建材 第3章 气硬性胶凝材料

建筑材料第三章气硬性胶凝材料扬州大学水利学院第三章气硬性胶凝材料胶凝材料：凡是经过一系列自身的物理、化学作用后，在由可塑性浆体变成坚硬固体过程中，能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料。分类：胶凝材料有机胶凝材料：如沥青、树脂等无机胶凝材料：气硬性：如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃水硬性：各种水泥第三章气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或继续发展强度的无机胶凝材料。水硬性胶凝材料：不仅能在空气中，而且能更好地在潮湿环境和水中硬化，并保持或继续发展强度的无机胶凝材料。第三章气硬性胶凝材料第一节石灰第二节石膏第三节水玻璃第四节镁质胶凝材料第一节石灰原料与生产分类消解硬化性质与特点技术指标应用第三章第一节石灰吟于谦千锤万凿出深山烈火焚烧若等闲粉身碎骨浑不怕

要留清白在人间一、原料与生产石灰的原料是石灰石、白垩，白云质石灰岩或其他主要化学成分为CaCO3的物质，其分布广泛，生产工艺简单，成本低廉。石灰原料经高温煅烧后，即得到生石灰：

为加快煅烧过程，通常温度在1000~1100℃。第三章第一节一、原料与生产煅烧良好的生石灰一般酥松多孔，质地均匀，白色或浅黄色，密度为3.2g/cm3，堆积密度为800~1000kg/m3。煅烧时若温度过低或分布不均，CaCO3不能完全分解，则产生欠火石灰；若温度过高或时间过长，CaO表面融化，冷却后形成玻璃状覆盖物，则产生过火石灰，从而影响生石灰的质量。第三章第一节二、分类

按生石灰中MgO含量的多少分：钙质石灰，MgO含量≤5%镁质石灰，MgO含量＞5%

按加工使用方法分：生石灰块、生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰浆、石灰乳、石灰水等

按消解速度分：快速消解石灰、中速消解石灰和慢速消解石灰，第三章第一节三、消解消解：又称消化、熟化，工程上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消/熟石灰Ca(OH)2的过程。根据加水的多少，消解后的状态有：消石灰粉理论需水32%，实际加水70%，粉末状固体，密度2.1g/cm3，堆积密度400~450kg/m3石灰膏/浆实际加水2.5~3.0倍或更多，沉淀后含水量50%左右，膏体，堆积密度1300~1400kg/m3石灰乳/水实际加水250%以上，悬浊液或溶液第三章第一节三、消解石灰的消解的特点：大量放热比表面积急剧增加，体积增大1~2.5倍石灰粒子在水中形成石灰胶团结构过火石灰、欠火石灰的消解陈伏：当石灰已经硬化，过火石灰才开始熟化，产生体积膨胀，引起结构隆起或开裂。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的过程。第三章第一节四、硬化包括同时进行的三个过程：干燥硬化－周围砌体吸水、水分蒸发结晶硬化－Ca(OH)2晶体析出碳化硬化－碳化生成CaCO3硬化过程必须在空气中进行。第三章第一节四、硬化石灰凝结硬化慢的原因：表面首先碳化，形成致密的CaCO3薄壳，阻碍了内部石灰的进一步碳化；CaCO3薄壳阻碍了内部水分的散发；空气中的CO2含量低。镁质石灰的消解与硬化较慢，产浆量少，但硬化后孔隙率低，强度高。第三章第一节五、性质与特点生石灰良好的吸湿性是很好的吸湿剂、防潮剂石灰膏良好的保水性直径约为1μm的分散状态的Ca(OH)2胶体，其表面吸附一层较厚的水膜，常用作砂浆的保水材料凝结硬化过程慢凝结硬化过程中体积收缩大需蒸发大量游离水，为防止干裂，可加入填充料硬化后的石灰强度低硬化后的石灰耐水性差Ca(OH)2结晶易溶于水，不能用于水中或潮湿环境六、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。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：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》第三章第一节七、应用石灰乳熟石灰的水溶液或悬浊液，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，也可用于外墙。加入各种耐碱颜料，可形成彩色涂料；加入少量水泥、矿渣或粉煤灰，可提高耐水性；加入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。石灰砂浆按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。石灰膏+砂+水，既可用作砌筑砂浆又可用作抹面。石灰膏+纤维+水，多用于抹面。第三章第一节七、应用石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，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，多用于加固地面、密实地面，稳定地基，可在潮湿环境中使用。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。第三章第一节七、应用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，磨细，加水搅拌,压制成形，再经过蒸汽养护，形成以水化硅酸钙为主要产物的硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。第三章第一节七、应用碳化石灰板将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料搅拌成型，然后用CO2进行人碳化，而成的一种轻质板材。用于惰性胶凝材料的激发剂无熟料水泥第三章第一节第二节石膏原料分类与生产硬化性质与特点技术指标应用第三章第二节第二节石膏石膏：以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。目前常用的石膏胶凝材料有建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥和高温煅烧石膏等。早在公元前2000~3000年，人类就已经学会利用石膏，如埃及的金字塔、古罗马建筑和敦煌的莫高窟都是采用了石膏作为胶凝材料。第三章第二节一、原料天然二水石膏CaSO4·2H2O（生石膏）天然无水石膏CaSO4（硬石膏）工业副产品/化学石膏，如磷石膏、烟气脱硫石膏、氟石膏、硼石膏等第三章第二节二、分类与生产根据石膏中含有结晶水的不同可分为：无水石膏CaSO4：也称硬石膏。它结晶紧密，质地较硬，有天然的也可人工生产。天然二水石膏CaSO4·2H2O：也称生石膏。大部分天然石膏矿为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。建筑石膏CaSO4·1/2H2O：也称熟石膏或半水石膏。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（高强石膏）和β型半水石膏（建筑石膏），其中杂质少，色白，磨得较细的β型半水石膏又称为模型石膏。第三章第二节二、分类与生产各种石膏的生产工艺与转化过程：工艺流程：选料→破碎→煅烧→磨细→陈化→成品第三章第二节三、凝结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。建筑石膏与水之间产生的化学反应式为：第三章第二节三、凝结与硬化半水石膏遇水即发生溶解，溶液很快达到饱和，半水石膏水化为二水石膏，因为二水石膏的溶解度比半水石膏的溶解度小得多，二水石膏以胶体微粒自水中析出并转化为晶体。由于二水石膏的析出破坏了原有反应体系的平衡，这时半水石膏进一步溶解和水化。如此不断地进行半水石膏的溶解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化为止。随着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。第三章第二节三、凝结与硬化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，这一现象称为石膏的终凝。石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际是同时交叉进行的。第三章第二节四、性质与特点各种石膏性质与特点：

