《土木工程材料 第2版》 课件 第2章 无机气硬性胶凝材料

（第二章无机气硬性胶凝材料）教学目标掌握：胶凝材料的定义、分类；建筑石灰、石膏技术要求、性质。熟悉：石灰、石膏的熟化、硬化和应用。了解：石灰的生产及品种。教学重点石灰、石膏的生产石灰、石膏的水化（熟化）硬化机理石灰、石膏的特性和技术要求本章主要教学内容与要求胶凝材料定义：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。特征：严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。Cementitousmaterials胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青、橡胶等）无机胶凝材料水硬性胶凝材料（水泥）气硬性胶凝材料（石灰、石膏）二者有何区别胶凝材料分类气硬性与水硬性胶凝材料的特点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；

关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！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。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！本章目录石灰石膏水玻璃菱苦土本章知识归纳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等煅烧石灰石或白垩,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因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量如何解决它的危害？石灰的生产千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。制备工艺与产品石灰石1000～1200

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水化过程中体积增大1-2.5倍，迅速放出大量热生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。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生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层堆放淋水，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。为何生石灰加水马上配制砂浆可能出现膨胀性裂缝？石灰的硬化结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。古代的石灰浆强度很高，是否说明古代的石灰质量优于现代？石灰的技术要求可塑性好和保水性好吸湿性好凝结硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜石灰的特性和应用生石灰可以用来做干燥剂强度低体积收缩大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石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土桩灰土桩配制石灰砂浆、石灰乳配制石灰土、三合土生产碳化石灰板加固含水的软土地基石膏的组成与结构石膏的矿物组成：

CaSO4·xH2OX为结晶水H2Ox＝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)石膏胶凝材料的组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌CaSO4·2H2O石膏的生产生石膏工业石膏建筑石膏(β半水石膏)高强石膏(α半水石膏)(有胶凝性的)无水石膏(无胶凝性的)无水石膏煅烧石膏(地板石膏)生产工艺与产品的组成CaSO4

2H2O

120~180C干燥空气125~180C水蒸气

-CaSO40.5H2O

-CaSO40.5H2O

-CaSO4(Ⅲ)可溶

-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C

200~360C

400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶

800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成建筑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凝结硬化的物理化学过程水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体凝结硬化快硬化后体积微膨胀性硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强、绝热性好。耐水性与抗冻性较差防火性好但耐火性差建筑石膏的特性建筑石膏及其制品的性质建筑石膏的技术要求(GB/T9776－2008)：密度：2.50~2.70;强度：抗折强度(等级：3.0、2.0、1.6)、抗压强度;

细度：0.2mm方孔筛筛余≤10%;

凝结时间：初凝（≥3min）、终凝时间（≤30min）;石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小：～1.0孔隙率较大强度较低耐水性和抗冻性较差防火性较好隔热性和吸声性良好装饰性建筑石膏的应用室内抹灰及粉刷纸面石膏板装饰石膏板吸声用穿孔石膏板石膏艺术制品

什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模数？

n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。模数对水玻璃性能的影响模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。水玻璃的制备水玻璃的硬化反应Na2O·nSiO2+CO2+mH2O

Na2CO3+nSiO2·mH2O

上述反应速度很慢，常加入促硬剂Na2SiF6

：2Na2O

nSiO2+Na2SiF6+mH2O=6NaF+(2n+1)SiO2

mH2O水玻璃硬化过程水玻璃溶液硅酸凝胶二氧化硅玻璃体R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脱水交联四.水玻璃的性质与应用1.粘结力强，防水性好。可配制防水剂。

2.耐热性高，可配制耐热混凝土或耐热砂浆。

3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂浆。

4.不耐水，不耐碱。氯氧镁水泥菱苦土菱苦土为镁质胶凝材料，主要成分MgO。制备水化硬化机理菱苦土调和(凝结慢，强度低)，通常用溶液调制，发生如下两个反应：不能用水MgCl2

建筑工程中，常用菱苦土与木屑混合胶凝，压制成窗台板、内墙板、天花板等平板(刨花板)。菱苦土的性质与应用★碱性较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。1.菱苦土的性质★菱苦土，胶凝性能好，强度也较高，与植物纤维的粘结良好，菱苦土在运输和储存时应注意防潮，也不可久存，以防其吸收空气中的水分而变成Mg(OH)2，再碳化成MgCO3，失去胶凝性能。2.菱苦土的应用本章知识归纳（I）经过自身的一系列物理作用、化学作用，能够将散粒状材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块、砌块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料根据其化学组成，可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料根据其硬化条件的不同，又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气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或继续发展其强度，所以气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不宜用于水中。以碳酸钙为主要成分的岩石（如石灰石、白云石）经适当温度煅烧后得到生石灰，工程中使用的石灰通常是熟石灰，为消除过火石灰的危害，生石灰在熟化时必须进行“陈伏”。石灰具有保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差、吸湿性强等特性。本章知识归纳（II）建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的β型半水石膏，建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密度小、强度低、防火性好