土木工程材料（第三版）课件 03气硬性胶凝材料

8:27:14PMPage:1第3章气硬性胶凝材料8:27:14PMPage:2第3章气硬性胶凝材料胶凝材料(cements,bindingmaterials)能将砂、石等散粒材料或砖、板等片状材料粘接为一个整体的材料称为胶凝材料。有机胶凝材料：沥青、树脂无机(矿物)胶凝材料气硬性胶凝材料：airhardeningbindingmaterials石膏、石灰、水玻璃、菱苦土水硬性胶凝材料：hydrauliccements水泥8:27:14PMPage:3第3章气硬性胶凝材料3.1石灰(lime,CaO)3.1.1石灰的原料与生产3.1.2石灰的熟化(消解)(slake)3.1.3石灰的凝结、硬化(setandharden)同时进行的两个过程：(1)结晶作用→氢氧化钙晶体(2)碳化作用Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O

凝结硬化缓慢8:27:14PMPage:4第3章气硬性胶凝材料3.1.4石灰的技术性质(1)良好的保水性：直径约为1μm的呈胶体分散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。(2)凝结硬化慢、强度低：碳酸钙和氢氧化钙结晶体(3)耐水性差：氢氧化钙晶体易溶于水(4)体积收缩大：蒸发大量的游离水8:27:14PMPage:5第3章气硬性胶凝材料3.1.5石灰的应用(1)石灰乳涂料：内墙和天棚刷白(2)石灰砂浆：砌筑(3)灰土和三合土：建筑物基础和地面的垫层(4)硅酸盐制品：蒸养粉煤灰砖及砌块，蒸压灰砂砖及砌块，加气混凝土等(5)碳化石灰板：将磨细生石灰、纤维状填料或轻质骨料加水搅拌成型为坯体，然后再通入高浓度二氧化碳进行人工碳化(12-24h)制成的一种轻质板材。

8:27:14PMPage:6第3章气硬性胶凝材料3.2石膏(gypsum)3.2.1石膏的原料、生产及品种8:27:14PMPage:7第3章气硬性胶凝材料3.2.2建筑石膏(calcinedgypsum)

（1）建筑石膏的凝结硬化（2）建筑石膏的技术性质（3）建筑石膏的应用及保管8:27:14PMPage:8第3章气硬性胶凝材料3.2.3高强石膏(highstrengthgypsum/plaster)

α型和β型半水石膏的性能差异3.2.4粉刷石膏3.2.5无水石膏水泥和地板石膏8:27:14PMPage:9第3章气硬性胶凝材料3.3水玻璃（sodiumsilicate，Potassiumsilicate

）

3.3.1概述3.3.2水玻璃的生产3.3.3水玻璃的凝结硬化3.3.3水玻璃的性质3.3.4水玻璃的应用8:27:14PMPage:103.4菱苦土3.4.1菱苦土的生产

菱苦土是将天然菱镁矿(MgCO3)煅烧、磨细而成的粉状物质。菱苦土密度为3.1~3.4g/cm3，堆积密度为800~900kg/m3。

750~850℃

MgCO3 MgO+CO2第3章气硬性胶凝材料8:27:14PMPage:11第3章气硬性胶凝材料3.4.2菱苦土的性质及应用

MgO+H2OMg(OH)2XMgO+YMgCL2.6H2OXMgO.YMgCL2.ZH2O用水调制菱苦土时，生成Mg(OH)2，浆体凝结硬化慢，强度低。一般可用氯化镁（MgCL2.6H2O）、硫酸镁、氯化铁、硫酸亚铁等盐类的溶液调拌，最常用的是氯化镁溶液。菱苦土吸湿性大，抗水性差，易变形和在表面泛霜。菱苦土最突出的优点是与植物纤维有良好的黏结力，且碱性较弱。建筑工程中常用来制造菱苦土木屑地面、木屑板和木丝板。8:27:14PMPage:12第3章气硬性胶凝材料思考题(1)气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有何区别?(2)石灰熟化成石灰浆使用时，一般应在储灰坑中“陈伏”两星期以上，为什么?(3)何为欠火石灰、过火石灰?各有何特点?(4)试述石灰的技术性能与应用?(5)试述建筑石膏的技术性能与应用。(6)水玻璃有哪些用途?ENDOFTHISCHAPTER8:27:14PMPage:13附录8:27:14PMPage:14石灰的原料与生产(附动画)

