建筑材料课件五

第四章无机胶凝材料

只能在空气中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料称为气硬性无机胶凝材料。不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料称为水硬性无机胶凝材料。土木工程中常用的气硬性无机胶凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。4.1石灰

天然碳酸岩类岩石——（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：生石灰（堆积密度为800~1000kg/m3)一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰—氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”：生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。是不能消解使用的废品。第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，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。为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，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。2.石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（１）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（２）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：

碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。二.建筑石灰的技术指标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：<土木工程材料>

JC/T479-1992建筑生石灰

JC/T480-1992建筑生石灰粉

JC/T481-1992建筑消石灰粉钙质生石灰MgO≤5%；钙质消石灰粉MgO≤4%

镁质生石灰MgO﹥5%镁质消石灰粉MgO﹥4%三.石灰的技术性质（1）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1μ）的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)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。（3）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）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。四.石灰的应用（1）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。（2）石灰土（灰土）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。（3）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，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。4.2建筑石膏石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。2.1石膏的原料、分类及生产根据石膏中含有结晶水的多少不同可分为：（1）无水石膏（ＣaSO4）：也称硬石膏，它结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也称生石膏或二水石膏，大部分自然石膏矿为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。（３）建筑石膏（ＣaSO4·1/2H2O）也称熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根据其内部结构不同可分为α型半水石膏和β型半水石膏：

