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第二章第二章 无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料 第一节第一节 概概 述述 胶凝材料是指能将其他材料胶结成整体胶凝材料是指能将其他材料胶结成整体，并具有一定并具有一定强度的材料强度的材料。胶凝材料通常分为有机胶凝材料和无机胶凝胶凝材料通常分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类材料两大类。1 1.有机胶凝材料有机胶凝材料:是指以天然或人工合成高分子化合是指以天然或人工合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料物为基本组成的一类胶凝材料。如：沥青如：沥青、树脂等树脂等。2 2.无机胶凝材料无机胶凝材料:是指以无机氧化物或矿物为主要组是指以无机氧化物或矿物为主要组成的一类胶凝材料成的一类胶凝材料。最常用的有石灰最常用的有石灰、石膏石膏、水玻璃水玻璃、菱菱苦土和各种水泥苦土和各种水泥。根据凝结硬化条件和使用特性根据凝结硬化条件和使用特性，无机胶凝材料通常又无机胶凝材料通常又分为气硬性和水硬性两类分为气硬性和水硬性两类。气硬性胶凝材料：气硬性胶凝材料：只能只能在空气中凝结硬化并保持和发在空气中凝结硬化并保持和发展强度的材料展强度的材料。水硬性胶凝材料：水硬性胶凝材料：不仅能在空气中不仅能在空气中，而且能而且能更好更好地在地在水中凝结硬化并保持和发展强度的材料水中凝结硬化并保持和发展强度的材料。第二节第二节 石石 灰灰 一、石灰的原材料一、石灰的原材料 石灰最主要的原材料是含碳酸钙（CaCO3）的石灰石、白云石和白垩。一般要求原材料中粘土杂质含量小于8%。石灰石石灰石 白云石白云石 千锤万凿出深山千锤万凿出深山 烈火焚烧若等闲烈火焚烧若等闲 粉身碎骨浑不怕粉身碎骨浑不怕 要留清白在人间要留清白在人间 于谦少年作品。于谦少年作品。白垩矿白垩矿chalk ore 泥质石灰石泥质石灰石 二、石灰的生产二、石灰的生产 1.1.正火石灰：正火石灰：呈白色或灰色的块状物质结构疏松，能在几呈白色或灰色的块状物质结构疏松，能在几秒钟内与水反应完毕，体积膨胀两倍左右。秒钟内与水反应完毕，体积膨胀两倍左右。2.2.欠火石灰：欠火石灰：呈青灰色，无胶结能力，降低产浆量。呈青灰色，无胶结能力，降低产浆量。3.3.过火石灰：过火石灰：呈黄褐色，结构紧密，晶粒粗大，与水反应呈黄褐色，结构紧密，晶粒粗大，与水反应熟化的速度较慢，往往要在石灰固化后才开始水化熟化，熟化的速度较慢，往往要在石灰固化后才开始水化熟化，从而产生局部体积膨胀，影响工程质量。从而产生局部体积膨胀，影响工程质量。212009003COCaOCaCOCC钙质石灰与镁质石灰：钙质石灰与镁质石灰：由于原料中常含有碳酸镁（由于原料中常含有碳酸镁（MgCOMgCO3 3），将），将MgOMgO含含量量5%5%的称为钙质生石灰；的称为钙质生石灰；MgOMgO含量含量5%5%的称为的称为镁质生石灰。同等级的钙质石灰质量优于镁质镁质生石灰。同等级的钙质石灰质量优于镁质石灰。石灰。正火石灰块正火石灰块 过火石灰块过火石灰块 传统石灰窑和现代石灰窑传统石灰窑和现代石灰窑 土石灰窑对环境的破坏土石灰窑对环境的破坏 现代石灰窑现代石灰窑 三、石灰的熟化三、石灰的熟化 （一）熟化与熟石灰（一）熟化与熟石灰 生石灰生石灰CaOCaO加水反应生成加水反应生成Ca(OH)Ca(OH)2 2的过程称为熟化。生成物的过程称为熟化。生成物Ca(OH)Ca(OH)2 2称为熟石灰。称为熟石灰。熟化过程的三大特点：熟化过程的三大特点：1 1.