第三章气硬性胶凝材料.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,*,第三章 气硬性胶凝材料,三江土木工程学院,图,3.1,胶凝材料分类,以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分,以无机化合物 为基本成分,凝结硬化条件的不同,概 述,化学组成,胶凝材料：能通过物理化学作用将散粒材料或块状材料胶结成为一个整体，并产生强度的材料。,气硬性胶凝材料：,只能在空气中硬化，保持并发展其强度的材料。,水硬性胶凝材料：,既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并发展其强度的材料。,概念,23:53,3,第三章 无机胶凝材料,3.1,石 灰,石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一，石灰的,原料分布很广,，,生产工艺简单,，,成本低廉,，在土木工程中应用很广。,石灰的生产及分类,天然碳酸岩类岩石,（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分,CaCO,3,分解为以,CaO,为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：,CaCO,3,=CaO +CO,2,MgCO,3,=MgO+CO,2,900,700,生石灰,生石灰,钙质,石灰,镁质,石灰,MgO5%,MgO,5%,制备工艺与产品,石灰石,1000,1200,C,磨细,生石,灰粉,生石灰,水喷淋,熟石,灰粉,(,水,),化灰池,石灰浆,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,石灰的熟（消）化,在使用石灰时，将生石灰加水，使之消解为消石灰的过程，称为石灰的“消化”，又称生石灰的熟化反应：,熟化的特点：,1.,反应可逆。,2.,水化热大、水化速度快。,3.,水化过程体积增大。,石灰熟化法,熟化的方式：,淋 灰,生石灰粉（消石灰粉）,化 灰,熟石灰膏,熟化过程的注意事项,熟石灰在使用前必须陈伏,15d,以上,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。,石灰浆体,氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体,石灰凝胶体,水,孔隙,水分损失,碳化,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,CO,2,气体反应，在表面形成,CaCO,3,膜层。,提高耐久性。,石灰的性质,性质（特点）,:,（,1,）可塑性和保水性；,（,2,）凝结硬化慢，强度低；,（,对比：建筑石膏硬化快）,（,3,）体积收缩率大；,（对比：建筑石膏是微膨胀性）,因此：在使用过程中，常加入纤维材料,。,（,4,）耐水性差；,氢氧化钙微溶于水,（,5,）化学稳定性差。,怕酸,石灰的技术性质,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，,CO,2,的含量,(,欠火石灰,),细度，体积安定性,(,过火石灰,),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,15d,以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,石灰的用途,适用范围,生石灰,配制石灰膏；磨细成生石灰粉,石灰膏,用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆,稀释成石灰乳（石灰水）涂料，用于内墙和平顶刷白,生石灰粉,（磨细生石灰粉）,用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆,配制无熟料水泥（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）,用于石灰土（灰土）和三合土,消石灰粉,制作硅酸盐制品,用于石灰土（石灰,+,粘土）和三合土,石灰的应用,三合土用作铺筑步道砖的垫层,三合土桩,灰,土,桩,石灰的应用,习题,1,、,填空：,石灰的特性有：可塑性,_,、硬化速度,_,、硬化时体积,_,和耐水性,_,等。,2,、填空：,石灰熟化时放出大量,_,、体积发生显著,_,；石灰硬化时放出大量,_,和体积发生显著,_,。,3,、判断：,石灰陈伏是为了降低熟化时的放热量。（）,4,、判断：,石灰是气硬性胶凝材料，因此所有加入了石灰的材料都只能在空气中硬化并保持和发展强度。（）,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,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。,石膏,你知道这些绷带是用什么做的吗？,3.2,石膏,石膏胶凝材料是以,硫酸钙,为主要成分的气硬性胶凝材料。,我国已经探明的天然石膏矿储量为,52,亿吨，化学石膏储量约,100,万吨以上；,在美国，目前,80%,的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶。,天然石膏矿纤维状晶体,二水石膏晶体形貌,半水石膏晶体形貌,石膏胶凝材料的生产,二水,石膏,CaSO,4,2H,2,O,CaSO,4,0.5H,2,O,CaSO,4,0.5H,2,O,CaSO,4,CaSO,4,CaSO,4,107,170,加热、脱水,125 0.,13MPa,蒸压锅,170,360,加热、脱水,400,750,800,型,建筑石膏,型,高强石膏,可溶性石膏,不溶性,石膏,高温煅烧石膏,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。,石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏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。