无机胶凝材料项目化教程-石灰及其他气硬性胶凝材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,无机胶凝材料项目化教程,主讲：李子成,模块二 气硬性胶凝材料,项目二 石灰,1 概述,2 石灰的原料,3 石灰石的锻烧及石灰的结构特性,4 石灰的水化反应,5 石灰在水作用下的分散与浆体结构形成过程,6 石灰浆体的硬化,7 石灰的应用,1,石灰,概述,石灰（CaO）的分类,根据使用性质分为,（主要由粘土杂质造成）：,气硬性石灰,水硬性石灰（含水硬性活性物质）,根据成品加工方法分为,（注意成分不同）：,块状生石灰 生石灰粉 消石灰粉 石灰浆,根据,消化速度,的快慢：,（1）,快速消化石灰,：,消化速度在l0min以内,；,（2）中速消化石灰,：,消化速度在1030min之间,；,（3）慢速消化石灰,：,消化速度在30min以上。,2,石灰的原料,制造石灰的原料是含碳酸钙(CaCO,3,)为主的天然岩石，即石灰石等。,2 石灰的原料,天然原料:石灰石,方解石、大理石,（纯度高）、,贝壳、珍珠、蛋壳、白垩等,工业副产品：电石渣、制碱残渣,生石灰的生产,生石灰也称建筑石灰。原料有天然原料（石灰岩和白云岩）和化工副产品（,电石渣,，,CaCO,3,）,根据煅烧程度可分为,欠火石灰,、,正火石灰,、,过火石灰,。,900,CaCO,3,=CaO +CO,2,生石灰,正火石灰：,正常温度和煅烧时间所煅烧的石灰具有多孔结构，内部孔隙率大，表观密度较小，,晶粒细小，与水反应迅速，这种石灰称为正火石灰。,欠火石灰：,若煅烧温度低或时间短时，石灰石的表层部分可能为正火石灰，而内部会有,未分解的石灰石核心；其石灰石核不能水化。,过火石灰：,若煅烧温度过高或高温持续时间过长，则会因高温烧结收缩而使石灰内部孔隙率减少，体积收缩，,晶粒变得粗大,，这种石灰称为过火石灰；其结构较致密，,与水反应时速度很慢，,往往需要很长时间才能产生明显的水化效果。,石灰石中常含有一定量的碳酸镁（MgCO,3,）：,MgO：结构致密和水化速度很慢。,按氧化镁含量的多少，建筑石灰可分为钙质和镁质两类。,当石灰中MgO含量小于或等于5时，称钙质石灰；,当MgO含量大于5时，称为镁质石灰。,3,石灰石的锻烧及石灰的结构特性,石灰是石灰石在锻烧过程中，由碳酸钙分解而成。其反应式如下：,CaCO,3,+178kJ/mol,CaO,+CO,2,一、碳酸钙的分解反应,一、碳酸钙的分解反应,表2-2得出：碳酸钙在550,o,C时已开始分解，此时，由于分解压力很低，反应很容易达到平衡，因此碳酸钙的分解速度很小。800-850,o,C时分解加快，到898,o,C时，,分解压力达到0.1Mpa，该温度为分解温度。,续提高温度，分解速率继续加快。,分解反应是可逆的,二、碳酸钙的分解设备,立窑,二、碳酸钙的分解温度,工业上为提高效率，提高石灰石产量，往往采用,高于理论分解温度,的温度进行煅烧。一般石灰石的煅烧温度波动在,1000-1200,o,C,之间。,影响碳酸钙煅烧温度的因素：,致密程度：,石灰石越致密，煅烧温度越高；,料块大小：,小块的石灰石煅烧得快；,料块形状：,球状、立方形、柱状、片状依次分解速率减慢；,杂质：,粘土杂质,中的二氧化硅与,CaO,反应生成,C,2,S,、,CA,、,C,2,F,，这些化合物可使石灰石分解温度下降,（主动降低）。,菱镁矿（,MgCO,3,）杂质：,在保证,CaCO,3,分解完全前提下，降低煅烧温度,（被动降低）,。,四、氧化钙的活性和结构的关系,（重点）,碳酸钙加热分解的三个阶段（,D.R.,格拉森试验）,碳酸钙的分解，,形成具有碳酸钙晶格形态的氧化钙,，称为亚稳氧化钙，内比表面积逐渐增加；,亚稳的氧化钙再结晶，,形成面心立方体氧化钙晶体,，这时内比表面积达到最高点，,CaO,具有最高活性；,再结晶的,氧化钙烧结,，烧结过程伴随,晶体长大,，这时内比表面积降低，,CaO,活性降低。,由,内比表面积,分析碳酸钙加热分解的三个阶段,真空,下煅烧碳酸钙，内比表面积开始快速增大，5h后达到最大内比表面积，继续煅烧内比表面积减小。,空气,中煅烧碳酸钙，内比表面积的变化具有类似的规律，煅烧温度越高，内比表面积越小，得到的CaO活性越小。