第二章 无机胶凝材料

1、第二章 气硬性无机胶凝材料,第一节 建筑石膏 第二节 石灰 第三节 水玻璃,第二章 气硬性胶凝材料,第二章 气硬性胶凝材料,胶凝材料： 是指在一定条件下，通过自身的一系列物理化学变化能够由浆体变为石状体，并能胶结其它物料成整体而且具有一定机械强度的物质。,第二章 气硬性胶凝材料,有机胶凝材料：,无机胶凝材料,胶凝材料,气硬性胶凝材料：,只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土,水硬性胶凝材料：,不仅能在空气中而且能更好地在水中硬保持并发展其强度。如：水泥,如：沥青、各种合成树脂,第一节 石膏 (gypsum),一、石膏的生产 二、建筑石膏的水化与硬化 三

2、、建筑石膏的技术特性、质 量要求与应用 四、高强石膏,一、石膏的生产,石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料 原材料：天然二水石膏（CaSO42H2O)与无水石膏( CaSO4)，其中无水石膏只能生产无水石膏水泥。 生产：主要工序破碎、加热与磨细。,一、石膏的生产,天 然 二水石膏,6575C,高强石膏 -半水石膏,建筑石膏 -半水石膏,107170C,开 始 脱 水,压蒸锅,1.3大气压 127 C,型半水石膏结晶细小、分散度高、其中杂质含量少，白度较高，常用于制作模型合花饰，称模型石膏，在陶瓷工业中用做成型的模型。 型半水石膏结晶粗大，生成的半水石膏是粗大而密实的晶体，水化后

3、具有较高强度，故称高强石膏。,二、建筑石膏的水化与硬化,1、水化反应方程式： CaSO4H2O+1H2O=CaSO42H2O 2、浆体的凝结硬化过程： 半水石膏溶解于水以后，很快成为饱和溶液。二水石膏在水中的溶解度小于半水石膏，达到饱和后形成胶体微粒并不断转变为晶体析出，破坏溶液的平衡，使半水石膏不断溶解，同时水分不断减少，浆体逐渐变稠，晶体逐渐长大，共生和相互交错，这个过程使浆体逐渐产生强度，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。,三、建筑石膏的性质、要求与应用,1、建筑石膏技术性质 （1）凝结硬化速度快，初凝6min，终凝30min。 （2）与水泥相比

4、硬化后强度较低(36MPa)，表观密度小。 （3）由于石膏制品的孔隙率大，因而导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内温湿度。 （4）石膏凝结过程中体积膨胀,装饰性好。 （5）石膏制品的耐水性差抗冻性差，不宜用于潮 湿部位。 （6）具有良好的抗火性能。,三、建筑石膏的性质、要求与应用,2、质量要求 建筑石膏的质量要求主要有强度、细度和凝结时间。 按强度和细度划分为优等品、一等品和合格品。执行标准GB9776-1988。 各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min,终凝时间不得大于30min。,三、建筑石膏的性质、要求与应用,3、应用 （1）制成石膏抹灰材料 （2）各种墙体材料如纸面石膏板、石

5、膏空心砌块、石膏空心条板 （3）各种装饰石膏板、石膏浮雕花饰、 雕塑制品。 4、使用时应注意问题： 在运输及储存时应防止受潮，一 般储存三个月后强度降低30%左右。,四、高强石膏,1、高强石膏与建筑石膏相比较 （1）建筑石膏是片状的、有裂隙的晶体，结晶很细，比表面积比高强石膏大的多，拌制石膏制品时需水量高达60%-70%，因而制品的空隙率大，强度低。 （2）高强石膏结晶良好、坚实、粗大，因而比表面积小，调制成可塑性石膏浆体时需水量约为35%-45%，因此，高强石膏硬化后有较高的密实度与强度。,四、高强石膏,2、高强石膏的应用 （1）强度要求较高的抹灰工程、装饰 制品和石膏板 （2）掺入防水剂，

