第二章气硬性胶凝材料

第二章

气硬性胶凝材料本章主要内容石灰石膏水玻璃教学大纲掌握石膏、石灰、水玻璃的硬化机理、性质及使用要点。熟悉石膏、石灰、水玻璃的主要用途。概述基本概念胶凝材料的分类学习要求基本概念：什么是胶凝材料？定义：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。特征：严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。胶凝材料的种类？按其化学组成：有机胶凝材料：沥青、树脂等。无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。复合胶凝材料：牙齿水泥、酸－碱水泥。按其硬化条件：气硬性胶凝材料石膏、石灰等；水硬性胶凝材料各种水泥等。气硬性与水硬性胶凝材料的特点气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；

关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！第一节石灰

建筑石灰的组成与品种建筑石灰的制备石灰的硬化石灰的性质石灰的应用千锤万凿出深山，

烈火焚烧若等闲。

粉骨碎身全不怕，

要留清白在人间。一、石灰的组成与品种气硬性石灰

粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；二、石灰的制备原料：以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。石灰的制备：石灰石的热分解反应：

CaCO3CaO＋CO2制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨(消解)制备工艺与产品石灰石1000～1100C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石灰浆体

氢氧化钙晶体碳酸钙晶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生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。提高耐久性。四、石灰的性质建筑石灰的技术要求：

CaO的含量CO2的含量(欠火石灰)

细度体积安定性(过火石灰)建筑石灰的特性：

表观密度较小浆体的可塑性好硬化后的强度较低耐水性差浆体硬化中容易开裂过火石灰的危害

与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。

问题？1.过火石灰有什么危害？应如何消除？

答：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。2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？

答：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。五、石灰的应用配制建筑砂浆和石灰乳配制无熟料水泥石灰＋火山灰活性材料配制三合土石灰＋粘土＋砂＋水作为其它建材制品的原料如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。软土地基加固第二节石膏

石膏的组成与结构

石膏的生产建筑石膏的凝结与硬化建筑石膏的性质

建筑石膏的应用

石膏应用的历史9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹；5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材料——灰浆；372-287BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做神庙的窗户；古罗马人用石膏浇注了成千上万座雕塑。十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆（plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石膏的首都（capitalofplaster）之称。石膏灰浆又称为“PlasterofParis”它是半水硫酸钙(CaSO4½H2O)，二水硫酸钙(CaSO42H2O)称为gypsum一、石膏的组成与结构石膏的矿物组成：

CaSO4·xH2OX为结晶水H2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏胶凝材料(Gypsumbinder

)的组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌二、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、脱硫石膏等。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(湿的水蒸汽)：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生产工艺与产品的组成CaSO42H2O120~180C干燥空气125~180C水蒸汽-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)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三、建筑石膏的凝结硬化凝结硬化过程中的水化反应：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

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——“溶解－沉淀理论”

溶解

沉淀

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增多石膏硬化体中晶体堆积体

半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多半水石膏全部水化成二水石膏

所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！四、建筑石膏的性质建筑石膏的技术要求(GB/T9776－2008)：密度：2.50~2.80;强度：抗折强度、抗压强度;

细度：0.2mm方孔筛筛余不>10%;

凝结时间：初凝(不<3min)、终凝时间（不>30min）;石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小：～1.0孔隙率较大强度较低耐水性和抗冻性较差防火性较好隔热性和吸声性良好装饰性学会分析、思考和回答问题！1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？

答：半水石膏需加水60～80％，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18.6％的水量；即，有40~60％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。2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点Which？答：优点—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。缺点—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。3.为什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，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，导致强度下降；其软化系数只有0.30~0.45；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。学会分析、思考和回答问题！4、如何改善石膏制品的耐水性How?

答：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；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。二水石膏晶体解理面5、为什么石膏制品的防火性好Why?

答：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，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。学会分析、思考和回答问题！6、进一步思考的问题: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？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？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五、建筑石膏的应用建筑石膏是一种很好的绿色建材！应用中扬长避短，正确应用！建筑上的主要应用有：建筑石膏制品：各种板材：墙板、天花板等艺术装饰品粉刷石膏：墙面粉刷雕饰各种墙板德国一所教堂的外墙面雕饰室内墙面和天花板的雕饰我国石膏矿分布非常广泛浙江省天然石膏矿产资源匮乏，如何充分利用工业固废：磷石膏，脱硫石膏？Summary性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaSO40.5H2O;(Compose)生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在107~170C干燥下脱水制备；(Processing)凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、耐火、对人体和环境无害（Properties）。应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等(Utilization)。本章的重点内容回顾气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别石灰凝结硬化机理、过火石灰的危害及防止、石灰的技术性质及应用石膏的凝结硬化机理、石膏的技术性质及应用进一步研究开发的课题先进纤维石膏基复合材料高强石膏及其制品提高石膏及其制品的耐水性外墙保温砂浆及其装饰钢结构防火涂层第三节水玻璃水玻璃的组成水玻璃的制备水玻璃的硬化水玻璃的性质水玻璃的应用什么是水玻璃？

碱金属硅酸盐的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模数？

n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。模数对水玻璃性能的影响

模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。水玻璃的制备方法：

湿法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃硬化过程

水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