无机气硬性胶凝材料.pptx

Chap 2 Chap 2 无机无机 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料胶凝材料的定义和分类胶凝材料：在一定条件下通过自身的一系列变化而能把其它材料胶结成具有强度的整体的材料。有机胶凝材料：沥青、橡胶、环氧树脂、胶水等无机胶凝材料：气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化且保持并发展其强度，如石灰、石膏、水玻璃等水硬性胶凝材料：不仅能在在空气中硬化且保持并发展其强度，而且能更好地在水中在空气中硬化且保持并发展其强度，即水泥。胶凝材料分类胶凝材料分类气硬性：石膏、石灰、水玻璃、菱苦土 胶凝材料有机胶凝材料：沥青、树脂等 无机胶凝材料 水硬性：水泥 以高分子化合物为主要成分的胶凝材料气硬性胶凝材料只适用于地上或干燥环境；水硬性胶凝材料适用于地上、地下或水中环境。第一节第一节 建筑石灰建筑石灰北京修复明长城遗址拒绝水泥北京修复明长城遗址拒绝水泥 始建于明代的北京古城墙，采用石灰和石膏为主要原料的黏合剂配以巨大的城砖砌成。为确保“修旧如旧”效果，要求新修复的城墙在用料和工艺上都与老城墙相同，所以黏合剂选择灰白色的石灰膏。经过了600多年的风风雨雨，这些残墙依然岿然不倒。石灰石灰 石灰的生产 石灰的硬化 石灰的技术性质 石灰的熟化 石灰的应用 石灰的发展一、石灰的原料与生产 石灰主要是以碳酸钙为主要成分的石灰石石灰石(粘土杂质含量小于8)、白垩等为原料，在低于烧结温度下煅烧所得的产物，其主要成分是氧化钙(CaO)。也可通过电石渣水化得到。化学反应式如下：煅烧正常的块状石灰，疏松多孔，白色微黄。燃烧温度过高过低，或燃烧时间过长过短，都会影响石灰的质量。CaCO3900 1000CaO+CO2-178kJ/molCaC2+2H2OC2H2+Ca(OH)2柴达木贝壳山日产120吨的一组节能型石灰立窑 过烧石灰的内部结构致密，CaO晶粒粗大，表面由于融化常形成一层玻璃釉状物质，所以与水反应的速率极慢。当石灰浆中含有这类过烧石灰(呈黄褐色)时，它将在石灰浆硬化以后才发生水化作用，于是会因产生膨胀而引起崩裂或隆起等现象。欠火石灰呈青灰色，不能与水反应，产浆量低，降低了石灰的利用率。正火石灰呈白色微黄，结构疏松，体积膨胀大，产浆量高。因石灰浆的陈伏时间不足，使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，将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，从而形成凸出放射状膨胀裂纹。二、生石灰的熟化（水化、消化、消解）生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的过程。生石灰的消化反应为放热反应，消化时不但水化热大，而且放热速率也快。水化过程中体积增大。块状生石灰消化过程中其外观体积可增大1.5-2倍，这一性质易在工程中造成事故。熟化反应：CaOH2O Ca(OH)265.9KJ/mol 为了使得生石灰中的过火石灰充分熟化，消除过火石灰的危害，通常将生石灰在储灰坑中静置两个星期以上，称为“陈伏”。放出大量热量，体积膨胀1.52倍 陈伏期间，石灰浆表面要保有一层水分，防止发生碳化。这种传统方法熟化时间长，硬化速度慢，硬化后强度低。近年工地大量使用磨细生石灰粉，不必预先消解和陈伏。生石灰熟化成石灰粉，常采用淋灰的方法即每堆放半米高的生石灰块，60%-80%的水，分层堆放再淋水，以能充分消解而又不过湿成团为度，消石灰粉在使用以前，也应有类似石灰浆的陈伏时间。三、石灰的硬化 1.干燥结晶过程由于水分蒸发，使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。2.碳化过程 Ca(OH)2和空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。碳化反应长期局限于表层，速度慢。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O四、石灰的技术性质可塑性好生石灰消化为石灰浆时，能形成颗粒极细(粒径约lm)呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一厚层的水膜，使颗粒间的摩擦力减小，因而其可塑性好。利用这一性质，将其掺入水泥砂浆中，配制成混合砂浆，可显著提高砂浆的保水性 硬化时体积收缩大生石灰消化时的理论需水量为32.1，但考虑到可塑性，同时考虑到水分容易因消化时水化热大而被蒸发，故实际用水量很大，达到100%。由于石灰浆中存在大量的游离水，而且硬化缓慢，所以大量水分蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩变形，容易使硬化石灰体产生收缩裂纹。硬化缓慢 石灰浆的硬化只能在空气中进行，由于空气中CO2含量少，使碳化作用进行缓慢，加之已硬化的表层对内部的硬化起阻碍作用，所以石灰浆的硬化过程较长。硬化后强度低石灰的碳化反应速度慢，产物以Ca(OH)2为主；而且石灰消化时掺入大量的水分多余水分，使硬化石灰体密实度小，所以强度很低。