生产石灰的原料主要是石灰石，也可利用含有碳酸钙成分的天然物质或化工副产品作原料。

欠烧、正烧、过烧低镁石灰（钙质石灰，MaO≤5%）、高镁石灰（镁质石灰，MaO>5%）块灰、磨细生石灰、消石灰粉、石灰浆、石灰膏8:27:14PMPage:158:27:14PMPage:16石灰的熟化(消解)(slake)熟化(消解)：CaO+H2O=Ca(OH)2+15.5千卡

石灰浆、石灰膏、熟石灰粉

常用的熟化方法有：①化灰池（用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆）②分层淋水法(用于拌制灰土、三合土)③在石灰工业企业里进行干消化生产熟石灰粉8:27:14PMPage:17灰蛋灰蛋化灰池(附动画)8:27:14PMPage:188:27:14PMPage:19石膏的原料石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。天然二水石膏，又称软石膏或生石膏。天然硬石膏化工废石膏(含有二水石膏(CaSO4·2H2O)或含有CaSO4·2H2O与CaSO4的混合物的化工副产品及废渣)脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等8:27:14PMPage:20二水石膏加热脱水形成的各种石膏变体(附动画)8:27:14PMPage:218:27:14PMPage:228:27:14PMPage:23建筑石膏建筑石膏是以β型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装饰制品的主要原料。β型半水石膏晶粒细，需水量较大（60%~80%），强度低。8:27:14PMPage:24建筑石膏的凝结硬化(附动画)8:27:14PMPage:258:27:14PMPage:26建筑石膏的技术性质

建筑石膏的密度为2.50~2.80g/cm3，堆积密度为800~1100kg/m3。空隙率大（约占50~60%），强度低。水化反应理论需水量为18.6％，但为了使石膏浆体具有可塑性，通常实际加水为60％~80%凝结迅速：缓凝剂(retarder)硼砂、柠檬酸、酒石酸钾钠、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。石膏制品堆密度小，保温绝热性能好，吸音性强，吸水率大，抗渗性、抗冻性和耐水性差(石膏硬化体的软化系数在0.2～0.3之间

)。硬化后体积微膨胀。防火性好。8:27:14PMPage:27建筑石膏的应用及保管(1)石膏抹灰材料(2)石膏板材：纸面石膏板、石膏空心条板、纤维石膏板(3)石膏砌块建筑石膏在运输和贮存中要注意防止受潮，一般贮存3个月后，其强度会降低约30%。8:27:14PMPage:28高强石膏高强石膏即α型半水石膏。α型半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，比表面积较小，需水量约为35~45%，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3小时抗压强度可达9~24PMa，7天抗压强度可达15~40PMa。高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成黏结剂，其特点是无收缩。8:27:14PMPage:29α型和β型半水石膏的性能差异性能α型半水石膏（高强石膏）β型半水石膏（建筑石膏）强度（MPa）10以上5～10标准稠度用水量（％）40～5060～80凝结时间（min）17～207～128:27:14PMPage:30粉刷石膏是由β型半水石膏和其它石膏相（硬石膏或煅烧黏土质石膏）、各种外加剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等缓凝剂）及附加材料（石灰、烧黏土、氧化铁红等）所组成的一种新型抹灰材料。粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，还可调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。8:27:14PMPage:31无水石膏水泥和地板石膏将天然二水石膏加热至400℃以上（400--750℃）,石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石膏水泥。无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其它制品，也可用于室内抹灰。将天然二水石膏加热到800℃以上，得到的石膏称为地板石膏。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。8:27:14PMPage:32水玻璃概述硅酸钠水玻璃(Na2O·nSiO2)硅酸钾水玻璃(K2O·nSiO2)水玻璃分子式中的n，即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为水玻璃的模数，一般在1.5-3.5之间。工程中常用的水玻璃模数为2.6~2.8。水玻璃在其水溶液中的含量（或称浓度）一般用相对密度（D）或波美度（°B‘e）来表示。

8:27:14PMPage:33水玻璃的生产水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱、烧碱。

1300~1400℃

Na2CO3+nSiO2Na2O.nSiO2+CO2

固态

2~3个大气压

Na(OH)+nSiO2Na2O.nSiO2+CO2

蒸气加热搅拌

液态

8:27:14PMPage:34水玻璃的凝结硬化Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O

硅胶（nSiO2·mH2O）脱水析出固态的SiO2

氟硅酸钠(Na2SiF6)促硬剂（accelerant）

2Na2O·nSiO2＋mH2O＋Na2SiF6＝(2n＋1)SiO2·mH2O＋6NaFSiO2·mH2O＝SiO2＋mH2O8:27:14PMPage:35水玻璃的性质良好的粘结能力

良好的耐热性：