无机非工学课件

无机非金属材料工学

绪论一、无机非金属材料的范畴与分类

材料是由原材料通过物理的或化学的方法加工制得的各种固体物质；它们既可作为进一步制成有用的构件、器件或物品的原料或半成品（如玻璃纤维、管、棒，天然石料，混凝土骨料等），也可以直接制成最终产品（如陶瓷或玻璃等制品）1、范畴教材P1绪论一、无机非金属材料的范畴与分类教材P1材料非金属材料金属材料无机材料有机材料有机高分子材料1、范畴材料的化学分类绪论一、无机非金属材料的范畴与分类

复合材料－由无机非金属材料、金属材料和有机高分子材料三类基本材料组合制成的复合材料，它在性能上取长补短而提高综合效能。例如：航天飞机的超音速燃烧冲压式发动机－采用一种倾斜功能性的复合材料1、范畴教材P1绪论一、无机非金属材料的范畴与分类无机非金属材料（inorganicnonmetallicmaterials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料1、范畴教材P1绪论一、无机非金属材料的范畴与分类2、分类教材P1

其化学组成主要属于硅酸盐范畴，故狭义称为硅酸盐材料，即（SiO2+MXOY)，其中M为Na、K、Ca、Mg、Al、Fe等元素。普通（传统）的工业和基本建设所必需的基础材料，如胶凝材料（如水泥等）、耐火材料、玻璃、陶瓷等绪论一、无机非金属材料的范畴与分类2、分类教材P1先进（新型）的

超出硅酸盐范畴即不含Si的其它氧化物（如Al2O3、BaTiO3等），氮化物（如Si3N4、BN等），硼化物（如ZrB2、TiB6等），卤素化合物（如BeF2、ZrCl2等），硫系化合物（如CeS、ThS等），碳素材料（如人造碳素制品、人造金刚石等），非金属单质（如Se等）以及陶瓷基复合材料等。如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等

具有特殊性能和用途的材料，如：新型陶瓷(advancedceramic),无机纤维(inorganicfiber),人工晶体（artificialcrystal)特种玻璃,先进陶瓷,特种水泥等绪论一、无机非金属材料的范畴与分类在晶体结构中，质点（原子或离子）固定在一定位置上作有规则排列，质点之间都具有一定的结合力，这种结合力在晶体结构中称为键3、键型补充结合键化学键依靠电子相互作用的结合键，主价键结合力较弱，多属于次价键物理键绪论一、无机非金属材料的范畴与分类3、键型补充物理键氢键范德华键金属键化学键离子键共价键离子键＋共价键＝混合键硅酸盐晶体绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥补充凡能在物理化学作用下，从具有可塑性的浆体逐渐变成坚固石状体的过程中，能将其它物料胶结为整体并具有一定机械强度的物质，统称胶凝材料，又称胶结料。一种无机胶凝材料绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1①新石器时代使用粘土，同时还掺入植物的茎、壳、皮等抹砌简易穴室②公元前2000~3000年使用煅烧的石膏或石灰③公元初期学会使用石灰-火山灰水硬性胶凝材料绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1④18世纪后半期出现水硬性石灰和罗马水泥天然水泥将含有适量粘土的石灰石煅烧所得用天然水泥岩（粘土含量20%~25%的石灰石）煅烧、磨细制得人工配料(石灰石+定量粘土)、煅烧的水硬性胶凝材料硅酸盐水泥的雏形绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1⑤19世纪初期(1810~1825年)人工配料、高温煅烧、磨细生产水硬性胶凝材料1824年，英国人约瑟夫•阿斯普丁(JosephAspdin)首先取得了该产品的专利权。因为其外观颜色与当时建筑上常用的英国波特兰岛出产的石灰石相似，故称波特兰水泥(PortlandCement)煅烧温度已达到了使物料部分熔融，即产生烧结温度绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1

19世纪也只有波特兰水泥，矿渣水泥、白水泥等几个品种，世界水泥总产量也不过1—24万吨。今天能生产的水泥品种已有100多种，世界水泥总产量超过15亿吨，2000年达到17亿吨。

绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1

中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年又在唐山兴建水泥厂，1906年投入生产，即现在的启新水泥厂，从此诞生了中国水泥工业。绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥

中国水泥史上设备国产化的进程中有4个里程碑：昆明水泥厂(后改名云南水泥有限公司)是国产设备建设立窑厂的里程碑；湘乡水泥厂(后改名韶峰水泥集团有限公司)是国产设备建设湿法回转窑厂的里程碑；江西水泥厂(后改名江西万年青水泥股份有限公司)是国产设备建设日产2000吨熟料预分解窑新型干法厂的里程碑；安徽海螺集团有限责任公司是国产设备建设日产5000吨熟料预分解窑新型干法厂的里程碑，中国水泥工业现代化步伐从此大大加快。

绪论二、无机非金属材料发展简史1、水泥教材P1中国水泥工业经过百余年的发展，2003年水泥年产量已达8．6亿吨，约占世界总产量

的40％，雄居世界第一位。

绪论一、无机非金属材料的范畴与分类2、陶瓷教材P1彩陶和黑陶文化为代表殷周时代新石器时代馒头窑和龙窑普及，产品烧成温度较高越窑青瓷和刑窑白瓷及唐三彩为代表东周时期唐代发明了釉料和釉陶，出现了原始瓷器绪论2、陶瓷教材P1五大瓷窑产品及高半透明度瓷器闻名于世，并出现兔毫、油滴等名贵瓷釉南宋后宋代以景德镇为瓷业中心，以绢云母质瓷为代表出现青花、粉彩、祭红等名贵瓷釉明代清代彩瓷得到发展二、无机非金属材料发展简史绪论二、无机非金属材料发展简史3、玻璃教材P1古埃及人用泥罐熔融或压制方法制造玻璃饰物和简单器皿公元前1世纪早期意大利可生产窗玻璃、瓶罐等欧洲成为玻璃制造中心，用煤代替木柴作燃料11世纪16世纪罗马人发明用铁管吹制玻璃绪论二、无机非金属材料发展简史3、玻璃教材P1瑞士人用搅拌法生产光学玻璃，并开始用纯碱作主要原料18世纪平板玻璃和各种特种玻璃问世20世纪以来发生炉煤气和蓄热室池炉出现，玻璃生产连续化19世纪中叶绪论二、无机非金属材料发展简史4、耐火材料教材P1耐火材料是先于或至少与金属冶炼、陶瓷、玻璃等材料的制造同时发展起来的，因为制造这些材料使用的窑炉需用耐火材料作结构材料，耐火材料是高温技术发展的先决条件耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。绪论三、无机非金属材料生产过程的特点教材P7①原料(rawmaterial)1、共性大多来自储量丰富的非金属矿(non-metallicmineral)，如石英(SiO2)、粘土(Al2O3•2SiO2

