新型建筑材料与制品(幻灯片)

武汉理工大学资源与环境工程学院刘理根编2012.2.14非金属矿新型建筑材料1非金属矿新型建筑材料

多媒体课件授课班级：矿物加工090109020903教学时数：32学时(1～8周，周学时4)

星期节次一二三四五

1-2

鉴3403

鉴3403

3-45-6

2教材与参考书《建筑材料》主编谭平等北理工出版社北京2009

参考书：1《新型建筑材料》姜继圣等编化工出版社北京2009 2《胶凝材料》袁润章主编武汉工业大学出版武汉19983《建筑材料》主编范文昭武汉工业大学出版社武汉19974《陶瓷纤维》崔之开编著化学工业出版社北京20045《新型功能材料》贡长生张立克主编化工业出版社20013

目录第1章绪论1.1概述1.2建筑材料结构与性能的关系第2章石膏2.1概述2.2石膏胶凝材料2．3石膏脱水相的水化过程与机理2.4石膏浆体的硬化及其强度发展过程2．5石膏硬化体的性质2．6建筑石膏及高强石膏的生产2．7石膏制品的生产8石膏应用动向与国内外研究成果2.9石膏选矿思考与习题

4第3章石灰3．1石灰原料3．2石灰石的煅烧与石灰的结构特性3．3石灰的结晶与强度3．4石灰的应用思考与习题第4章镁质胶凝材料4．1概述4．2镁质胶凝材料的原料4．2镁质原料的煅烧4．3．氧化镁浆体的硬化与强度4．4镁质胶凝材料的应用5第5章水玻璃胶凝材料5．1概述5．1．1硅酸钠的性质5．2水玻璃的生产5．2．1固相法水玻璃生产5．2．2液相法生产工艺5．2．3调摸、混合、稀释5．3硅酸钠的硬化5．4．2硅酸钠延伸的无机精细化工第6章纤维复合材料6.1概述6．2纤维增强无机材料6．2．1纤维水泥制品6．2．2硅酸钙板6第7章绝热材料与吸音材料7.1概述7.1.1绝热材料的分类7.2人造矿物纤维型绝热材料7.2.1岩棉及其制品7.2.2矿渣棉7.2.3矿棉制品的防水处理7.2.4矿棉制品与粘结剂

7.2.5玻璃棉及其制品7.2.6硅酸铝耐火纤维77.3多孔型绝热材料7.3.1膨胀珍珠岩及其制品7.3.2膨胀蛭石及其制品7.3.2.3膨胀蛭石制品生产工艺7.3.2.4蛭石化学膨胀7.3.3硅酸钙绝热材料7.3.3.2硅酸钙制品的类型7.3.3.3微孔硅酸钙生产工艺

8第8章建筑石材8.1建筑石材现状与发展8.2建筑石材组成与性质8.2.1物理性质8.2.2力学性质8.2.3工艺性质8.3建筑石材的选选择与应用8.4人造石材8.4.1人造大理石8.4.2铸石8.4.3陶粒习题与思考题9第1章绪论内容提要：⑴建筑材料的定义·重要性⑵新型建筑材料的概念⑶材料的组成与结构对性能的作用重点：⑴材料性能与组成和工艺的关系⑵不同建筑材料对性能的要求难点：材料各性能之间的关系10

建筑浓缩社会文明和时代的进步，建筑材料是国民经济的支柱。建筑材料种类繁多，要求的功能各异。本章叙述建筑材料与新型建筑材料的发展与现状、性能特点。重点掌握建材产品的种类及结构与性能的关系，熟悉建筑材料的发展趋势。摘要111.1概述定义:建筑材料buildingmaterial在房屋、交通、水利、港口、能源、军事设施和航空航天等建筑中，用于基础、地面、墙体、楼梯、屋面、门窗等基本结构体，最终形成建筑物的各种构配件材料。12

1.1.1建筑材料的发展与现状

1建筑材料是国民经济的支柱建筑工程是国家经济建设和人民生活最基本的表现形式，建筑材料是建筑工程的物质基础。在建筑工程中，材料费所占的比例一般大于60％，材料的质量是建筑工程的命运。建筑材料占有重要地位；经济合理地使用建筑材料，有利于减少浪费和损失，降低工程造价，提高基本建设投资效益。132建筑材料彰显时代的进步，

浓缩科技发展的精华人类居住发展过程：遂水草而居洞穴居毛坯砖粘土砖；砖木结构砼构预应力砼钢结构；轻质高强材料推动高强/大跨度建筑发展；功能材料出现：（保温隔热、防水防潮、隔音吸音、耐腐蚀、防辐射、隐形功能等）建筑物向功能型转化。14

3.建筑材料分类（使用功能）类别定义实例建筑结构材料构成基础、柱、框架等承重系统材料砖、石材、钢材木材混凝土墙体材料建筑物内外承重及间隔材料砖、砌块、石膏板及复合板建筑功能材料不为承重荷载，具有特殊功能保温隔热、吸声、采光、防水、防辐射装饰建筑器材满足使用要求配套的各种设备五金电料、水暖环保材料153建筑材料的分类（组成成分）无机材料金属材料黑色金属(钢,铁)有色金属(铜,铝及合金)非金属材料石材,各种岩石与加工品烧土制品,砖、瓦、陶瓷品玻璃,胶凝材料混凝土、砂浆有机材料植物木材、竹材等沥青石油沥青、煤沥青及制品高分子塑料、涂料、胶结剂复合材料金属-非金属：钢筋砼、钢纤维砼非金属-有机：聚合物砼玻璃钢、纤维胶凝制品、161.1.2．建筑材料的发展趋势（1）高强轻质材料应用更普遍，减轻建筑物的自重，降低基础成本；（2）材料向高效能、多功能、耐久性方向发展，具有综合性能的材料更为受到亲昧；（3）材料预制化程度提高，结件尺寸增大、大跨度板材广泛使用，生产方式先进，产品系列化、标准化；（4）复合材料应用量增大，品种范围更广泛，新技术新材料使建筑更理想；（5）工业废料发挥作用。

171.1.3新型建筑材料的范畴1.新型建筑材料的概念“新型建筑材料”的英文译词是NewBuildingMaterials，在国外泛指新的建筑材料。在我国“新型建筑材料”是一个专用名词，一般是指在建筑工程实践中已经成功应用，并代表建筑材料发展方向的一类建筑材料。同传统的砖、瓦、灰、砂、石及三大材料（水泥、钢材、木材）比较而提出的概念。182.新型建筑材料分类新型建筑材料品种繁多，分类方法多。按材质和用途分类相结合的方法分为新型房建材料、新型建筑装饰装修材料和化学建材三大类新型建筑材料为建筑物具备节能、舒适、美观、安全、耐久和维修等创造了尽可能的方便，是实现现代化建筑业的条件基础，二者互为促进，互为前提。我国生产新型建筑材料的原料丰富，建筑业已成为之柱产业，新型建筑材料的市场十分巨大。193.新型建筑材料的特点（1）新型构件材料、墙体材料、屋面材料，形成新的建筑模式，推进建筑业的发展；（2）材料功能特性（装饰装修功能、物理性能特点、材料轻质高强）突出，改善建筑物功能，增加建筑物与时俱进的人性艺术，效果明显；（3）材料种类多样，应用范围广泛、灵活，可选择性强；（4）环保意识增强，材料自身具备环保概念，同时大量工业废料获得利用201.1.4本课程教学特点非金属矿物资源优势,产品价廉,突出的综合性能在新型建筑材料中，原料的85％以上由非金属矿物构成；保温隔热、隔音材料吸音材料中，非金属矿物占原料的85％以上。非金属矿物在新型建筑材料中起着重要的作用。本课以新型建筑材料的生产技术为框架，重点讲授非金属矿物材料在新型建筑材料中的作用理论和应用技能，对相关延伸产品进行纵深叙述，并适时介绍国内外发展动向。211.2建筑材料结构与性能的关系应用→考验→功能特性物理性能水热物理性能电声光性能化学性能抗化学腐蚀能力耐气候环境能力力学性能抗外力强度变形及破坏特点材料组成、状态参数、构造特征221.2.1材料的组成材料组成:指材料的化学成分及矿物组成，影响化学性质和决定材料的力学性质1.化学组成：任何材料都由一定的化学成分组成，材料的化学成分及其含量多少既影响物理、力学性质，也影响材料抵抗外界侵蚀作用的化学稳定性。例如：钢材元素组成主要Fe，易生锈，加入Cr或Ni，可提高防锈能力；塑料制品中，加入氯化石蜡和氧化锑,成为难燃材料；232.矿物组成：各种矿物在地质作用下都具有相对固定的化学成分，矿物组成是决定材料性质的主要因素。