,半水石膏(熟石膏)和,半水石膏(高强石膏)在宏观性能上的差别，主要是由于亚微观上即晶粒的型态、大小以及聚集状态等方面的差别。,型与,型半水石膏区别,半水石膏水化速度较快，水化热高，需水量大，胶化体的强度较低。,结晶度较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。,结晶比较完整，常呈短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小，致密，有一定的结晶形状。,型和,型半水石膏的性能差异,性能,型半水石膏,（高强石膏）,型半水石膏,（建筑石膏）,强度（,MPa,）,10,以上,5,10,标准稠度（）,40,50,60,80,凝结时间（,min,）,17,20,7,12,建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏与适量的水拌合后，最初成为可塑的浆体，但很快就失去塑性和产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体，这种现象称为,凝结硬化,，它是由于浆体内部发生了一系列的物理化学变化。,建筑石膏的凝结硬化,建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：,CaSO,4,0.5H,2,O+1.5 H,2,O=CaSO,4,2H,2,O,建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：,建筑石膏,+,水,浆 体,凝 结,硬 化,建筑,石膏的凝结硬化,半水石膏的溶解,溶液过饱和,二水石膏晶体的析出；,浆体水分的蒸发和晶体的生成,浆体变稠失去塑性,石膏凝结；,晶体连生、搭接，形成结晶结构网,逐渐产生强度。,溶解,析晶,晶体结构网,强度,水,结晶水、蒸发,石膏硬化体,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,图,3-10,型半水石膏浆体强度的发展过程,第一阶段,5min,以前，浆体的塑性强度很低，且增长很慢；,第二阶段,5min,30min,，强度迅速增大，并发展到最大值；,最后,如果硬化浆体在潮湿条件下养护，则强度逐渐有所下降。,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！,建筑石膏的技术要求和性质,技术要求,建筑石膏按,细度,、,强度,和,凝结时间,分为,三,级。,特点,表观密度小，强度较低；,凝结硬化快；,孔隙率大，热导率小；,凝结时体积产生微膨胀；,吸湿性强，耐水性差；,具有较好的防火性能；,具有良好的装饰性和可加工性。,建筑石膏的应用,室内抹灰与粉刷,生产建筑石膏制品,吊顶 隔墙 贴面墙,石膏绷带：,生石膏,熟石膏,加热,加水,习题,1,、,填空：,建筑石膏凝结硬化速度,_,、硬化时体积,_,、硬化后孔隙率,_,、表观密度,_,、强度,_,、保温性,_,、吸声性能,_,、防火性能,_,等。,2,、判断：,石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。（）,3,、判断：,建筑石膏为,型半水石膏，高强石膏为,型半水石膏,。（）,4,、判断：和,石灰一样，建筑石膏硬化后体积也要收缩。,（）,习题,5,、,选择：,石膏制品具有良好的防火性能，其原因是 （）,火灾时,CaSO,4,2H,2,O,脱水，表面形成水膜,II,石膏制品孔隙率大,III,石膏硬化时约有,1%,的膨胀率,IV,石膏吸水率大,V,石膏制品导热率低,I,、,II,、,III,I,、,III,、,V,C,I,、,II,、,V,D,I,、,IV,、,V,思考：,某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。,3.3,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,O,nSiO,2,+H,2,O,水玻璃,干法,：,R,2,O,nSiO,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。,水玻璃的性质,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。,水玻璃的应用,涂刷或浸渍材料；,加固地基；,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。,习题,1,、,填空：,水玻璃模数是指,_,和,_,的摩尔比。,2,、判断：,水玻璃的模数越高，其在水中的溶解度越大。,（）,3,、判断：,水玻璃的模数越高，其密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘结力与强度、耐热性耐酸性越高。（）,思考：把水玻璃涂在粘土砖表面，可以提高抗风化能力；但涂在石膏制品表面则会使石膏制品破坏，请讨论其原因。,问 题？,为什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂浆？,答：,水玻璃溶液的凝结硬化是在酸作用下，使硅酸根离子逐步缩聚交联成二氧化硅玻璃体，因此，酸性条件只会使水玻璃中硅酸根离子的交联度提高，更加密实和耐水。,为什么水玻璃模数,n,越大，粘结力越强，耐水性越好？,答：,n,是,SiO,2,/R,2,O,的摩尔比，,n,越大，表明,SiO,2,含量越大，硬化后的玻璃体中,SiO,2,的交联密度越大，所以，粘结力越强，耐水性越好。,3.4,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,(,白云石原料在,1000,C,锻烧而成）,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。,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。,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。,菱苦土地板,苦土瓦,包装板,