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2气硬性胶凝材料土木工程材料_图文

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第二章 气硬性胶凝材料

河北科技大学

胶凝材料的定义和分类
?胶凝材料的定义
经过一系列的物理和化学变化,能够产生凝结硬化, 将块状或粉状材料胶结起来,形成为一个整体的材料。

?胶凝材料的分类
气硬性胶凝材料

如:石灰、石 膏、水玻璃等

无机胶凝材料
胶凝材料 有机胶凝材料
水硬性胶凝材料
如沥青、树脂等

各种水泥

无机胶凝材料
?气硬性胶凝材料
加水拌合均匀后形成的浆体,只能在空气中凝结 硬化,而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石 膏、水玻璃、等。

?水硬性胶凝材料
加水拌合均匀后形成的浆体,不仅能在干燥空

气中凝结硬化,而且能更好地在水中硬化,保持或 发展其强度。通称为“水泥”。

§2-1





一、石灰的生产简介

一、石灰的生产简介
?原材料
生产石灰的原材*ㄌ烊皇沂自剖 贝壳。主要成分为CaCO3。

?生产工艺——煅烧
900℃

生石灰

CaCO3 == CaO + CO2

? 石灰生产过程,是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度 可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。 欠火石灰:烧成温度低,分解不完全,产浆量 低,减少了石灰的利用率。 过火石灰:烧成温度高,表面致密,延缓了产 物熟化速度,其过烧成分可能在石灰应用后熟化, 这时硬化的水泥浆中会产生膨胀而引起崩裂或隆起, 直接影响工程质量。 ? 按照MgO的含量分为钙质灰(<5%) 镁质灰(>5%)。

二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
?生石灰的熟化
? 熟化的过程 生石灰+水 熟石灰(消石灰)
MgO + H2O == Mg(OH)2 CaO + H2O == Ca(OH)2 + 64.83kj

? 熟化的方式
淋 灰——生石灰粉(消石灰粉) 化 灰—— 熟石灰膏

? 熟化过程的特点
放出大量的热;体积膨胀1.5~3.5倍。

? 熟化过程的注意事项
? 熟石灰在使用前必须陈伏2-3周——防止过火石灰的危害; ? 在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。

二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种

二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
?石灰的硬化
? Ca(OH)2从饱和溶液中析出,晶体互相交叉连生,从而提 高强度。 ? Ca(OH)2空气中的CO2发生化学反应,形成CaCO3使石灰的 强度逐渐提高。

?石灰的品种
? 按石灰中的氧化镁含量的高低分

钙质石灰
生石灰 镁质石灰

MgO≤5%

MgO>5%

? 按成品的加工方法分 块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰膏等。

三、石灰的技术性质
?石灰的质量等级
建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按 有效CaO+MgO的含量等,可分为优等品、一等品和 合格品三个等级。具体指标见教材。

?石灰的特性
1.可塑性和保水性好; 2.生石灰水化热大,体积增大1-2.5倍; 3.凝结硬化缓慢; 4.硬化后体积收缩大,易开裂; 5.硬化后强度低; 6.耐水性差 。





1. 过火石灰有什么危害?应如何消除?
答:过火石灰密度较大,且颗粒表面有玻璃釉状物包 裹,水化消解很慢,在正常石灰水化硬化后再吸湿水化, 产生体积膨胀,影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟 化和陈伏期,或过滤掉。

2.石灰硬化过程中,为什么容易开裂?使用时应 如何避免?
答:石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发,体积显著收 缩,因而容易导致开裂。在使用时,避免单独使用,可 掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。

过火石灰的处理
石灰浆在储灰池中需 生石灰块 放置15天以上,消除过火

石灰的危害,才能使用,
这个过程叫陈伏。 化浆池 过筛
石灰浆

储灰池

工程实例
某工地要使用一种生石灰粉,现取试样,应如何判

该石灰的品质?
过程: 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(钙质/镁质石灰) 3.根据表2.2判定该石灰的等级。

四、石灰的应用
?制作石灰乳涂料; ?配制石灰砂浆; ?配制三合土和灰土;

?生产硅酸盐制品;
?生产碳化石灰板。

工程案例分析
?某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面,数月后,墙面上出 现了许多不规则的网状裂纹,同时在个别部位还发现了部分凸 出的放射状裂纹,试分析上述现象产生的原因。 ?石灰砂浆抹面的干墙面上出现不规则的网状裂纹,引发原因 很多,但最主要的原因在于石灰在硬化过程中,蒸发大量的游 离水而引起体积收缩的结果。 ?墙面上个别部位出现的呈放射状的裂纹,是由于配制石灰砂 浆时所用的石灰中存在没有熟化的过火石灰,以致于在砂浆硬 中,过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化,造成体积膨胀, 从而出现上述现象。

