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1、宿迁职业技术学院施工教研室 杨云,第二章 石灰、石膏、水玻璃,本章内容,第一节 石膏一、石膏的生产及分类二、石膏的凝结硬化三、石膏的技术性质和应用第二节 石灰 一、石灰的生产与分类二、石灰的硬化三、石灰的技术性质和要求四、石灰的应用五、石灰的储存第三节 水玻璃一、水玻璃的生产二、水玻璃的硬化三、水玻璃的特征四、水玻璃的应用,教学目标,1、掌握胶凝材料的概念与分类；2、了解石膏、石灰的原料及品种，掌握石膏、石灰的凝结、硬化过程及特性，了解建筑石膏、石灰的质量要求及应用；3、了解水玻璃的组成、性能特点及应用。,基本概念：什么是胶凝材料？,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
2、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。,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,气硬性胶凝材料关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！,第一节 石膏,石膏的矿物组成：CaSO4xH2O,X为结晶水H2O,x0，硬石膏(无水石膏),x0.5，熟石膏(半水石膏、建筑石膏),x2，生石膏(二水石膏),石膏胶凝材料(Gypsum binder)的组成：CaSO4 0.5H2O或CaSO4。,一、石膏的生产及分类,石膏是晶体结构,二水石膏
3、晶体形貌,半水石膏晶体形貌,石膏的生产,原料：天然二水石膏；天然无水石膏；工业副产物磷石膏、氟石膏等。生产工序：原料(破碎)脱水 磨细生产(脱水)的工艺：非密闭煅烧(干燥空气中)：密闭蒸练(湿的水蒸气)：不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料,天然石膏矿纤维状晶体,生产工艺与产品的组成,CaSO42H2O,120180C干燥空气,125180C水蒸气,-CaSO40.5H2O（强度高）,-CaSO40.5H2O,-CaSO4()可溶,-CaSO4()可溶,200360C,200360C,400800C,400800C,CaSO4()不溶,8001180C,CaSO4()不溶CaO,非密闭煅烧工艺及
4、其产品组成,密闭蒸炼工艺及其产品组成,石膏生产流程图,熟石膏,高强石膏,原料入口,产 品,废气排放,二、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 CaSO42H2OQ 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,石膏浆
5、体,半水石膏颗粒 二水石膏晶体,石膏胶体,石膏硬化体,水,孔隙,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,半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。,石膏颗粒表面分子首先水化,颗粒表面二水石膏晶体不断增多,半水石膏全部水化成二水石膏,所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！,建筑石膏粉,三、建筑石膏的技术性质及应用,1、建筑石膏的技术性质外观：色白，密度为2.602.75 g/cm3,堆积密度为8001000 kg/m3。质量标准：建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。,石膏,产品标记
6、：产品名称+抗折强度+标准号,建筑石膏的技术指标（GB 9776-88）,某工人用建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。,案例分析,翻书24页思考分析,分析：,建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。,学会分析、思考和回答问题！,1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大？答：半水石
7、膏需加水6080，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；即，有4060多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。,2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？答：优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。,3.为什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.300.45；另一方面，
8、二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低。,学会分析、思考和回答问题！,4、如何改善石膏制品的耐水性 How?答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。,二水石膏晶体解理面,5、为什么石膏制品的防火性好Why?答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。,学会分析、思考和回答问题！,6、进一步思考的问题:警察在勘察犯罪野外现场时，
9、用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？,调湿作用,红线条表示室内湿度变化,蓝线条表示室外湿度变化,1.警察在勘察犯罪野外现场时,用石膏翻版罪犯足印,其原理是什么?答：原理就是拓印原理。先用化学试剂喷洒在足迹上，使其表面硬化，再用石膏浇灌足迹这样可以做模型。因石膏流动性好，凝结速度快；体积稳定，其在凝结硬化过程中有微膨胀，这种微膨胀可使其硬化后表面光滑饱满、尺寸准确，形成的模型纹理清晰，重量又轻。2.实验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？答：吸水性强：石膏是硫酸钙水合物结晶。化学结构中存在不稳定的水分
10、子。当环境干燥的时候水分子会析出，当环境潮湿的时候水分子会被吸收成石膏化学组成的一部分。从而起到调节湿度的作用。,3.如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？答：更重要的是把握建筑石膏的性质，从而才能在土木工程建筑中石膏正确地使用或选用石膏。（1）制备成石膏砂浆和粉刷石膏，其石膏硬化后表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于再装饰，常用于室内高级抹灰和粉刷。（2）纸面石膏板具有重量轻、隔声、隔热、加工性能强、施工方法简便的特点，适合用做建筑物的隔断、墙面和吊顶等。（3）纤维石膏板综合性能优越，除具有纸面石膏板的优点外，还具有很高的抗冲击能力，而且其内部黏结牢固，防火、防潮、保温性能更好。主要