,由,晶格结构,分析碳酸钙加热分解的三个阶段,CaCO,3,中,CO,3,2-,分解出,CO,2,，,Ca,2+,和,O,2-,仍停留在,CaCO,3,原来位置上，形成假晶氧化钙；,Ca,2+,和,O,2-,化合形成面心立方体结构的,CaO,，即假晶氧化钙再结晶；,CaO,晶体的烧结，晶粒长大。,4,石灰的水化反应,（重点）,一、石灰的水化反应过程及影响因素,石灰的水化反应,（可逆反应）,石灰与水作用后，迅速发生化学反应而生成氢氧化钙的过程，即石灰的水化反应，亦称为,“消化”,、,“熟化”,。,CaO+H,2,O Ca(OH),2,+64.9kJ,石灰水化反应的条件,石灰水化是可逆反应，反应的方向取决于,温度,及周围介质中,水蒸气压力,。,生石灰消化后产物尚不明确。生石灰用过量的水形成石灰膏。,石灰、生石灰,消石灰、熟石灰、石灰膏、石灰浆,影响石灰水化反应的因素,煅烧条件对石灰水化反应能力的影响,含有一定量,欠烧,的石灰，具有较大的内比表面积，CaO晶粒较小，其水化反应能力比含有一定量,过烧,石灰的水化反应能力大。,正常煅烧,过烧,CaCO,3,2.水化温度对石灰水化反应能力的影响,石灰水化反应速度随着水化温度的提高而显著增加,3.外加剂对石灰水化反应能力的影响,加快水化的外加剂：,氯盐,(NaCl、CaCl,2,等),延缓水化的外加剂：,磷酸盐,、,草酸盐,、,硫酸盐,和,碳酸盐,等,控制石灰水化时体积变化的措施：,石灰细度,水灰比,介质温度,石膏掺合料,为什么？,三、石灰的消化方法,消石灰粉：人工、机械,石灰浆：陈伏,2,周以上,陈伏：,为保证石灰完全熟化，石灰必须放入坑中以水覆盖保存两星期以上，这个过程称为“陈伏”。否则，未水化的石灰颗粒将混砂浆中，在砂浆应用之后熟化，体积膨胀，致使已硬化的砂浆产生“崩裂”或“鼓包”现象，影响工程质量。,石灰主要产品,生石灰粉：,由块状生石灰磨细生成。,消石灰粉：,将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH),2,。,石灰膏：,将块状石灰石用过量水（约为生石灰体积的34倍）消化所得的膏状物即为石灰膏，其主要成分为Ca(OH),2,和水。石灰膏中的水分约占50%，容重为13001400kg/m,3,。lkg生石灰可熟化成1.5kg3kg石灰膏。,重点内容回顾,石灰水化特点,控制石灰水化时体积变化的措施,石灰的硬化,干燥：,石灰浆内多余水分蒸发或被砌体吸收；,结晶：,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。（,结晶硬化,）,碳化：,Ca,（,OH,）,2,空气中的,CO,2,发生化学反应，形成,CaCO,3,使石灰的强度逐渐提高。（,碳化硬化,）,Ca,（,OH,）,2,+CO,2,+nH,2,O,CaCO,3,+(n+1)H,2,O,由于空气中的二氧化碳量少，碳化不充分，且缓慢,。,石灰的特性,1.,可塑性和保水性较好。,高度分散的,Ca(OH),2,胶体表面吸附较厚水膜。,2.,生石灰水化时,水化热大,，,体积增大,（增大,1.02.5,倍）。,石灰的,“熟化”,或,“消化”,过火石灰,：硬化后慢慢水化,膨胀,局部隆起和开裂,需,“预水化”,（,陈状,）二周左右。,陈伏,：为保证石灰完全熟化，石灰必须放入坑中以水覆盖保存两星期以上，这个过程称为“陈伏”。否则，未水化的石灰颗粒将混砂浆中，在砂浆应用之后熟化，体积膨胀，致使已硬化的砂浆产生“崩裂”或“鼓包”现象，影响工程质量。,3.,硬化缓慢。,石灰浆的硬化过程：,结晶作用，干燥作用。,水分蒸发，,Ca(OH),2,逐渐结晶析出。,碳化作用。,表层以,CaCO,3,为主，内层以,Ca(OH),2,晶体为主，内部水分脱出缓慢，因而石灰,凝结硬化缓慢,。,4.,硬化时体积收缩大。,游离水分,蒸发,所致。,除调成,石灰乳,做,薄层粉刷,外，,不宜单独使用,。,施工时常加入,骨料,或纤维材料（如,麻刀、纸筋,）。,6.,耐水性差。,大部分尚未碳化的,Ca(OH),2,易溶于水,所制。,石灰不宜用于,潮湿环境,。,7.,吸湿性强，是传统的干燥剂。,5.,硬化后强度低。,生石灰消化,理论需水量,32.13%,，,实际消化用水量很大,，多余水分在硬化后,蒸发留下大量孔隙,。,1:3,石灰砂浆,28d,抗压强度只有,0.20.5MPa,。