如碳酸盐类与硅酸盐类性质差别较大3.构造材料组成形成的宏观状态

密实材料：成分均匀性、排列规律性孔状材料：孔隙率，孔状形态：开口孔、闭口孔241.2.2材料结构固体材料结构:晶体、非晶体、胶体材料的许多物理力学性质如强度、弹性和塑性变形特点都与结构密切相关1.晶体结构：材料内部质点（离子、原子、分子）按一定规则且周期性排列成微观结构，如：立方晶形、正方晶形、斜方晶形、六方晶形等25晶体结构晶体特征键性键力结合能性能强度硬度熔点原子晶体共价键电子对大高（如石英金刚石等）离子晶体离子键库伦力较大较高易溶Naclkcl、分子晶体分子键范华力小小(有机物等)金属晶体离子键库伦力大导电性262非晶体结构无定形结构，质点排列没有规律，晶体不表现几何外形,此时表现的特点：各向同性

例如：熔融体→快速冷却→质点规律未形成

玻璃273胶体结构微小固体颗粒高度分散在介质中形成的亚微观结构固体（d=1-1000nm）+分散介质二相体系形成的稳定悬浮液乳状体281．3材料物理性质1.3.1密度、表观密度、堆积密度1密度δ:干燥物体绝对密实状态下单位体积的质量

δ=m/v

g/cm32表观密度δ0:干燥物体自然状态下单位体积的质量

δ0=m/v0在建筑工程实践中轻质材料δ0<1.8g/cm3墙体材料；重质材料δ0≥1.8g/cm3基础材料。291．3材料物理性质1.3.1密度、表观密度、堆积密度1密度δ:干燥物体绝对密实状态下单位体积的质量

δ=m/v

g/cm3干燥与绝对密实：即，不含水分、不不包括材料内部孔隙的固体实体积。在建筑材料中，钢、玻璃可认为不含孔隙，其它绝大部分都多少有孔隙。测定有孔材料密度需要将其磨成细粉，然后用排液法测定体积。粉体越细，内部孔隙消除越完全，测定的体积越真实，要求粉体粒度须小于0.20mm302.表观密度材料自然状态下单位体积v0的质量为表观密度

δ0=m/v0自然状态体积v0：包括内部孔隙的材料几何体积在建筑工程实践中轻质材料δ0<1.8g/cm3墙体材料；重质材料δ0≥1.8g/cm3基础材料。材料表观密度与含水状况有关，材料含水时，质量要增加，体积也后变化，因此，测定材料表观密度时，需要将其干燥。313.堆积密度散粒材料自然堆积状态下单位体积V0′的质量m为堆积密度δ0′=m/v0′散粒材料堆积状态的体积，包括颗粒自然体积和颗粒之间的空隙体积。按堆积方式，散粒材料堆积密度，有自然堆积密度和经过捣实的紧密堆积密度324.材料的密实度与孔隙率密实度D：固体材料充实的程度

D=v/v0*100％孔隙率P：材料中孔隙体积的比例

P=（v0-v）/v0*100％

D+P=1:D↑;P↓.孔隙分类：按孔隙大小：微孔、细孔、大孔；按形状：孤立孔、连通孔，封闭孔、开口孔。331．3．2材料水物理性质1．亲水性与憎水性材料在与其他介质接触的界面上都存在表面能，表现为表面张力，不同材料的表面能有大小。根据材料在空气中与水接触时，其表面被水润湿的情况，分为亲水性材料和憎水性材料。润湿是水在材料表面上被吸附的过程，与材料本身的性质有关：34亲水性材料：材料分子与水分子的作用力大于水分子间的作用力，θ≤900；憎水性材料：水分子间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，900＜θ<1800；建筑材料中，木材、混凝土、砂、石为亲水性材料；沥青、石蜡憎水性材料。352．吸水性和吸湿性

材料毛细作用吸水吸湿（潮）的性质3．含水率、吸水率、平衡含水率(1)含水率材料含水时的质量与干燥状态下材料的质量比

w=(m1-m)/m×100%(2)吸水率材料吸水达饱和面干时的含水率

β=(m2-m)/m×100%

低β<1.5%中β=1.5-3%高β>3%

36（3）平衡含水率

材料在一定温度下吸湿，与空气湿度达到平衡时的含水率。它表示材料的吸湿情况。材料能否吸水，取决于其自身的润湿性，即θ值大小；而吸水率的大小，反映材料内部孔隙状况。普通粘土砖β可达20％，普通混凝土2-3％，木材达到100％，花岗岩0.7％。材料吸水后，对性能产生一系列的影响，如体积膨胀、表观密度增加、强度降低、导热性增大、耐久性降低等。374．耐水性

材料经饱和水作用不发生破坏、强度不显著降低的性质。耐水性用软化系数

K表示:

K=材料吸水饱和时的抗压强度/材料自然干燥时的抗压强度0<K≤1。K=0,粘土；K=1，金属。K>0.85耐水材料；0.75-0.85中耐水性，可轻受潮材料；0.60-0.75低耐水性。软化系数通常作为选择材料的依据，一般位于水中或潮湿环境的重要建筑物，所用主要结构材料K≥0.85；次要结构或受潮较轻的建筑，K≥0.75;K<0.60的材料，不允许用于建筑。385．抗冻性

材料吸水饱和状态下，经受多次冻融循环作用而不破坏，强度不产生严重降低的性质。

冰冻破坏是由于材料孔隙内的水分结冰导致体积膨胀造成的抗冻等级：材料在一定条件下经受冻融而不破坏的次数。（强度降低值<15％、重量损失≤5％、无惯穿裂纹过棱角时划分标号：5、10、15、25、50、100、200。当β<0.5％时，此项免检）391．4材料力学性质1.强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。固体材料的强度取决于内部质点间的作用力，制品的强度受原料组成、工艺条件等因素影响。材料受外力作用破坏的原因，是外力大于结合键力造成的。外力作用方式有：拉应力:结合键断裂；R=P/F剪应力:结合质点间滑移；R=P/F压应力:内部拉应力、剪切力；R=P/F弯应力:内部产生拉应力、剪应力。R=PL/bh240材料强度与孔隙率的关系不同种类材料具有不同抵抗外力的特点。相同种类材料随孔隙率及构造特征的不同，材料强度差别较大，一般孔隙率越大的材料强度越低，强度与孔隙率近似直线关系。