四、石灰的储存
?生石灰储存时间不宜过长,一般不超过一个月。 作到“随到随化”。 ?不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和

混合运输。
?熟石灰在使用前必须陈伏2~3周,以防止过火石 灰对建筑物产生的危害。

§2-2





一、石膏胶凝材料的生产
石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏(硫酸钙)在一定 的温度和压力下,经过煅烧、脱水,再经磨细而成。 在不同的煅烧温度下,得到的产品是不同的。具体过程如 下所示: 107~170℃ β型 建筑石膏 CaSO4· 0.5H2O
加热、脱水 蒸压锅

125℃ 0.13MPa

CaSO4· 0.5H2O CaSO4 Ⅲ CaSO4 Ⅱ CaSO4 Ⅰ

α型

高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
高温煅烧石膏
在常温下不存在

二水石膏
CaSO4· 2H2O

170~200℃ 加热、脱水

400~750℃ 800℃

在建筑工程中常用建筑石膏;高强石膏用于生产建筑石膏制品。

建筑石膏的凝结硬化
建筑石膏与适当的水拌合,开始形成塑性浆体,但很快 就失去塑性并产生强度,发展为坚硬的固体。

1 2(CaSO 4 ? H 2 O) ? 3H 2 O ? ( 2 CaSO 4 ? 2H 2 O) 2
1 CaSO 4 ? H 2 O 溶解度20℃时为8.16g/L,而 CaSO 4 ? 2H2O 2

的溶解度为2.05g/L,在此过程中产生较高过饱和度,导致了 迅速沉淀而析出。析出的颗粒细小,总表面积大,可吸附更多 水分,同时浆体中的水分由于水化和蒸发逐渐增大,强度随之 增加,一直发展致最大值,这就是硬化过程。 (a)胶化→(b)结晶→(c)结晶长大与交错

建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏凝结硬化过程
半水石膏 二水石膏 胶体微粒 交错的晶体

(a) 胶化 二水石膏 晶体

(C) 结晶长大与交错 二水石膏 交错晶体

(b) 结晶开始

(D) 实际石膏制品显微结构

建筑石膏的凝结硬化
? 半水石膏溶解于水,很快成为饱和溶液。溶液中的 半水石膏与水化合,生成二水石膏; ? 二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏的 1/5,形成

高度过饱和度,故二水石膏胶体微粒很快从溶液中析出。
并促使一批新的半水石膏溶解和水化,直至耗尽。

建筑石膏的凝结硬化
石膏的初凝、终凝
?在这个过程中,浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少, 浆体变稠而失去流动性,可塑性也开始下降,称为石膏的 初凝。

? 随着水分蒸发和水化的继续进行,微粒间的摩擦力和粘
结力逐渐增大,浆体完全失去可塑性,开始产生结构强度, 则称为终凝。 ?标准稠度石膏浆的初凝不早于 3分钟,终凝不早于6分钟, 不迟于30分钟。

二、建筑石膏的等级
?建筑石膏的质量等级
建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标,划 分为3.0、2.0、1.6三个等级。具体指标见下表:
技术指标名称
强 度 抗折强度≥ 抗压强度≥

3.0
3.0 6.0

2.0
2.0 4.0

1.6
1.6 3.0

细度(0.2mm方孔筛筛余)≤
凝结时间

10%
初凝不早于3min,终凝不迟于30min

三、建筑石膏的技术性质
?凝结硬化快;

?硬化时体积产生微膨胀;
?硬化后孔隙率较大,表观密度和强度较低;

?隔热、吸声性好;
?防火性能良好; ?具有一定的调温调湿性; ?耐水抗冻性差; ?加工性好

四、建筑石膏的应用

?