•2H2O)、长石(R2O•Al2O3

•6SiO2)、石灰石(CaCO3)、硅灰石(CaO•SiO2)绪论：三、无机非金属材料生产过程的特点1、共性教材P7②粉料的制备和运输(preparationandtransferofpowder)制粉目的有利于各种热处理和成型（形）制粉过程实际也是均化一定形状、大小的颗粒及其级配均影响产品的质量，制粉也要求制成一定大小、形状及颗粒级配的粉体颗粒大小差异较大，影响坯体的致密性颗粒不均匀，坯体不均匀，烧成产品不同绪论：三、无机非金属材料生产过程的特点1、共性③成型(formation)通过热量的传递、水分的蒸发，使坯体中的水分脱除，坯体收缩，坯体强度提高。使粉体又快又好的形成某种形状，使其具有较高的强度和准确尺寸的制品（坯体）④干燥(drying)绪论：三、无机非金属材料生产过程的特点1、共性教材P8⑤高温处理(heattreatment)对混合料或半成品进行高温热处理，以使原料本身或相互之间发生各种物化反应，并形成新物相，赋予无机非金属材料各种特有性能和使用功能2、个性：各论中叙述绪论四、无机非金属材料的地位和作用教材P2从无机非金属材料的发展简史看，他们的每次进展都推动人类的进步——生活的改善和工业进展绪论五、无机非金属材料的工业进展教材P31、无机非金属材料开发的基本要素组成性能结构工艺绪论五、无机非金属材料的工业进展教材P3生产设备、制备技术、燃料、能耗等方面2发展方向手工操作转向自动控制，效率提高生产品种繁多，质量提高能耗降低工作环境改善降低对生态环境的污染第一章：原料第一节原料的作用及分类作用分类教材P15天然矿物或岩石原料，由于成因和产状的不同，其组成和性质差异较大往往因制造工厂采用的原料或生产方法的差异，使其组成和性质不完全一致为产品结构、组成及性能提供合适的化学成分和加工处理过程所需的各种工艺性能。天然原料化工原料第一章：原料第二节：钙质原料(calcuneousmaterial)一、钙质原料的种类和性质种类教材P15方解石萤石白云石磷灰石透辉石硅灰石石膏第一章：原料第二节：钙质原料——性质1、方解石——碳酸钙（CaCO3）教材P15存在形式斜方晶系，晶体呈柱状、针状、钟乳状等，无色白色或琥珀黄色，不稳定，常转变为方解石含CaCO3的岩石：石灰石，白垩，大理石，石灰凝岩，石笋等，CaCO3800～1000℃分解为CaO和CO2

文石（霰石）方解石三方晶系，粒状、纤维状、叶片状和钟乳状，莫氏硬度为3第一章：原料第二节：钙质原料——性质2、萤石教材P15是CaF2在自然界中的存在形式，立方晶体，无色，不溶于水。CaF2具有很强的熔剂作用而又具有一定的乳浊作用，用于制造乳浊玻璃、陶器和搪瓷等，有一定毒性；第一章：原料第二节：钙质原料——性质3、白云石教材P15碳酸钙和碳酸镁的固溶体，化学通式CaCO3•MgCO3，常含Fe，Mn等杂质，呈粒状、致密块状。白云石的分解温度为730℃～1000℃第一章：原料第二节：钙质原料——性质4、硅灰石——偏硅酸钙矿物，化学式为CaO•SiO2教材P15硅灰石二者转变温度约为1120℃硅灰石本身不含有机物质、吸附水和结晶水，干燥收缩和烧成收缩都小，平均收缩一般在0.5％以下，可减少坯体烧后的弯曲变形；热膨胀系数较小，因此产品热稳定性较好，便于快速烧成β-硅灰石(低温型)α-硅灰石(高温型)第一章：原料第二节：钙质原料——性质5、透辉石教材P15偏硅酸钙镁，化学式CaMg[Si2O6]（CaO•MgO•2SiO2）。但透辉石无晶型转变，纯透辉石熔融温度为1391℃。在陶瓷生产中与硅灰石类似，不含有机物和结构水，收缩小，膨胀系数小，可用作低温快烧陶瓷坯料。2～4CM小块

第一章：原料第二节：钙质原料——性质6、磷灰石——天然磷酸钙矿物教材P15按成分中附加阴离子的不同，常见的有氟磷灰石Ca5[PO4]3F，氯磷灰石Ca5[PO4]3Cl，羟磷灰石Ca5[PO4]3OH；性脆，莫氏硬度5第一章：原料第二节：钙质原料——性质教材P15CaSO4•2H2OCaSO4•1/2H2O+3/2H20天然石膏在加热时会失水或完全脱水，在低温下（170℃以下）煅烧可得到粉状半水石膏CaSO4•1/2H2O（俗称熟石膏）7、石膏——天然石膏（亦称二水石膏或生石膏，化学式CaSO4•2H2O，性脆，略溶于水。第一章：原料第二节：钙质原料——性质教材P15熟石膏与水混合时具有良好的胶结性能，广泛用于建筑石膏制品。石膏主要用作水泥缓凝剂，半水石膏是陶瓷注浆成型模具的主要原材料。7、石膏——天然石膏（亦称二水石膏或生石膏，化学式CaSO4•2H2O，性脆，略溶于水。第一章：原料第二节：钙质原料二、钙质工业废渣

1、电石渣

2、糖滤泥、碱渣、白泥等三、品质要求：教材P16列举教材P16第一章：原料第三节：粘土类原料一、概述教材P16粘土是指自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化或热液蚀变作用而形成于地壳表层颗粒极细（0.001mm以下）的由多种微细矿物和杂质组成的土状混合物。性质无一定熔点，无固定的化学组成与定量水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有一定强度颜色：白、黄、红、黑、灰等形状：片、管、球状等细度：微细，多数<2μm第一章：原料第三节：粘土类原料二、粘土的成因和分类成因分类教材P16风化和热液蚀变物理风化:又称机械风化，主要是温度、冰冻、水力的作用化学风化：主要是CO2和水的作用有机物风化：动植物遗骸腐蚀风化见教材P17第一章：原料第三节：粘土类原料三、粘土的组成教材P17化学组成矿物组成颗粒组成主要是SiO2、Al2O3、H2O，还有R2O、RO和Fe2O3、TiO2估计粘土的矿物组成、颜色及工艺性能粘土中不同大小颗粒的体积百分含量影响粘土的塑性，干燥收缩性及干燥和烧成强度第一章：原料第二节：粘土类原料2、粘土的矿物组成——高岭石类教材P18矿物组成高岭石类，蒙脱石类和伊利石类化学式Al2O3•2SiO2