速度快速度快。几分钟几分钟 2 2.体积膨胀体积膨胀。1.52.0倍倍 3.3.放出大量的热。放出大量的热。kJOHCaOHCaO9.64)(22石灰遇水熟化情景石灰遇水熟化情景 石灰的石灰的“陈伏陈伏”：为消除过火石灰的危害，石灰膏使用为消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放前应在化灰池中存放2周以上，使过火石灰充分熟化，周以上，使过火石灰充分熟化，这个过程称为这个过程称为“陈伏陈伏”。未经。未经“陈伏陈伏”的过火石灰硬化的过火石灰硬化后再继续熟化，则产生的体积膨胀将引起局部鼓泡、隆后再继续熟化，则产生的体积膨胀将引起局部鼓泡、隆起和开裂。起和开裂。过火石灰造成的过火石灰造成的凸凸出放射状膨胀裂纹出放射状膨胀裂纹 四、石灰的凝结硬化四、石灰的凝结硬化 石灰在空气中的凝结硬化主要包括结晶和碳化两个过程。石灰在空气中的凝结硬化主要包括结晶和碳化两个过程。结晶作用指的是石灰浆中多余水分蒸发或被砌体吸收，使结晶作用指的是石灰浆中多余水分蒸发或被砌体吸收，使Ca(OH)Ca(OH)2 2以晶体形态析出。以晶体形态析出。碳化作用指的是空气中的碳化作用指的是空气中的COCO2 2遇水生成弱碳酸，再与遇水生成弱碳酸，再与Ca(OH)Ca(OH)2 2发生化学反应生成发生化学反应生成CaCOCaCO3 3晶体的过程。晶体的过程。OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(石灰凝结硬化过程的三大特点：石灰凝结硬化过程的三大特点：1.速度慢速度慢。2.放出大量水分。放出大量水分。3.3.体积收缩大。体积收缩大。石灰砂浆干缩产生石灰砂浆干缩产生的平面网状的平面网状裂纹裂纹 五、石灰的主要技术性质五、石灰的主要技术性质 (一一)保水性与可塑性好；保水性与可塑性好；（二）凝结硬化慢、强度低；（二）凝结硬化慢、强度低；（三）耐水性差；（三）耐水性差；（四）干燥收缩大。（四）干燥收缩大。六、石灰的应用六、石灰的应用 （一）石灰乳涂料和抹面；（一）石灰乳涂料和抹面；（二）石灰混合砂浆；（二）石灰混合砂浆；（三）石灰土和三合土；（三）石灰土和三合土；（四）用于生产硅酸盐制品；（四）用于生产硅酸盐制品；（五）生产轻质碳酸钙。（五）生产轻质碳酸钙。石灰乳石灰乳 砌筑用水泥石灰混合砂浆砌筑用水泥石灰混合砂浆 抹面用石灰砂浆因大量空鼓被敲掉抹面用石灰砂浆因大量空鼓被敲掉 因受潮而脱落的石灰砂浆抹面因受潮而脱落的石灰砂浆抹面 三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土用作铺筑步道砖的垫层 灰灰 土土 桩桩 三三合合土土桩桩 蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖 蒸压加气混凝土砌块蒸压加气混凝土砌块 蒸压加气混凝土板蒸压加气混凝土板 轻质碳酸钙轻质碳酸钙 七、石灰的技术标准七、石灰的技术标准 （一）建筑生石灰（建筑生石灰JC/T479-1992）性能指标参见P28表2-1。（二）建筑生石灰粉（建筑生石灰粉JC/T480-1992）性能指标参见P28表2-。生石灰粉生石灰粉（三）建筑消石灰粉（建筑消石灰粉JC/T481-1992）性能指标参见P28表2-。消石灰粉消石灰粉 第三节第三节 石石 膏膏 一、石膏的原材料一、石膏的原材料 （一）生石膏：（一）生石膏：指天然二水石膏，分子式为指天然二水石膏，分子式为CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O，也称为软石膏。是生产建筑石膏最主要的原料。也称为软石膏。