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1、河北科技大学,第二章 气硬性胶凝材料,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,如沥青、树脂等,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,如：石灰、石膏、水玻璃等,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”。,21 石 灰,一、石灰的生产简介,一、石
2、灰的生产简介,原材料 生产石灰的原材料包括天然石灰石、白云石、贝壳。主要成分为CaCO3。生产工艺煅烧,CaCO3=CaO+CO2,900,生石灰,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%)。,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）熟化的方式淋 灰生石灰粉（消石灰粉
3、）化 灰 熟石灰膏熟化过程的特点放出大量的热；体积膨胀1.53.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏2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。,MgO+H2O=Mg（OH）2 CaO+H2O=Ca（OH）2+64.83kj,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。,生石灰,钙质
4、石灰,镁质石灰,MgO5%,MgO5%,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CaOMgO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。,问 题,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
5、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。,化浆池,过筛,储灰池,石灰浆,生石灰块,石灰浆在储灰池中需放置15天以上，消除过火石灰的危害，才能使用，这个过程叫陈伏。,过火石灰的处理,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。
6、,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。
7、熟石灰在使用前必须陈伏23周，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,22 石 膏,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：,二水石膏CaSO42H2O,CaSO40.5H2O,CaSO40.5H2O,CaSO4,CaSO4,CaSO4,800,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,溶解度20时为8.16g/L，而的溶解度为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
8、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。,建筑石膏凝结硬化过程,(a)胶化,(b)结晶开始,(C)结晶长大与交错,(D)实际石膏制品显微结构,半水石膏,二水石膏胶体微粒,二水石膏晶体,交错的晶体,二水石膏交错晶体,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
9、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,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。,建筑石膏的凝结硬化,石膏的初凝、终凝,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：,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
10、，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,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,多作平顶和内墙面装饰，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；装饰石膏板等。,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
11、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,30,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。,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，
12、除用于建筑外，还可代替木材作家具。装饰石膏板可制成平板、多孔板、花纹板、浮雕板等。,四、建筑石膏的应用,23 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：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。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；
13、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
14、）简单了解水玻璃的特点与用途。,练 习,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。3、试分析下列工程，哪些工程不适于选用石膏和石膏制品()。A.影剧院的穿孔贴面板B.冷库内的墙贴面C.非承重隔墙板,答案,防火性,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。5、石灰的硬化包括_和_。,答案,好缓慢收缩大差,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？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。,答案,