•2H2O层状铝硅酸盐结构，1:1型结构一层硅氧四面体和一层铝氧氢氧八面体通过共用氧原子相连高岭石类1以其为主要成分的纯净粘土称高岭土高岭石的晶体结构第一章：原料第二节：粘土类原料2、粘土的矿物组成——蒙脱石类教材P18蒙脱石类2化学式Al2O3•4SiO2

•nH2O(n>2)层状铝硅酸盐结构，2:1型结构两层硅氧四面体[SiO4]夹一层铝氧八面体[AlO4(OH)2]以其为主要成分的纯净粘土称膨润土蒙脱石的晶体结构第一章：原料第二节：粘土类原料2、粘土的矿物组成——伊利石类教材P18伊利石类3化学式K<1[Al2(Si,Al)4O10](OH)2

•nH2O层状铝硅酸盐结构，2:1型结构两层硅氧四面体[SiO4]夹一层铝氧八面体[AlO6]，[SiO4]大约1/6的Si4+被Al3+取代，为平衡多余的负电荷，K+进入层间第一章：原料第二节：粘土类原料三、粘土的荷电性—负电荷和正电荷补充负电荷产生原因电荷分布粘土晶格内离子的同晶（晶格）置换所产生层状铝硅酸盐结构的板面板面通过晶格置换而带负电“硅酸盐物理化学或无机材料物理化学”第一章：原料第二节：粘土类原料三、粘土的荷电性——边面电荷补充OAlOHOHOHOHOOOOOOSiSi边面电荷Si(4-n)+Al(3-n)+O(2-n)-OH－OH－H+不饱和键n为未断键数由破键机理解释粘土颗粒边面带正电过渡表面化合物第一章：原料第二节：粘土类原料三、粘土的荷电性——边面电荷补充在PH>7的溶液中，OH－过剩Si(4-n)+OH－中的H+脱落与OH－作用,粘土表面带负电Al(3-n)+OH－O(2-n)-H+中的H+脱落与OH－作用,粘土表面带负电中的H+脱落与OH－作用,粘土表面带负电第一章：原料第二节：粘土类原料三、粘土的荷电性——边面电荷补充在PH<7的溶液中，H+过剩Si(4-n)+OH－中的OH－脱落与H+作用,粘土表面带正电Al(3-n)+OH－中的OH－脱落与H+作用,粘土表面带正电∴PH<7，边面带正电；PH>7，边面带负电第一章：原料第二节：粘土类原料三、粘土的荷电性补充正负电荷代数和为粘土颗粒净电荷，由于板面电荷一般都远大于边面电荷，∴粘土颗粒通常显示负电第一章：原料第二节：粘土类原料四、粘土的工艺性质教材P18可塑性离子交换性触变性膨化性收缩性烧结性能耐火度第一章：原料第二节：粘土类原料四、粘土的工艺性质——1、可塑性教材P18粘土与适量的水混练后形成泥团，在外力作用下，此泥团产生变形而不开裂，当外力去掉以后，仍能保持其形状不变，粘土的这种性质称为可塑性第一章：原料第二节：粘土类原料四、粘土的工艺性质——1、可塑性教材P18基本概念可塑性限度（塑限）液性限度（液限）可塑性指数可塑性指标粘土或坯料由粉末状态进入塑性状态时的最低含水量粘土或坯料由塑性状态进入流动状态时的最高含水量液限与塑限的差在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可用此时的含水率表示泥料的可塑性与含水率的关系曲线塑限液限最佳塑性范围含水率可塑性粉末泥浆第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——2、离子交换性教材P18定义1离子交换性粘土粒子因表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子之间又可被其它离子所置换，这种性质称粘土的离子交换性第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——2、离子交换性教材P18离子交换容量2表征离子的交换能力PH＝7时，每100g干粘土所吸附的阳离子或阴离子的毫摩尔数四、粘土的工艺性质——2、离子交换性教材P18阳离子交换序3+阳离子的电荷数及其水化半径都直接影响粘土粒子与离子间作用力的大小第一章：原料——粘土类原料＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－+阳离子交换序吸附能力M3+>M2+>M+K+Na+Li+水膜厚度吸附能力Li+<Na+<K+＋2＋3＋>>>>离子半径Li+Na+K+<<不同价离子同价离子H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——3、触变性thixotropy教材P19定义

1粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，粘度降低而流动性提高，再静置一段时间后又能恢复原来的状态，这种性质称为触变性第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——3、触变性thixotropy教材P19触变机理