抗压强度砖、石材、混凝土和铸铁抗压强度较高，抗拉和抗弯强度较低。木材顺纹抗拉强度大于抗压强度钢材抗拉和抗压强度都较高，因此砖、石材、混凝土多用在房屋的墙和基础等受压为主的部位孔隙率钢材则适用于承受各种外力的构件412.比强度比强度：按单位质量计算的材料强度，其值等于材料强度与表观密度之比。比强度是衡量材料轻质高强的主要指标。

材料表观密度(kg/m3)抗压强度(MPa)比强度(m3.MPa/kg)低碳钢78604150.053松木50034.30.069混凝土240029.40.012421．5材料热学性能1．5．1导热系数thermalconductivity热传导：热量从物体一部分传到另一部分，或从一个物体传到另一个物体的现象。物体热传导能力用导热系数“λ”表示：

λ=(Q*δ)/(S*τ*Δt)K.cat/m.h.℃式中Q—传递的总热量，Kcal；δ—板厚度，m;s—板面积，m2;τ—导热时间，h；Δt—板两侧温差，℃；热传导的必要条件：存在温度差；热传导的充分条件：物质内部微观粒子相互碰撞和传递。43物质热传导影响因素（1）材料的结构及化学成分气体、液体分子或原子相互作用；金属电子相互作用；无机非金属（绝大多数）电子被束缚，由晶格点阵、晶格振动完成晶体、非晶体：λ晶体>λ非晶体当t↑λ接近；44物质热传导影响因素（2）容重（表观密度）γ↑λ↑;λ固》λ气

λ封闭孔<λ敞开孔毛细吸湿λ小孔<λ大孔对流作用45物资热传导影响因素（3）材料湿度状况受潮、孔隙含水，λ↑λ静止空气=0.022；λ水=0.5；λ冰=2.0(4)材料的温度状况无机晶体t>室温λ∝

1/t非晶体,,λ∝t混合晶体近似λ=1/（at+b+1/t）461.5.2材料的耐热性、耐燃烧性及耐火度1．耐热性：材料长期在热环境中抵抗破坏的能力。无机材料远优于有机材料2．耐燃性

耐燃性是材料对火焰和高温的抵抗能力。不燃材料：在火焰或高温作用下，不炭化、不冒烟、不燃，无显著变形；难燃材料：难于燃烧，能冒烟、烧焦，但去火即灭；

易燃材料：能起火、阳燃，去火源继续燃烧。473．耐火性thequalityofenduringfire

耐火性材料长期抵抗高温作用而不破坏的性能，用耐火度表示。根据材料在高温下的表现，划分：易熔材料—熔化温度t<1350℃;难熔材料—熔化温度1350℃<t<1580℃;耐火材料—在t>1580℃作用下不熔化，试件不变形，且能承受一定荷重。48耐火材料(按耐火度高低)普通耐火材料—耐火度1580-1770℃高级耐火材料—耐火度1770-2000℃特级耐火材料—耐火度>2000℃49耐火材料分类：(按化学特性)(1)酸性耐火材料：氧化硅为主要成分，常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅94％以上的硅质制品，原料有硅石、废硅砖等，硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料，含有30％～46％的氧化铝，属弱酸性耐火材料50(2)中性耐火材料氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝95％以上,是一种用途较广的优质耐火材料以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好，但抗热震性较差，高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品，热膨胀系数低，导热性高，耐热震性能好，高温强度高，抗酸碱和盐的侵蚀，尤其是弱酸碱具有较好的抵抗能力，不受金属和熔渣的润湿，质轻。广泛用作高温炉衬材料，也用作石油、化工的高压釜内衬。51(3)碱性耐火材料

以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的是镁砖。含氧化镁80％～85％以上的镁砖，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设备上。52思考与习题1．试述材料成分、结构和构造对性质的影响；2．掌握材料密度、表观密度、堆积密度的定义及相互关系；3．试述材料孔隙率、孔隙特征对强度、吸水性、抗冻性和导热性的影响；4．熟悉材料强度与结构关系，试述制品原料组成不变，提高强度的途径；5．当某一建筑材料的孔隙率增大时，分析下表内的性质变化孔隙率密度表观密度强度吸水率抗冻性导热性6．一材料的全干重量100g，自然状态下体积40cm3，绝对密实状态体积33cm3，试计算其密度、表观密度、密实度和孔隙率；7．普通粘土砖(11.5×12.0cm3)抗压试验，浸水饱和后的破坏载荷17.25t,干燥状态时的破坏载荷20.70t,问此砖是否宜用于建筑物常与水接触的部位？53第2章石膏Gypsum内容提要：⑴胶凝材料的概念

⑵石膏脱水特性与用途⑶石膏制品生产与应用⑷石膏选矿方法与工艺重点：⑴β型α型石膏制品性能特点⑵石膏选矿方法难点：提高石膏制品强度和防水的途径54胶凝材料的概念胶凝材料：在物理化学作用下，自身从可塑性浆体逐渐变成坚固石状体的过程中，能将其他物料胶结为整体具有机械强度的物资，亦称胶结材料。有机胶凝材料：各种树脂和沥青等；无机胶凝材料：气硬性、水硬性551.水硬性胶凝材料：浆体既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展为具有强度的硬化体，通常称为水泥

2．气硬胶凝材料：浆体只能在空气中或其他条件下硬化，不能在水中硬化，例如:石膏、石灰、镁质胶凝材料、水玻璃等。562.1石膏胶凝材料石膏应用历史悠久，与石灰、水泥并列为无机胶凝材料的三大支柱。在现代建筑中，石膏胶凝材料的特点：1．节能石膏材料与制品减少燃料的消耗，1吨石膏胶凝材料所用的原料比水泥少3/4，建设投资比水泥少1/2；2．生产率高；3．使用性能好（防火隔热、隔音、质轻）4．资源丰富（天然石膏471.5亿吨）。57石膏用途（1）粉刷石膏（2）石膏制品（建筑石膏板、纸面板、隔音板、纤维板）（3）石膏砌块等；（4）水泥缓凝剂cementretarder；(5)石膏胶凝材料：医药用品、陶瓷和机械摸具。58石膏的工业价值与应用方法石膏工业价值，不同脱水条件形成不同产物。石膏的应用：1.石膏胶凝材料的制备，二水石膏加热部分或全部脱去水分，制备不同的脱水石膏相；2.石膏制品，脱水石膏再水化，使其再生成二水石膏并形成所需的硬化体。二水石膏既是脱水物的原料，又是脱水石膏再水化的最终产物。石膏脱水与再水化形成整个石膏工业理论基础。592.2石膏的原料天然二水石膏CaSO4.2H2O天然硬石膏CaSO4化学石膏602.2.1天然二水石膏(1)理论化学组成天然二水石膏CaSO4.2H2O，CaO-32.57％,SO3-46.50％,H2O-20.93％。含有粘土、细砂等杂质纯品二水石膏为白色或无色透明，莫氏硬度1.2-2.0，密度2.2-2.4g/cm3。常温下水中的溶解度（按CaSO4计）2.05g/L。61(2)天然二水石膏晶体结构二水石膏属单斜晶系，Ca2+联结[SO4]2-四面体，构层双层结构层，H2O分子分布在双层结构层之间。由于H2O分子与层状结构之间的结合力较弱，当二水石膏加时，层间水首先脱出，其结晶结构发生变化。62(3)天然二水石膏分类按物理性质天然二水石膏分为五类①透明石膏②纤维石膏③雪化石膏④普通石膏⑤土状石膏二水石膏质量，按二水硫酸钙含量，分五个等级：等级一二三四五≥9594-8584-7574-6564-55生产普通建筑石膏的原料，品位必须在四级以上，而用于生产高强石膏的二水石膏品位应达二级以上。632.2.2天然硬石膏（无水石膏）天然硬石膏：主要组成无水硫酸钙（CaSO4），理论组成为：CaO-41.19％,SO3-58.81％莫氏硬度3.0-3.5，密度2.9-3.0g/cm3