型半水石膏的晶粒较粗，比表面积较小，调制成浆体时的需水量小（35~45%），硬化后具有较高的密实度和强度，3h抗压强度即可达到9~24MPa，7d抗压强度可达15~40MPa。

型半水石膏的晶体较细，需水量大（80~100%），导致硬化后石膏的孔隙率较大，强度较低。其密度为2.5~2.8g/cm3，堆积密度为800~1200kg/m3。建筑石膏在实际生产与工程中有广泛的应用。第三章第二节四、性质与特点各种石膏性质与特点：可溶性硬石膏的需水量大，凝结很快，强度低，不宜直接使用。不溶性硬石膏难溶于水，加入激发剂后配制成无水石膏水泥。无水石膏水泥具有强度高的特点。高温煅烧石膏由于其中部分CaSO4分解成CaO，CaO起到激发剂的作用，硬化后不仅强度高，耐磨性和抗水性也提高，又称为地板石膏。第三章第二节四、性质与特点建筑石膏技术性质：凝结硬化快。3~30min终凝。孔隙率大，表观密度小，强度低。通常石膏硬化后的表观密度为800~1000kg/m3，抗压强度约为3~5MPa。装饰性好。体积微膨胀，无裂缝，表面光滑细腻饱满。可加工性好。硬化石膏可锯、可刨、可钉。隔热保温性好。导热率低，热容量大。吸音隔声性好。防火性好。短时间内脱水，防止火势蔓延，但长期处于高温环境中，石膏脱水会造成结构崩溃。吸湿性大，耐水性差。不能用于潮湿或室外环境。第三章第二节五、技术指标

半水石膏含量：不小于60%；其他：表3.2主要技术指标（GB9776-2008）第三章第二节技术指标优等品一等品合格品2h强度抗折强度MPa

≥3.02.01.6抗压强度MPa≥6.04.03.0细度0.2mm方筛筛余％≤10.0凝结时间初凝时间min≥3终凝时间min≤30六、应用建筑石膏石膏砂浆及粉刷石膏－用于高级室内抹灰；制备各种石膏板；纸面石膏板：两面用坚韧的纸做护面

纤维石膏板：含纤维材料

装饰石膏板：造型美观，品种多样

空心石膏条板：空心石膏蜂窝板、石膏矿棉复合板、防潮石膏板等

各类装饰石膏线条、花型；用作水泥缓凝剂、涂料填充料；制作建筑雕塑和模型等。第三章第二节六、应用建筑石膏制品第三章第二节六、应用高强石膏一般用于强度要求较高的抹灰工程，装饰制品和石膏板等。无水石膏水泥可用于配置建筑砂浆、保温混凝土、抹灰，制造石膏制品和石膏板等。第三章第二节第三节水玻璃原料与生产硬化性质与特点应用说明第三章第三节第三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。根据碱金属氧化物的不同，水玻璃品种有：硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2硅酸钾水玻璃K2O·nSiO2硅酸锂水玻璃Li2O·nSiO2其中n-水玻璃硅酸盐模数，最常用的是硅酸钠水玻璃。n值越大，水玻璃中胶体组分越多，水玻璃的黏性越大，黏结能力较强，越难溶于水，但却容易分解硬化。第三章第三节一、原料与生产原料1.SiO2