2颗粒表面荷电是粘土产生触变性的主要原因第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——3、触变性thixotropy教材P19触变性的表示方式3泥浆厚化度泥团厚化度厚化度表示触变性的大小静置一段时间后，球体或圆锥体压入泥团达到一定深度时，剪切强度增加的百分数泥浆静置30min和30s后相对粘度之比第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——4、膨化性expansion教材P19定义1粘土加水后体积膨胀的性质粘土颗粒层间吸水膨胀和颗粒表面水膜形成而引起固体体积增大产生原因2蒙脱石类粘土膨化性大大高于高岭石类粘土高岭石层间作用力为氢键；蒙脱石层间力为范德华力第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——4、膨化性expansion教材P19膨化性的表示方式3膨胀容膨胀容表示膨化性的大小1g干粘土吸水膨胀后的体积粘土经110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的收缩，S干第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——5、收缩性shrinkage教材P19基本概念1干燥收缩烧成收缩总收缩干燥后粘土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列物理化学变化而导致的进一步收缩，S烧试样成型后经烧成尺寸的总收缩，S总第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——5、收缩性shrinkage教材P19基本概念1线收缩体收缩L0—原始长度，L1—收缩后长度V0—原始体积，V1—收缩后体积第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——5、收缩性shrinkage教材P192三种收缩S干，S烧，S总关系以原始长度L0为基准以干燥后长度L1为基准L2烧后长度第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——5、收缩性shrinkage教材P193意义测定收缩是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依据第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质6、烧结性能sinteringcharacter教材P19一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩致密化，在低于熔点的温度下，变成致密坚硬的整体，这种工艺过程叫烧结第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——6、烧结性能sinteringcharacter教材P19烧结过程的几个温度点开始烧结温度T1烧结范围软化温度T3烧结温度T2T3与T2的温度差温度升高，液相量继续增大，试样因液相量太多而发生变形，出现这种情况的最低温度温度升高，液相量增大，开口气孔率降至最低，收缩率最大对应的温度体积开始剧烈收缩，气孔率明显减少的温度粘土加热过程气孔率和收缩率的变化1、气孔率，2、收缩率第一章：原料——粘土类原料四、粘土的工艺性质——7、耐火度refractoriness教材P20耐火度测定方法材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它反映了材料抵抗高温作用的性能将一定细度的原料制成一截头三角锥（高30mm，下底边长8mm，上顶边长2mm），在一定的升温制度下，测出三角锥顶端软化下弯至锥底平面时的温度，即原料的耐火度三角锥弯倒情况1、未弯倒，2、顶点与底盘接触；3、弯倒过大第一章：原料第二节：粘土类原料五、粘土质工业废渣教材P20赤泥煤矸石粉煤灰采煤时排出的含煤量较少的黑色废石制铝工业提取Al2O3时所排出的红色工业废渣发电厂煤粉锅炉收尘器所捕集的烟道气中微细粉尘第一章：原料第三节：石英类原料一、石英类原料的种类和性质教材P20砂岩石英砂脉石英石英岩属火成岩,SiO2含量高达99%又称硅砂，是石英岩、长石等受水、碳酸以及温度变化等作用,逐渐分解风化由水流沉积而成石英颗粒和粘性物质在高压下胶结而成的一种碎屑沉积岩变质岩,系硅质砂岩经变质作用使石英颗粒再结晶的岩石石英杂质含量高的砂岩石英砂第一章：原料—第三节：石英类原料一、石英类原料的种类和性质－硅藻土补充由吸收溶解于水中的部分二氧化硅的微细硅藻类水生物死亡后演变而成的产物本质为含水的非晶质SiO2,含少量粘土,具有一定的可塑性多孔,可用于制造绝热、轻质材料及过滤体硅藻土第一章：原料第三节：石英类原料一、石英类原料的种类和性质－燧石补充含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层，属沉积岩硬度高，可作球磨机内衬及研磨介质燧石第一章：原料－石英类原料二、石英的性质教材P21外观：乳白色、灰白、半透明状，断面具有玻璃或脂肪光泽硬度：莫式硬度为7密度：波动在2.22～2.65形态：常压有七种结晶态和一个玻璃态，常压、一定温度条件下其结晶态、结构可相互转化，并伴随体积变化第一章：原料－石英类原料二、石英的性质－晶型转化教材P22α-石英（2.533,570℃）α-鳞石英（2.228,163℃β-鳞石英（2.24,117℃）β-方石英（2.34,20℃）β-石英（2.651,20℃）γ-鳞石英（2.31,20℃）α-方石英（2.22,300℃）石英玻璃（非晶,2.21）熔体537℃163℃1713℃1470℃870℃180～270℃117℃急冷胶凝材料的概念和分类胶凝材料是指建筑上能将散粒材料、块状材料或纤维材料粘结成为整体，并经物理、化学作用后可由塑性浆体逐渐硬化而成为人造石材的材料。凡能在物理化学作用下，从具有可塑性的浆体逐渐变成坚固石状体的过程中，能将其它物料胶结为整体并具有一定机械强度的物质，统称胶凝材料，又称胶结料。胶凝材料的概念和分类按照化学成分的不同，胶凝材料可分为：有机胶凝材料：如沥青、树脂、橡胶等。无机胶凝材料：（又称矿物胶凝材料）气硬性胶凝材料：也称非水硬性胶凝材料，只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持和发展其强度，如建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等；水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和发展其强度，如各种水泥。

2.1石膏

(Gypsum)石膏是以CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料。2.1.1石膏原料的分类

1.天然石膏。可分为天然二水石膏和天然硬石膏。天然二水石膏

(CaS04·2H20)，又称生石膏、软石膏或简称石膏。属于以硫酸钙为主所形成的沉积岩，一般沉积在距地表800～1500m的深处。

*晶体结构：Ca2+联结[SO4]2-四面体，构成双层的结构层，H2O分子则分布于双层结构层之间

*加热层间水脱出，晶体结构变化

*物理性质：白色或无色透明，莫式硬度1.2～2.0，密度2.2～2.4g/cm3，难溶于水,常温水中溶解度2.05g/L

*可制造各种性质的石膏

2.1石膏

*石膏的晶体结构

2.1石膏

*天然二水石膏按CaSO4•2H2O百分含量的多少，可划分为五个等级等级一二三四五CaSO4•2H2O(%)≥9594～8584～7574～6564～55

2.1石膏

天然硬石膏(CaSO4)，又称无水石膏，它是由无水硫酸钙(CaSO4)所组成的沉积岩石。

*矿层一般位于二水石膏的下面，在水作用下变成二水石膏，因此天然硬石膏中常含有5％～10％的二水石膏，其晶体结构比较稳定，化学活性较差

*物理性质：集合体呈块状或粒状，结晶致密，质地较天然二水石膏硬，莫式硬度3.0～3.5，密度2.9～3.0g/cm3，纯净硬石膏透明，无色或白色，因含杂质而呈暗灰色，具有玻璃光泽

*可用来生产明矾石膨胀水泥

2.1石膏

2.化学石膏。是指化工生产过程中所生成的以CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与水的混合物为主要成分的化工副产品及废渣。

*磷石膏

*氟石膏

*排烟脱硫石膏

2.1.2石膏的生产

石膏的相组成相组成半水石膏二水石膏CaSO4•2H2OⅢ型硬石膏Ⅱ型硬石膏(CaSO4Ⅱ)Ⅰ型硬石膏(CaSO4Ⅰ)在CaSO4-H2O系统中石膏相有五种形态，七个变种α－CaSO4•1/2H2Oβ－CaSO4•1/2H2Oα－CaSO4Ⅲβ－CaSO4Ⅲ

