土木工程材料：第4章 气硬性胶凝材料

什么是胶凝材料？定义：能够把散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。分类：

气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；如：石膏、石灰、水玻璃；

水硬性胶凝材料：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。各种水泥等。第4章气硬性胶凝材料一、石膏的组成与结构石膏的矿物组成：CaSO4·xH2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏胶凝材料的化学组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。§4.1建筑石膏CaSO4·xH2O二、石膏的生产原料：天然二水石膏；工业副产物——磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等。生产工序：原料(破碎)

脱水

磨细生产(脱水)的工艺：非密闭煅烧(干燥空气中)：密闭蒸练(湿的水蒸气)：

非密闭煅烧脱水工艺及其产品

──建筑石膏、模型石膏107~170C

-半水石膏CaSO4

2H2O实际生产温度120~180C

密闭蒸练工艺及其产品──高强石膏124C水蒸气

-型半水石膏CaSO4

2H2O实际生产温度125~180C三、石膏的凝结硬化凝结硬化过程中的水化反应：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2O

CaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”溶解沉淀硬化

半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。

二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网四、建筑石膏的性质建筑石膏的技术要求(GB9776－1988)：表4-1密度：2.50-2.70;强度：抗折强度2.5、2.1、1.8

抗压强度4.93.92.9细度：0.2mm方孔筛筛余，分别5,10,15;凝结时间：初凝≥6分钟，终凝≤30分钟凝结硬化快；孔隙率较大凝结时微膨胀孔隙率大，密度小保温、吸声性好强度较低具有一定的调湿性耐水性和抗冻性较差有一定防火性，但耐火性差装饰性主要产品：石膏板石膏硬化体及制品的特性：一、石灰的组成与品种气硬性石灰粘土杂质含量<8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等§4.2石灰二、石灰的制备原料：以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。石灰的制备：石灰石的热分解反应：

CaCO3CaO＋CO2制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨(消解)898℃

注：实际生产1000─1100℃制备工艺与产品石灰石1000～1100

C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时，

欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时，

过火石灰减轻或消除过火石灰的危害三、石灰的硬化结晶作用生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。提高耐久性。四、石灰的性质建筑石灰的技术要求：

CaO的含量CO2的含量(欠火石灰)

细度体积安定性(过火石灰)建筑石灰的特性：表观密度较小浆体的可塑性好硬化后的强度较低耐水性差浆体硬化中容易开裂过火石灰的危害与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。五、石灰的应用配制建筑砂浆和石灰乳配制无熟料水泥石灰＋火山灰活性材料配制三合土石灰＋粘土＋砂＋水作为其它建材制品的原料如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。软土地基加固§4.3水玻璃一、什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋二、水玻璃的制备方法：湿法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2CO3＋nSiO2R2O·nSiO2+CO2R2O·nSiO2+H2O水玻璃

n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比----水玻璃的模数。模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。常用模数：2.6─3.0三、水玻璃硬化过程

水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO2而硬化。

Na2OnSiO2+CO2+mH2ONaCO3+nSiO2mH2O

水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠Na2SiF6

其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和SiO2的形成。四、水玻璃的特性

良好的胶结能力耐热性好、不燃烧较好的耐酸性能耐水性和耐碱性差五、水玻璃在建筑上应用配制耐酸混凝土与砂浆配制耐热混凝土与砂浆配制快凝防水剂加固地基基础4.4镁质胶凝材料原料：以MgCO3为主要成分的天然岩石(菱镁矿)，经煅烧磨细而成的胶凝材料，又叫菱镁水泥、氯氧镁水泥，或菱苦土。菱镁胶凝材料的制备：菱镁矿分解：

MgCO3MgO＋CO2制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨700-850℃

水化硬化：

MgO

+H20

Mg(OH)2

结构疏松，强度低。

xMgO

+yMgCl+zH20xMgO··y

MgCl·z

H20

水化产生结构相对稳定、强度高，体积密度小，比强度高。

MgO与MgCl适宜摩尔比为4—6；控制MgCl密度1.2g/ml性能与应用

1.锯末地板；

2.室内装饰砂浆；

3.板材；

4.波型瓦注：该产品吸湿性大，耐水性差，易出现返卤，翘曲；耐久性差，长期使用时结构疏松、强度下降。END问题？1.为什么水玻璃模数n越大，粘结力越强，耐水性越好？

答：n是SiO2/R2O的摩尔比，n越大，表明SiO2含量越大，硬化后的玻璃体中SiO2的交联密度越大，所以，粘结力越强，耐水性越好。1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？

答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需半水石膏重21％的水；即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点Which？答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。3.为什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.30~0.45；另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低

。4、如何改善石膏制品的耐水性How?

答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；

掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。5、为什么石膏制品的防火性好Why?

答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。6、进一步思考的问题:警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？如何在土木工程建设中