纯净的硬石膏透明、无色或白色，与方解石等碳酸盐矿物的区别是解理面分布方向不同，且遇HCl无气泡。硬石膏的矿层一般位于二水石膏层之下，它通常在水作用下变成二水石膏，因此在天然硬石膏中常含有5％-10％的二水石膏。642.2.3化学石膏(工业副产石膏)（1）磷石膏磷肥厂、合成洗衣粉厂等制造磷酸时的废渣，是磷灰石或含氟磷灰石[Ca5F(PO4)3]和硫酸反应而得的产物之一：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O----3H3PO4+5(CaSO42H2O)+HF每生产1吨磷酸约排5吨磷石膏。磷石膏可作水泥缓凝剂和生产石膏胶凝材料及制品。65（2）氟石膏氟石膏是氢氟酸产生的废渣如萤石（CaF2）和硫酸（H2SO4）加热反应：

CaF2+H2SO4--CaSO4+2HF↑每生产1吨约产生3.6吨无水氟石膏。66（3）排烟脱硫石膏（FGD）火力发电厂、钢铁厂、冶炼厂及各种化工厂等燃煤或重油过程中排放SO2烟气，经脱硫处理后的副产品，主要成分是二水硫酸钙，纯度可达90%以上。67681．β型半水石膏的形成机理β-CaSO4.1/2H2O形成机理,有两种观点：⑴一次生成，即二水石膏加热后直接形成半水石膏；⑵二次生成，即二水石膏先直接脱水形成硬石膏Ⅲ，再立即吸附脱出的水分转变为β型半水石膏。β型半水石膏的形成，与二水石膏脱水时的温度水蒸气压有关：在较高的水蒸气压时可能是一次生成；而在水蒸气压很低或者真空条件下，可能是二次生成。已有实验表明，真空条件下生成的硬石膏极不稳定，会立即吸收水分变成硬石膏。692.α型型半水石膏的形成机理α型半水石膏是在高压密封容器内，饱和水蒸气压条件下形成。原料经历溶解-析晶一系列过程晶形发生转变，成柱状、短柱状或板状结构。（2）水溶液法

原料粉状与晶型转换剂0.01-0.2%的水溶液，釜内120-140℃一段时间，二水石膏转变为α型半水石膏，固、液在热态下分离，经水洗、干燥即获得稳定的α型半水石膏（1）加压水蒸气法块状石膏，2-3mm120-130℃经5-8h、或者d5-8mm，在150-160℃经1.5-3h在低温下缓慢析出的α型半水石膏比在高温下快速析出的产物的硬化强度高，且块状石膏的致密度越大，所得产物的需水量越小，其硬化体的强度就越高。70转晶剂对α型半水石膏形成的机理杂质离子使晶体在C轴方向晶面形成网状吸附层，阻碍C晶面结晶基元的结合，减慢晶体在C轴方向的生长速度，使各个方向的生长速度接近平衡，故而产物α型半水石膏呈六短柱状。

三轴对应面晶面结成单面层吸附选择性a010SO42-,OH-H-,SO42-b110Ca2+SO42H-Sr+2,Ag+c111Ca2+H2SO-NO3-Na+转晶剂的种类：棕榈酸、亚油酸等碳原子数15以上脂肪酸的水溶性碱金属盐；琥珀酸、马来酸、枸橼酸碳原子数2以上羧酸及其盐712．3石膏脱水相的水化半水石膏加水后进行的化学反应：CaSO41/2H2O+3/2H2O==CaSO4·2H2O+Q(19.2J/g)由式计算半水石膏转变为二水石膏的过程，半水石膏结合水6.2%,二水石膏的结合水为20.93%。影响半水石膏水化速度的因素很多，主要有：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。在相同条件下，β型半水石膏的水化速度大于α型半水石膏的水化速度。室温下，β型半水石膏达到完全水化的时间为7-12min，而α型为17-20min。72半水石膏水化速度调整半水石膏水化速度愈快，则浆体凝结也愈快，通过加入外加剂调整水化速度和凝结时间。延缓浆体凝结速度用缓凝剂，加快水化速度和凝结时间的则为活化剂。缓凝剂按作用分三类：1分子量大的物质胶体保护剂，降低半水石膏溶解速度，阻止晶核的发展。如骨胶、单宁酸等；2降低石膏溶解度乙醇、糖、柠檬酸及盐类；3．改变石膏结晶结构如醋酸钙、碳酸钠、磷酸盐等。732．3．3硬石膏的水化天然硬石膏，在没有活化剂的情况下，也能较缓慢的水化硬化，在干燥的条件（室温25-30℃）下强度不断发展，这是由于天然硬石膏中含有其他成分可能存在的活化作用，同时磨细过程能使硬石膏部分活化，促进了水化能力。天然硬石膏在活化剂作用下，其水化硬化能力增强，凝结时间缩短，强度提高。硬石膏的活化剂有硫酸盐类（Na2SO4、NaHSO4、K2SO4、KHSO4Al2(SO4)3、FeSO4及KAL(SO4)2·12H2O等）和碱性活化剂（石灰2-5%、煅烧白云石5-8%、碱性高炉矿渣10-15%、粉煤灰10-20%等）。742.4石膏浆体的硬化2．4．1石膏浆体结构强度的发展过程石膏水化过程中，仅形成水化产物，浆体并不一定能形成具有强度的人造石，只有当水化物晶体互相连生形成结晶结构网时，才能形成强度。因此，浆体的硬化是结晶结构网的形成过程，且此结构网的形成一定伴随着强度的发展。752．4．2石膏浆体结构强度影响因素1半水石膏粉粒度在一定分散度范围内，最高强度随原粉比表面积增大而提高，但超过一定值强度反而降低。半水石膏的溶解度与原粉比表面积有关：比表面积越大，溶解度就越大，相应的过饱和度也增大，则会产生较大的结晶应力，破坏硬化浆体的结构。2水固比

浆体含水量高，孔隙增加；孔隙率愈小，孔径愈小，则浆体的硬化强度和抗水性都会得到提高。762．5石膏的耐水性石膏硬化体的软化系数为0.2-0.3，耐水性差是石膏及其制品共同的弱点。其原因公认是半水石膏硬化体的多孔结构和二水石膏较大的溶解度两个方面解决石膏抗水性的根本办法，是改变石膏硬化体的结构，用外加剂与石膏生成抗水性的机体。（1）用石灰、粉煤灰或矿渣等材料，与石膏形成具有水硬性的水化硅酸钙或水化硫铝酸钙等；（2）用沥青、石蜡及其它水溶性聚合物对石膏制品改性；（3）在石膏制品表面涂刷防水层，提高其防水防潮特性。772．6建筑石膏及高强石膏的生产2．6．1β型半水石膏的生产建筑石膏的生产过程由原料破碎、粉磨、煅烧与陈化等环节组成，即：石膏块(d<350mm)粗碎(50-60mm)中碎（d10-12mm）脱水粉磨(d<0.2mm)陈化β型石膏胶凝材料根据生产设备的不同，物料脱水时的粒度也不一样。目前，β型半水石膏生产方法有三种形式：78建筑石膏生产工艺