耐水性差 由于石灰浆硬化慢、强度低，当其受潮后，其中尚未碳化的Ca(OH)2易产生溶解，硬化石灰体遇水会产生溃散，故石灰不宜用于潮湿环境。含过火石灰膨胀裂纹石灰收缩裂纹五、石灰产品的种类五、石灰产品的种类块状生石灰磨细制成生石灰粉熟石灰粉(消石灰粉)(6080水)石灰浆(膏)(3-4倍水)石灰乳生石灰粉生石灰粉：石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，生石灰粉是由块状生石灰磨细生成。消石灰粉消石灰粉：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,称为消石灰粉。石灰膏石灰膏：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的34倍)消化，或将消石灰粉和水拌合，所得的一定稠度的膏状物，主要成份为Ca(OH)2和水。建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。我国建材行业标准JC/T479-92 建筑生石灰、JC/T480-92建筑生石灰粉与JC/T481-92 建筑消石灰粉分别对生石灰、生石灰粉及消石灰粉的主要技术指标作出相关的规定。根据JC/T 47992建筑生石灰规定，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。六、石灰的应用1.广泛用于建筑室内粉刷 建筑室内墙面和顶棚采用消石灰乳进行粉刷。由于石灰乳是一种廉价的涂料，施工方便，且颜色洁白，能为室内增白添亮，因此，建筑中应用十分广泛。消石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成，消石灰粉和浆则由生石灰消化而得。2.大量用于拌制建筑砂浆 消石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合。石灰砂浆可用作砖墙和混凝土基层的抹灰，混合砂浆则用于砌筑，也常用于抹灰。我国砌筑砂浆配合比设计规程(JGJ982000)和砌体工程施工质量验收规范(GB502032002)都明确规定，“消化石灰粉不得直接用于拌制建筑砂浆”。消化石灰粉之所以不能用于建筑砂浆，除了颗粒太粗因素之外，一个主要原因是石灰中“过火”或“欠火”现象严重，表现为有效氧化钙含量低，一般在7085，达不到90。而且过火石灰容易导致抹灰层的爆灰、开裂和起壳等质量通病。由于石灰属气硬性材料，因此石灰膏混合砂浆不能用于0.000m以下的基础工程。石灰的生产要消耗大量能源和产生大量二氧化碳，为保护环境，应当尽量减少石灰的使用量。因此在推行商品砂浆中，禁止采用石灰膏作为保水增稠材料。3.加固含水的软土地基 生石灰块可直接用来加固含水的软土地基(称为石灰桩)。它是在桩孔内灌入生石灰块，利用生石灰吸水熟化时体积膨胀的性能产生膨胀压力，从而使地基加固。4.生产硅酸盐制品 以石灰和硅质材料(如石英砂、粉煤灰等)为原料，加水拌合，经成型，蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如蒸压灰砂砖，主要用作墙体材料。5.配制三合土和灰土 三合土是采用生石灰粉(或消石灰粉)、粘土和砂子按1：2：3的比例，再加水拌和夯实而成。灰土是用生石灰粉和粘土按1：24的比例，再加水拌和夯实而成。三合土和灰土在强力夯打之下，密实度大大提高，而且粘土中的少量活性氧化硅和氧化铝与石灰粉水化产物Ca(OH)2作用，生成了水硬性矿物，因而具有一定抗压强度、耐水性和相当高的抗渗能力。三合土和灰土主要用于建筑物的基础、路面或地面的垫层。6.生产轻质碳酸钙。7.用作无声爆破剂。第二节 建筑石膏生产水化硬化 技术性质 应用应用石膏石膏一、原材料和生产 生产建筑石膏的原料主要有天然二水石膏，或含有二水石膏或含有二水石膏与无水石膏混合物的化工副产品及废渣（如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有氟石膏、盐石膏、硼石膏、黄石膏、钛石膏等）。石膏泛指软石膏和硬石膏两种矿物。软石膏为二水硫酸钙（CaSO42H2O），又称二水石膏。硬石膏为无水硫酸钙（CaSO4）。建筑石膏：晶粒较细，需水量较大，强度较低。高强石膏：晶粒粗大，需水量较小，强度较高。可溶硬石膏：陈化后成为半水石膏再使用。慢溶硬石膏：加入适量激发剂，作为无水石膏水泥，强度可达530MPa。高温煅烧石膏：不宜在建筑中使用。生石膏CaSO42H2O建筑石膏 -CaSO41/2H2O107170可溶硬石膏 -CaSO4320360125 1.3atm高强石膏 -CaSO41/2H2O230 可溶硬石膏 -CaSO4吸湿 慢溶硬石膏CaSO4400750800高温煅烧石膏CaSO4纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。二、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌和后，发生如下反应：建筑石膏凝结硬化示意图:半水石膏；半水石膏；二水石膏胶体微粒；二水石膏胶体微粒；二水石膏晶体；二水石膏晶体；交错的晶体交错的晶体 三、建筑石膏的技术性质 根据国家标准建筑石膏(GB9766-88)：建筑石膏按凝结时间、细度和强度指标分为优等品、一等品、合格品。