建筑石膏适用于室内装饰、绝热保温、吸音和防火等。

建筑石膏制品不宜在超过 65℃以上高温使用,二水石膏在
此温度以上开始脱水分解。 ? 建筑石膏一般做成石膏抹面灰浆、装饰制品和石膏板。

加入颜料,硬化抛光,可成为人造大理石,用于内墙装饰。

四、建筑石膏的应用

石膏板
多作*顶和内墙面装饰,可直接粘贴在墙上,或钉 在木龙骨两边而成隔墙。石膏板具有长期徐变的性质,不 宜用于承受结构荷载。常见的石膏板有: ?纸面石膏板; ?空心石膏条板; ?纤维石膏板;
石膏板 龙 骨

?装饰石膏板等。

隔声材料

四、建筑石膏的应用 纸面石膏板
? 因质轻,而且隔音性能优越,与轻钢龙骨复合,特别适 合于作为高层建筑的轻质隔断。 ? 我国纸面石膏板的年生产能力已达2.6亿m2,但1998年的

实际产量仅为生产能力的1/3左右,原因是价格较高。
? 但可用工业副产品化学石膏替代天然石膏,如上海博罗 公司用安徽铜陵的磷石膏作原料生产纸面石膏板,获得较 好的经济效益。

四、建筑石膏的应用

四、建筑石膏的应用 空心石膏条板
生产方法与普通混凝土空心板类似。常加入纤维材料 和轻质填料。这种板不用纸和粘结剂,也不用龙骨,施工方

便,是发展较快的一种轻板。

30

四、建筑石膏的应用
纤维石膏板和装饰石膏板
? 纤维石膏板
? 用玻璃纤维、纸浆或矿棉作为纤维增强材料与石膏复合。纤维 石膏板抗弯强度和弹性模量都高于纸面石膏板,除用于建筑外, 还可代替木材作家具。 ? 装饰石膏板 ? 可制成*板、多孔板、花纹板、浮雕板等。

§2-3

水玻璃

一、水玻璃的硬化和性质
水玻璃又称泡花碱,是由碱金属氧化物和二氧化硅 结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。

?水玻璃的硬化
液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳,形成无定型硅 酸凝胶,并逐渐干燥硬化,具体反应式如下: Na2O?nSiO2+ CO2+mH2O=Na2CO3 + nSiO2?mH20 为了加速水玻璃的硬化,可加热或掺入12%~15%的 促硬剂氟硅酸钠。

?水玻璃的性质
1.粘结力强 2.耐酸性好 3. 耐热性好 4.抗渗

二、水玻璃的应用
?涂刷或浸渍材料; ?修补裂缝、堵漏; ?配制耐酸砂浆和耐酸混凝土;

?配制耐热砂浆和耐热混凝土;
?加固地基。

本章小结
? 胶凝材料的定义和分类;

? 石灰、石膏、镁质胶凝材料、水玻璃都是气硬性胶凝材 料,在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料。
(1)石灰品种很多,各种石灰产品都统称石灰。石灰的强度很低, 主要来源于Ca(OH)2的结晶和碳化。利用石灰的特性可将其 用于拌制砂浆、配制灰土和三合土、制作石灰碳化板和硅酸盐 制品等。 (2)石膏的品种很多,不同品种的石膏,其生产条件不同,且性 能及应用各异。建筑石膏是建筑工程中应用最多的一种石膏产 品,建筑石膏凝结硬化速度很快,其技术性质要求主要表现在 强度、细度、凝结时间三方面,利用它的特性可用于建筑室内 抹灰及粉刷、并大量用于制作石膏制品。 (3)简单了解水玻璃的特点与用途。

练 *
1、石灰不可以单独应用是因为其硬化后__________大,而
石膏可以单独应用是因为其硬化过程中具有__________的 特性。

答案

体积收缩、体积微膨胀

2、按消防要求我们尽可能用石膏板代替木制板材,是因为石 膏板具有__________好的特性。 答案

防火性

3、试分析下列工程,哪些工程不适于选用石膏和石膏制品

(

)。
B.冷库内的墙贴面

? A.影剧院的穿孔贴面板 ? C.非承重隔墙板

答案

B

4、石灰的特性有:可塑性__________、硬化__________、硬

化时体积__________及耐水性__________等。

答案



缓慢

收缩大



5、石灰的硬化包括__________和__________。

答案

结晶、碳化

6、在维修古建筑时,发现古建筑中石灰砂浆坚硬,强度较高。 有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点对否? 为什么? 答案

错误。因为石灰的硬化包括干燥结晶硬化过程及碳

化过程。但由于碳化作用是一个很缓慢的过程。碳化时表层 生成的CaCO3膜层阻碍空气中CO2的渗入,此过程相当漫长。 古建筑所用的石灰年代久远,碳化非常充分,故其强度较高。




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