砌体材料的检测与应用-气硬性胶凝材料的检测与应用

1“胶凝材料”的具体含义是什么？

建筑材料中，凡是自身经过一系列物理、化学作用，或与其他物质（如水等）混合后一起经过一系列物理、化学作用，能由桨体变成坚硬的固体，并能将散粒材料（如砂、石等）或块、片状材料（如砖、石块等）胶结成整体的物质。胶凝材料可以分为哪些种类？胶凝材料按其化学组成，可分为有机胶凝材料(如沥青、树脂等)与无机胶凝材料(如石灰、水泥等)。无机胶凝材料又称矿物胶凝材料，它根据硬化条件可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。

气硬性胶凝材料？水硬性胶凝材料？

气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如水泥。一、石灰经过千万次锤打才从深山里开采出，对熊熊烈火的焚烧看得跟平常事一样。即使粉身碎骨也都无所畏惧，只为把一片清白长久保存在人间。

《石灰吟》于谦千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。石灰的产生1、原材料生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品，主要成分为CaCO3。2、生产工艺——煅烧石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。生石灰CaCO3+178kJ/mol⇌CaO+CO2↑在空气中950℃下经过1h的煅烧而获得的石灰（SEM，放大400倍）CaCO3的分解压力与温度的关系碳酸钙在各种温度下的分解压力温度（℃）分解压力温度（℃）分解压力（mmHg）(Pa)(atm)(MPa)5500.41558981.0000.1006052.30307960.51.1510.11770123.030669371.7700.179800180.0239921082.58.8920.900852381.0507831157.716.6871.691891684.0911701220.334.3333.479

为了使反应向正方向进行，必须适当提高煅烧温度并及时排除CO2气体，以降低周围介质中CO2分压，使其压力小于该温度下CO2的分解压力。

土窑

立窑回转窑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的内核—欠火石灰烧制温度过高或时间过长，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—过火石灰表面被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。煅烧石灰石(内含CaCO3)温度在900℃左右时温度过高时温度过低时正火石灰欠火石灰过火石灰石灰的分类1、根据石灰中氧化镁的含量分类钙质生石灰MgO≤5%；镁质生石灰MgO>5%；硬化速度慢，但强度较高钙质消石灰粉MgO＜4%；镁质消石灰粉4%≤MgO＜24%；白云石消石灰粉24%≤MgO＜30%；MgCO3==MgO+CO2700℃石灰的分类2、根据成品加工方法不同分类块灰，主要成分为CaO;磨细生石灰粉;消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2;石灰膏，主要成分为Ca(OH)2和H2O;石灰乳，主要成分为Ca(OH)2和H2O;石灰的熟化（消化、消解）1、生石灰的熟化2、消石灰形成过程的反应步骤CaO吸水；中间产物CaO·2H2O；转化反应CaO·2H2O→Ca(OH)2+H2O；凝聚、硬化。CaO+H2O⇌Ca(OH)2+64.9kJ/mol消石灰（一）水化热高（二）需水量大

理论需水量32%蒸发水量37%实际需水量70%左右

胶凝材料水化时放出的热量种类热量放的出时间热量（J/g）石灰1h1156半水石膏1h113普通硅酸盐水泥1d126普通硅酸盐水泥3d360普通硅酸盐水泥28d402石灰熟化的特点（三）体积膨胀石灰-水系统中体积变化的情况反应式分子量比密度系统的绝对体积（cm）固相的绝对体积（cm）绝对体积的变化（%）反应所需的相对水量反应前反应后反应前反应后系统固相CaO+H2O=Ca(OH)256.0818.0274.103.341.002.2334.833.216.733.2-4.54+97.920.321石灰熟化的特点陈伏：为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。干燥、结晶、碳化过程同时进行1、干燥硬化和结晶硬化过程

随着石灰浆中水分蒸发，孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使熟化后的Ca（OH）2颗粒相互靠拢、搭接，形成一定强度；同时Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，形成结晶网，进一步提高强度。

