土木工程材料胶凝材料

教学要求：

1、了解气硬性材料的定义及分类；2、掌握石膏的技术性质；3、掌握石灰的特性及技术要求；4、了解水玻璃的特性及应用。4无机气硬性胶凝材料一、胶凝材料定义在土木工程材料中，凡是经过一系列的物理、化学作用，能将散粒状（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。二、胶凝材料分类胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。(绝大多数的无机化合物可以归入氧化物、酸、碱、盐四大类)

有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。如石膏、石灰、水玻璃如水泥气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保持或发展其强度。水硬性胶凝材料不仅在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。石灰水泥4.1建筑石膏

石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏，如建筑石膏、高强石膏及硬石膏水泥4.1.1建筑石膏的原料与生产1、建筑石膏的原料天然的原材料原材料化学石膏天然的二水石膏（生石膏）和硬石膏磷石膏、脱硫石膏和盐石膏天然二水石膏：主要成分为含有两个结晶水的硫酸钙（CaSO4·2H2O），是生产石膏胶凝材料的主要原料。硬石膏:又称天然无水石膏，主要成分是无水硫酸钙（CaSO4），只可用于生产无水石膏水泥和高温煅烧石膏。2、建筑石膏的生产

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（0.13MPa大气压）加热可产生α型建筑石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）建筑石膏生产简介：原料（天然二水石膏矿石、天然无水石膏、化工石膏等）经加热煅烧、脱水、磨细得石膏产品。建筑石膏为非封闭、加热到107-170℃得到。加热温度和方式不同可得到不同类型石膏产品。分类：建筑石膏（107℃～170℃）高强石膏(124℃,0.13MPa大气压)可溶性石膏（170℃～250℃）不溶性石膏（>400℃)高温煅烧石膏(>800℃)生石膏天然石膏熟石膏建筑石膏4.1.2建筑石膏的水化与硬化

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化学反应的反应式为：因为二水石膏溶解度仅为半水石膏的溶解度小很多，故二水石膏以胶体微粒自水中析出。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，这一现象称为石膏的初凝；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，直至消失并产生强度，这种现象为石膏的终凝。

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，实际上是交叉进行的。水化→结晶→凝结→晶体长大与互生→硬化4.1.3建筑石膏的技术性质1.建筑石膏的等级及质量标准

建筑石膏密度2.60～2.75g/cm3,堆积密度800～1000kg/cm3,根据国标《建筑石膏》的规定，按抗折、抗压强度和细度指标分为为优等品、一等品和合格品。技术要求等级优等品一等品合格品抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度(以0.2mm方孔筛筛余百分数计，不大于）5.010.015.0建筑石膏的质量指标2.建筑石膏的特性1、凝结硬化快，初凝

6min，终凝

30min；2、硬化后孔隙率大（50~60%）、强度低；3、绝热性和吸音性能好，耐水性差(软化系数0.3~0.45)；4、具有较好的防火性能；5、凝结时体积产生微膨胀（0.05%~0.15%）；6、装饰性好；7、可加工性能好；4.1.4建筑石膏的应用1.粉刷石膏用于室内抹灰与粉刷，按用途分类可分为：面层粉刷石膏地层粉刷石膏保温粉刷石膏2.建筑石膏用品装饰石膏板嵌装式装饰石膏板艺术装饰石膏制品装饰石膏板装饰石膏板吸声用穿孔石膏板石膏艺术制品

4.2建筑石灰4.2.1石灰的生产、化学成分与品种（一）原料：

以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用的有石灰石，白云石等，其主要成分为caco3，次要成分为mgco3