建筑石膏产品标记的顺序为：产品名称、抗折强度、标准号，例如抗折强度为2.5MPa的建筑石膏，其标记为：建筑石膏2.5GB9776。1.凝结硬化快 建筑石膏的初凝时间不小于6min，终凝时间不大于30min，一星期左右完全硬化。由于凝结快，在实际工程使用时往往需要掺加适量缓凝剂，如可掺0.1-0.2的动物胶或1亚硫酸盐酒精废液，也可掺0.1-0.5的硼砂等。2.装饰性好，可加工性能好 石膏硬化制品表面细腻平整，色洁白，具雅静感。可锯、可钉、可刨，便于施工。4.建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。建筑石膏制品孔隙率大、所以导热系数较小，且在潮湿条件下吸湿性强。水分削弱了晶体粒子间的粘结力，故软化系数小，长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏。在建筑石膏中加入适量水泥、粉煤灰、磨细的粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性。3.建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低。石膏的理论需水量为18.6%,而实际上为保证石膏的可塑性,常加水60%80%,水分蒸发后留下孔隙,所以石膏硬化后的抗压强度较低，仅35MPa。高强石膏由于需水量较小,因此强度较高,为30MPa左右。石膏粉吸潮后结块6.建筑石膏硬化时体积略有膨胀 一般膨胀0.51.5，这种微膨胀性可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利了制造复杂图案花型的石膏装饰件。5.防火性能良好,具有一定的调湿调温性 建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏，当其遇火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发时，在制品表面形成水蒸汽幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大、防火性能越好。可调节室内湿度。7.7.石膏制品加工性能好石膏制品加工性能好 石膏制品可锯、可刨、可钉、可打眼，具有良好的可加工性能。1.粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑石膏和CaSO4(400)二者混合后再掺入外加剂、细骨料等而制成的气硬性胶凝材料。粉刷石膏按用途可分为面层粉刷石膏(M)；底层粉刷石膏(D)和保温层粉刷石膏(W)二类。（JC/T517-93粉刷石膏按强度分为优等品(A)、一等品(B)与合格品(C)，粉刷石膏产品标记 的顺序为：产品名称、代号、等级、标准号。例如优等品面层粉刷石膏的标记为：粉刷石膏MAJC T517）。粉刷石膏粘结力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火、保温，并且施工方便，可实现机械化施工，是一种高档抹面材料，可用于办公室、住宅等的墙面、顶棚等。四、建筑石膏的应用 JC/T 517-93粉刷石膏按强度分为优等品()、一等品()、合格品()，各等级的强度应满足要求。2.5 mm筛和0.2 mm筛的筛余应分别不大于0和40。初凝时间应不小于1 h，终凝时间应不大于8 h。保温层粉刷石膏的体积密度应不大于600 kg/m3。2.建筑石膏制品 我国目前生产的主要有纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块和装饰石膏制品等。纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入纤维、外加剂(发泡剂、缓凝剂等)和适量的轻质填料等，加水拌成料浆，浇注在行进中的纸面上，成型后再覆以上层面纸。纸面石膏板有普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板和耐火纸面石膏板。石膏空心条板纸面石膏条板轻钢龙骨纸面石膏板吊顶轻钢龙骨纸面石膏板吊顶（平吊）轻钢龙骨纸面石膏板隔墙3.艺术装饰石膏制品 主要包括浮雕艺术石膏角线、线板、角花、灯圈、壁炉、罗马柱、灯座、雕塑等。这些制品均系采用优质建筑石膏为基料，配以纤维增强材料、胶粘剂等，与水拌制成料浆，经注模成型、硬化、干燥而成。这类石膏装饰件用于室内顶棚和墙面，会顿生高雅之感。装饰石膏柱和装饰石膏壁炉，是以西方现代装饰技术，把东方传统建筑风格与罗马雕刻、德国新古典主义及法国复古制作溶为一体，揉合精湛华丽的雕饰，实现美观、舒适与实用并合，将高雅而豪华的气派带入居室和厅堂。石膏灯圈石膏顶角线石膏浮雕石膏梁托石膏罗马柱石膏神台石膏碎砖板石膏正砖板3.保温隔热材料4.人造大理石高强石膏加入颜料硬化后抛光5.混凝土中的添加料，如早强剂、激发剂等第三节 水玻璃 建筑常用的为硅酸钠(Na2OnSiO2)水溶液，又称钠水玻璃。要求高时也使用硅酸钾(K2OnSiO2)的水溶液，又称钾水玻璃。俗称泡花碱或水玻璃，无色、天蓝色或黄绿色的微小颗粒，高温高压溶解后是无色或略带色的透明或半透明粘稠液体。