是生产建筑石膏最主要的原料。（二）化工石膏：（二）化工石膏：指含有二水硫酸钙（指含有二水硫酸钙（CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O）及）及CaSOCaSO4 4混合物的化工副产品。混合物的化工副产品。(三三)脱硫石膏：脱硫石膏：火力发电厂的烟气的火力发电厂的烟气的SOSO2 2与浆液中的与浆液中的CaCOCaCO3 3以及鼓入的强氧化空气反应，生成二水硫酸钙以及鼓入的强氧化空气反应，生成二水硫酸钙 （四）硬石膏：（四）硬石膏：指天然无水石膏，分子式指天然无水石膏，分子式CaSO4。天然石膏矿天然石膏矿 纤维（雪花）软石膏纤维（雪花）软石膏 硬石膏硬石膏 磷石膏球磷石膏球 磷石膏粉磷石膏粉 芒芒硝硝石石膏膏 氟氟石石膏膏 电厂脱硫石膏电厂脱硫石膏 二、建筑石膏的生产二、建筑石膏的生产 将生石膏在将生石膏在107170条件下煅烧脱去部分结晶水而制得条件下煅烧脱去部分结晶水而制得的半水石膏，称为建筑石膏，又称为熟石膏，分子式为的半水石膏，称为建筑石膏，又称为熟石膏，分子式为CaSO4 1/2H2O。若将生石膏在若将生石膏在125125、0.13MPa0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼，则生压力的蒸压锅内蒸炼，则生成成 型半水石膏，其晶粒较粗，需水量较小，因此，硬型半水石膏，其晶粒较粗，需水量较小，因此，硬化后强度较高，故称为高强石膏。化后强度较高，故称为高强石膏。OHOHCaSOOHCaSOCC2241701072423212OHOHCaSOOHCaSOMPaC22413.0,1252423212建筑石膏粉建筑石膏粉 当煅烧温度升高到当煅烧温度升高到170300时，半水石膏继续脱水，时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏（生成可溶性硬石膏（CaSO4-），凝结速度比半水石膏快，），凝结速度比半水石膏快，但需水量大，强度低。但需水量大，强度低。温度继续升高到温度继续升高到4001000，则生成慢溶性硬石膏，则生成慢溶性硬石膏（CaSO4-）。这种石膏难溶于水，只有当加入某些激发剂）。这种石膏难溶于水，只有当加入某些激发剂后，才具有水化硬化能力，但强度较高，耐磨性能较好。后，才具有水化硬化能力，但强度较高，耐磨性能较好。将将CaSO4-与激发剂混磨后的产品称为硬石膏水泥。与激发剂混磨后的产品称为硬石膏水泥。三、建筑石膏的凝结硬化三、建筑石膏的凝结硬化 （一）建筑石膏的水化（一）建筑石膏的水化 建筑石膏加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙建筑石膏加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙的过程称为水化。的过程称为水化。（二）建筑石膏的凝结硬化（二）建筑石膏的凝结硬化 二水石膏微粒结晶长大，晶体颗粒逐渐互相搭接、交错、二水石膏微粒结晶长大，晶体颗粒逐渐互相搭接、交错、共生，产生强度。共生，产生强度。凝结硬化机理：二水石膏的溶解度比半水石膏小。凝结硬化机理：二水石膏的溶解度比半水石膏小。OHCaSOOHOHCaSO2422422321建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点为：建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点为：1.速度快。速度快。水化过程水化过程712min，凝结硬化过程只需，凝结硬化过程只需2030min。2.体积微膨胀。体积微膨胀。