11、用于内墙板、吊顶板、地板垫层等。（4）石膏空心条板具有重量轻、强度高、隔热、隔声、防水等性能，可锯、可刨、可钻、施工简便。与纸面石膏板相比，石膏用量少、不用纸和胶粘剂、不用龙骨，工艺设备简单，所以比纸面石膏板造价低。石膏空心条板主要用于工业与民用建筑的内隔墙，其墙面可做喷浆、涂料、贴瓷砖、贴壁纸等各种饰面。（5）装饰石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维材料等制成的有多种图案、花饰的板材，如石膏印花板、穿孔吊顶板、石膏浮雕吊顶板、纸面石膏饰面装饰板等。它是一种新型的室内装饰材料，适用于中高档装饰，具有轻质、防火、防潮、易加工、安装简单等特点。特别是新型树脂仿型饰面防水石膏板板面覆以树脂，饰
12、面仿型花纹，其色调图案逼真，新颖大方，板材强度高、耐污染、易清洗，可用于装饰墙面，做护墙板及踢脚板等，是代替天然石材和水磨石的理想材料。,2、建筑石膏的应用,建筑石膏是一种很好的绿色建材！应用中扬长避短，正确应用！建筑上的主要应用有：建筑石膏制品：各种板材：墙板、天花板等艺术装饰品粉刷石膏：墙面粉刷雕饰,各种墙板,德国一所教堂的外墙面雕饰,室内墙面和天花板的雕饰,纸面石膏板的生产工艺流程,纸面石膏板生产线,一、石灰的生产与分类,工程中常用的石灰产品有磨细生石灰粉、消石灰粉和石灰膏。将主要成分为碳酸钙的天然岩石（石灰岩、白垩等）煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产品即为生石灰
13、。,CaO含量低，质量等级低，利用率低,质地密实，颜色较深，消化缓慢，容易造成墙体开裂,第二节 石 灰,制备工艺与产品,石灰石,10001200C,磨细,生石灰粉,生石灰,水喷淋,消石灰粉,(水)化灰池,石灰乳,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,根据成品加工方法不同分为：,各种石灰根据其种类、成分、细度等划分为优等品、一等品及合格品。,二、石灰的消化和硬化,1、消化（熟化）：生石灰（CaO）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程。生石灰的消化反应如下：CaOH2O Ca(OH)264.9103J 石灰的
14、消化过程会放出大量的热，熟化时体积增大12.5倍。*过烧石灰消化速度慢，易引起墙面隆起、开裂，所以使用前需洗灰陈伏。,例如：单兵干粮,石灰浆体,氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体,石灰凝胶体,石灰碳化体,水,孔隙,水分损失,碳化,*2、石灰的硬化,结晶作用生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。提高耐久性。,*例：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：否。因为碳化作用
15、只限于表层，在长时间内碳化过程充分，厚度增加，强度高。,可塑性和保水性好：可调成混合砂浆。凝结硬化慢，强度低。耐水性差：不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。体积收缩大：不宜单独使用，可掺入砂、各种纤维材料等减少收缩。吸湿性强：是传统的干燥剂；储存时注意防潮。,三、石灰的技术性质和要求,A,B,石灰抹面裂纹比较和分析,案例分析,分析答案,分析：,在煅烧过程中，如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过烧石灰”。过烧石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过烧石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一
16、周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过烧石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。,四、石灰的应用,制作石灰乳涂料石灰乳涂料可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。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；掺入各种色彩的耐碱
17、材料，可获得更好的装饰效果。配制砂浆石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。,保水性好,拌制灰土和三合土：消石灰粉与粘土的拌合物，称为灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等），即成三合土。灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与Ca(OH)2发生反应，生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。生产硅酸盐制品：如灰砂砖、粉煤灰砖、粉
18、煤灰砌块、硅酸盐砌块等。配制无熟料水泥,各类石灰的用途,总结,块状硅酸钠,第三节 水玻璃 俗称泡花碱，一种碱金属硅酸盐（硅酸钾水玻璃、硅酸钠水玻璃）。通式：R2OnSiO2 n水玻璃模数。一、水玻璃的生产 1.湿法 石英砂和氢氧化钠水溶液在压蒸锅（0.20.3MPa）内用蒸汽加热溶解而制成。,2.干法 将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在13001400温度下熔融。Na2CO3+nSiO2 Na2OnSiO2+CO2 熔融的水玻璃冷却后在0.30.8 MPa的蒸压釜内加热溶解成胶状玻璃溶液，即液态水玻璃。,二、水玻璃的硬化 水玻璃吸收空气中CO2形成无定型的二氧化硅凝胶，并逐渐干燥而硬化。Na2OnS
19、iO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH2O 为加速硬化，掺促硬剂氟硅酸钠（Na2SiF6）。三、水玻璃的特性 良好的粘结力、耐热、耐酸。,四、水玻璃的应用 1.涂刷建筑材料表面,提高密实性和抗风化能力。2.加固地基。3.堵漏、抢修。4.配制耐酸混凝土和耐酸砂浆。,1.石膏浆、石灰浆和水泥浆三种胶凝材料浆体硬化时收缩最大的是水泥浆。,课堂练习,2.一般建筑石膏适用于室外。,3.石灰陈伏是为了消除过烧石灰的危害。,4.石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。,5.在水泥中，石膏加入的量越多越好。,否,是,否,是,是,否,否,是,否,是,1、下列不属于低温煅烧石膏的产品的是（）。人造大理石板 建筑石膏 模型石膏 高强度石膏2、对石灰的技术要求包括（）。细度 未消化残渣含量 CO2含量 产浆量3、对石膏的技术要求主要不包括（）。细度 强度 有效CaO、MgO含量 凝结时间4、生产石膏的主要原料（）CaCO3 Ca（OH）2 CaSO42H2O CaO5、生产石灰的主要原料是（）CaCO3 Ca（OH）2 CaSO42H2O CaO,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,
