CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF,HF气体经冷凝收集成氢氟酸，残渣即氟石膏，主要化学组成为型无水硫酸钙，渣中残留的硫酸也可用石灰中和生成硫酸钙。每生产1吨HF约产生3.6吨无水氟石膏。新生氟石膏在堆放过程中能缓慢水化生成二水石膏，自然堆放二年以上的氟石膏的主要成分为二水石膏、杂质为氟化钙、硬石膏等,三）排烟脱硫石膏（FGD,排烟脱硫石膏是利用火力发电站、钢铁厂、冶炼厂及各种化工厂等在燃烧煤或重油过程中排放的大量二氧化硫废气经脱硫装置或采用隔离预洗涤循环法处理后所得到的副产品。排烟脱硫石膏的

5、主要成分为二水硫酸钙，其纯度可达90以上,四）其它副产石膏,在生产供印染用的氧化剂染盐S，有称硝基苯磺酸，采用苯和硫酸作为原料，它们相互作用后，过剩的硫酸与熟石灰中和而生成石膏。石膏沉淀经过滤后与产品分离。这种石膏是中性黄色粉末，称为黄石膏，属无水石膏类型,第二节 石膏的相组成及其形成条件与机理,一石膏及其脱水作用,在CaSO4-H2O系统中公认的石膏相有五种形态、七个变种,二水石膏（CaSO42H2O） 型与型半水石膏（-、-CaSO41/2H2O） 与型硬石膏（-、-CaSO4） 型硬石膏（CaSO4） 型硬石膏（CaSO4,除此，有一些研究者还发现在上述变种之间还存在一些中间相,二水石膏

6、的脱水反应方程式,二石膏的脱水转变及脱水石膏的形成机理,二水石膏加热脱水时，由于加热的程度和条件不同，脱水石膏的结构和特性也不同，如图3-8所示,一）型半水石膏的形成机理,一次生成机理 二水石膏加热后直接形成型半水石膏。 在较高的水蒸气压下，反应速度u1u2，中间产物主要是型半水石膏,二次生成机理 二水石膏脱水形成极不稳定的硬石膏，再立即吸附脱出的水分子转变为型半水石膏。 在水蒸气压很低或者真空条件下，反应速度u2u1，按照反应（2）进行,二）型半水石膏的形成机理及制备方法,1.加压水蒸气法 在低温下缓慢析出的型半水石膏比在高温下快速析出的型半水石膏的硬化强度高。且块状石膏原料的致密度越大，所

7、得到的产品的需水量越小，硬化体的强度越高。 2.水溶液法 常压水溶液法：产品结晶度较差，并且脱盐，干燥较困难。 加压水溶液法：加入晶型转换剂，处理条件与晶型转换剂的种类、 浓度、水温及水热时间有关,三）其他脱水相的形成,可溶无水石膏向难溶的型无水石膏的转变机理： Ball认为首先是在型硬石膏晶体中形成型石膏的晶芽，随后按照扩散规律长大,三石膏相的结构特征及其特性,一）二水石膏,图3 各种石膏的填充排列方式 （a）二水石膏；（b）半水石膏；（c）型无水石膏,二）半水石膏的结构与特性,型与型半水石膏的差别 ： 在结晶形态上的差别 在晶粒分散度方面的差别 在水化热方面的差别 在差热分析方面的差别 在

8、X射线衍射谱方面的差别,图4 两种半水石膏的差热曲线,图5 两种半水石膏的X射线衍射图,三）型硬石膏,型硬石膏的精细结构与半水石膏相似。 型硬石膏水化时要经过半水石膏阶段在形成二水石膏，而其水化速度比半水石膏快。 在潮湿的空气中， 型硬石膏可以吸湿转化为半水石膏,四）型硬石膏,图6 无水石膏填充排列方式,4001180：型难溶无水石膏； 400500 ：难溶硬石膏，硬石膏-S ； 500700 ：不溶石膏，硬石膏-U； 7001600 ：地板石膏，硬石膏-E,三种型硬石膏在精细结构上差别很小，主要差别在于晶粒的大小，密实度及连生程度不同，水化反应能力不同,第三节 石膏脱水相的水化过程与机理,一