6、可用于湿度较高的 环境。 （3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶 液。其特点是无收缩。,第二节 石灰 (lime),一、概 述 二、石灰的生产工艺 三、石灰的消化和硬化 四、石灰的技术性质和技术标准 五、石灰的应用,一、概 述,什么是石灰？ 石灰是由以碳酸钙（3）为主要成分的石灰石，经过适当的煅烧，尽可能分解和排出CO2后所得的以为主要成分的材料。通常叫生石灰。 由于原材料分布广，生产工艺简单，成本低，一直以来应用很广。,一、概 述,石灰的分类？ 按粘土含量分为 气硬性石灰：石灰中粘土 8% 水硬性石灰：石灰中粘土 8% 按氧化镁含量分为 钙质石灰： 氧化镁 5% 镁质石灰： 氧化镁 5% 主要成

7、分为氧化钙（）和氧化镁（）。,二、石灰的生产工艺,1、原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。 2、原理：高温煅烧 CaCO3 CaO + CO2 从化学平衡的角度看，应尽可能排除CO2，使反应向右移动。 优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为3， 具有多孔结构。,二、石灰的生产工艺,（1）煅烧温度 CaCO3的理论分解温度为898（普通大气压下） 实际上，一般生产中控制在10001200左右。 温度低，欠火石灰 温度高，过火石灰 （2）反应前后体积变化 CaCO3分解时，释放出占原重44%的CO2，但石灰 体积比原体积仅减少1015%。 所以，石灰为多孔结构

8、。 （3）石灰原料中常含有一些MgCO3，其分解温度 为590，容易过烧。,二、石灰的生产工艺,3、欠火石灰和过火石灰 “欠火石灰”：颜色发青，内部有未烧透的内核，使用时不能完全消化。 产浆量低（有效氧化钙和氧化镁含量低），缺乏粘结力； “过火石灰”：表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色。 块体密度大，消化缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。,三、石灰的消化和硬化,1、 石灰的消化 烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其“消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。 其化学反应式为： C

9、aO + H2O Ca(OH)2 + 64.9103 J 石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大.倍。,三、石灰的消化和硬化,区别消石灰粉和石灰浆（乳） 消石灰粉：将生石灰用适量的水消化 而得的粉末。 石灰浆：将生石灰用较多的水消化而 得的可塑性浆体，也称石灰膏。 石灰乳：石灰浆若水分加的更多，则成 石灰乳。,三、石灰的消化和硬化,如果加水量控制的合适，就可以把块状生石灰变成干消石灰粉，为什么？ 原因有两点： （1）生石灰的结构多孔，其中氧化钙的晶粒尺寸极细，因此它含有极大的内比表面积，加水后，水立即渗入孔内发生水化反应，水分子进入氧化钙晶格内生成氢氧化钙，氢氧化钙质

10、地疏松，密度小，（CaO密度 3.2g/cm3,Ca(OH)2密度 2.2g/cm3）体积增大约一倍，造成膨胀压力，使石灰自动形成粉末。 （2）因消解反应放出大量热，能使水分变成蒸汽，使自由水蒸发，起干燥作用。,三、石灰的消化和硬化,2、石灰的消化速度 消化速度：块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度 时，所需要的时间。 快熟石灰就完成消化过程， 中熟石灰， 慢熟石灰则需以上的时间才能完成消化。 3、消化后的石灰需要“陈伏”一段时间，然后使用。 陈伏过程就是使石灰完全消解，以消除过火的危害。 时间一般为两星期以上，且表面应保有一层水分。,三、石灰的消化和硬化,4、石灰的硬化 石灰在空气中的硬化