建筑石膏通常是由天然石膏经压蒸或煅烧加热而成的。常压下煅烧加热到107℃～170℃，可产生β型建筑石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）124℃条件下压蒸（1.3大气压）加热可产生α型建筑石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此又称为高强石膏。当加热温度超过170℃时，可生成无水石膏，只要温度不超过200℃，此无水石膏就具有良好的凝结硬化性能。2.2辈建筑凭石膏的行水化与牙硬化建筑石希膏与适丸量水拌田合后，奸能形成朝可塑性筐良好的锄浆体，副随着石竞膏与水衰的反应宏，浆体街的可塑月性很快杆消失而什发生凝修结，此溉后进一提步产生纲和发展怖强度而启硬化。建筑石沿膏与水抢之间产史生化学蒜反应的临反应式届为：此反应随实际上梁也是半为水石膏稿的溶解焦和二水嫁石膏沉么淀的可尽逆反应信，因为泉二水石那膏溶解虎度比半剧水石膏引的溶解种度小得染多，所映以此反榆应总体鞭表现为秤向右进报行，二饿水石膏革以胶体次微粒自苗水中析猎出。随着二云水石膏剑沉淀的壶不断增抄加，就虹会产生靠结晶，似结晶体屠的不断愤生成和尽长大，描晶体颗乔粒之间育便产生章了磨擦嗓力和粘趟结力，免造成浆色体的塑哀性开始劳下降，叛这一现众象称为竹石膏的初凝；而后随虎着晶体颗纷粒间磨擦消力和粘结呼力的增大段，浆体的惯塑性很快讽下降，直孟至消失，较这种现象估为石膏的终凝。石膏终凝扮后，其晶争体颗粒仍午在不断长叫大和连生菌，形成相反互交错且改孔隙率逐散渐减小的氏结构，其电强度也会哑不断增大许，直至水窗分完全蒸奥发，形成斜硬化后的因石膏结构跪，这一过翻程称为石艺膏的硬化。石膏浆外体的凝结劝和硬化，敲实际上是呼交叉进行此的。2.3朽建筑葛石膏的粗技术要贵求建筑石膏赠的技术要起求有强度吃、细度和案凝结时间反。并按强疑度和细度遗分为优等品、一等品和合格品。具体技如术要求见GB9膊776液-19询88。集”建筑材与料“P28表4-轻4）建筑石膏极的技术性白质（１）凝沃结硬化速驳度快建筑石沸膏的浆迹体，凝厦结硬化另速度很拖快。一宣般石膏砖的初凝薪时间仅盆为10min左右，秀终凝时苏间不超槽过30min蜓，这对于辽普通工铜程施工卡操作十葬分方便牛。有时遵需要操漂作时间秃较长，泼可加入桐适量的彩缓凝剂乞，如硼收砂、动眉物胶、层亚硫酸讲盐酒精移废液等（２）逼凝结硬坟化时的第膨胀性建筑石膏柳凝结硬化督是石膏吸洲收结晶水抵后的结晶板过程，其挎体积不仅痰不会收缩喜，而且还攀稍有膨胀否（0.2叫%~1.5躁%），己这种膨税胀不会帜对石膏别造成危数害，还命能使石脸膏的表剪面较为猛光滑饱励满，棱仇角清晰衬完整、线避免了栽普通材掩料干燥里时的开稿裂。（３）投硬化后机的多孔贺性，重电量轻，赌但强度摄低建筑石膏万在使用时丘，为获得挎良好的流西动性，常福加入的水快分要比水杠化所需的读水量多，代因此，石译膏在硬化见过程中由眯于水分的统蒸发，使狗原来的充献水部分空敬间形成孔唉隙，造成吗石膏内部凳的大量微络孔，使其方重量减轻披，但是抗换压强度也皱因此下降抓。通常石摆膏硬化后戏的表观密竖度约为８捎00kg／ｍ3～100纽奉0kg／ｍ3，抗压旺强度约独为３ＭPa～5ＭPa。（４）良殿好的隔热浑和吸音和枝“呼吸”竖功能石膏硬化花体中大量察的微孔，胖使其传热盼性显著下艺降，因此芹具有良好惧的绝热能奥力；石膏宣的大量微辛孔，特别琴是表面微傍孔对声音赠传导或反唯射的能力疗也显著下帅降，使其泉具有较强呼的吸声能扬力。大热酬容量和大珠的孔隙率原及开口孔迅结构，胶使石膏具根有呼吸水达蒸气的功陪能。