9、石膏脱水相的水化动力学特征,1- 半水石膏； 2- 样品1#陈化处理； 3- 型无水石膏； 4- 样品3#陈化处理； 5- 型无水石膏； 6- 样品5#陈化处理,陈化处理条件： 在相对湿度70%的20空气中放置10天,二半水石膏的水化过程与机理,三影响半水石膏水化过程的主要因素,影响半水石膏水化速度的因素 石膏的煅烧温度、粉磨细度、结晶形态、杂质情况以及水化条件等。 缓凝剂按照作用方式分类 分子量大的物质，其作用如胶体保护剂，降低了半水石膏的溶解速度，阻止晶核的发展。 降低石膏溶解度的物质。 改变石膏结晶结构的物质,四硬石膏的水化,天然硬石膏磨成细粉，在没有活化剂的情况下，也能较缓慢水化硬化。

10、 化学纯无水硫酸钙（无水石膏）单独水化非常缓慢，加入1%的纯明矾作活化剂，水化速度大大加快。活化剂按性能的不同分为：硫酸盐活化剂和碱性活化剂。 加入活化剂后，因先与硬石膏生成不稳定的复盐，再分解生成二水石膏，并反复不断地通过中间水化物转变成二水石膏，因而加速了硬石膏的溶解,诱导期，加入二水石膏 加速期； 减缓期,第四节 石膏浆体的硬化及其强度发展过程,随着水化的不断进行，生成的二水石膏不断增多，浆体的稠度不断增加，使浆体逐渐失去可塑性，石膏凝结。其后随着水化的进一步进行，二水石膏胶体微粒凝聚并转变为晶体。晶体颗粒逐渐长大，且晶体颗粒间相互搭接、交错、共生（二个以上晶粒生长在一起）形成结晶结构，

11、使之逐渐产生强度，即浆体产生了硬化,一石膏浆体结构强度的发展过程,1- 硬化浆体正常干燥状态下； 2- 硬化浆体在潮湿的条件下养护,第一阶段：5min以前，相当于在 石膏浆体中形成凝聚结构，具有触变复原性。 第二阶段：530min，相当于结晶结构网的形成和发展。 第三阶段：反映了石膏结晶结构网中，结晶接触点的特性,二影响石膏浆体结构强度发展的因素,一）温度对石膏浆体结构强度的影响,二）水固比对石膏浆体结构强度发展的影响,三）半水石膏原始分散度对石膏浆体结构强度的影响,第五节 石膏硬化浆体的结构与性质,一石膏硬化浆体的结构,二石膏硬化浆体的强度,三石膏硬化浆体的耐水性,石膏粉吸潮结粒,从图可见该

12、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,提高石膏硬化浆体抗水性的途径： 1）保证石膏硬化浆体结晶结构的形成； 2）保证一定强度的条件下，减少接触点的数量； 3）保证石膏浆体有较高的密实度； 4）加入一定量的硅酸盐水泥或其他含有活性二氧化硅、三氧化硅的氧化钙的外加剂； 5）用沥青石蜡悬浮液以及其他水溶性聚合物对石膏制品进行改性,第六节 建筑石膏及高强石膏的生产和质量标准,一建筑石膏及高强石膏的生产,1型半水石膏的生产工艺 可概括为石膏石破碎、燃烧、粉磨三大工序。常有三种

13、方法： 原料先进行破碎、干燥、并粉磨至一定细度，然后在炒锅、沸腾炉等煅烧设备中进行脱水。 原料经破碎后，在回转窑等煅烧设备中进行脱水，然后再粉磨成细粉。 原料破碎后，干燥、粉磨、加热脱水各工序集于同一设备进行，常使用风扫式磨机,型半水石膏的生产工艺,图1-17 连续炒锅生产工艺流程示意图,图1-18 回转窑生产工艺流程图,1型半水石膏的生产工艺,2型半水石膏的生产工艺,型半水石膏是一种高强石膏，可以在蒸压釜的压力作用下，或者在一个大气压的酸或盐的水溶液中，于80150范围用湿法脱水方法制取。 型半水石膏的制备方法可分为液相法、造粒法和块状法三种,图1-19 液相法生产型半水石膏工艺流程,1细粉

14、状石膏原料仓；2计量器；3泥浆混料器；4高压釜；5甩干器；6沉淀池；7压力过滤器；8干燥器；9热汽发生炉；10细粉碎机；11石膏混料器；12包装机,液相法,图1-19 造粒法生产型半水石膏成品,造粒法,图1-20 块状法生产型半水石膏工艺流程,1石膏原料仓；2筛分机；3卧式高压釜；4预碎机；5旋转式高压釜；6二级粉碎；7石膏混合；8包装搬运,块状法,二建筑石膏及高强石膏的主要质量标准,1）性质： 颜色为白色； 密度：2.52.70g/cm3;表观密度为8001100kg/m3。 孔隙率大：50%60%； （2）等级标准： 具体参见 P26表1-9 建筑石膏的质量标准； （3）石膏产品的标记,表

