模块二 气硬性无机胶凝材料

模块二气硬性无机胶凝材料1、概述胶凝材料定义：经过一系列的物理、化学作用后,由液体或膏状体变为坚硬的固体,同时将砂、石、砖、砌块等散粒或块状材料胶结成整体并具有一定机械强度的材料,统称为胶凝材料。胶凝材料按化学成分分有机胶凝材料（沥青）无机胶凝材料按硬化条件分气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料：是指只能在空气中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料：是指不仅能在空气中硬化,而且能更好地在水中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料。如各类水泥。这二类材料的实质在于耐水性，决定了材料的使用环境。2、石灰一、石灰的生产二、石灰的熟化三、石灰的硬化四、石灰的分类五、石灰的性能六、石灰的应用七、石灰的标准八、石灰的储存与保管思考：在砌筑工程中，是否可以直接用磨细的生石灰粉配制石灰砂浆？1.原料以CaCO3为主要成分的岩石（含有一定量的MgCO3及粘土杂质）。2.1石灰一、石灰的生产石灰岩石灰吟明·于谦

千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。

粉骨碎身浑不怕，留清白在人间。

（石头）只有经过多次撞击才能从山上开采出来。它把烈火焚烧看成平平常常的事，即使粉身碎骨也毫不惧怕，甘愿把一身清白留在人世间。

2.生产过程2.1石灰一、石灰的生产同时：3.生产过程中对石灰质量有影响的因素2.1石灰一、石灰的生产（1）煅烧的温度和时间：a：欠火石灰：CaCO3未完全分解，石灰中有效成分的含量低；b：正火石灰：煅烧的温度和时间控制正常c：过火石灰：煅烧温度偏高，或时间过长。出现：已分解的CaO体积收缩，变得致密已分解的CaO与原料中的SiO2及Al2O3等杂质熔结

结果：生石灰的熟化速度慢，影响工程质量。为保证生产效率，又不至形成过火石灰，煅烧的温度宜控制在1000℃。（2）原料中MgCO3的含量形成：a：钙质石灰MgO含量≤5%b：镁质石灰MgO含量﹥5%（3）原料中粘土杂质的含量影响石灰的色质，严重时可使石灰变成水硬性。2.1石灰二、石灰的熟化（消解、淋灰）过程：CaO+H2O→Ca(OH)2+Q（有时也写成64.9KJ/64.88KJ/64.8KJ）特点：1.放热量大，放热速度快；2.体积膨胀大，1～2.5倍。未分解的石灰石颗粒不能与水反应，过火的石灰颗粒与水反应的速度慢，故石灰熟化过程中需进行:过筛：筛除未分解的石灰石颗粒、较粗的过火颗粒。陈伏：为保证石灰的完全熟化，将石灰膏在储灰池中存放二周以上,在这一过程中，石灰膏表面应保留一层水或用其他材料覆盖，避免石灰膏与控释接触而碳化，需请注意与空气的隔绝。

为什么？2.1石灰二、石灰的熟化（消解、淋灰）为什么石灰膏面层要储水保养？学与问：探索与发现：当熟化时石灰中加入大量的水，则生成浆状石灰膏。通常在沉淀池中进行石灰膏的生产，即将块状生石灰用水冲淋，通过不大于3cm×3cm筛网过滤，且熟化时间不得少于7d。沉淀池中的石灰膏面层必须储水保养，其目的是隔断与空气直接接触，防止石灰干硬固化和碳化固结，以避免影响正常使用的效果。2.1石灰三、石灰的硬化干燥结晶与碳化硬化同时进行。Ca(OH)2+H2O+nH2O→CaCO3+（n+1）H2O特点：1、凝结硬化速度慢2、硬化时体积收缩大,硬化后强度低；3、耐水性差，因为硬化石灰浆体的主要成分是氢氧化钙，而氢氧化钙可微溶解于水。造成以上二个特点的原因：