1．炒锅、沸腾炉脱水工艺

炒锅、沸腾炉脱水工艺的物料为粉状。原料先破碎、干燥并粉磨至一定细度，然后经煅烧脱水。连续炒锅β型半水石膏生产工艺流程示意图

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2.回转窑脱水工艺

图2-11回转窑β型半水石膏流程图1-铲斗车；2-下料斗；3-板式给料机；4-颚式破碎机；5、10、16、19-斗式提升机；6-均化场；6-2-进料皮带机；7-生料库；8-给料机；9-锤式破碎机；11-料仓；12-圆盘给料机；13-回转窑；13-a-静电除尘器；14、15-螺旋输送机；17-旁路贮仓；18-螺旋下料器；20-选粉机；21-粉磨机；21-a-粉料收集器；22-螺旋输送机；23-螺旋泵；24-β型半水石膏产品贮仓80建筑石膏生产工艺3．风扫磨脱水工艺

风扫磨（彼得磨·德国）工艺特点：原料破碎后，直接进入风扫磨，干燥、粉磨、加热脱水由同一设备完成。

814．脱水产品的陈化在石膏脱水过程中，因受热温度的不均匀，不同程度的残存有二水石膏和无水石膏，这些不稳定相的性能会随着时间改变。对粉磨后的熟石膏粉须在料库中密封放至几天，利用炒制时的余温，使残存的二水石膏继续脱水转变，同时无水石膏也可以因吸收石膏中的水蒸气和二水石膏脱出的水分，转化成半水石膏，达到相的基本稳定。822．6．2高强石膏生产工艺1高强石膏蒸压釜生产工艺原料为块状二水石膏。83高强石膏生产工艺

2．石膏粉转晶法高强石膏生产工艺

图2-14液体介质中用晶型转换剂生产高强石膏示意图1-料斗；2-盘式喂料机；3、13-球磨机；4-工作溶液容器；5-容器；6-、8-泵；7-结晶糟；9-冷凝器；10-清理装置；11-洗涤器；12-干燥机；14-高强石膏贮斗842．6．3半水石膏主要质量标准1．建筑石膏：密度2500-2700kg/m3，松散堆积密度800-1100kg/m3，紧堆积密度1260-1450kg/m3。国家标准建筑石膏分为三个等级（见表2-3）：

等级技术要求优等品一等品二等品1．细度（0.2mm方孔筛筛余不大于）5.010.015.02．凝结时间(min)初凝不小于6终凝不大于303．抗折强度（MPa）2.52.11.84．抗压强度（MPa）4.93.92.9

852.高强石膏质量指标

我国高强石膏划分标号密度2600-2800kg/m3，松散堆积密度1000-1200kg/m3，紧堆积密度1200-1500kg/m3。细度要求64孔/cm3筛余不大于2%，900孔/cm3筛余不大于8%；初凝不小于3min，终凝不早于5min，不迟于30min。表2-4高强石膏的标号与强度862．7石膏制品的生产2．7．1粉刷石膏生产工艺粉刷石膏是以半水石膏为原料，另加入少量性能调节剂组成。生产工艺见图2-15872．7．2石膏板生产工艺

1．纸面石膏板生产纸面石膏板的原料为熟石膏粉（β型或α型）。辅助原料有粘结剂、护面纸、促凝剂或缓凝剂、发泡剂以及纤维类增强剂与填料等，生产工艺流程见图2-16。

图2-16纸面石膏板生产工艺流程1、2-贮仓；3、4-料斗；5-制胶罐；6-搅拌机；7-发泡剂贮罐；8-纸纤维制备机；9-水糟；10-电子皮带称；11-螺旋输送机；12、13-供纸机构装置；14-立式搅拌机；15-成型机；16-凝固皮带；17-输送辊道；18-切割机；19-加速辊道；20、24-横向输送机；21-输送机；22-干燥机；23-合片辊道；25-切边机；26-堆垛机；27-双向输送机882．纤维石膏板

纤维石膏板铺浆缠绕法成型工艺见图2-17

图2-17铺浆缠绕法纤维石膏板工艺流程1-贮浆罐；2-泵式打浆机；3-打浆机；4-气水分离器；5-湿式铺浆缠绕成型机；6-纵横切边机；7-胶带输送机；8-真空吸盘堆垛机；9-烘干车；10-隧道干燥窑

892．7．3石膏添加剂石膏添加剂的作用：改善产品性能，调节施工便利，增加应用效果。1.增强材料增加抗拉强度，减少脆性，降低密度。纤维类：玻璃纤维、纸纤维、甘蔗渣等；多孔轻质矿物材料：减轻容重、降低导热性。膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、锯末等；2．提高耐水性：水泥、矿渣、松香、聚乙烯醇；3．改善固化速度：（1）延长固化时间缓凝剂（0.2-0.3%），柠檬酸、酒石酸、皮胶等；（2）减少固化时间促凝剂（0.5-2%），二水石膏、硫酸钾、硫酸铝；4．发泡剂：减轻容重，松香、阴离子、非离子表面活性剂等。902.8石膏应用动向与国内外研究成果2.8.1无机胶凝材料1．建筑材料是石膏应用的最大领域，依然是石膏利用的主要方向：2．摸型材料石膏的化学稳定性使精密机械铸造、陶瓷制品生产、饰品加工等利用石膏摸越来越多；3．医药生物利用石膏无毒无害和水分与温度循环转换的特点，可在石膏粉中赋予同步治疗方案。石膏制硫酸利用硬石膏制硫酸联产水泥912.8.2硫酸钙纤维石膏晶须（硫酸钙微细纤维）、硫酸钙纤维，是由二水石膏在饱和蒸气压条件下培养的纤维状硫酸钙，主要用于作增强材料。纤维结构中的结合水可以调节和改善基体的温变效果92石膏晶须SEM图932.9石膏选矿⒈手选：手选是我国石膏矿山主要的方法，用尖嘴锤或羊角镐剔除依附石膏上的夹石；2.光电选矿：以矿粒表面的光反射性差异为依据的选矿方法。石膏为白色，脉石多呈暗色，石膏与脉石对光存在（颜色、反射率、荧光性、透明度、透射性等）差异，利用光电效应原理富集石膏。分选粒度5-20mm,生产能力2.5t/h.石膏光电选矿在国外矿山应用比较普遍943.重介质选矿：根据两种矿物密度差异，利用重介质进行分离，石膏密度2.3g/cm3,而脉石矿物白云石、石英、页岩、硬石膏密度都在2.6g/cm3以上,在密度大于2.3、小于2.6重介质中，石膏浮起，脉石下沉。石膏与脉石获得分离。4.浮选：国外用浮选法富集石膏，大多使用油酸为捕收剂，单宁和明胶作抑制剂。日本应用烷基硫酸盐和烷基璜酸盐为捕收剂也很成功。对主要杂质是石英的石膏矿石，反浮选同样是有效的，使用乙醇胺和高级脂肪酸的混合物、十二烷基三甲基溴化胺等捕收剂。95思考与习题1．掌握胶凝材料的种类，熟悉气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的特征；2．掌握石膏的种类，试述它们之间的主要特征；3．试述β型与α型两种半水石膏形成的条件，并分析各自的性能特点；4．分析原料细度、水固比与半水石膏硬化产物之间的关系；5．熟悉调节石膏制品性能的方法，试述提高石膏制品耐水性的途径。6.掌握石膏选矿方法96第3章石灰

