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1、第三章 气硬性胶凝材料,胶凝材料：在土木工程材料中，凡是经过一系列的物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。,胶凝材料,有机胶凝材料,如沥青、树脂等,无机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃,各种水泥,气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保材或发展其强度。水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。,石灰,水泥,3-1 石 灰,3-2 石 膏,3-3 水玻璃,3-1 石 灰,石灰的早期发现与应用考古学家认为，石灰石烧成石灰是偶然发现。其中有些石块受热失去强度，遇水后裂为白色粉末（应用生石灰却需要一定知
2、识才行）。石灰石埃及的齐阿普斯金字塔；希腊人雕刻石像等。石灰稳定地基罗马人修筑道路，中国建造的西藏佛教塔和万里长城都已加以应用。,一、石灰的品种和生产,1、石灰的品种根据石灰加工方法：块状生石灰、磨细生石灰、石灰浆、石灰乳、石灰水等；石灰石中含有杂质氧化镁（MgO），根据MgO的多少，将生石灰中MgO含量5%的称为钙质生石灰（低镁石灰），5%20%的称为中镁石灰。20%40%为高镁生石灰；建筑用石灰有：生石灰（块灰）、生石灰粉、熟石灰粉（又称建筑消石灰粉、消解石灰粉、水化石灰）和石灰膏等几种形态。,石灰是由富含碳酸钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石，
3、经过煅烧，逸出二氧化碳气体后得到的块状材料。化工副产品主要有电石渣(消化电石而得)等:,块状生石灰,熟石灰,2、石灰的生产,煅烧石灰石(内含CaCO3),正火石灰,欠火石灰,过火石灰,碳酸钙的分解取决于温度、压力、介质和石灰石原料的致密度及块度的形状和均匀度。原料中含有的MgO杂质对生石灰的制造也有影响，MgCO3比CaCO3煅烧温度低，因而先分解，等CaCO3分解时，MgO的致密度大增，消化性能降低，影响了生石灰的性能。所以生石灰的最佳煅烧温度不是一成不变的。,1、熟化（消化）CaOH2O Ca(OH)2(熟石灰)64.88 kJ(体积增大1.02.5倍)粉状消石灰：只用少量水(约70)(理
4、论值为 31.2%)浆状石灰浆：加过量水(2.53倍),过烧石灰危害：熟化缓慢，浆体硬化后仍在熟化，体积膨胀，导致硬化浆体开裂。消除危害方法：“陈伏”两星期,消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化后使用。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。按照JC/T48192建筑消石灰粉规定：MgO4的，称为钙质消石灰粉；4%MgO24的，称镁质消石灰粉；24%MgO30的，称为白云石消石灰粉。,二、石灰的熟化和硬化,2、硬化,3-1 石 灰,1）结晶作用 2）碳化作用,石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：石灰浆的干燥硬化（
5、结晶作用）滞流在孔隙自由水蒸发或被周围砌体吸收，使石灰粒子密实，蒸发后使Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶，数量少，强度不高（缓慢）石灰浆的碳化（碳化作用）氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。只有在有水的条件下才能进行。,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。由于空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。,建筑石灰按现行标准建筑生石灰(JCT 479一92)、建筑生石灰粉(JCT 48092)和建筑消石灰粉(JCT48192)规定，
6、按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。见下表。钙质石灰和镁质石灰中氧化镁含量(%)界限,三、石灰的技术要求,生石灰技术标准 根据氧化镁含量按上表分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后再按有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表。,生石灰粉技术标准 根据氧化镁含量分为钙质石灰和镁质石灰两类后，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和细度等项目的指标，分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表。,消石灰粉技术标准 消石灰粉按氧化镁含量4时称为钙质消石灰粉，4氧化镁含量24时称为镁质消石灰粉，24氧化镁含量30时称为白云石消