氢氧化钙颗粒细小，吸附水的能力强，（颗粒周围有大量的较厚的水膜，脱水难、慢，且体积收缩大，潮湿时易吸水）。空气中二氧化碳浓度低，碳化速度慢（碳化时体积也收缩）。碳化在表面，干燥在内部。表面形成致密的碳化壳，使二氧化碳不易渗入，内部水分不易蒸发，所以速度慢。2.1石灰四、石灰的分类成品加工块状生石灰生石灰粉消石灰粉

化学成分（MgO的含量）钙质石灰镁质石灰熟化速度快熟石灰中熟石灰慢熟石灰2.1石灰五、石灰的性能1.保水性、可塑性好；2.凝结硬化慢、强度低；3.干燥时体积收缩大；4.耐水性差；5.吸湿性强。2.1石灰思考：在建筑工程中，石灰有哪些用途？2.1石灰六、石灰的应用石灰按是否消解及消解时加水量的多少分为：1.磨细生石灰粉：用于制作硅酸盐制品、石灰碳化制品2.消石灰粉：用于拌制灰土、三合土，制作硅酸制品3.石灰膏：用于拌制灰浆、砂浆4.石灰浆：用于粉刷；砌筑工程；抹面工程2.1石灰七、石灰的标准思考：石灰的技术标准有哪些？

由成品加工划分的三类原料（生石灰、生石灰粉、消石灰粉）来根据石灰的有效氧化钙、有效氧化镁的含量，二氧化碳含量，未消化残渣含量，产浆量，细度游离水量，体积安定性等技术性质，将三类原料的技术指标划分为优等品、一等品、合格品。（P36-37）每一类的对比指标是不一样的。但是各项指标都要严格控制，最后三个等级的材料品种的价格也不一样。2.1石灰八、石灰的储存与保管空气中有水份和CO2故储存时应注意：防潮、防湿，并远离易燃易爆品。储存期一般不超过一个月，需长期储存可制成石灰膏但应注意与空气隔绝。恶性循环2.2石膏一、石膏的生产二、石膏的凝结与硬化三、建筑石膏的特点四、建筑石膏的应用与发展五、建筑石膏的验收与储存六、建筑石膏的技术性能1.原料天然二水石膏(CaSO4·2H2O),软石膏、生石膏，可制造各种性质的石膏。生石膏粉加水不硬化，无胶结力。天然无水石膏(CaSO4),硬石膏，只可用于生产石膏水泥。2.2石膏一、石膏的生产思考：在火力发电厂的烟气中通常有大量的SO2，直接排放将严重污染空气，应如何让回收再利用？2.2石膏一、石膏的生产目前通常采用以石灰石浆液为脱硫剂，通过向吸收塔内喷入吸收剂浆液，与烟气充分接触混合，并对烟气进行洗涤，使得烟气中的SO2与浆液中的CaCO3以及鼓入的空气反应，生产二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，称为脱硫石膏。脱硫石膏的特性与天然生石膏相似，目前已得到广泛应用。2.生产过程：2.2石膏一、石膏的生产2.2石膏一、石膏的生产3.熟石膏的种类2.2石膏一、石膏的生产（1）β型半水石膏(β-CaSO4·0.5H2O),即建筑石膏,为常用。（2）α型半水石膏(α-CaSO4·0.5H2O),结晶较粗，施工时拌和用水量小，具有较高的强度，故称为高强石膏。（3）α型或β型可溶性硬石膏，较半水石膏凝结快，但强度较低。（4）不溶性硬石膏，难溶于水，无凝结力或有极缓慢的凝结作用。（5）煅烧石膏(CaSO4+CaO)中，部分硬石膏分解为CaO，起激发作用，使其重获凝结能力，经适当配制和磨细，可成硬石膏水泥。2.2石膏二、石膏的凝结与硬化理论用水量为石膏用量的18.6%，但为了使石膏浆体达到施工要求的流动性，用水量往往达到60～80%。2.石膏的凝结硬化1.凝结硬化快原因：半水石膏溶解度大；二水石膏的溶解度小（为前者的1/5左右）。时间：初凝不小于6分钟；终凝不迟于30分钟；完全硬化约需一周。2、孔隙率大、表观密度小、强度低β型半水石膏理论用水量为石膏质量的18.6%，但实际用水量达60～80%，才能达到施工要求的流动性。α型半水石膏，晶粒粗大，在达到相同流动性的条件下，需水量少，故而强度高。3、凝结硬化时体积膨胀石膏浆体在凝结硬化时，约产生1%的体积膨胀。这使石膏具有较强的装饰性、可用于浇注模型的原因所在。2.2石膏三、建筑石膏的特点4、防火性好、耐火性差石膏制品为CaSO4·2H2O遇火后，结晶水蒸发，吸收热量；形成的无水石膏为良好的绝热、阻燃材料，二水石膏脱水强度降低。5、隔热性和吸声性好石膏制品中含有大量的开口孔隙，且孔径尺寸小。6、具有一定的调温调湿性石膏的导热系数小、比热容大；石膏为亲水性材料，且孔隙率大，开口孔隙多，吸水性强。7、耐水性和抗冻性差石膏硬化后在潮湿环境中，晶体间的粘结力会下降，从而引起强度的降低。在水中，晶体会溶解而引起破坏，石膏的软化系数为0.2～0.3石膏制品中含有大量的开口孔隙，故抗冻性差2.2石膏三、建筑石膏的特点1、室内抹灰和粉刷（光滑、细腻、洁白）2、建筑装饰制品（雕塑制品）3、石膏板2.2石膏四、建筑石膏的应用与发展纤维石膏板

