气硬性胶凝材料（课堂PPT）

1、第二章第二章. .气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 胶凝材料胶凝材料 1.定义- 能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料 2.分类- 无机胶凝材料、有机胶凝材料 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料-只能只能在空气中硬化，在空气中硬化，也只能也只能在在无机胶凝材料 空气中保持或继续发展强度空气中保持或继续发展强度 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料-不仅不仅能在空气中，能在空气中，而且而且能更好地能更好地a a 在水中硬化、保持或继续发展强度在水中硬化、保持或继续发展强度 强 度 耐水性抗渗、抗冻性 用 途气硬性 低 差 差地面以上、干燥环境水硬性 高 好 好干燥或潮湿环境、水中3.气硬性与水硬性胶凝材料的差异

2、有机胶凝材料有机胶凝材料沥青沥青树脂树脂各种水泥各种水泥水硬性水硬性石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃菱苦土菱苦土气硬性气硬性无机胶凝材料无机胶凝材料胶凝材料胶凝材料3一.原料与生产 原料：原料： 以以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。白垩等。 石灰的石灰的制备制备：石灰石的热分解反应：石灰石的热分解反应： 制备工艺：制备工艺： 岩石岩石 破碎破碎 煅烧煅烧 粉磨粉磨(消解消解)第一节第一节. .石石 灰灰4制备工艺与产品石灰石10001200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰煅烧

3、温度较高，时间较长时， 过火石灰减轻或消除过火石灰的危害5放热体积膨胀1-2.5倍正火（生）石灰分两类正火（生）石灰分两类 当当MgO MgO 5%5%，为钙质生，为钙质生石灰；石灰； 当当MgO MgO 5%5%，为镁质生，为镁质生石灰石灰欠火（生）石灰欠火（生）石灰 火候不足火候不足, ,不能消解（熟化）不能消解（熟化）过火（生）石灰过火（生）石灰 火候太足火候太足, ,熟化缓慢熟化缓慢, ,硬化后有膨胀硬化后有膨胀, ,需需“陈陈伏伏”两周以上两周以上熟（消）石灰分三类熟（消）石灰分三类 当当 MgO MgO 4%4%，为钙质消，为钙质消石灰；石灰； 当当4%4% MgO MgO 24%

4、 24%，为镁质消，为镁质消石灰；石灰； 当当2 24%4% MgO MgO 30% 30%，为白云石消，为白云石消石灰石灰二.石灰的熟(消)化、水化7 氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体石灰浆体石灰凝胶体石灰碳化体水孔隙水分损失碳化三、石灰的硬化 结晶作用结晶作用生石灰或熟石灰水成为生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体；浆体中游离水的不断损失，导致浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。硬化。 碳化作用碳化作用Ca(OH)2与空气中的与空气中的CO2气体反应，在表面形成气体反应，在表面形成CaCO3膜层。膜层。提高

5、耐久性。提高耐久性。石灰硬化体由-表面 CaCO3晶体、内部 Ca(OH)2晶体组成8 建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量和体积安定性等。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： JC/T479-1992 建筑生石灰 (P48表3-2）JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P48表3-3）JC/T481-1992 建筑消石灰粉 (P48表3-4）钙质生石灰 MgO5%；钙质消石灰粉MgO4%镁质生石灰 MgO5%；镁质消石灰粉MgO4%四、建筑石灰的技术指标9（1 1）可塑性好）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1m）的

6、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 2）硬化慢、强度低）硬化慢、强度低 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。 同时，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。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，也不宜用于重要建筑物基础。五、石灰的技术性质10 （3

7、 3）硬化时体积收缩大）硬化时体积收缩大 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，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。（4 4）耐水性差，不易贮存）耐水性差，不易贮存 块状类石灰放置太久，会吸收空气中的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。所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。11过火石灰膨胀裂纹石灰网状收缩裂纹12问 题？1. 过火石灰有什么危害

8、？应如何消除？过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。伏期，或过滤掉。2.2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？避免？ 答：答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容

9、易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。些砂子、麻刀丝或纸筋等。13（1 1）石灰乳和石灰砂浆）石灰乳和石灰砂浆 将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。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。 石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。六、石灰的应用六、石灰的应用14（2 2）石灰土（灰土）和三合土）石灰土（灰土

10、）和三合土 石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。15（3 3）灰砂砖和硅酸盐制品）灰砂砖和硅酸盐制品 石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的

11、早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。 砂 灰砂砖石灰 + 粉煤灰 + 水 - 粉煤灰砖 煤矸石 煤矸石砖蒸蒸 压压161718一、石膏的组成与结构 石膏的矿物组成： CaSO4xH2Ox0，硬石膏(无水石膏)x0.5 ，熟石膏(半水石膏)x2，生石膏(二水石膏) 石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成： CaSO4 0.5H2O或或CaSO4 。 石膏是晶体结构第二节第二节. .石石 膏膏19二、石膏的生产 原料：天然二水石膏；天然无水石膏；工业副产物磷石膏、氟石膏等。 生产工序： 原料(破碎) 脱水 磨细 生产(脱水)的工艺：非密闭煅烧(干燥空气中)： 密闭蒸练(湿

12、的水蒸气)： 不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料天然石膏矿纤维状晶体20生产工艺与产品的组成CaSO42H2O 120180C干燥空气125180C水蒸气 -CaSO4 0.5H2O -CaSO4 0.5H2O -CaSO4()可溶 -CaSO4()可溶200360C 200360C 400800C400800CCaSO4()不溶 8001180CCaSO4()不溶CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成 CaSO40.5H2OCaSO40.5H2O高强石膏高强石膏 晶体粗大结实晶体粗大结实, ,比表比表面积小面积小, , 需水量小需水量小, ,制品孔隙率小制品孔隙率小, ,强