2.1.2石膏的生产

400～1000℃二水石膏β-半水石膏α-半水石膏不溶硬石膏(CaSO4Ⅱ)Ⅰ型硬石膏，煅烧石膏，开始分解(CaSO4Ⅰ＋CaO)α可溶硬石膏α－CaSO4Ⅲβ可溶硬石膏β－CaSO4Ⅲ107～170℃炒锅，回转窑125℃，0.13MPa蒸压锅200-230℃200～360℃（普通建筑石膏）（高强石膏）吸湿>1180℃石膏的脱水转变

2.1.2石膏的生产

1.建筑石膏建筑石膏（半水石膏）是将二水石膏加热脱水制成的产品，由于其脱水工艺不同，所形成的半水石膏类型也不同。其中在蒸压环境中加热（蒸炼）可得α型半水石膏，在回转窑或炒锅中进行直接加热（煅烧）可得β型半水石膏。

107-170℃CaSO4·2H2O-----→CaSO4·1/2H2O+1.5H2O（生石膏）（熟石膏）

普通建筑石膏：β型半水石膏再经磨细所制得的白色粉未，其密度为2.60～2.75g/cm3，松堆积密度为800～1000kg/m3，是土木工程中应用最多的石膏材料。

2.高强石膏高强石膏是将天然二水石膏蒸压脱水而得的α型-半水石膏经磨细制得的白色粉末，其密度为2.6～2.8g/cm3，松堆积密度为1000～1200kg/m3。由于高强石膏具有较高的强度和粘结能力，多用于要求较高的抹灰工程、装饰制品和制作石膏板；当加入防水剂后它还可制成高强防水石膏，加入少量有机胶结材料可使其成为无收缩的胶粘剂。

3.硬石膏半水石膏在200℃左右时转变而成脱水半水石膏，其结构不稳定，在潮湿条件下易转变成相应的半水石膏。当温度继续升高时可转变成可溶性硬石膏（CaSO4-Ⅲ），但其性质变化却不大，也能很快地从空气中吸收水分而水化，且强度较低。可溶性硬石膏在400℃～1180℃范围煅烧转变成不溶性硬石膏(CaSO4Ⅱ)，其结构体变得紧密和稳定，密度大于2.99g/cm3，难溶于水，凝结很慢。只有加入某些激发剂（如碱性粒化高炉矿渣、石灰等）后，才能使其具有一定的水化和硬化能力；可溶性硬石膏经磨细后可制成无水石膏水泥（硬石膏水泥），它主要用于制作石膏灰浆、石膏板和其他石膏制品。

4.高温煅烧石膏

煅烧温度大于1180℃时，CaSO4开始部分分解，称为煅烧石膏，其主要成分为CaSO4和少量石灰，能凝结硬化，强度高。在1600℃以上，CaSO4全部分解成石灰。

CaSO4→CaO＋SO2+O2

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化

建筑石膏的凝结与硬化机理很复杂，但其硬化理论主要有两种:结晶理论（又称溶解－沉淀理论）；胶体理论（又称局部反应理论）。浆体内部的化学变化结果主要为：CaSO4•0.5H2O+1.5H2O→CaSO4•2H2O+19300J/mol按照结晶理论，建筑石膏的凝结硬化过程可分为三个阶段，即:水化作用的化学反应阶段结晶作用的物理变化阶段硬化作用的强度增强阶段

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化石膏凝结硬化机理：半水石膏加水拌和后很快溶解于水，并生成不稳定的过饱和溶液；溶液中的半水石膏经过水化反应而转化为二水石膏。因为二水石膏比半水石膏的溶解度要低(20℃时，以CaSO4计，二水石膏为2.05g/L,α型半水石膏为7.06g/L,β型半水石膏为8.16g/L)，所以二水石膏在溶液中处于高度过饱和状态，从而导致二水石膏晶体很快析出。石膏凝结硬化示意图１—半水石膏；２—二水石膏胶体微粒；３—二水石膏晶体；４—交错的晶体

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化石膏凝结硬化机理：由于二水石膏的析出，破坏了半水石膏溶解的平衡状态，新的一批半水石膏又可继续溶解，二水石膏晶核微粒数量则不断增加。

石膏凝结硬化示意图１—半水石膏；２—二水石膏胶体微粒；３—二水石膏晶体；４—交错的晶体

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化

由于：新析出的二水石膏粒子比半水石膏小的多，粒子总表面积增大，需要更多的水分包裹；浆体稠度逐渐增大，颗粒的摩擦力和粘结力增加，所以浆体可塑性逐渐减小，表现为“凝结”；其后浆体继续变稠，晶体逐渐长大，共生和相互交错，使体系逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥，晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。１—半水石膏；２—二水石膏胶体微粒；３—二水石膏晶体；４—交错的晶体

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化

建筑石膏的凝结时间，随煅烧火候和杂质含量等条件而定，一般只需数分钟至二三十分钟。在室内自然干燥的条件下，达到完全硬化的时间约需一星期。具体影响因素：石膏的煅烧温度；粉磨细度；结晶形态；杂质情况以及水化条件。

2.1.3建筑石膏的凝结与硬化由于半水石膏完全水化的理论需水量是18.6％，而实际用水量远大于此，通常普通建筑石膏（β型半水石膏）水化时的用水量一般为60％~80％。因此，未参与水化的多余水分蒸发后在石膏硬化体内会留下大量的孔隙，从而使其密实度和强度都大大降低。通常其强度只有7.0~10.0MPa。对于高强石膏(α型半水石膏)，由于其水化时的用水量较低（为35％~45％），只是建筑石膏用水量的一半，因此其硬化体结构较密实，强度也较高（可达24.0～40.0MPa）。因此区分出建筑石膏和高强石膏

2.1.4建筑石膏的技术性质

1.建筑石膏的技术要求《建筑石膏》(GB9776-1999)规定，根据建筑石膏的主要技术指标可划分为优等品、一等品和合格品等三个质量等级，并要求它们的初凝时间不小于6min，终凝时间不大于30min，其他技术性能指标应满足规定要求。技

术

要

求等

级优等品一等品合格品抗折强度（MPa）2.52.11.8抗压强度（MPa)5.04.03.0细度，0.2mm方孔筛筛余≯（％）5.010.015.0

2.1.4建筑石膏的技术性质①凝结硬化快。建筑石膏水化迅速，常温下完全水化所需时间仅为7～12min。适合于大规模连续生产。在使用石膏浆体时，若需要延长凝结时间，可掺加适量缓凝剂。②硬化后孔隙率大、强度较低。建筑石膏孔隙率可高达40％～60％。建筑石膏制品的表观密度较小(400～900kg/m3)，导热系数较小(0.121～0.205W／（m·K）。较高的孔隙率使得石膏制品的强度较低。导热性差，吸音性强。