,5 石灰在水作用下的分散与浆体结构形,成过程（自学）,6 石灰浆体的硬化（自学）,7 石灰的技术指标及应用（重点）,石灰检测及应用的技术标准,JC/T479-92,建筑生石灰,JC/T480-92,建筑生石灰粉,JC/T481-92,建筑消石灰粉,JC/T620-2009,石灰取样方法,蒸压灰砂砖，蒸压加气混凝土，粉煤灰砖，砌块等用生石灰还应满足,JC/T621-2009,硅酸盐建筑制品用生石灰,；,桥涵用石灰技术标准应满足建筑石灰技术要求；,路面基层用石灰技术标准应满足,JTJ034-2000,公路路面基层施工技术规范要求,。,石灰的技术要求,1.建筑生石灰,产品标准：,建筑生石灰,（,JC/T 479-92,）,钙质生石灰,（,MgO5%,）,，,镁质生石灰,（,MgO,5%,）,。,建筑生石灰的技术指标,项目,钙质生石灰,镁质生石灰,优等品,一等品,合格品,优等品,一等品,合格品,CaO+MgO含量,，（%）,90,85,80,85,80,75,CO,2,含量,，,（%）,5,7,9,6,8,10,未消解残渣含量,（5mm圆孔筛余），,（%）,5,10,15,5,10,15,产浆量,，,（L/kg）,2.8,2.3,2.0,2.8,2.3,2.0,2.建筑生石灰粉,产品标准：,建筑生石灰粉,（,JC/T 480-92,）,；,分类：钙质生石灰粉,（,MgO5%,）,，,镁质生石灰粉,（,MgO,5%,）,。,建筑生石灰粉的技术指标,项目,钙质生石灰 粉,镁质生石灰粉,优等品,一等品,合格品,优等品,一等品,合格品,CaO+MgO含量,（%）,85,80,70,80,75,70,CO,2,含量,（%）,7,9,11,8,10,12,细度,0.90mm筛的筛余,（%）,0.2,0.5,1.5,0.2,0.5,1.5,0.125mm筛的筛余,（%）,7.0,12.0,18.0,7.0,12.0,18.0,3.建筑消石灰粉,产品标准：,建筑消石灰粉,（,JC/T 481-92,）,；,分类：钙质消石灰粉,（,MgO,4%,）,，,镁质消石灰粉,（,4%,MgO,24%,）,，,白云石消石灰粉,（,24%MgO,30%,）,。,建筑消石灰粉的技术指标,项目,钙质消石灰 粉,镁质消石灰粉,白云石消石灰粉,优,等,品,一,等,品,合格品,优,等,品,一,等,品,合格品,优,等,品,一,等,品,合格品,CaO+MgO含量,（%）,70,65,60,65,60,55,65,60,55,游离水,（%）,0.42,体积安定性,合格,合格,合格,合格,合格,合格,细度,0.90mm筛的筛余,(%),0,0,0.5,0,0,0.5,0,0,0.5,0.125mm筛的筛余,(%),3,10,15,3,10,15,3,10,15,4.石灰取样,产品标准：,石灰取样方法,（,JC/T,620-2009,）；,取样工具：取样管，取样铲，普通尖头钢锹。,取样地点：生产厂内，或供需双方协定地点。,取样部位：出料口，仓库，其他部位。,取样量,生石灰或消石灰粉取样：,散装（或袋装）用取样管取样，随机抽取,10,袋（或,10,个点）；输送口及包装机口用取样铲取样，每袋（或每个点）取样量不少于,500g,；总量不少于,5kg,。,生石灰块取样：,堆场、仓库、车船等用普通尖头钢锹取样；输送口及包装机口用取样铲取样，随机抽取,12,份，每份不少于,2kg,，总量不少于,24kg,。,5.硅酸盐建筑制品用生石灰,产品标准：,硅酸盐建筑制品用生石灰,JC/T 621-2009,本标准主要适用于,蒸压加气混凝土,(,以下简称加气混凝土,),、蒸压灰砂砖,(,以下简称灰砂砖,),、粉煤灰砖及粉煤灰砌块等硅酸盐建筑制品,用的生石灰。,硅酸盐建筑制品用生石灰技术指标,6.公路路面基层施工技术规范要求,产品标准：,公路路面基层施工技术规范要求,JTJ034-2000,公路路面基层施工技术规范要求,石灰的应用,石灰的应用,品种,适用范围,生石灰,配置石灰膏；磨细成生石灰粉。,生石灰粉（磨细生石灰粉）,调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆；配置无熟料水泥（石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等）；制作硅酸盐制品（如灰砂砖等）；制作碳化制品（如碳化石灰空心板）；石灰土,（灰土）,和,三合土,。