7、石灰粉。按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，如下表。,四、石灰的技术性质和应用,1、石灰的主要技术性质（1）良好的保水性（2）凝结缓慢、强度低（3）吸湿性强（4）体积收缩大（5）耐水性差（6）化学稳定性差,2石灰的应用 1）制作石灰乳涂料 将熟化好的石灰膏或消石灰粉加入过量的水稀释成的石灰乳，是一种传统的涂料，主要用于室内粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高粉刷层的防水性；掺入各种耐碱颜料，可获得更好的装饰效果。2）配制砂浆石灰膏和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，可用于墙体砌筑或抹面工程；也可掺入纸筋、麻刀等
8、制成石灰浆，用于内墙或顶棚抹面。3）拌制石灰土和三合土石灰土为消石灰粉与粘土按2：8或3：7的体积比加少量水拌成。三合土为消石灰粉、粘土、砂按1：2：3的体积比，或者消石灰粉、砂、碎砖（或碎石）按1：2：4的体积比加少量水拌成。夯实，密实度，而且粘土颗粒表面的少量活性SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，胶结，粘土的强度和耐水性，主要用于建筑物、路面或地面的垫层，地基的换土处理及地下建筑物的防水。另外石灰与粉煤灰、碎石拌制的“三渣”也是目前道路工程中经常使用的材料之一。,三合土用作铺筑步道砖的垫层,三合土桩,灰土桩,4）生产硅酸盐制品用生石灰粉生产石灰板。将
9、生石灰粉与纤维材料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如炉渣）加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质的碳化石灰板材，多制成碳化石灰空心板，它的导热系数较小，保温绝热性能较好，可锯，可钉，宜用作非承重内隔墙板、天花板等。将生石灰粉或消石灰粉与含硅材料，如天然砂、粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等，加水拌合、陈伏、成型后，经蒸压或蒸养等工艺处理，可制得其他硅酸盐制品，如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。,返回键,3-2 石膏,建筑石膏及其制品具有轻质，高强，隔热，吸声，美观及易于加工等优点，因此用途广泛，是一种有发展前途的新型建筑材料之一。自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO42
10、H2O。在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO41/2H2O，又成熟石膏。天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同，会得到结构和性能不同的产物。高强度石膏硬化后，密实度大，强度高，可用于建筑抹灰或者制成石膏制品，但成本高，建筑石膏生产方便，成本低，可在建筑工程中广泛大量使用。,（一）原料 建筑石膏原料主要是二水石膏又称生石膏，也可采用各种工业副产品（化工石膏）。（二）生产,一、石膏的品种和生产,(1)建筑石膏和模型石膏(2)高强石膏(3)硬石膏：无水石膏,（三）品种,建筑石膏与适量水混合后，最初成为可塑的浆体，但很快就失去可塑性产生强度，并发展成为坚硬的固体
11、。发生这种现象的实质，是由于浆体内部经历了一系列的物理化学变化。首先半水石膏溶解于水，很快成为不稳定的饱和溶液。溶液中的半水石膏与水反应形成二水石膏。水化反应按下式进行。CaSO4.1/2H2O+3/2H2OCaSO4.2H2O由于水化产物二水石膏的溶解度比型半水石膏小得多（仅为型半水石膏溶解度的1/5），型半水石膏的饱和溶液对二水石膏就成了过饱和溶液，逐渐形成晶核，当晶核大到某一临界值以后，二水石膏就结晶析出。这时溶液浓度降低，使新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行，直到 型半水石膏完全耗尽。随着水化的进行，二水石膏生成量不断增加，水分逐渐减少，浆体开始失去可塑性，这称为初凝。而
