第二章无机气硬性胶凝材料

第二章无机气硬性胶凝材料一.概述二.石灰三.石膏

四.水玻璃第一节概述胶凝材料：在一定条件下，经自身一系列的物理、化学作用后，能将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材。胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶气硬性胶凝材料：石膏、石灰、水玻璃水硬性胶凝材料：各种水泥气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，保持和继续发展其强度，在水中不能硬化，也就不具有强度。水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。第二节石灰

生产石灰的原料主要是含碳酸钙的石灰石、白云石和白垩。石灰的生产，实际上就是将石灰石在高温下煅烧，使主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰和CO2，CO2以气体放出，其化学反应可表示如下：

CaCO3——CaO+CO2（900~1200度）生产所得的生石灰，其内部孔隙大，晶粒小，体积密度小，与水作用快。

欠火石灰：当煅烧温度过低或时间不足时，由于CaCO3不能完全分解，亦即生石灰中含有石灰石CaCO3。它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。

过火石灰：当煅烧温度过高或时间过长时，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分致密的釉状物，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。一、石灰的生产第二节石灰二、石灰的熟化（一）石灰的熟化生石灰（CaO）与水发生作用生成熟石灰（Ca(OH)2）的过程，称为石灰的熟化或消化。反应式：

CaO+H2O—Ca(OH)2+64.5kJ/mol

熟化过程特点：速度快、体积膨胀、放出大量热。石灰熟化有两种熟化形式：石灰膏与消石灰

生石灰+大量H2O石灰乳沉淀

石灰膏（浆状）生石灰淋水（60%~80%）

消石灰粉（粉状）（二）石灰的“陈伏”为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰膏应在化灰池中放置两周以上，使过火石灰充分熟化，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。石灰在空气中凝结硬化主要包括结晶和碳化两个过程。结晶：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。碳化：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶。反应式：石灰凝结硬化过程的特点：1.速度慢。加强通风，提高空气中二氧化碳浓度。2.体积收缩大。容易产生收缩裂缝。三、石灰的凝结硬化拌制灰土或三合土；配制水泥石灰混合砂浆生产硅酸盐制品，包括：粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、硅酸盐砌块、灰砂砖、加气混凝土等配制无熟料水泥：矿渣＋石灰－磨细四、石灰的主要技术性质建筑中常用来配制石灰，水泥混合砂浆，以改善水泥砂浆保水性和可塑性差的缺陷；不宜用于承重结构，通过人工碳化，提高强度；不宜长期用于潮湿环境和水中，经人工碳化处理，提高耐水性；不宜单独使用通常掺入砂子等以减少收缩，或提高抗裂能力。1.保水性与可塑性好2.凝结硬化，强度低3.耐水性差4.干燥收缩大五、石灰的应用第三节石膏一、建筑石膏的生产生产方法：将原料生石膏（二水石膏CaSO4·2H2O）在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成的。在不同的煅烧条件下，所得产品的结构、性质、用途也各不相同。CaSO4·2H2O二水石膏β-CaSO4·1/2H2O（β型半水石膏）建筑石膏α-CaSO4·1/2H2O（α型半水石膏）高强石膏CaSO4Ⅲ

可溶性石膏CaSO4Ⅱ

慢溶性石膏107~170℃125℃170~300℃400~1000℃加热、脱水0.13MP蒸压条件加热、脱水熟石膏二、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。建筑石膏与水之间发生化学反应（水化）的反应式为：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。从加水开始拌和一直到浆体刚开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝，对应的时间为初凝时间；从加水开始拌和一直到浆体完全失去可塑性，并开始产生强度的过程称为浆体的硬化，对应的时间称为终凝时间。这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。1.凝结硬化速度。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min。2.体积微膨胀（0.2%~1.5%）。建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程。建筑石膏凝结硬化过程的特点这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间。并按强度和细度分为优等品、一等品和合格品。具体技术要求见GB17669-2008。建筑石膏的技术要求建筑石膏的主要技术性质（1）凝结硬化速度快建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂以延长凝结时间。（2）强度较高建筑石膏的强度发展很快，一般7h即可达最大值。抗压强度约为8~12MP。（3）凝结硬化时的膨胀性建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%~1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。（4）有良好的装饰性和可加工性石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。（5）保温、隔声性能好石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。第四节水玻璃水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。品种:硅酸钠水玻璃（Na2O.nSiO2）

硅酸钾水玻璃（K2O.nSiO2

）<

最常用

>

硅酸锂水玻璃（Li2O.nSiO2

）通式：R2O.nSiO2

，

n-水玻璃模数，一、水玻璃的组成n值愈大，水玻璃的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。当n>3.0时，只能溶于热水中，给使用带来不变。n值越小，水玻璃的粘性和强度越低，越宜溶于水。建筑工程中常用模数n为2.6~2.8，既易溶于水又有较高的强度。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％～15％。二、水玻璃的凝结固化1.粘结力和强度较高。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。2.耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，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。3.耐热性好。硬化后形成SiO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度降低很小。4.耐碱性和耐水性差。SiO2和Na2O.nSiO2均溶于碱，Na2O.nSiO2、NaF、Na2CO3均溶于水。三、水玻璃的主要技术性质1.用作涂料，涂刷材料表面直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。这是因为水玻璃与材料中的Ca(OH)2反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于材料保护。2.配制防水剂以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜)、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各１份，溶于60份的沸水中，降温至50℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在1min内凝结，适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。四、水玻璃的应用3.加固土壤将模数为2.5～3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钙胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