建筑石膏凝结硬化过程产生约建筑石膏凝结硬化过程产生约1%左右的体左右的体积膨胀。这是其它胶凝材料所不具有的特性。积膨胀。这是其它胶凝材料所不具有的特性。速度快，作骨折固定材料速度快，作骨折固定材料 微膨胀，作石膏模型微膨胀，作石膏模型 四、建筑石膏的主要技术性质四、建筑石膏的主要技术性质 （一）凝结硬化快；（一）凝结硬化快；（二）强度较高；（二）强度较高；（三）体积微膨胀；（三）体积微膨胀；（四）色白可加彩色；（四）色白可加彩色；（五）保温性能好；（五）保温性能好；（六）耐水性差但具有一定的调湿功能；（六）耐水性差但具有一定的调湿功能；（七）防火性好。（七）防火性好。五、建筑石膏的应用五、建筑石膏的应用 （一）室内抹灰及粉刷（一）室内抹灰及粉刷；（二）建筑装饰制品；（二）建筑装饰制品；（三）石膏板；（三）石膏板；（四）其他用途。（四）其他用途。石膏角线石膏角线 石膏线艺术造型石膏线艺术造型 石膏角线安装石膏角线安装 纸面石膏板纸面石膏板 普通普通 防潮防潮 防火防潮防火防潮 防火防火 轻钢龙骨石膏板隔墙轻钢龙骨石膏板隔墙 石膏天花板石膏天花板 轻钢龙骨石膏板吊顶轻钢龙骨石膏板吊顶 石膏砌块石膏砌块 石膏枕头石膏枕头 六、建筑石膏的技术标准六、建筑石膏的技术标准 建筑石膏按照强度、细度和凝结时间划分为优等品、一等品和合格品。其他性能指标要求可参见P31表2-4。第四节第四节 水玻璃水玻璃 一、水玻璃的组成一、水玻璃的组成 水玻璃俗称泡花碱。水玻璃通常采用石英粉（水玻璃俗称泡花碱。水玻璃通常采用石英粉（）加上纯碱（加上纯碱（），在），在1300130014001400的高温下煅烧生的高温下煅烧生成固体成固体()()，再在高温或高温高压水中溶解，再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。制得溶液状水玻璃产品。土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃时也可采用钾水玻璃()()。优质纯净的水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水。当含有杂质时呈淡黄色为无色透明的粘稠液体，溶于水。当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。或青灰色。2SiO32CONa22nSiOONa22nSiOOK模数和玻美度：模数和玻美度：钠水玻璃分子式中钠水玻璃分子式中 的的n称为水玻璃的模称为水玻璃的模数，代表数，代表 和和 的分子数比，的分子数比，n值越大，水玻璃值越大，水玻璃的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。土木工程中的粘性和强度越高，但水中的溶解能力下降。土木工程中常用模数常用模数n n为为2.62.62.82.8，既易溶于水又有较高的强度。，既易溶于水又有较高的强度。水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）常用密度或者水玻璃在水溶液中的含量（或称浓度）常用密度或者波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为波美度表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般为1.361.361.50g/cm1.50g/cm3 3，相当于波美度，相当于波美度38.438.448.348.3。密度越大，水玻。密度越大，水玻璃含量越高，相应的粘度也越大。璃含量越高，相应的粘度也越大。