原料：石英砂、砂岩、燧石、硅藻土等；2.Na2O原料：纯碱Na2CO3、硫酸钠Na2SO4、苛性钠NaOH、小苏打NaHCO3等；3.其他原料：碳，在用硫酸盐生产时采用。第三章第三节一、原料与生产

生产方法湿法生产：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热，直接反应生液体水玻璃。干法生产：碳酸盐熔融法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于1300~1400˚C温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃，再在水中加热加压溶解生成液体水玻璃，国内多用此法。Na2CO3+nSiO2=Na2O·nSiO2

+CO2

硫酸盐法：4Na2SO4+2C+4SiO2=4NaO·SiO+4SO2

+2CO2

第三章第三节二、硬化液体水玻璃吸收空气中的CO2，形成无定形二氧化硅凝胶，并逐渐干燥而硬化的过程。Na2O·nSiO2+CO2+mH2O=Na2CO3+nSiO2·mH2O由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行得很慢，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，促使二氧化硅凝胶加速析出。Na2SiF6的用量为水玻璃质量的12%~15%，掺量过多或过少的都有弊端。2(Na2·nSiO2)+Na2SiF6

+mH2O=6NaF

+(2n+1)SiO2·mH2ONa2SiF6有毒，使用要注意安全。第三章第三节三、性质与特点粘结力强。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的二氧化硅凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。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。但不耐碱性介质侵蚀。耐热性高。水玻璃不燃烧，硬化后形成SiO2空间网状骨架，在高温下二氧化硅凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。第三章第三节四、应用加固地基将液体水玻璃和CaCl2溶液通过金属管交替压入土层，两种溶液发生化学反应，析出吸水膨胀的硅酸凝胶，包裹土壤颗粒并填充其空隙。因此，不仅可以提高基础的承载力，还可提高抗渗能力。涂刷或浸渍材料将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，涂刷或浸渍粘土砖、硅酸盐制品、混凝土、木材等多孔材料，可使材料的密实度、强度、耐久性均得到提高。这是因为水玻璃或与材料中的Ca(OH)2反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙，或析出的硅酸凝胶有利于材料保护。不能用于石膏制品第三章第三节四、应用配制水玻璃砂浆或水玻璃混凝土将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成的水玻璃砂浆，具有防水特性，可用于修补裂缝、堵漏。将一定比例水玻璃掺入砂浆或混凝土，可使砂浆或混凝土速凝，可用于抢险堵漏工程。配制耐酸砂浆或耐酸混凝土不耐氢氟酸。配制耐热砂浆或耐热混凝土第三章第三节五、说明性能的调配：1．不改变浓度与模数，加入尿素，可在不提高粘度的同时，增加粘结力。2．若水玻璃在使用中模数不合要求，导致粘结力等性能不符，则通过加入NaOH来降低模数，或加入硅酸或无定形SiO2来提高模数。3．可通过加水稀释或加热浓缩来改变浓度。第三章第三节五、说明运输与存放：不能用木质容器或用木塞，因为木材被碱性溶液浸蚀，会使水玻璃着色而影响质量。不能用镀锌容器，因Zn太活泼，易与碱反应生成氢气。一般可用玻璃瓶、铁桶、塑料桶等。但不论何种容器，应注意密封，以防与CO2和H2O反应。水玻璃在10℃下可能结冰，应保持贮存温度。加入促硬剂Na2SiF6时应注意安全，NaSiF6为白色结晶，在工地易当成白糖或食盐而误食。不能长时间敞开存放，若表面水分蒸发，易结皮，从而影响质量。模数大的水玻璃易结皮。第三章第三节第四节镁质胶凝材料镁质胶凝材料：是以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料菱苦土苛性白云石第三章第四节一、菱苦土菱苦土是一种白色或浅黄色的粉末，其主要成分是氧化镁MgO。密度为3.1~3.4g/cm3，堆积密度为800~900kg/m3。菱苦土作为胶凝材料与石灰的原理不同，石灰的最终反应化学原理是Ca(OH)2→CaCO3，生成物要求是CaCO3，而菱苦土的反应生成物是Mg(OH)2。生产菱苦土的原料为：菱镁矿、白云石、蛇纹石、化工副产品等。第三章第四节一、菱苦土将原料在750~850℃温度下煅烧后磨细即得到菱苦土。MgCO3=MgO+CO2

在原料煅烧过程中，应使MgCO3充分分解，并避免CaCO3分解，因为煅烧过程中生成的CO2，会对菱苦土性能产生负面影响。这样所得到的菱苦土就是活性MgO和惰性的CaCO3混合物。煅烧最适宜温度与原材料中的化学组成、结构状态有关。煅烧温度也直接影响菱苦土的水化速度。煅烧温度低，则水化速度快，但可能MgCO3不能充分分解。第三章第四节一、菱苦土菱苦土用水拌和后，将发生MgO+H2O=Mg(OH)2反应。在纯水中，这个反应很慢，且硬化后的Mg(OH)2酥松无胶凝性，强度很低。因此，一般不用水，而使用某些盐溶液来调配菱苦土浆体。如MgCl2、MgSO4、FeCl3、FeSO4等。用MgCl2做调凝剂，硬化