Line内容提要：⑴石灰原料与煅烧、分解⑵石灰消解反应⑶石灰硬化体强度的形成与发展⑷石灰的应用方法⑸石灰原料选矿重点：碳酸钙的分解与浆体硬化特性难点：碳酸钙的结晶形变与控制973.1概述石灰是以碳酸钙（CaCO3）为主要成分的原料经煅烧，排出二氧化碳（CO2）后的产物，主要成分是氧化钙（CaO）。是人类使用较早的无机胶凝材料之一，由于其原料分布广泛，生产工艺简单及成本低等，所以在建筑上应用较广。石灰有气硬性石灰（由碳酸钙含量高、粘土杂质小于8%的石灰石煅烧而成）和水硬性石灰二种。水硬性石灰成分中除CaO外，还含有一定的硅酸钙（2CaO·SiO2）铝酸钙（12CaO·7Al2O3）等，因此呈现出水硬性。983．2石灰原料石灰的原料:含碳酸钙为主的天然岩石—石灰石。自然界中碳酸钙矿物有方解石和文石两种。纯净的方解石无色透明，称冰洲石；方解石为六角形晶体，密度2.72，莫氏硬度3，脆性；文石呈无色或白色，菱形晶体，密度2.94，硬度3.5—4。石灰石是由生物残骸骨骼等组成的岩层，经多年致密成坚硬的岩石。一般CaCO3≥90%不宜作建筑装饰材料的大理石或碎块，烧制的石灰几乎为化学纯的CaO；化学石灰:有机合成中消化电石的产物电石渣、氨碱法制碱的残渣(主要成分碳酸钙)。

993．3石灰石的煅烧与石灰的结构特性石灰石煅烧过程中的反应：

CaCO3+178kJ/moi====CaO+CO2每100份CaCO3，可以得到56份CaO，失去44份CO2。煅烧后的石灰体积比原石灰石一般缩小10—15%，故石灰为多孔结构。碳酸钙的分解是吸热反应，每分解1mol的CaCO3需要178KJ热量。实际所需要的热量远大于此值，热量消耗关系为：分解碳酸钙消耗的热量===理论分解热量+原料水分蒸发耗热量+窑体热损失+残留于石灰中的热量碳酸钙的分解决定于煅烧温度，温度越高，CO2挥发越快，窑内的气体压力增加。100101碳酸钙的分解特点550℃开始分解，但分解压力低，反应很容易达到平衡，因此分解速率很小；800-850℃时分解加快，达到898℃时，分解压力达到0.1MPa，故将此温度作为CaCO3的分解温度。继续提高温度，分解剧烈，速度加快；碳酸钙的分解是可逆工程，根据煅烧温度和周围介质中CO2分压不同，反应进行的方向也不同，当周围介质中CO2分压大于分解压力时，反应即逆向进行。实际生产中应提高温度，并注意及时排出CO2气体。102石灰石分解速率在热的作用下，每块石灰石的分解是以一定速度由表及里的逐渐进行过程；有试验表明，比较纯净的石灰石，当煅烧温度900℃时，以3mm/h的分解速率向内移动，1100℃时，以14mm/h的速率移动；为了提高煅烧石灰的产量，同时考虑热损失，生产中石灰的煅烧温度1000-1200℃1033．3．2碳酸钙的煅烧设备煅烧石灰石有土窑、轮窑、立窑、回转窑、沸腾窑和烧结机等。煅烧设备的选择应根据原料的性质、燃料的种类、对产品的质量要求等方面综合考虑。石灰石普通立窑及煅烧过程见图3-2所示。

104正烧石灰过烧石灰和生烧石灰正烧石灰煅烧温度和时间正常的石灰，即在烧结温度下煅烧，分解完全的石灰。CaO晶体尺寸2-6μm，块体容重2.2-2.5g/cm3,质量好；过烧石灰也称过火石灰或死烧石灰，是一种煅烧温度较高、时间长的石灰，块体容重大，消化速度慢，CaO晶体尺寸10μm以上，延迟消化会破坏已经抹灰层；生烧石灰也称欠火石灰，是煅烧温度低或时间不足，没有烧透的石灰，未消化残渣含量大，活性CaO含量低1053．6石灰的应用1建筑材料：石灰膏2．硅酸盐制品：石灰与硅砂或粒状高炉矿渣、粉煤灰等混合，成型后在饱和蒸汽下养护处理，成为多孔硅酸盐制品。轻质建筑材料，如硅酸钙板、微孔硅酸钙、灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土砌块等；3环保材料：利用石灰廉价的无机碱性材料特点，治理含硫污染环境。如排烟脱硫、中和酸性污染源4．造纸：利用Ca(HO)2清除植物表层的脂肪，提取纸纤维和造纸填料；5．岩石膨胀剂1066·

CaCO3填料CaCO3是橡胶、塑料等高分子材料重要补强性填料。重钙由天然方解石、大理石粉磨而成的CaCO3粉体，是造纸橡胶、塑料等填料，在建筑材料中应用的为双飞粉；轻钙由Ca(OH)2与CO2反应的高比表面积的多孔质CaCO3，纳米钙107晶体CaCO3生产方法晶体CaCO3具有良好充填效果，使制品性能更优良，通过控制结晶条件，如反应温度、压力、碳化剂的浓度等，可获得正六面型、球型、链状、岛状等晶形超细CaCO3电石渣原料，用盐酸获得氯化钙，在低温下制备出正六面型和球型晶体CaCO3，粒度为5μm制备氯化钙溶液：Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O沉淀晶体碳酸钙：CaCl2+CO2+H2OCaCO3+H2O+Cl21083℃常压合成的正六面体1091101118℃常压合成的类球型1123.7石灰岩选矿我国石灰岩资源储量大，质量好，大多石灰岩矿山采用洗矿-破碎-分级方法处理矿石以清除地表泥土、沙石粘性泥团的污染，手选占较大比重；国外采用浮选或光电选，处理低品位石灰岩矿石，如美国宾夕法尼亚州通用阿特拉斯水泥公司石灰岩浮选厂，药剂为：捕收剂油酸（140）、皂化塔尔油（360），抑制剂木素磺酸钙（430）甲基异丁醇（100），起泡剂柴油（70），将碳酸钙由71.02%提高至85%113第4章镁质胶凝材料内容提要：⑴氧化镁原料种类⑵菱镁矿高温煅烧特性⑶白云石抑钙富镁煅烧方法⑷镁水泥的相变与硬化体强度⑸镁水泥添加剂⑹菱镁矿选矿重点：氢氧化镁结晶特点难点：氧化镁-氯化镁-水体系的变化1144．1镁质胶凝材料的原料

1．天然菱镁矿magnesite.菱镁矿属碳酸盐矿物，化学式Mg[CO3]2。其中MgO47.81%CO252.19%,根据结晶程度菱镁矿有晶质和非晶质两种。晶质菱镁矿形态呈菱面体结构（图4—1）者很少见，比较常见的是隐晶质菱镁矿，一般呈致密块状，白色或淡黄、浅褐色，不透明，外观与未上釉瓷品相似，故亦称瓷状菱镁矿。硬度4—6，断口呈贝壳状，比密度3—3.5。我国菱镁矿蕴藏量丰富，已探明的含量达28亿吨，主要分布于辽宁、四川、山东、新疆、西藏等地区。我国矿质纯度高，MgCO3占90%以上，铁及碳酸钙等含量较低。115菱镁矿的晶体结构与化学成分表4-1菱镁矿的化学成分举例化学成分（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量辽宁海城0.670.191.010.1246.7851.39山东掖县3.633.360.600.8945.7249.201162天然白云石[CaCO3·MgCO3或CaMg(CO3)2]白云石是碳酸镁与碳酸钙的复盐，理论组成CaCO3：MgCO3=1：1，即CaO