15、1-9 建筑石膏的质量标准,根据建筑石膏（GB977688,表2.4 高强石膏的标号与强度,第七节 石膏材料的应用,一）石膏材料的性能,我国使用石膏胶凝材料的历史悠久，但多用于粉刷和建筑装饰，应用并不广泛。 随着工业和建筑业的发展，石膏灰泥和石膏制品得到了迅速发展，石膏制品已得到迅速发展，其主要原因是它质轻、强度较高、防火、有一定的隔音绝热性能、尺寸稳定、加工性能好、装饰美观、原料广泛、加工设备简单、燃料消耗低等优点。 建筑石膏可用来生产粉刷石膏、抹灰石膏、石膏砂浆、各种石膏墙板、天花板、装饰吸声板、石膏砌块及其它装饰部件等，是一种在建筑工程上应用广泛的建筑材料,建筑石膏制品具有以下特性 质轻

16、 。 凝结硬化快 、强度较低 。 建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低。 建筑石膏制品的内部由于空隙率较高，表观密度小，它的隔热、保温和吸声性能良好，但耐水性较差 。 具有一定的调温和调湿性能。 建筑石膏制品具有良好的防火性能。 建筑石膏硬化时体积略有膨胀。 尺寸稳定，装饰性好。 制品可锯、可钉、可刨，便于施工,二）生产特点及发展趋势,原料来源广泛 美国、前苏联、中国：主要采用天然石膏； 日本、前捷克斯洛伐克：主要采用化学石膏。 制造建筑石膏的设备简单，燃料消耗低 粉磨：颚式破碎机、球磨机或雷蒙磨； 加热脱水：蒸炼锅、回转窑（小型612m，大型2147m）； 制备熟石膏的燃料消耗量仅为石灰和水泥的

17、1/31/5。 石膏板产量高，生产规模趋向大型化 制品的尺寸精度逐步提高，厚度增加，而且向大型化发展； 制品用途趋向多样化，既作基材也作装饰材料； 要求以耐火、防火、隔音、隔热等性能为目标，成为法定不燃建筑材料； 工业副产石膏逐步得到应用，先后曾利用磷石膏和排烟脱硫石膏作为石膏板的原料,二石膏板的生产,目前我国生产较多的石膏板主要类型,纸面石膏板,纤维石膏板,石膏砌块和石膏条板,纸面石膏板生产工艺流程简介,护面纸的质量要求 物理性能 常用规格尺寸 发泡剂的质量要求 发泡剂的种类有阴离子、非离子型或两者复合的表面活性剂 发泡剂的性能 增强纤维的质量要求 废纸纤维：成分、外观 玻璃纤维 ：种类、质

18、量、直径、使用长度 边部粘结剂的质量要求 粘结力强，粘结性能合格 粘度 35min内应将上下纸粘牢，具有一定的抗剪强度 促凝剂的质量要求 种类：忌采用生石膏粉或再生二水石膏粉 细度：180目筛余小于等于5 比表面积：大于等于5000cm2/g 防水剂（有机硅）的质量要求 固含量 憎水效果 粘结性能：合格,纸面石膏板原材料的质量要求,纸面石膏板分为普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板、耐火纸面石膏板，这三类纸面石膏板，按棱边形状均有矩形，45度倒角，楔形，半圆型和圆型。 纸面石膏板的性能及特点 施工安装方便，节省占地面积 耐火性能良好 隔热保温性能 隔声吸声性能 膨胀收缩性能 耐水防潮性能 特殊的“呼

19、吸”功能 经济性,1、普通纸面石膏板（GB9775-88） （1）定义 纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，并掺入某些纤维和外加剂构成芯材，并与护面纸牢固地结合在一起的建筑板材。 （2）产品分类和规格尺寸 a.形状:根据棱边形状不同有矩形（PJ）、45度倒角形（PO） 楔形（PC）、半圆形（PB）和圆形（PY）五种。 b.规格尺寸 长度为1800、2100、2400、2700、3000、3300mm和3600mm 宽度为900mm和1200mm 厚度为9、12、15mm和18mm。 c.产品标记方法 标记的顺序为：产品名称、板材棱边形状的代号、板宽、板厚及标准号 例如：矩形棱边的普通纸面石膏板，