,消石灰粉,制作硅酸盐制品；石灰土和三合土。,石灰膏,调制,石灰砌筑砂浆或抹面砂浆,；稀释成石灰乳（石灰水）涂料。,石灰乳,用于内墙和平顶刷白抹面砂浆。,（1）,灰 土,石灰(消石灰粉)粘土,（2）三合土 石灰 粘土 砂,（3）四合土 石灰 粘土 砂 石,（4）,二灰结石,石灰 粉煤灰 砂 石,1.制作石灰乳涂料,石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成。可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。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材料，可获得更好的装饰效果。,2.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。,项目三 镁质胶凝材料,菱苦土是一种白色或浅黄色的粉末，其主要成分是氧化镁（,MgO,）,菱苦土作为胶凝材料与石灰的原理不同，石灰的最终反应化学原理是,Ca(OH),2,CaCO,3,生成物要求是,CaCO,3,而菱苦土的反应生成物是,Mg(OH),2,。,镁质胶凝材料菱苦土,菱苦土的生产,原料,苛性苦土(MgCO,3,)：菱镁矿,苛性白云石,CaMg(CO,3,),2,蛇纹石(含水硅酸镁),冶炼镁合金的熔渣(MgO含量25%),菱苦土的生产,镁质胶凝材料是将菱镁矿或白云石经煅烧、磨细而制成。煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末。苛性白云石为白色粉末。,联系石灰理解菱苦土,过烧MgO的危害？,菱苦土的水化硬化,一般与MgCl,2,溶液按一定比例混合，硬化快，强度高。但吸湿性强，耐水性差。形成的水化产物主要为氯氧化镁和氢氧化镁。,特点,氯化镁溶液（密度为1.2g/cm,3,）的掺量一般为菱苦土的55%60%。,掺量太大,则凝结速度过快，且收缩大、强度低。,掺量过少,，则硬化太慢、强度也低。此外，温度对凝结硬化很敏感，氯化镁掺量可作适当调整。,使用,菱苦土用水拌和时，将生成,Mg(OH),2,，它疏松而无胶凝性，硬化慢且强度低。,故常用,MgCl,2,等盐类水溶液拌和，配成,氯氧镁水泥，它,硬化较快，强度较高，应用最广。,菱苦土的应用,生产木屑地板、木丝板、刨花板等。,菱苦土板材用于机械包装材料，可以节约大量木材。与木屑制备菱镁混凝土，配入竹筋等制成混凝土构件，作包装箱板、建筑门窗、活动房等。,只能用于干燥状态下，而不能受潮、遇水或酸性介质侵蚀的部位。,玻璃纤维增强氯氧镁水泥，作瓦和板材等。,项目四 水玻璃,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,。也可将二者按比例混合，又叫混合水玻璃。,硅酸盐大多不溶于水，但是水玻璃除外。,水玻璃分类,1.,按模数大小：高模数水玻璃和低模数水玻璃,2.,按碱金属氧化物：钾水玻璃、钠水玻璃和混合水玻璃；,3.,按融制时的原料，特别是碱金属氧化物原料：纯碱（碳酸盐）水玻璃和硫酸钠水玻璃；,4.,改性水玻璃：掺有外加剂的水玻璃；,5.,按水玻璃中二氧化硅含量多少，有中性和碱性水玻璃,水解后都为碱性。,水玻璃,水玻璃的组成,水玻璃是由不同比例的,碱金属氧化物,和,二氧化硅,化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。,根据碱金属氧化物的不同,，水玻璃有：,硅酸钠水玻璃（,Na,2,OnSiO,2,）、硅酸钾水玻璃,2,nSiO,2,）、硅酸锂水玻璃（,Li,2,OnSiO,2,）等品种，最常用的是硅酸钠水玻璃。,水玻璃模数,水玻璃的生产,生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种。,湿法,：R,2,OnSiO,2,+H,2,O 水玻璃,干法,：R,2,OnSiO,2,R,2,O nSiO,2,R,2,O nSiO,2,+H,2,O 水玻璃,水玻璃的硬化,水玻璃与空气中的CO,2,反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO,2,而硬化。