纤维石膏板

石膏砌块

石膏空心条板

一般采用袋装；防潮；注意产品包装上的标记；不得混入杂物；自生产之日算起，储存期三个月，超过则必须重新检验。2.2石膏五、建筑石膏的验收与储存按凝结时间、细度、抗折、抗压强度指标分为三级，即3.0、2.0、1.6。2.2石膏六、建筑石膏的技术性能水玻璃是一种碱金属硅酸盐。最常用的是硅酸钠水玻璃(Na2O·nSiO2)，还有硅酸钾水玻璃(K2O·nSiO2)。2.3水玻璃（泡花碱）一、水玻璃的生产二、水玻璃的硬化三、水玻璃的性质四、水玻璃的应用2.3水玻璃（泡花碱）水玻璃为硅酸钠液体状态，南方多称水玻璃，北方多称泡花碱。硅酸钠俗称水玻璃液体硅酸钠无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为"胶体"。

水玻璃分为钠水玻璃和钾水玻璃两类，俗称泡花碱。钠水玻璃为硅酸钠水溶液，分子式为Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz。钾水玻璃为硅酸钾水溶液，分子式为K2O.nSiOz。土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水。当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。

钠水玻璃分子式中的n称为水玻璃的模数，代表Na2O和SiO2的分子数比，是非常重要的参数。n值越大，水玻璃的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。当n大于3.0时，只能溶于热水中，给使用带来麻烦。n值越小，水玻璃的粘性和强度越低，越易溶于水。故土木工程中常用模数n为2.6～2.8，既易溶于水又有较高的强度。

我国生产的水玻璃模数一般在2.4～3.3之间。水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）常用密度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.36～1.50g/cm3，相当于波美度38.4～48.3。密度越大，水玻璃含量越高，粘度越大。

2.3水玻璃（泡花碱）1.原料：磨细石英砂与碳酸钠2.3水玻璃（泡花碱）一、水玻璃的生产所制成的为固体水玻璃。固体水玻璃装进蒸压釜内，通入水蒸汽加热使其溶解，可制成液体水玻璃。1.过程2.3水玻璃（泡花碱）二、水玻璃的硬化与空气中的二氧化碳作用，无定形硅胶，逐渐干燥而硬化。2.特点硬化速度很慢。为加速其硬化，常加入促硬剂—氟硅酸钠Na2SiF6(水玻璃用量的12～15%)。2.3水玻璃（泡花碱）三、水玻璃的性质1.粘结强度高硅酸凝胶具有较强的粘结力，且有阻塞毛细孔隙防止渗透的作用。2.耐热性好硅酸凝胶在高温下更加干燥，强度不会降低，反会提高。3.耐酸性好但氢氟酸、过热(300℃以上)磷酸、高级脂肪酸、油酸除外。4.耐碱性、耐水性差1）水玻璃即使