11、过程包括结晶作用和碳化作用两个过程完成。 ）石灰浆的干燥结晶硬化 干燥：浆体中多余水分蒸发或被砌体所吸收，使颗粒互相靠拢，并使液相中氢氧化钙浓度增加，产生一定强度。 结晶：由于氢氧化钙浓度的增加，而析出晶粒，这些晶粒随水分蒸发，互相靠近并长大，交叉结合在一起形成一个整体，使强度进一步增大。,三、石灰的消化和硬化,）硬化石灰浆的碳化 碳化：浆体表面的氢氧化钙在潮湿状态下，与空气中的二氧化碳作用，生成碳酸钙结晶，释放出水分，同样水分蒸发，碳酸钙晶体相互交叉连生或与氢氧化钙共生，构成紧密交叉的结晶网，从而使硬化浆体的强度进一步提高，但碳化过程十分缓慢。,四、石灰的技术性质和技术标准,1、技术性质 （

12、1）气硬性； （2）石灰浆的凝结、硬化慢； （3）石灰浆具有良好的可塑性，是其特殊的优良性能；（石灰是依靠化学作用自动分散成消石灰粉或石灰浆。氢氧化钙呈细小胶粒状态（直径约为1m），颗粒表面能吸收大量的水形成较厚的水膜，所以可塑性好。） （4）收缩明显，不宜单独使用。,四、石灰的技术性质和技术标准,2、技术要求 （1） 有效氧化钙和氧化镁含量 （2） 生石灰产浆量和未消化残渣含量 （3） 二氧化碳含量 （4） 消石灰粉游离水含量 （5） 体积安定性 （6） 细度,四、石灰的技术性质和技术标准,3、技术标准 建筑石灰按现行标准： 建筑生石灰（） 建筑生石灰粉（） 建筑消石灰粉（） 由于生石灰和消

13、石灰粉的分等技术指标不同，故分别提出不同要求。 如:生石灰技术标准 根据氧化镁含量按表3-2分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后按有效钙氧化镁含量、产浆量、未消化残渣和等个项目的指标，将生石灰分为优等品、一等品和合格品个等级。,生石灰的技术标准,生石灰粉的技术标准,消石灰粉的技术标准,四、石灰的技术性质和技术标准,工程实例 某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判断 该石灰的品质？ 1.检测石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,细度。 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰) 3.根据表4.1判定该石灰的等级。,五、石灰的应用,1、配制建筑砂浆 用于砌筑砖石等块状材料

14、或抹面工程。 2、配制无熟料水泥 石灰做碱性激发剂与具有火山灰性的材料，以一定的比例混合磨细，而得到不经过煅烧具有水硬性的胶凝材料。 3、生产硅酸盐制品 灰砂砖、加气混凝土制品（轻质墙板、各种保温隔热制品）,五、石灰的应用,4、配灰土或三合土 灰土或三合土按一定比例加适量水，捣实做建筑物的基础，普通路面与简易地面等。 特点：不经过消解可直接应用；颗粒细，加水适当，使石灰的消解和硬化合并，不需陈伏；结构密实，抗水性好。 5、碳化石灰板 磨细生石灰+纤维状填料+轻质骨料搅拌成型，人工通以二氧化碳1224小时，容重轻，保温隔热性能好。,第三节 水玻璃,水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同

15、比例的碱金属与二氧化硅所组成。 最常用的是硅酸钠(Na2OSiO2)与硅酸钾(K2OSiO2)水玻璃。,第三节 水玻璃,水玻璃的生产： （1）湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2-3大气压）内用蒸气加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。 （2）干法：将石英砂与碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300-1400温度下熔化生成固体水玻璃，然后在水中加热而成液体水玻璃。,第三节 水玻璃,水玻璃的模数n：氧化硅和氧化钠分子比n称为水玻璃的模数，一般在1.5-3.5之间。水玻璃的模数n反映了固体水玻璃在水中溶解的难易程度。为1能溶解于常温的水中，加大则只能在热水中溶解；大于3时，要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。,第三节 水玻璃,一、水玻璃的硬化 Na2OnSiO2 + CO2 + mH2O = Na2CO3 + nSiO2mH2O 上述过程进行很慢，常用加热与加入促硬剂硅氟酸钠(Na2SiF6)的办法促使硬化。 Na2OnSiO2 + Na2SiF