13、度高；强度高； CaSO40.5H2OCaSO40.5H2O建筑石膏建筑石膏 晶体微细晶体微细, ,比表面积比表面积大大, ,需水量大需水量大, ,制品孔隙率大制品孔隙率大, ,强度低强度低21三、建筑石膏的凝结硬化 凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应 凝结硬化机理凝结硬化机理“溶解沉淀理论溶解沉淀理论”l 溶解溶解l 沉淀沉淀l 硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前

14、者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。 二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网22凝结硬化的物理化学过程 石膏浆体 半水石膏颗粒 二水石膏晶体石膏胶体石膏硬化体水孔隙水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体 四四. .石膏的特性石膏的特性1.凝结硬化快,强度低(比石灰高)2.硬化后体积微膨胀(0.51.0%) 表面光滑细腻,形体饱满密实装饰性好 3.孔隙率大 则容重小,强度低,保温隔热、吸声性好,可调节室内温湿 度；但抗渗性，抗冻性差，耐水性差，吸湿性

15、强。4.防火性能好，加工性能好五五. .石膏的应用石膏的应用1.石膏抹灰材料 2.石膏墙体材料 3.石膏装饰板、浮雕艺术石膏装饰配件普通石膏板普通石膏板耐水石膏板耐水石膏板耐火石膏板耐火石膏板纸面石膏板纸面石膏板242526壁花天花板装饰花装饰石膏制品装饰石膏制品27装饰石膏制品装饰石膏制品梁托线条拐角、线条艺术镜框罗马柱28问问 题题 ?1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？ 答：答：半水石膏需加水半水石膏需加水6080，才能使浆体达到成型所需可，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；的水量；即，有即，有

16、4060多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。发留下大量孔隙。2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？ 答：答：优点优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。材料，不宜用于潮湿环境等。293. 为什么石膏制品的耐水性差？ 答：答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的

17、解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有致强度下降；其软化系数只有0.300.45； 另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低长期在水中的强度将更低 。4、如何改善石膏制品的耐水性? 答：答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；处理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机

18、物，以降低晶体水化物的溶解度，掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。305、为什么石膏制品的防火性好Why? 答：答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。此，在高温下，主要发生脱水和烧结。6、进一步思考的问题:警察在勘察犯罪野外

19、现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？理是什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？调湿作用红线条表示室内湿度变化蓝线条表示室外湿度变化第三节第三节. .水玻璃水玻璃一一. .水玻璃的定义水玻璃的定义 由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。常用硅酸钠水玻璃常用硅酸钠水玻璃 Na Na2 2O OnSiOnSiO2 2。常用的常用的n=2.

20、62.8n=2.62.8。二二. .水玻璃的生产水玻璃的生产湿法湿法( (液体水玻璃液体水玻璃) )； 干法干法( (固体水玻璃固体水玻璃) )湿法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，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：232222Na COnSiONa O nSiOCO32三三. .水玻璃的模数水玻璃的模数 SiO SiO2 2与与NaNa2 2O O的分子比的分子比 n n 称为水玻璃的模数称为水玻璃的模数

21、1.1.模数对性能影响模数对性能影响水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，强度愈高水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，强度愈高 2.2.密度对性能影响密度对性能影响同一同一模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力愈大，强度模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力愈大，强度愈高。愈高。四、水玻璃的硬化四、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：逐渐干燥而硬化：由于空气中由于空气中CO2CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提

22、高硬化后的防水性，需化和提高硬化后的防水性，需加热加热促进硬化或加入促进硬化或加入Na2SiF6Na2SiF6作作为为 促硬促硬( (凝凝) )剂。剂。222223222222Na O nSiOCOmH ONa COnSiOmH OSiOH OSiOH O33五五. .水玻璃的特性水玻璃的特性1 1、粘结力强、强度较高、粘结力强、强度较高水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达1540MPPa（1：3的石灰砂浆28天抗压强度通常只有0.20.5MPa）2 2、耐酸性好、耐酸性好由于水玻璃硬化后的主要成分为SiO2,它可以抵

23、抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。3 3、耐热性好、耐热性好耐高温耐高温硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥。4,4,耐碱性、耐水性、抗渗性差耐碱性、耐水性、抗渗性差水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃NaNa2 2O OnSiOnSiO2 2。由于SiO2SiO2和NaNa2 2O OnSiOnSiO2 2均可溶于水中，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对己硬化的水玻璃进行酸洗处理。 六.水玻璃的应用1.1.土壤加固；

24、土壤加固；将模数为2.53的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达36MPa。NaNa2 2OnSiOOnSiO2 2CaClCaCl2 2x Hx H2 2O2NaCl+nSiOO2NaCl+nSiO2 2(x-1) H(x-1) H2 2O+Ca(OH)O+Ca(OH)2 22.2.配制耐酸、热混凝土和耐酸、热砂浆；配制耐酸、热混凝土和耐酸、热砂浆；用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。3 3、配制速凝防水剂、配制速凝防水剂水玻璃加两种、三种、或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。这种防水剂凝结迅速，一般不超过1分钟，适用于与水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。354 4、修补砖墙裂缝、修补砖墙裂缝将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到勃结和补强作用。5 5、涂刷材料表面，提高抗风化能力、涂刷材料表面，提高抗风化能力以密度