2.1.4建筑石膏的技术性质②硬化后孔隙率大、强度较低。Ⅰ半水石膏实际水化需水量（60～80％）远大于其理论需水量（18.6％），多余水分蒸发造成内部很大的孔隙率（50～60％）Ⅱ石膏板在制备过程中通常掺加锯末、膨胀珍珠岩等填料或发泡剂，密度减小

2.1.4建筑石膏的技术性质③尺寸稳定，装饰美观。建筑石膏凝结硬化过程中体积不收缩，还略有膨胀，一般膨胀率为0.5%～1.5%；强度低，可切可锯；石膏洁白、细腻。④不耐水。孔隙率大，易吸水；晶体遇水溶解，其间粘结力削弱。石膏的软化系数仅为0.3～0.45。若长期浸泡在水中还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏；若吸水后受冻，还会因孔隙中水分结冰膨胀而引起崩溃。因此石膏的耐水性、抗冻性都较差

2.1.4建筑石膏的技术性质⑤防火性能良好。石膏制品本身不可燃，而且具有抵抗火焰靠近的能力。遇火灾时，二水石膏的结晶水在100℃以上脱水蒸发，吸热；表面生成的无水物为良好的热绝缘体⑥具有一定调湿作用。由于石膏制品内部的大量毛细孔隙对空气中水分具有较强的吸附能力，在干燥时又可释放水分。

2.1.5建筑石膏的应用

1.粉刷石膏。是由建筑石膏或由建筑石膏与无水石膏(CaS04Ⅱ)二者混合后，再掺入外加剂、填料等制成。按其用途不同可分为面层粉刷石膏（M）、底层粉刷石膏（D）和保温层粉刷石膏（W）三类。《粉刷石膏》(JC/T517-1993)的标准规定，面层粉刷石膏的细度要求其2.5mm和0.2mm筛孔的筛余量，应分别不大于0％和40％。粉刷石膏的初凝时间应不小于1h，终凝时间应不大于8h。根据其强度可划分为优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）三个等级。产品类别面层粉刷石膏底层粉刷石膏保温层粉刷石膏等级优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品、合格品抗压强度/MPa,≮5.03.52.54.03.02.02.51.0抗折强度/MPa,≮3.02.01.02.51.50.81.50.6

2.石膏板

(1)纸面石膏板

根据国家标准GB/T9775－1999《纸面石膏板》的规定，纸面石膏板的主要技术要求有：外观质量、尺寸偏差、对角线长度差、断裂荷载、单位面积质量、护面纸与石膏芯的粘结、吸水率、表面吸水量和遇火稳定性。其中吸水率、表面吸水量仅适用于耐水纸面石膏板；遇火稳定性仅适用于耐火纸面石膏板。纸面石膏板按其用途分为：普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板和耐火纸面石膏板三种。①普通纸面石膏板

是以建筑石膏作为主要原料，掺入适量轻集料、纤维增强材料和外加剂构成芯材，并与护面纸板牢固地粘结在一起的建筑板材。护面纸板(专用的厚质纸)主要起到提高板材抗弯、抗冲击性能的作用。具有质轻、抗弯和抗冲击性高、防火、保温隔热、抗震性好，并具有较好的隔声性和可调节室内湿度等优点。耐火极限一般为5～15min。板材的耐水性差，受潮后强度明显下降，且会产生较大变形或较大的挠度。具有可锯、可刨、可钉等良好的可加工性。是目前广泛使用的轻质板材之一。②耐水纸面石膏板

是以建筑石膏为主要原料，掺入适量纤维增强材料和耐水外加剂等构成耐水芯材，并与耐水护面纸牢固地粘结在一起的吸水率较低的建筑板材。耐水纸面石膏板的含水率、吸水率、表面吸水率要求含水率/%,≯吸水率/%,≯表面吸水率/%,≯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平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值2.02.53.03.55.06.08.09.010.011.01.62.02.4耐水纸面石膏板的单位面积质量、受潮挠度、湿粘接要求板厚/mm单位面积质量/(kg/m2),≯受潮挠度/mm,≯护面纸与石膏芯的湿粘接优等品一等品合格品优等品一等品合格品99.09.510.0485256板材浸水2h,护面纸与石膏芯不得剥离1212.012.513.03236401515.015.516.0162024普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板的断裂荷载板材厚度/mm纵向断裂荷载/N,≮横向断裂荷载/N,≮优等品一等品、合格品优等品一等品、合格品平均值最小值平均值最小值平均值最小值平均值最小值9392353353318167150137123125394854904412061851761501568661763757325522921619418833750784706294265255229③耐火纸面石膏板

以建筑石膏为主，掺入适量轻集料、无机耐火纤维增强材料和外加剂构成耐火芯材，并与护面纸牢固地粘结在一起的改善高温下芯材结合力的建筑板材。属难燃性建筑材料，具有较高的遇火稳定性，其遇火稳定时间大于20～30min。GB50222-95规定，当耐火纸面石膏板安装在钢龙骨上时，可作为A级装饰材料使用。其他性能与普通纸面石膏板相同。主要用作防火等级要求高的建筑物的装饰材料，如影剧院、体育馆、幼儿园、展览馆、博物馆、候机(车)大厅、售票厅、商场、娱乐场所及其通道、楼梯间、电梯间等的吊顶、墙面、隔断等。石膏制品发霉变形

某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。石膏制品发霉变形

解析：厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。

2.2石灰（lime)