,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,水玻璃在凝结硬化后，具有以下特性：A.,黏结力强、强度较高,-水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度。,B.,耐酸性好,-由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，它可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。,C.,耐热性好,-硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。,D.,耐碱性和耐水性差,-水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na,2,O,n,SiO,2,。由于SiO,2,和Na,2,O,n,SiO,2,均可以溶于碱，且Na,2,O,n,SiO,2,可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。,（）用作涂料:,涂刷材料表面直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。,这是因为水玻璃与材料中的a(OH),2,反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。,但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品。因为水玻璃与石膏反应生成硫酸钠（,Na,2,SO,4,），在制品孔隙内结晶膨胀，导致石膏制品开裂破坏。,（2）配制防水剂：,以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜)、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各份，溶于60份的沸水中，降温至，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在1min内凝结,适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。,（3）加固土壤,将模数为2.5-3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达-MPa。,(4)配制水玻璃砂浆。,将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝。,（）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土,用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。,注意事项,1运输与存放的容器：,不能用木质容器或用木塞：因为木材被碱性溶液浸蚀，使水玻璃着色而影响质量。,不能用镀锌（Zn），因Zn太活泼，易与碱反应生成氢气。,故而可用玻璃桶、铁桶、砼桶、塑料桶等。但不论何种容器，应注意密封，以防与CO,2,和H,2,O反应，而表面结皮。,2水玻璃在+10下有结冰的可能，故应保持贮存处温度。,3加入促硬剂（如Na,2,SiF,6,）时应注意安全，NaSiF,6,为白色结晶，在水玻璃工地易当成白糖或食盐。,4不能长时间敞开有放，由于表面水分蒸发，表面易结皮，结皮又因沉降作用而沉淀，从而影响质量。模数大的水玻璃易结皮,。,【气硬性胶凝材料案例分析】,【案例1】石灰砂浆的裂纹,请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。,石灰砂浆A石灰砂浆B,课堂练习：,作业,2,：同样是含有粘土杂质，为什么在建筑石膏和建筑石灰中体现的水硬性效果不同？,作业,3,：建筑石膏制备过程中的陈化和石灰消化过程中的陈伏有何不同？,石灰水化后，体积膨胀的原因？,石灰硬化过程？,结束,