。（二）生产工艺：

煅烧石灰石温度在900℃-1000℃左右时温度过高时温度过低时正火石灰欠烧石灰过烧石灰

欠烧石灰含较多未消化残渣，影响石灰的质量和产浆量；过烧石灰内部结构致密，CaO晶粒粗大，表面被一层玻璃釉状物包裹，与水反应极慢，会引起已硬化的石灰发生鼓包开裂破坏。（三）石灰种类：1、按氧化镁的含量分为：钙质建筑石灰和镁质建筑石灰2、按照加工方法分为：生石灰：石灰石煅烧成的白色或浅灰色疏松结构块状物，主要成分为CaO生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分是Ca(OH)2。石灰膏（浆）：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的3到4倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，得到一定稠度的膏状物，主成分是Ca(OH)2和水。产品名称物理状态有效成分主要用途生石灰灰白色块状物Cao+Mgo生产其它石灰产品生石灰粉白色或灰白色粉末Cao+Mgo生产石灰膏或硅酸盐制品消石灰粉白色粉末Ca(OH)2+Mg(OH)2制作石灰土、三合土、硅酸盐制品石灰浆白色浆体Ca(OH)2+Mg(OH)2抹面、砌筑不同石灰产品的状态、成分与用途石灰石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水为石灰质量的2.5-3倍沉淀除去表层多余水分块状生石灰4.2.2生石灰的水化（淋灰）

一、水化原理将生石灰加水，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”： 生石灰水化反应特点：1.反应可逆2.水化热大，水化速率快3.水化过程中体积增大工程中熟化的方法有两种1、熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。2、熟化为石灰膏：将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。

熟化过程中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”。石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。熟化为石灰膏：将生石灰放入水中，注意水要过量池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰4.2.3石灰浆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）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）滞流在孔隙中的自由水蒸发或被周围环境吸收，使Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶。2）石灰浆的碳化（碳化作用）氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。只有在有水的条件下才能进行。4.2.4建筑石灰的特性与技术要求1.建筑石灰的特性（1）可塑性好（2）硬化缓慢（3）硬化后强度低（4）硬化时体积收缩大（5）耐水性差

石灰硬化收缩产生的裂缝石灰砂浆墙面因受潮而脱落2.建筑石灰的技术要求建筑生石灰的技术指标项目钙质生石灰镁质生石灰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）908580858075未消化残渣含量（5mm圆孔筛筛余量）%，不大于5101551015CO2含量/%,不大于5796810产浆量，L/kg，不小于2.82.32.02.82.32.01）.建筑生石灰的技术要求2）.建筑石灰粉的技术要求项目钙质生石灰粉镁质生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1．(CaO+Mgo)含量(％)不小于7065606560556560552．游离水(％)0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．体积安定性

合格合格--合格合格--合格合格--4.细度0.9mm筛筛余(％)不大于000.5000.5000.50.125mm筛余(％)不大于310153101531015建筑消石灰粉的技术指标项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于8580758075702.C02(％)不大于791181012细度0.9mm筛筛余(％)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余(％)不大于7.012.018.07.012.018.03）.建筑生石灰粉的技术要求建筑生石灰粉的技术指标4.2.5建筑石灰的应用1建筑室内粉刷2拌制建筑砂浆

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）3配置三合土和灰土用作铺筑步道砖的垫层用作土路面的基层4、加固含水软土基础

在软土地基中打入生石灰桩，可以利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到提高地基承载力的目的。三合土桩灰土桩蒸压灰砂砖蒸压加气砼砌块5生石灰硅酸盐制品6磨制生石灰粉石灰石熟石灰粉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多用来拌制灰土和三合土用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆粉刷墙壁生石灰块石灰膏使用时可以不进行陈伏生石灰粉4.3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）等品种，最常用的是硅酸钠水玻璃。4.3.1水玻璃的生产生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种作业1.胶凝材料按照化学成分分为_______和________。2.名词解释：气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料。3.建筑石膏的分子式是_________，天然石膏的分子式_________4简述建筑石膏的特性。5生石灰的主要成分是_______和________。生石灰按照______­___含量，分为________和________。6.石灰的煅烧温度对其质量有何影响？7.分析生石灰消解和硬