（５）防厚火性好，考但耐水性严差硬化后假石膏的苍主要成米分是二奔水石膏店，当受库到高温弓作用时念或遇火裙后会脱游出21侨%左右凶的结晶强水，并播能在表奴面蒸发扛形成水夏蒸气幕睁，可有究效地阻消止火势丛的蔓延理，具有林良好的号防火效迟果。由于硬称化石膏想的强度柄来自于靠晶体粒页子间的帆粘结力币，遇水像后粒子且间连接悲点的粘南结力可宝能被削受弱。部进分二水梦石膏溶驰解而产畅生局部社溃散，团所以建样筑石膏抹硬化体蜜的耐水出性较差兆。（6）有沟良好的装趋饰性和可筑加工性石膏表并面光滑眠饱满，材颜色洁侨白，质纺地细腻替，具有策良好的犁装饰性虏。微孔钓结构使也其脆性叨有所改持善，硬坏度也较糕低，所匙以硬化川石膏可珍锯、可广刨、可座钉。具恼有良好绞的可加尊工性。2.4建筑石质膏的应常用（1）逝石膏砂言浆及粉刷勺石膏（2）辨建筑首石膏制准品：石洁膏板、括石膏砌烛块等(3）怨制作等建筑雕韵塑和模宗型4.3.饮水玻璃水玻璃俗称泡花孕碱，由碱录金属氧化归物和二氧砍化硅组成麦，属可溶麻性的硅酸洋盐类。根据碱乔金属氧拿化物的悲不同，岛水玻璃躲有:纯硅境酸钠水朗玻璃（Na2O·ｎSiO2）、硅酸钾贺水玻璃金Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、硅酸锂亲水玻璃胜（Ｌi2O·ｎSiO2）等品种崇，最常抄用的是硅酸钠水抄玻璃。（称为水玻剂璃模数）根据水玻更璃模数的喝不同，又术分为“碱竿性”水玻已璃（ｎ＜撞３和“中名性”水玻尺璃（ｎ≥朱3）。实萌际上中性毛水玻璃和撒碱性水玻炭璃的溶液怒都呈明显浴的碱性反确应。3.1键水玻弟璃的生挑产生产水玻倒璃的方法经分为湿法赛和干法两阀种。湿值法生产硅消酸水玻璃扁是将石英茫砂和苛性扣钠溶液在耐压蒸锅内贼用蒸汽加狸热。直接弯反应生液灶体水玻璃播。干法孩生产硅酸畜钠水玻璃和是将石英誉砂和碳酸贷钠磨细拌貌匀，在熔望炉中于1芒300~140驱0˚C温度下熔测化，按下宣式反应生杠成固体水桶玻璃。固恢体水玻璃册于水中加伏热溶解而册生成液体宗水玻璃。叮其反应式趁为：3.2酬水玻璃汽的硬化液体水筝玻璃在军空气中限吸收二钱氧化碳锣，形成芬无定形奋硅酸凝阻胶，并夜逐渐干息燥而硬泰化：由于空气端中CO2浓度较棍低，这催个过程饮进行的托很慢，卷为了加骨速硬化饺和提高摘硬化后抚的防水架性，常近加入氟里硅酸钠Na2SiF6作为促趟硬剂，登促使硅暂酸凝胶犬加速析罢出。氟盒硅酸钠鄙的适宜天用量为炒水玻璃钢重量的禾12％晃～１５碍％。3.3临水玻悄璃的技止术性质（１）割粘结力尿强。挪水玻璃你硬化后六具有较井高的粘欲结强度检、抗拉械强度和夜抗压强乒度。另风外，水船玻璃硬都化析出鲜的硅酸百凝胶还凡有堵塞映毛细孔魔隙而防居止水分按渗透的肌作用。（２）搅耐酸性之好。谅硬化后斧的水玻储璃，其纠主要成贯分是ＳiO2，具有高度肆的耐酸性艇能，能抵担抗大多数盟无机酸和探有机酸的坏作用。但塞其不耐碱争性介质侵漆蚀。（３）能耐热性庆高水丢玻璃不崇燃烧，雕硬化后默形成ＳiO2空间网棍状骨架买，在高绢温下硅税酸凝胶孟干燥得屡更加强嫁烈，强替度并不量降低，惧甚至有竹所增加浩。3.4帜水玻瞎璃的应知用（１）用范作涂料，堡涂刷材料球表面直接将赛液体水闭玻璃涂由刷在建消筑物表希面，或净涂刷粘殊土砖、似硅酸盐宝制品、搁水泥混路凝土等尸多孔材逼料，可慨使材料爷的密实辨度、强镰度、抗优渗性、泡耐水性挠均得到懂提高。这是因为弄水玻璃与舱材料中的梦Ｃa（O拾H）2反应生成虚硅酸钙凝拢胶，填充璃了材料间饮孔隙。反应式为肯：同时硅抵酸钠本急身硬化浸所析出闭的硅酸掩凝胶也壳有利于镰材料保菌护。选搬用不同督的耐火保填料，烟还可配按制不同眯耐热度宁的水玻疮璃耐热掏涂料。（2）配检制防水剂以水玻逆璃为基到料，配舱制防水碎剂。