12、后浆体继续变稠，颗粒间的摩擦力、粘结力增加，并开始产生结构强度，表现为终凝。其间晶体颗粒也逐渐长大、连生和互相交错，使浆体强度不断增长，直至剩余水分完全蒸发后，强度才停止发展。这就是建筑石膏硬化过程。,二、石膏的凝结和硬化,三、石膏的技术要求,建筑石膏色白，密度2.602.75g/cm3,堆积密度8001000kg/cm3,根据国标建筑石膏的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。,（一）建筑石膏的性质1、凝结硬化快：在自然干燥的条件下，建筑石膏达到完全硬化的时间约需一星期。加水后6min即可凝结，终凝一般不超过30min。2、建筑石膏硬化后孔隙率大、表观密度小，保温、吸声性能好；3、具有
13、一定的调湿性；4、耐水性、抗冻性差；5、凝固时体积微膨胀；6、防火性好。,四、石膏的性质和应用,（二）、建筑石膏的应用1、室内抹灰及粉刷建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这中抹灰墙面具有绝热，阻火，隔音，舒适，美观等特点。抹灰后的墙面和天棚还可以直接涂刷尤其及贴墙纸。建筑石膏加水调成石膏浆体，还可以掺如部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑，细腻，洁白美观。2、装饰制品以石膏为主要原料，掺加少量的纤维增强材料和胶料，加水搅拌成石膏浆体，利用石膏硬化时体积微膨胀的性能，可制成各种石膏雕塑，饰面板及各种装饰品。,3、石膏板,我国目前生产的石膏板，主要有纸面石膏板，石膏空心板，石膏
14、装饰板，纤维石膏板等。纸面石膏板 它是石膏作芯材，两面用纸做护面而制成的，主要用于内墙，隔墙，无花板等处。石膏空心条板 这种石膏板强度高，可用作住宅和公共建筑的内墙和隔墙等，安装时，不需要龙骨。石膏装饰板 石膏装饰板有平板，多孔板，花纹板，浮雕板等多种，它尺寸精确，线条清晰，颜色鲜艳，造型美观，品种多样，施工简单，主要用于公共建筑，可作为墙面和无花板等。纤维石膏板 以建筑石膏为主要原料掺加适量的县委增强材料而制成。这种板的抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可用来替代木材制作家具。此外，还有石膏蜂窝板，防潮石膏板，石膏矿棉复合板等品种，可分别用做绝热板，吸声板，内墙和隔墙板，天花板，地面基层板等。
15、,返回键,3-3 水玻璃,一、水玻璃的生产与组成,1、水玻璃的生产,（一）原料：SiO2 原料：石英砂、砂岩、燧石、硅藻土等；Na2O原料：纯碱(Na2CO3)、硫酸钠(Na2SO4)、苛性钠(NaOH)、小苏打(NaHCO3)等；其他原料：炭，在用硫酸盐生产时采用。,（一）生产：,1.干制法（1）碳酸盐熔融法Na2CO3+nSiO2CO2+Na2OnSIO2（2）硫酸盐法4Na2SO4+2C+4SiO2=4NaOSiO+4SO2+2CO22.湿制法蒸压法湿制法生产硅酸钠水玻璃是根据石英砂能在高温烧碱中溶解生成硅酸钠的原理进行的，其反应式如下：,工业上水玻璃形态有三种：块状或粉状水玻璃，溶解慢
16、，且易潮解。含有化合水的固体水玻璃，称之为水合水玻璃溶解度大。由而得的液体水玻璃，可与水按任意比例混合。,2、水玻璃的组成,水玻璃俗称为泡花碱，是一种易溶于水的碱金属硅酸盐，最常用的是硅酸钠和硅酸钾两种R2OnSiO2。(又称钠水玻璃、钾水玻璃)也可将二者按比例混合，又叫混合水玻璃。n：氧化硅与氧化钠的分子比，它被称为水玻璃的模数。,二、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：Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH20 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。,Na2SiF6有毒，使用要
17、注意安全。掺量12-15%。掺量过多或过少的都有弊端。,水玻璃的模数和相对密度，对于凝结和硬化影响也很大。当模数高时，硅胶容易析出，水玻璃凝结硬化快。当水玻璃相对密度小时，反应产物扩散速度快，水玻璃凝结硬化速度也快。而模数又低且相对密度又大时，凝结硬化就很慢。环境温度和湿度对凝结硬化影响也大，温度高、湿度低时放映速度也加快。,三、水玻璃的性质,1、水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度；2、硬化后的水玻璃，其主要成分为SiO2，因此它的耐酸性能很高；3、水玻璃硬化后形成SiO2空间网状骨架，因此具有良好的耐热性能；,四、水玻璃的应用,1涂刷土木工程材料表面可提高抗风化能力，并可掺入耐碱颜料。2配制防水剂。3配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙、裂缝。4用于加固土壤。5碱矿渣混凝土中的碱。6配制耐酸混凝土。7.配制耐热砂浆和耐热混凝土。,谢谢！,