石灰的硬化2.碳化硬化过程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：石灰的硬化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。这个作用不能在没有水分的全干状态下进行，而且碳化作用在长时间内只限于表面，石灰浆硬化后，是由碳酸钙和氢氧化钙两种不同的晶体组成。石灰的碳化作用随着干燥硬化和碳化硬化的不断进行，Ca(OH)2晶体和CaCO3固体逐渐增加，阻止了水分的蒸发和CO2的进入，从而速度是逐渐减慢的，致使纯石灰浆，在较长时间内经常处于湿润状态，不易硬化，强度，硬度不高，收缩得很慢，所以纯石灰浆不能单独使用，必须掺填充材料配和使用。石灰的碳化作用掺入砂子减少收缩，更主要的是砂掺入能在石灰浆内形成连通的毛细孔道使内部水分蒸发并进一步碳化，以加速硬化。为了避免收缩裂缝常加纤维材料，制成石灰麻刀灰，石灰纸筋灰等。1.可塑性好生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。2.硬化慢、强度低空气中二氧化碳稀薄，碳化缓慢。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。石灰的特性3.硬化时体积收缩大：硬化蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，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：长期受潮或被水浸泡，会使已硬化的石灰溃散。若石灰浆体在完全硬化之前就处于潮湿的环境中，石灰中的水分不能蒸发出去，其硬化就会被阻止，所以石灰不易在潮湿的环境中应用。石灰的特性项目钙质生石灰镁质生石灰优等一等合格优等一等合格CaO+MgO含量，%不小于908580858075未消化残渣含量，%不大于5101551015CO2，%不大于5796810产浆量，L/kg不小于2.82.32.02.82.32.0建筑生石灰建筑生石灰粉项目钙质生石灰粉镁质生石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量，%不小于858075807570CO2含量，%不大于791181012细度0.90mm筛的筛余，%不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余，%不大于7.012.018.07.012.018.0建筑消石灰粉项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量，%不小于706560656055656055游离水，%0.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~2体积安定性合格合格——合格合格——合格合格——细度0.9mm筛筛余，%不大于000.5000.5000.50.125mm筛筛余，%不大于310153101531015石灰石块状生石灰熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅烧加适量水熟化磨细加过量水进行陈伏加水稀释石灰的应用品种名称适用范围生石灰配制石灰膏；磨细成生石灰粉石灰膏用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆稀释成石灰乳(石灰水)涂料，用于内墙和平顶刷白生石灰粉(磨细生石灰粉)用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆配制无熟料水泥(石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等)制作硅酸盐制品(如灰砂砖等)制作碳化制品(如碳化石灰空心板)用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸盐制品用于石灰土(石灰+粘土)和三合土石灰的应用石灰的应用灰土桩三合土桩三合土作铺筑步道砖的垫层生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月，“随到随化”。不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。石灰的应用某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解析：不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。凸出的呈放射状的裂纹是由于所用的石灰中混入了过火石灰。过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。二、石膏以硫酸钙为主要成分的矿物，含有的结晶水不同，可形成多种性能不同的石膏。无水石膏ＣaSO4：硬石膏，它结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。天然石膏ＣaSO4·2H2O：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。建筑石膏ＣaSO4·1/2H2O：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型半水石膏和β型半水石膏。石膏的原料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℃，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）加热产生α型建筑石膏

（二水石膏） （α型半水石膏）石膏的原料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。建筑石膏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。三阶段：水化凝结初凝、终凝硬化建筑石膏的凝结硬化三阶段：水化此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。建筑石膏的凝结硬化三阶段：凝结初凝、终凝初凝：随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，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；终凝：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。建筑石膏的凝结硬化三阶段：硬化石膏终凝后，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，实际上是交叉进行的。建筑石膏的凝结硬化1、凝结硬化速度快一般石膏初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。２、凝结硬化时的膨胀性结晶过程体积稍有膨胀，不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。石膏的性质3、硬化后的多孔性，重量轻，但强度低硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量微孔，使其重量减轻，但抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约为８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗压强度约为３ＭPa～5ＭPa。石膏的性质4、良好的隔热和吸音和“呼吸”功能石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。石膏的性质5、防火性好，但耐水性差当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，故建筑石膏硬化体的耐水性较差。石膏的性质6、良好的装饰性和可加工性石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉，具有良好的可加工性。石膏的性质石膏的技术要求《建筑石膏》GB9776-1988建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间，并按强度和细度分为优等品、一等品和合格品。石膏的利用及贮运石膏砂浆及粉刷石膏建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等制作建筑雕塑和模型贮运注意防水防潮，贮存期不超过3个月三、水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物。根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有:硅酸钠水玻璃（Na2O·ｎSiO2）——建筑上常用硅酸钾水玻璃（Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）硅酸锂水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）水玻璃R2O·nSiO2，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值。根据水玻璃模数的不同，又分为：“碱性”水玻璃（ｎ＜３）、“中性”水玻璃（ｎ≥3）。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。水玻璃的产生湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应生成液体水玻璃。干法：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。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。水玻璃的凝结硬化液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。由于空气中CO2浓度较低，过程进行很慢，为加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入Na2SiF6氟硅酸钠作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速