例扭如：四燥矾防水检剂是以宰蓝矾(株硫酸铜臂)、明库矾（钾连铝矾）忠、红矾婆（重铬唉酸钾）明和紫矾吧（铬矾林）各１葱份，溶拘于60争份的沸复水中，这降温至许５０℃精，投入四400妨份水玻具璃溶液予中，搅衬拌均匀剑而成的促。这种凡防水剂竖可以在朵1min内凝结,损适用于课堵塞漏洞惠、缝隙等岁局部抢修衡。（3）加脊固土壤将模数哥为２.秒５～３宽的液体钱水玻璃绝和氯化卫钙溶液怒通过金荡属管交字替向地丈层压入顿，两种光溶液发巧生化学持反应，伞可析出神吸水膨金胀的硅找酸胶体羡，包裹痒土壤颗躁粒并填绝充其空忠隙，阻达止水分漆渗透并聪使土壤钳固结。厉用这种眨方法加胁固的砂害土，抗湖压强度也可达３～６Ｍ宾Ｐａ。(4环)掉配制水册玻璃砂叛浆。将水玻璃黑、矿渣粉合、砂和氟买硅酸钠按传一定比例穗配合成砂组浆,可用薪于修补墙抖体裂缝。（５）冻配制耐筐酸砂浆莫、耐酸精混凝土吼、耐热箭混凝土用水玻璃挽作为胶凝曾材料，选陶择耐酸骨挪料，可配侍制满足耐竞酸工程要桌求的耐酸知砂浆、耐蓄酸混凝土喷。选择不另同的耐热新骨料，可交配制不同崭耐热度的值水玻璃耐狗热混凝土灿。例3-1某单位腿宿舍楼液的内墙柜使用石欣灰砂浆殖抹面。浴数月后役，墙面种上出现本了许多在不规则阿的网状星裂纹。丸同时在准个别部贱位还发暑现了部良分凸出弱的放射惹状裂纹小。试分雪析上述严现象产修生的原边因。例3-达2既然石灰杀不耐水，颤为什么由玻它配制的荒灰土或三环合土却可亭以用于摧基础的垫舒层、道路退的基层等幸潮湿部位站？例3-馒3建筑石戴膏及其刘制品为喘什么适阀用于室肝内，而叉不适用暖于室外木使用？例3-4水玻璃定的化学累组成是献什么？叠水玻璃臂的模数灿、密度饲（浓度剂）对水攻玻璃的旱性能有弟什么影拿响？例3-吐1某唤单位宿向舍楼的仿内墙使泳用石灰庸砂浆抹常面。数索月后，描墙面上渣出现了绝许多不她规则的庭网状裂包纹。同似时在个杆别部位鉴还发现磁了部分盒凸出的勿放射状仍裂纹。敬试分析娇上述现荷象产生该的原因傍。解桥石灰砂清浆抹面唇的墙面架上出现找不规则痒的网状腊裂纹，阅引发的剪原因很材多，但薪最主要谢的原因楚在于石够灰在硬兵化过程良中，蒸姓发大量表的游离杆水而引圣起体积炼收缩的门结果。亦墙串面上个点别部位楚出现凸客出的呈守放射状史的裂纹地，是由虚于配制脉石灰砂愈浆时所针用的石蔑灰中混龄入了过见火石灰粗。这部音分过火归石灰在慨消解、斧陈伏阶腊段中未久完全熟眠化，以感致于在斑砂浆硬莫化后，沸过火石稀灰吸收谷空气中横的水蒸锁汽继续听熟化，疤造成体起积膨胀珠。从而卖出现上生述现象非。例3-2可既然石坡灰不耐水懒，为什么培由它配制狠的灰土或著三合土却谱可以用阵于基础的寄垫层、道梨路的基层言等潮湿部烈位？解：石灰兔土或三合粱土是由消分石灰粉和刻粘土等按崖比例配制妄而成的。暑加适量的纯水充分拌车合后，经汉碾压或夯挽实，在潮贱湿环境中州石灰与粘甜土表面的粉活性氧化度硅或氧化追铝反应，朵生成具有络水硬性的槐水化硅酸辅钙或水化啊铝酸钙，船所以灰土晶或三合土浓的强度和戴耐水性会达随使用时白间的延长扇而逐渐提意高，适于锅在潮湿环停境中使用脖。再者，由代于石灰的醒可塑性好咱，与粘土裤等拌合后热经压实或鸦夯实，使星灰土或三划合土的密谨实度大大处提高，降日低了孔隙忧率，使水爪的侵入大报为减少。雹因此灰土株或三合土示可以用于雀基础的垫竖层、道路搅的基层等调潮湿部位潮。例3-毅3建艇筑石膏扣及其制贵品为什洋么适用混于室内侧，而不占适用于输室外使本用？解

建堆筑石膏测及其制缸品适用钩于室内宜装修，博主要是学由于建般筑石膏补及其制得品在凝侍结硬化躬后具有板以下的华优良性宽质：墙（1）关石聋膏表面竿光滑饱股满，颜景色洁白犬，质地熟细腻，楚具有良隶好的装臣饰性。怖加入颜咳料后，傅可具有初各种色绵彩。建做筑石膏傻在凝结子硬化时魂产生微批膨胀，稠故其制逗品的表南面较为尿光滑饱瘦满，棱敌角清晰滴完整，照形状、虽