30.41%,MgO21.87%,CO247.72%.有晶质和非晶质二种。天然矿物中，白云石与石灰石存在过度组成，通常MgCO3含量﹥25%称为白云石我国白云石较菱镁矿更广，是发展镁质胶凝材料的重要资源3蛇纹石[3MgO·2SiO2·H2O]镁硅酸盐矿物,MgO37-40%，SiO238-40%，外观呈深绿色与白色似蛇皮而得名。蛇纹石由镁橄榄石和辉石变质而成。1174．2镁质原料的煅烧4．2．1菱镁矿的分解反应氧化镁是菱镁矿煅烧过程中，由碳酸镁分解而成，反应式MgCO3MgO+CO2

400℃600-650℃剧烈反应800~850℃实际生产条件，产物活性大分解1000gMgCO3所需热量大约14.4*105J。1200℃死烧土晶格尺寸减小晶体趋向紧密，失去活性，没有胶凝性118MgO是碳酸镁在煅烧过程中分解而成的，不论是以菱镁矿或白云石以及碱式碳酸镁（MgOH2.4MgCO3.5H2O）等为原料，分解反应均为吸热反应。分解过程中，因分解出二氧化碳与水，所以MgO具有多孔结构。由于煅烧温度与煅烧时间直接影响原料的分解程度及产物（MgO）的结晶状态，因此宜控制在能使原料充分分解（此时产物体系中的内部孔隙最多）又不至于使MgO晶体致密化（过烧）时，所得产品的活性最好。1191204.2.2白云石的分解特点生产苛性白云石时，既应使原料中的MgCO3充分分解而又要避免其中的CaCO3分解，一般煅烧温度宜控制在650~750℃，过高的煅烧温度会生成CaO而对镁质胶凝材料的性能产生不良影响。适宜温度下煅烧的镁质胶凝材料主要是活性MgO和惰性的CaCO3。在上述温度范围内，白云石的分解按下列两步进行，首先是复盐的分解，紧接着是碳酸镁的分解:MgCO3·CacO=MgCO3+CaCO3MgCO3=Mgo+CO2试验研究已经证明，只要控制好白云石的煅烧温度和CO2的分压力，上述的目的地完全可以实现的。121白云石加热失重与温度的变化白云石煅烧过程中温度与窑内气体压力的关系如图4-2所示图中1-为矿石煅烧失重曲线；2-为煅烧升温曲线图4-2表明，CO2气体压力保持latm,温度控制在540~900℃范围内，就不会有CaO产生。如果CO2气体的压力低于latm,温度要向低的方面转移，如果这时再保持900℃的温度，白云石中就可能发生CaCO3分解并生成CaO。

1224.2.3MgO的活性acturation与煅烧温度的关系123氧化镁的晶格常数随煅烧温度变化的关系曲线此图是Mg(OH)2与MgCO3经不同煅烧温度制成的MgO,其晶格常数随煅烧温度变化的试验结果。曲线1和2分别表示MgCO3和Mg(OH)2不同原料。方镁石的晶格常数a=0.42nm,而在400℃煅烧所得Mgo晶格常数增大为0.424~0.425nm.124Mg(OH)2在不同煅烧温度制取的MgO内比表面积试验结果

用Mg(OH)2原料，经不同煅烧温度制取的MgO其内比表面积随温度而变的试验结果见表4-1。它表明随着煅烧温度的提高，MgO的内比表面积显著减少的变化规律。当煅烧温度为400℃左右时，氧化镁的分散度最大，其内比表面积值可达180m2/g。高于这个温度MgO的分散度随之降低，当温度大于1000℃时，重结晶的速度加快，分散度急剧降低。国内外的许多研究结果表明，煅烧MgO的活性随所用原料、煅烧温度及煅烧时间而异，其中影响最大的因素是煅烧温度，当达到MgCO3分解温度后，随着煅烧温度的上升，MgO的活性随之下降。1254．3．镁质胶凝材料的胶凝和硬化4．3．1氧化镁-水体系氧化镁与水拌和后产生下述反应：MgO+H2O=Mg（OH）2氧化镁的水化反应速度决定于本身的水化活性，即主要决定于煅烧温度。表4-2表示MgCO3经不同煅烧温度制取的MgO的水化速度（以水化程度的百分率表示）。该试验结果证明，当煅烧温度提高时，水化速度显著减少。表4-2MgO水化速度与煅烧的关系水化时间(d)煅烧温度（℃）

80012001400175.46.494.723100.023.49.2730/94.7632.8360/97.6/126图4-4不同内比表面积的MgO浆体的水化速度

图4-4不同分散度的MgO水化速度1-32m2/g;2-30m2/g;3-15m2/g4-12.5m2/g此图表示MgO的比面积越大，其水化速度越快。127不同内比表面积的MgO浆体的塑性强度的变化

图4-5不同分散度的MgO浆体的塑性强度的变化

1-32m2/g;2-30m2/g;3-15m2/g4-12.5m2/g试验表明，内比表面积越大的MgO浆体，其硬化体最终的结构强度越小

128加快胶凝和提高强度的措施综上试验结果说明，MgO的比表面积大，水化速度以及其强度发展都较快，但其结构强度的最终值也低。产生这种现象与MgO溶液过饱和度特别高有关实践表明，经一般温度（600-860℃）煅烧出的MgO常温下水化时，其最大浓度为0.8-1.0g/L，而其水化产物Mg(OH)2常温时的平衡溶解度为0.01g/L左右，其相对过饱和度达到80-100，这个数值与其它胶凝材料比是大的，过大的过饱和度会产生大的结晶应力，使形成的结晶网破坏；129由于MgO溶解度较小，若提高MgO溶解度，加快水化过程，但又增大其过饱和度，产生很大的结晶应力，导致结构破坏，使强度显著降低；如果提高煅烧温度，又降低了比表面积，则溶解度更低，水化过程更慢，浆体硬化时间更长，不利于制品生产，这就是MgO应用的障碍。通过生产实践，目前既能使胶凝时间快而又获得较高强度镁质胶凝材料的方法，是围绕降低过饱和度提高溶解度而采取的措施，主要是在镁质胶凝材料制品生产中用MgCl2或者类似作用的水溶液作为MgO的拌合剂1304.3.2氧化镁—氯化镁—水体系有效地使用镁质胶凝材料，一是要加速MgO的溶解；二是要降低体系的过饱和度，而降低过饱和度有效途径是提高水化产物的溶解或者迅速形成复盐。用氯化镁溶液代替水作MgO的调和剂，就是解决上述问题的途径之一。试验证明，以MgCl2溶液代替水来调制MgO时，可以加速其水化速度，并且能与之形成新的水化物相。这种新的水化物相的平衡溶液度比Mg(OH)2高，因此其过饱和度也相应降低。这种用MgCl2溶液调制的镁质胶凝材料就是目前广泛关注的氯氧镁水泥。因由瑞典学者S.Sorel于1867年所发明，故又称索瑞尔水泥（SorelCement）简称镁水泥。1311.氯氧镁材料的相变与强度MgO+MgCl2•6H2O→MgO•MgCl2•6H2O三元化合物K=MgO/MgCl2分子数不同，形成的水化产物不同。工业应用范围K=4—6水化产物形成：5(Mg(OH)2)•1(MgCl2)•8(H2O)(5MgO+1MgCl2+8H2O)==Mg3Cl(OH)5·4H2O增加或降低K值，即提高或减少MgCl26H2O量，将残存MgO或MgCl2参加二次反应，造成硬化体系结晶应力增加，导致产物不稳定。未反应完的MgO和MgCl2·xH2O，在空气中会吸收CO2,形成氯碳酸镁盐[2MgCO3·Mg(OH)2·MgCl2·6H2O，2·1·1·6相]。氯碳酸镁盐与水作用可浸出氯化镁，硬化体并转变为水菱镁矿[4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O，4·1·4相]1322.提高镁水泥耐水性的途径（1）降低水介质的作用根据材料的使用特点，注意使用环境,在制品表面涂刷防水层;在镁水泥的拌制过程中加入少量有机物，如三聚氰胺树脂、脲醛树脂、有机硅等，使相5周围产生高聚物或疏水的保护层，减少氯离子与水分子的接触，从而提高水化物结构的相对稳定性及其而耐水性;（2）掺入适当的添加剂研究结果表明，在镁水泥浆中掺入15%的含有Ca、AI、Fe、Si等元素的活性复合添加剂如红砖粉、赤页岩粉，或适量的粉煤灰、硅藻土等可改善镁水泥的耐水性；（3）使用复合拌水剂氯化镁的吸湿性大，改用硫酸镁（MgSO4·7H2O）、铁矾（FeSO4）等，实践证明，改用硫酸镁和铁矾作调和剂后，可以降低吸湿性，提高耐水性。但是其强度较用氯化镁者为低。工业中常用FeSO4与MgCl2混合溶液。