2.2.1石灰的生产及分类

石灰的来源之一是某些工业副产品。如：水作用于碳化钙（即电石）制取乙炔时，所产生的电石渣，其主要成分是氢氧化钙，即消石灰（熟石灰）

CaC2＋2H2O＝C2H2↑＋Ca（OH）2生产石灰的原料为石灰石、白垩或其他含碳酸钙为主的天然原料。将以CaCO3为主要成分的原料(如石灰石等）经适当的煅烧，排出CO2后所得的成品，称生石灰石灰煅烧窑：土窑和立窑。土窑为间歇式煅烧，立窑为连续式煅烧。立窑生产石灰的过程：原料和燃料按一定比例从窑顶分层装入，逐层下降，在窑中经预热、煅烧、冷却等阶段后，成品从窑底卸出。其工艺流程为：石灰石的煅烧需要足够的温度和时间石灰石在600℃左右开始分解，并随着温度的提高其分解速度也逐渐加快；当温度达到900℃时，CO2分压达到1×105Pa,此时的分解就能达到较快的速度，因此，常将这个温度作为CaCO3的分解温度。在实际生产中，可采用更高的煅烧温度以进一步加快石灰石分解的速度，但不得采用过高的温度，通常控制在1000℃～1200℃。CaCO3的分解过程是吸热反应CaCO3的分解过程是可逆反应正火石灰：正常温度和煅烧时间所煅烧的石灰具有多孔结构，内部孔隙率大，表观密度较小，晶粒细小，与水反应迅速，这种石灰称为正火石灰。欠火石灰：若煅烧温度低或时间短时，石灰石的表层部分可能为正火石灰，而内部会有未分解的石灰石核心；其石灰石核不能水化。过火石灰：若煅烧温度过高或高温持续时间过长，则会因高温烧结收缩而使石灰内部孔隙率减少，体积收缩，晶粒变得粗大，这种石灰称为过火石灰；其结构较致密，与水反应时速度很慢，往往需要很长时间才能产生明显的水化效果。石灰石中常含有一定量的碳酸镁（MgC03）：Mg0：结构致密和水化速度很慢。按氧化镁含量的多少，建筑石灰可分为钙质和镁质两类。当石灰中MgO含量小于或等于5％时，称钙质石灰；当MgO含量大于5％时，称为镁质石灰。石灰的种类生石灰粉：由块状生石灰磨细生成。消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2。石灰膏：将块状石灰石用过量水（约为生石灰体积的3～4倍）消化所得的膏状物即为石灰膏，其主要成分为Ca(OH)2和水。石灰膏中的水分约占50%，容重为1300～1400kg/m3。lkg生石灰可熟化成1.5kg～3kg石灰膏。

2.2.2石灰的熟化与硬化

1.石灰的熟化

CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.79kJ

消化特点水化热高：表现为消化时，大量蒸汽逸出需水量大：由于消化时的大量放热，大量水蒸发，使得实际需水量（70％）远远大于理论值（32％）体积膨胀,熟化时体积增大1～2.5倍

1、石灰的熟化石灰的熟化方法——石灰浆石灰浆（砌筑砂浆或抹灰砂浆）——在化灰池熟化后，通过筛网流入储灰坑防止温度过高，水量不足，否则会使Ca(OH)2凝在CaO周围，阻止CaO进一步熟化对于熟化慢的生石灰，加水要少而慢，以保证较高的温度，促使熟化较快完成注意

1、石灰的熟化石灰熟化---陈化（陈伏）期1、表面被粘土杂质融化的玻璃釉状物包围石灰膏欠火石灰过火石灰水化慢石灰浆在储灰坑中沉淀并除去上层水分后的稠状物2、过烧的CaO晶粒大且致密，熟化硬化时间不协调，造成膨胀开裂煅烧石灰石时,煅烧制度和石灰石粒度均影响石灰的质量:如果石灰石颗粒较大,由于温度梯度,如果表面达到分解温度,内部可能不一定达到则欠烧,如果中心达到分解温度,表面则可能过烧

1、石灰的熟化石灰熟化---陈化（陈伏）期*为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。陈伏是指石灰乳（或石灰膏）在储灰坑中放置14d以上的过程。*陈伏期间，石灰膏表面应保有一层水分，使其与空气隔绝。

1、石灰的熟化

石灰的熟化方法——消石灰粉消石灰粉——用于拌制石灰土（石灰、粘土）、三合土（石灰、粘土、砂石或炉渣）时，将生石灰熟化成石灰粉石灰消化所需水分应满足其既能充分消解又不能过湿成团分层浇水法或灌水法

2、石灰的硬化

(1)干燥结晶硬化过程水分蒸发引起Ca（OH）2溶液过饱和而结晶析出。干燥过程水分蒸发形成孔隙网，留在孔隙中的自由水由于表面张力产生的毛细管力使石灰粒子更紧密而获得强度，但遇水强度丧失

2、石灰的硬化

(2)碳酸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，并释出水份，称为碳酸化。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2OCaCO3(不溶解)晶粒共生或与石灰粒子共生，从表层到内部逐渐提高强度CaCO3比Ca(OH)2固相体积稍大一些，使硬化浆体更加致密、坚固碳酸化作用只有在孔壁充水，而孔中无水时，碳酸化作用才能进行较快。当材料表面形成碳酸钙达到一定厚度时，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分向外蒸发，这是石灰凝结硬化慢的原因。2.2.3石灰的性质与技术要求

1.石灰的性质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1μm）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。②硬化较慢、强度低。硬化后的强度也不高，1:3的石灰砂浆28天抗压强度通常只有0.2～0.5MPa。③硬化时体积收缩大。工程上常在其中掺入砂、各种纤维材料等减少收缩。④耐水性差。石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。⑤石灰吸湿性强。块状生石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，失去胶结能力。

2.石灰的技术要求

建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。我国建材行业标准：JC/T479-92《建筑生石灰》JC/T480-92《建筑生石灰粉》JC/T481-92《建筑消石灰粉》交通部门行业标准JTJ034－2000《公路路面基层施工技术规范》仍按国家标准GB1594－79将生石灰和消石灰分为三个等级，其技术要求均低于对应的建材行业标准。

(1)生石灰

按现行建材行业标准JC/T479-92《建筑生石灰》的规定，钙质生石灰、镁质生石灰各分为优等品、一等品、和合格品三个等级，技术指标见表：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/％，不大于5796810产浆量/(L/kg),不小于2.82.32.02.82.32.0

(2)生石灰粉

按现行行业标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》的规定，生石灰粉的技术指标如表：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／％，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

(3)建筑消石灰粉

建筑消石灰粉按氧化镁含量分为钙质消石灰粉、镁质消石灰粉、白云石消石灰粉等，每种又有优等品、一等品和合格品三个等级。

建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限

品种名称钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉氧化镁含量/％≤44≤MgO<2424≤MgO<30建筑消石灰粉的技术指标

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(CaO+MgO)含量/％，≮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筛余％，≯000.5000.5000.50.125mm筛余/％，≯310153101531015

2.2.4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

2.2.4石灰的应用1.制作石灰乳涂料石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成。可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。掺入107胶或少量水泥粒化高炉矿渣(或粉煤灰)，可提高粉刷层的防水性；掺入各种色彩的耐碱材料，可获得更好的装饰效果。2.配制砂浆