22nSiOONaONa22OSi二、水玻璃的凝结固化二、水玻璃的凝结固化 水玻璃在空气中的凝结固化主要通过碳化和脱水结晶固结水玻璃在空气中的凝结固化主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。两个过程来实现。凝结硬化过程的三大特点：凝结硬化过程的三大特点：1速度慢速度慢。2体积收缩体积收缩。3强度低强度低。为加速水玻璃的凝结固化速度和提高强度为加速水玻璃的凝结固化速度和提高强度，水玻璃使用时水玻璃使用时一般要求加入固化剂氟硅酸钠一般要求加入固化剂氟硅酸钠，分子式为分子式为 。氟硅酸钠的掺量一般为氟硅酸钠的掺量一般为1212%1515%。OmHnSiOCONaCOOmHnSiOONa2232222262SiFNa三、水玻璃的主要技术性质三、水玻璃的主要技术性质 （一）粘结力和强度较高；（一）粘结力和强度较高；（二）耐酸性好；（二）耐酸性好；（三）耐热性好；（三）耐热性好；（四）耐碱性和耐水性差。（四）耐碱性和耐水性差。钾水玻璃钾水玻璃(KP1)防腐材料防腐材料 水玻璃型耐酸水泥水玻璃型耐酸水泥 四、水玻璃的应用四、水玻璃的应用 （一）涂刷材料表面，提高抗风化能力（一）涂刷材料表面，提高抗风化能力；（二）加固土壤（二）加固土壤；（三）配制速凝防水剂（三）配制速凝防水剂；（四）配制耐酸胶凝、耐酸砂浆和耐（四）配制耐酸胶凝、耐酸砂浆和耐 酸混凝土酸混凝土；（五）配制耐热胶凝、耐热砂浆（五）配制耐热胶凝、耐热砂浆 和耐热混凝土和耐热混凝土。第五节第五节 镁质胶凝材料镁质胶凝材料 一、原材料和生产一、原材料和生产 镁质胶凝材料是指以镁质胶凝材料是指以MgO为主要成分的无机气硬性为主要成分的无机气硬性胶凝材料，有时称为菱苦土。它是以胶凝材料，有时称为菱苦土。它是以MgCO3为主要成分为主要成分的菱镁矿在的菱镁矿在800左右煅烧而得。左右煅烧而得。块状块状MgOMgO经磨细后，即成为白色或浅黄色粉末状菱苦经磨细后，即成为白色或浅黄色粉末状菱苦土。土。28003COMgOMgCOC 菱镁矿菱镁矿 蛇纹石蛇纹石 苦土粉苦土粉 二、镁质胶凝材料的凝结硬化二、镁质胶凝材料的凝结硬化 镁质胶凝材料与水拌合后的水化反应与石灰熟化相似。镁质胶凝材料与水拌合后的水化反应与石灰熟化相似。其特点是反应快（但比石灰熟化慢）、放出大量热。但直其特点是反应快（但比石灰熟化慢）、放出大量热。但直接加水使用时凝结硬化速度慢；体积收缩大；而且强度很接加水使用时凝结硬化速度慢；体积收缩大；而且强度很低。低。为了加速凝结硬化速度、提高制品强度，镁质胶凝材为了加速凝结硬化速度、提高制品强度，镁质胶凝材料使用时均加入适量固化剂。最常用的固化剂为氯化镁等料使用时均加入适量固化剂。最常用的固化剂为氯化镁等盐的溶液，掺量一般为镁质胶凝材料的盐的溶液，掺量一般为镁质胶凝材料的55%55%60%60%。苦土粉、盐卤块和苦土粉、盐卤块和 盐卤溶液盐卤溶液 三、镁质胶凝材料的技术性质三、镁质胶凝材料的技术性质 （一）凝结时间：标准稠度净浆，初凝时间不得早于（一）凝结时间：标准稠度净浆，初凝时间不得早于20min20min，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于6h6h。（二）强度高：属于轻质、早强、高强胶凝材料。（二）强度高：属于轻质、早强、高强胶凝材料。（三）粘结性能好；（三）粘结性能好；（四）耐水性差，易泛霜（四）耐水性差，易泛霜;苦土地板原鲜红色表面泛苦土地板原鲜红色表面泛霜的结果霜的结果 四、镁质胶凝材料的应用四、镁质胶凝材料的应用 （一）菱苦土木屑地面（一）菱苦土木屑地面；（二）板材。（二）板材。（三）陈设工艺制品。（三）陈设工艺制品。菱菱苦苦土土地地板板 苦土瓦苦土瓦 包包装装板板 苦土陈设工艺制品苦土陈设工艺制品