二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔数的比值n，称为水玻璃的模数。水玻璃模数越高，则水玻璃的密度和粘度越大，硬化速度越快，硬化后的粘结力与强度、耐热性与耐酸性就越高。但不利于施工操作，难以保证施工质量，同时模数太高，水玻璃难溶于水。所以水玻璃的浓度和模数不宜太高。当n=1时，可以在常温水中溶解，n在13时可以溶解在热水中，当n3时只能在4atm的水蒸汽中溶解。水玻璃的浓度一般用密度来表示，通常为1.31.5 g/cm3，模数为2.63.0。水玻璃溶液的模数一、水玻璃的生产湿法：SiO2+NaOHNa2OnSiO2+H2O干法：SiO2+Na2CO313001400 Na2OnSiO2+CO2压蒸二、水玻璃的凝结硬化 水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化，其表达式为：Na2OnSiO2+CO2+mH2OnSiO2mH2O+Na2CO3 为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。其适宜用量为水玻璃重量的12一15。用量太少，使硬化速度慢，强度降低，且未反应的水玻璃易溶于水，导致耐水性差；用量过多会引起凝结过快，造成施工困难，而且渗透性大，强度低。2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O （2n+1）SiO2mH2O+6NaF三、水玻璃的技术性质1.水玻璃具有良好的胶结能力；2.硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔而防止水渗透的作用；3.水玻璃不燃烧，在高温下硅凝胶干燥得很快，强度并不降低，甚至有所增加（200350除外）；4.水玻璃具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸(氢氟酸除外)和有机酸的侵蚀。四、水玻璃的应用1.涂刷材料表面，提高抗风化能力 以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷黏土砖、水泥混凝土、硅酸盐制品、石材等多孔材料上，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性、及耐水性等。这是因为水玻璃与空气中的二氧化碳反应生成硅酸凝胶，同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，两者填充于材料的孔隙，使材料致密。但不能用来涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠会与硫酸钙反映生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品的破坏。2.配制防水剂，用于修补堵漏 四矾防水剂：（蓝矾硫酸铜、明矾硫酸铝钾、红矾重铬酸钾、紫矾硫酸铬）按照1：1：1：1的比例溶于60份100水中，降温到50，再投入到400份水玻璃溶液中搅拌均匀。凝结迅速，一般不超过1min，且适合与水泥浆调和，用于修补堵漏。普通防水剂或防渗剂：515%树脂改性水玻璃溶液，用于卫浴、厨房、游泳池及外墙防水防渗。3.加固土壤双液法：将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土壤中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。砂土加固后可达36MPa。水泥水玻璃浆液法：但是土壤中的有机质含量、含水量、含盐量会影响加固性能。4.修补砖墙裂缝 将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，制成水玻璃矿渣砂浆（无收缩、抗渗性好、粘结力大）直接压入砖墙裂缝，可起到黏结和补强作用。5.配制耐热砂浆和混凝土烟囱内筒、窑炉砌筑砂浆等。6.配制耐酸砂浆和混凝土硫酸厂废液池、吸收塔内壁、循环槽内壁、反应器内衬等。7.配制防火漆或防火涂料高档家具和钢结构。定义：以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料。其中以天然菱镁矿(MgCO3)为主要原料，在750850下煅烧，经磨细而得的一种白色或浅黄色粉末，称为菱苦土。第四节 镁质胶凝材料一、菱苦土的原料与生产 与石灰类似，也有欠火和过火问题。750 800MgCO3MgO+CO2二、氯氧镁水泥的制取和硬化 MgOH2O Mg(OH)2形成的Mg(OH)2结构疏松、胶凝性很差。应通过盐溶液拌合，如MgCl2、MgSO4、FeCl3、FeSO4等，采用MgCl2拌合的硬化后强度可达4060MPa，称为氯氧镁水泥。三、氯氧镁水泥的性质1、水化后体积略有膨胀；2、对Al、Fe有腐蚀作用；3、凝结硬化快、硬化后强度可达4060MPa；（初凝 20min，终凝 6h）4、弱碱性，会缓慢腐蚀玻璃纤维；5、耐水性差、易泛霜、只可在干燥环境中使用。四、氯氧镁水泥的应用1、用做外包装材料；2、菱苦土地板（防火、防爆、防静电）；3、硬化后抛光制成人造大理石。菱苦土地板菱苦土瓦包装板