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4.4氯氧镁材料的性能（1）快硬、轻质高强氯氧镁材料的水化反应是放热反应，最高放热温度可达140℃，预制的坯体无需附加措施常温下即可快硬，在夏季30-35℃环境中，经3-4h的硬化反应就能达到制品脱模强度。氯氧镁材料吸水率≤13%，干收缩率＜0.3%，湿胀率＜0.6%，可配制出0.5-1.89g/cm3的制品，在同种密度下，强度高出水泥制品2倍以上，在无机胶凝材料制品中物理力学性能最高；134（2）与充填材料亲和性好粘结力高氯氧镁材料对植物纤维、木质碎屑和竹类筋材有极好的胶结性与低腐蚀性，可复合形成接近木材的性质的代木产品，氯氧镁结晶体的pH8.0-9.0，弱碱性基体不构成对木材的腐蚀性，使代木的填充料应用耐久；氯氧镁的高黏结力和耐热性，工业上用作刀具的黏结剂和磨具磨料，组成抛光砖磨块。（3）具有良好防火耐温性氧化镁是耐火砖原料，具有很高耐火度。遇高温时氯氧镁材料5Mg(OH)2·MgCl2·8H20结构破坏，首先消耗8个结晶水的汽化能，同时分解释放的氯气具有极好的滞熄性，减弱火焰蔓延，使氯氧镁材料具有防火耐热功能；135（4）氯氧镁制品为浇注成型，产品成品率高，废弃物和板材边角料可粉碎再充填利用。制品可钉、可锯、可刨、可粘贴，可机械加工和涂饰性好；（5）不规范生产的氯氧镁制品容易返卤泛霜、翘曲变形、胀裂等现象，同时氯离子含量达到8-9%，对金属有一定腐蚀性，不宜采用金属增强材料，不可应用作永久性承重结构。1364.5镁质胶凝材料的应用我国极丰富的菱镁矿资源，为发展镁质胶凝材料及其制品提供了很好的条件。

镁质混凝土具有表观密度小、强度高、耐磨、热导率低、隔音性能好且易于施工及可加工性好等优点。在美国、日本、德国及前苏联等应用镁质混凝土制品防火墙体材料、车间地板材料及室内隔音绝热材料等。在我国近期发展也较快，主要应用于机电、仪表等行业的包装箱类；在建筑制品中主要是制作通风道、烟道、垃圾道、内隔墙板、壁橱板及活动房等.在建筑中常用的镁质混凝土制品有刨花板、木屑板、人造大理石、镁纤复合材料制品及多孔制品等。用氯化镁调制的苛性苦土或白云石中加入发泡剂或者加入泡沫，经成型硬化后成为轻质多孔的隔热制品。1374.6含镁矿石选矿含镁矿石（菱镁矿、白云石、蛇纹石）与其它伴生矿物物理特性接近，不能使用重选和磁选，国内外提高矿石品级方法主要是在手选后采用浮选；菱镁矿浮选在碱性矿浆中进行，以胺类捕收剂反浮脱硅，后用水玻璃和六偏磷酸钠抑制含钙矿物，由脂肪酸类浮选菱镁矿。流程图如下1381394.6蓝晶石类矿物选矿蓝晶石类矿物是一组无水铝硅酸岩类矿物，包括蓝晶石、夕线石和红柱石，三者为同质多相变体化学式均为Al2SiO5，我国又简称“三石”蓝晶石类矿物的性质：矿物晶形硬度密度转变温度颜色蓝晶石板状5.5-73.6-3.71100-1480青色夕线石针状7-7.53.2-3.31550-1680灰色红柱石柱状7-7.53.1-3.21350-1450淡红1404.6.1蓝晶石类矿物用途与选矿蓝晶石类矿物经过一定温度(1100-1650℃)煅烧后，变为富铝红柱石（即莫来石）和熔融状SiO2(方石英)；莫来石具有很高的耐火度(1800℃仍稳定)、化学稳定性和良好的机械强度，广泛用于生产耐火材料、氧化铝、硅铝合金和金属纤维以及高级陶瓷蓝晶石类矿物的选矿，有浮选和重选，但以浮选为主，其次是浮-重联合。磁选常用于除去精矿中的磁铁矿和磁黄铁矿、黑云母等；1414.6.2蓝晶石浮选法蓝晶石类矿物主要产出国：美国、印度、南非、法国、加拿大和澳大利亚等；我国只几个矿山建有选矿厂：河北邢台魏鲁蓝晶石矿、黑龙江鸡西夕线石矿、江苏沭阳韩山和河南南阳蓝晶石矿等酸性矿浆pH3.5-4.5，硫酸和氢氟酸调节，石油磺酸盐为捕收剂（500-1000g/t），选择性好；碱性矿浆pH6-8,NaOH调节,脂肪酸及其皂类为捕收剂，水玻璃、乳酸为抑制剂夕线石和红柱石浮选：碱性矿浆，脂肪酸及其皂类为捕收剂，抑制剂有水玻璃、羟甲基纤维素1424.6.3重选粗粒嵌布蓝晶石和红柱石矿石，重选回收可保护粗粒结晶不被过粉碎，我国没见重选实践报道；法国格鲁曼红柱石矿，粗粒自形红柱石含量20%，选矿过程由磁、电选矿和重介质选矿组成，矿石由干式自磨机选择性破碎磨矿；0.3-1.6mm强磁和静电选矿，以清除顺磁性矿物及云母、绿泥石等，然后进行重介质选矿；0-0.3mm风选脱除轻细粉尘，重产物经过2段重介质(FeSi+Fe2O3)旋流器，产出最终精矿(红柱石90%,石英﹤1，Fe2O3﹤1.2)；该矿年处理原矿62万吨，产品6.5万吨，人员85人143第5章水玻璃胶凝材料内容提要：⑴水玻璃的概念与种类⑵水玻璃的性质·波美度⑶水玻璃液/固两种生产方法⑷液体水玻璃的指标调节⑸水玻璃应用⑹石英砂选矿重点：水玻璃性能与用途难点：水玻璃固化机理参考书：硅化合物的生产与应用/戴志成等编成都科技大学出版社1999.51445．1概述水玻璃是硅酸钠的俗名分子式：Na2