20、宽度为900mm，厚度为12mm， 标记为：普通纸面石膏板PJ90012 GB9775,3）技术要求 a.使用条件 普通纸面石膏板主要用作室内墙体和吊顶，但在厨房、卫生间以及空气相对湿度大于70的潮湿环境中使用时，必须采用相应的防潮措施。 b.外观质量 普通纸面石膏板板面应平整，对于波纹、沟槽、污痕和划伤等缺陷，按规定方法检测时，应符合要求。 c.尺寸允许偏差、楔形棱边深度及宽度 d.技术性能 主要包括：板材的单位面积质量、含水量、断裂载荷等技术指标,2、耐火纸面石膏板（GB11979-89） （1）定义 以建筑石膏为主要原料，掺入适量无机耐火纤维增强材料构成耐火芯板，并与护面纸牢固地粘结在一

21、起的耐火（板材在高温明火下焚烧时，保持不断裂的性能）建筑板材。 （2）用途 适用于作耐火性能要求高的室内隔墙和吊顶。板材在潮湿的环境中使用时，应采取相应的防潮措施。 （3）产品分类和规格 a.形状:根据棱边形状不同有矩形（HJ）、45度倒角形（HO） 楔形（HC）、半圆形（HB）和圆形（HY）五种。 b.规格尺寸 c.产品标记方法 （4）技术要求 增加遇火稳定时间,3、耐水纸面石膏板（GB11979-89） （1）定义 以建筑石膏为主要原料，掺入适量耐水外加剂构成耐水芯材，并与耐水的护面纸牢固地粘结在一起的建筑板材。 （2）用途 适用于厨房、卫生间等潮湿的场合作为墙体衬板。 （3）产品分类和规

22、格 a.形状:根据棱边形状不同有矩形（SJ）、45度倒角形（SO） 楔形（SC）、半圆形（SB）和圆形（SY）五种。 b.规格尺寸 c.产品标记方法 （4）技术要求 增加板材受潮挠度,二）纤维石膏板,纤维石膏板（或称石膏纤维板、无纸石膏板）是一种以建筑石膏粉为主要原料，以各种纤维（主要是纸纤维）为增强材料的一种新型建筑石膏板材。有时在其中心层加入矿棉、膨胀珍珠岩等保温隔热材料，可加工成三成或多层板。 纤维石膏板的生产工艺 纤维石膏板的性能及特点 其它纤维石膏板,国内生产厂生产工艺 1、缠绕法 2、辊压法 3、抄取法 国外生产厂生产工艺 1、湿法 2、半干法,纤维石膏板的生产工艺,纤维石膏板的性

23、能及特点,与其它板材相比，石膏纤维板具有更加突出的优点。与纸面石膏板相比，石膏纤维板除表观密度略高之外，在强度、受潮挠度、防火、握钉力等方面均好于纸面石膏板。纤维石膏板可以用于浴室、厕所和厨房的隔墙或装修。厚度为625mm。板面可制成光洁平滑或经机械加工成各种图案形状，或经印刷成各种花纹，装饰效果强。纤维石膏板是不燃板，其防火等级满足各国有关标准，耐火时间可达120min,石膏砌块有实心、空心和夹心三种类型，空心砌块又有单排孔和双排孔之分。空心砌块由于石膏用量少，绝热性能好，故应用较多。采用聚苯乙烯泡沫塑料为芯层可削制成夹心砌块。由于泡沫塑料的导热系数小，因而达到相同的绝热效果的砌块厚度可以减

24、小，从而增加建筑物的有效使用面积。 A型砌块：在砌块的一端具有垂直或水平的孔洞。这种砌块也可以含有均匀分布的无机纤维，以增强砌块的力学性能。 B型砌块：由轻质石膏组成，混有起泡剂、膨胀集料(如珍珠岩)，也可在砌块中均匀分布无机纤维材料。 石膏砌块的生产工艺 石膏空心砌块与石膏夹心砌块 石膏砌块的应用 石膏条板,三）石膏砌块和石膏条板,石膏砌块的生产工艺,熟石膏料仓,计量秤,计量秤,螺旋输送机,水,搅拌机,成型设备,吊夹具,干燥窑,装车,吊夹具,夹持翻转台,包装机,叉车入库,1、石膏空心砌块 石膏空心砌块的孔隙率占25以上，有单排孔和双排孔型式。石膏空心砌块能有效地消除纵向应力所引起的纵向裂纹的缺陷问题。它的微孔结构及其错缝式的砌筑，都