石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。

2.2.4石灰的应用3.拌制石灰土和石灰三合土

消石灰粉与粘土的拌合物，称为灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等）即成三合土。灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与Ca(OH)2发生反应，生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。

2.2.4石灰的应用4.生产硅酸盐制品

磨细生石灰(或消石灰粉)和砂(或粉煤灰、粒化高炉矿渣、炉渣)等硅质材料加水拌和，经过成型、蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。

2.2.5石灰的贮存

应注意防潮和防碳化生石灰应贮存在干燥的环境中，要注意防雨防潮，并不宜久存。最好运到工地（或熟化工厂）后立即熟化成石灰浆，将储存期变为陈伏期。消石灰贮存时应包装密封，以隔绝空气，防止碳化；对石灰膏，应在其上层始终保留2cm以上的水层，以防止其碳化而失效。注意安全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。在石灰装卸过程中也要注意安全。石灰砂浆的裂纹

请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。石灰砂浆A石灰砂浆B石灰砂浆的裂纹

石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下：

CaCO3→CaO(生石灰)+CO2↑

在煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将会生成“欠火石灰”。如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。

石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。

石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。

内外墙粉刷层爆裂

上海某新村四幢六层楼1989年9～11月进行内外墙粉刷，1990年4月交付甲方使用。此后陆续发现内外墙粉刷层发生爆裂。至5月份阴雨天，爆裂点迅速增多，破坏范围上万平方米。爆裂源为微黄色粉粒或粉料。该内外墙粉刷用的“水灰”，系宝山某厂自办的“三产”性质的部门供应，该部门由个人承包。对爆裂采集的微黄色爆裂物作X射线衍射分析，证实除含石英、长石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，还含有较多的MgO、Mg(OH)2以及少量白云石。分析：该“水灰“含有相当数量的粗颗粒，相当部分为CaO与MgO，这些未充分消解的CaO和MgO在潮湿的环境下缓慢水化，生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相体积膨胀约2倍，从而产生爆裂破坏。

2.3水玻璃（waterglass）水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为硅酸钠(Na2O·nSiO2)水溶液，又称钠水玻璃。要求高时也用硅酸钾(K2O·nSiO2)的水溶液，又称钾水玻璃。

2.3.1水玻璃的生产

湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2～3个大气压）内用蒸汽加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。

nSiO2＋2NaOH→Na2O·nSiO2＋H2O干法：是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于1300～1400℃高温下熔化，生产固体水玻璃，将固体水玻璃装进蒸压釜中，通入水蒸汽，使固体水玻璃溶解于水中，便获得液体水玻璃。二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔数的比值n，称为水玻璃的模数，n≥3的称为中性水玻璃，n<3的称为碱性水玻璃。水玻璃溶解于水的难易随水玻璃模数n而定。n值越大，水玻璃的越难溶于水。n为1时，能溶解于常温水中；当n大于3时，要在4个大气压以上的蒸汽中才能溶解。水玻璃的浓度越高，模数越高，则水玻璃的密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘结力与强度、耐热性与耐酸性就越高。但水玻璃的浓度和模数不宜太高。水玻璃的浓度一般用密度来表示，通常为1.3～1.5g/cm3，模数为2.6～3.0。液体水玻璃可以与水按任意比例混合。

2.3.2水玻璃的硬化

水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化，其表达式为：Na2O·nSiO2+CO2+mH2O＝nSiO2·mH2O+Na2CO3

由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。

2（Na2O·nSiO2）+mH2O+Na2SiF6

＝（2n+1）SiO2·mH2O+6NaF

氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重的12～15％。

2.3.3水玻璃的性质①粘结力强、强度较高。水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15～40MPa。②耐酸性好。由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、氟硅酸以外的几乎所有的无机和有机酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。③耐热性好。硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥。不燃烧。④耐碱性和耐水性差。在硬化后，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱。碱或碱金属的氢氧化物，几乎都可与水玻璃发生反应，生成相应的水化硅酸盐晶体。Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。

2.3.4水玻璃的应用

①涂刷材料表面，提高抗风化能力：以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷粘土砖、水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性、及耐水性等。

Na2O·nSiO2+Ca(OH)2

=

Na2O·(n-1)SiO2+CaO·SiO2+H2O

②加固土壤：将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土壤中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。

CaCl2+Na2O·nSiO2+mH2O=2NaCl+nSiO2·(m-1)H2O+Ca(OH)2

③配制速凝防水剂：水玻璃加两种、三种、或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。④修补砖墙裂缝：将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到粘结和补强作用。液体水玻璃矿渣粉砂氟硅酸钠（％）模数比重重量2.33.361.521.361.51.151122815什么叫混凝土？水泥、沙子和碎石的混合物第三章：水泥分类按用途和性能分教材P184通用水泥专用水泥特性水泥大量土木工程用水泥，如硅酸盐水泥，普硅水泥,矿渣、粉煤灰质硅酸盐水泥某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥有专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等按所含主要水硬性矿物划分硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥等第三章：水泥§3.1硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的标准硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分的熟料所制得的水泥的总称。如果掺入混合材达到一定数量，则在硅酸盐水泥前加上混合材的名称，如矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰质硅酸盐水泥等教材P184第三章：水泥硅酸盐水泥的生产方法教材P184石灰质原料、粘土质原料与少量校正料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合成合适、均匀的生料生料制备熟料煅烧水泥粉磨生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥

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京唐港水泥出口码头中国水泥工业明天更美好抚今追昔，我国水泥工业在过去的岁月里经历了曲折而又辉煌的发展历程。1892年，启新水泥厂在唐山建立，拉开了我国水泥工业发展的序幕。但由于战乱不断和外来侵略，到1949年新中国成立时，我国水泥生产技术仍非常落后20世纪50～60年代，我国水泥工业的发展取得长足进步。20世纪70～80年代，尤其是改革开放以来，国民经济的稳步高速发展带动了我国水泥工业技术的快速进步和水泥产量的迅猛增长。1985年产量达1.46亿吨，居世界第一。目前，我国水泥工业正沿着国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、提高水泥质量和提高劳动生产率为中心，走可持续发展的道路。│“十五”期间全国水泥产量主要原料主要设备

反应条件

主要成分

主要性能硅酸盐水泥

粘土和石灰石，加适量石膏水泥回转窑高温

硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸钙水硬性加石膏磨细烧结煅烧预热高温水泥回转窑示意图硅酸二钙(2CaO·SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)