第十四章气硬性胶凝材料.ppt

第十四章第十四章气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料胶凝材料：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。成为一个整体，并产生强度的材料。气硬性胶凝材料：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。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：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。持并发展其强度的材料。14.0胶凝材料的基本概念胶凝材料的基本概念强 度 耐水性 抗渗、抗冻性 用 途气硬性 低 差 差地面以上、干燥环境水硬性 高 好 好干燥或潮湿环境、水中气硬性与水硬性胶凝材料的差异有机胶凝材料有机胶凝材料沥青沥青树脂树脂各种水泥各种水泥水硬性水硬性石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃菱苦土菱苦土气硬性气硬性无机胶凝材料无机胶凝材料胶凝材料胶凝材料 14.0胶凝材料的基本概念胶凝材料的基本概念14.1石膏石膏14.2石灰石灰14.3镁质胶凝材料镁质胶凝材料14.4水玻璃水玻璃14.1石石 膏膏14.1.1.石膏的原料石膏的原料14.1.2.石膏的水化与硬化石膏的水化与硬化14.1.3.建筑石膏的技术要求和性质建筑石膏的技术要求和性质14.1.4.建筑石膏的应用建筑石膏的应用4.建筑石膏（半水石膏）建筑石膏（半水石膏）（1）以）以半水石膏（半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，不预加）为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。（2）主要是由天然二水石膏在）主要是由天然二水石膏在107170的干燥条件下加热脱的干燥条件下加热脱水而成的。水而成的。（3）二水石膏在温度为）二水石膏在温度为6575时脱水，至时脱水，至107170时生成时生成型半水石膏（型半水石膏（-CaSO41/2H2O），其反应式为：），其反应式为：CaSO42H2O-CaSO41/2H2O3/2H2O（4）建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较）建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而强度较低。大，因而强度较低。5.高强石膏高强石膏若将二水石膏置于具有若将二水石膏置于具有0.13MPa、124的过饱和蒸汽条的过饱和蒸汽条件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的较致密的型半水石膏（型半水石膏（-CaSO41/2H2O），这就是高），这就是高强石膏。强石膏。高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小，因而强度高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小，因而强度较高。较高。石膏矿石膏矿 CaSO CaSO4 42H2H2 2O O CaSO CaSO4 40.5H0.5H2 2O O（晶体）（晶体）CaSO CaSO4 40.5H0.5H2 2O O（晶体）又分为（晶体）又分为 CaSOCaSO4 40.5H0.5H2 2O O高强石膏高强石膏 CaSOCaSO4 40.5H0.5H2 2O O建筑石膏建筑石膏建筑石膏建筑石膏 晶体微细晶体微细,比表面积大比表面积大,需水量大需水量大,制品孔隙率大制品孔隙率大,强度低强度低高强石膏高强石膏 晶体粗大结实晶体粗大结实,比表面积小比表面积小,需水量小需水量小,制品孔隙制品孔隙 率小率小,强度高；强度高；14.1.2.石膏的水化与硬化石膏的水化与硬化由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（约四由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（约四倍），所以二水石膏处于过饱和状态，不断从溶液倍），所以二水石膏处于过饱和状态，不断从溶液中析晶，水解反应不断右移，直至半水石膏全部转中析晶，水解反应不断右移，直至半水石膏全部转变成二水石膏。变成二水石膏。1 1、水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。、水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。、水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。、水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。2、硬化：失去可塑性浆体强度增加的过程。、硬化：失去可塑性浆体强度增加的过程。v石膏晶体数量增加，石膏晶体数量增加，晶体长大，彼此连生，晶体长大，彼此连生，相互交错，形成结晶相互交错，形成结晶网，产生强度。网，产生强度。石膏的硬化石膏粉吸湿后受潮14.1.3.建筑石膏的技术要求和性质建筑石膏的技术要求和性质建筑石膏初凝仅需建筑石膏初凝仅需5min5min，终凝，终凝2030min2030min，一周后即完全硬化。，一周后即完全硬化。需要加缓凝剂：骨胶、皮胶、纸浆废液、硼砂等。需要加缓凝剂：骨胶、皮胶、纸浆废液、硼砂等。1.水化作用快，凝结硬化快。水化作用快，凝结硬化快。CaSO4.1/2H2O+3/2H2OCaSO4.2H2O建筑石膏凝结硬化示意图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 2.硬化后体积微膨胀硬化后体积微膨胀 石膏浆体在凝结硬化时会产生微膨石膏浆体在凝结硬化时会产生微膨胀胀(0.51.0%)，这使石膏制品的表面光，这使石膏制品的表面光滑、细腻、形体饱满，所以适合制作建筑滑、细腻、形体饱满，所以适合制作建筑装饰制品。装饰制品。3.3.硬化后孔隙率较大，强度较低。硬化后孔隙率较大，强度较低。石石膏膏硬硬化化后后具具有有很很大大孔孔隙隙率率，因因而而强强度度低低(7d(7d为为8 812 12 Mpa)Mpa)，抗抗冻冻性性、抗抗渗渗性性及及耐耐水水性性较较差差。但但具具有有轻轻质质、保保温温隔隔热、吸声、吸湿的特点热、吸声、吸湿的特点 建筑石膏的强度指标石膏等级石膏等级优等品优等品一等品一等品合格品合格品抗折强度（抗折强度（MPaMPa）抗压强度（抗压强度（MPaMPa）2.52.54.94.92.12.13.93.91.81.82.92.9硬化石膏的结构硬化石膏的结构 4.4.阻火性好，耐火性差阻火性好，耐火性差阻火性好，耐火性差阻火性好，耐火性差 遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐火性差火性差火性差火性差。5.5.具有良好的可加工性具有良好的可加工性具有良好的可加工性具有良好的可加工性 石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性。纸面石膏板纸面石膏板2.石膏空心条板石膏空心条板 以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成,该板不用纸，该板不用纸，该板不用纸，该板不用纸，不用胶，强度高。可用作内隔墙。不用胶，强度高。可用作内隔墙。不用胶，强度高。可用作内隔墙。不用胶，强度高。可用作内隔墙。14.14.1.1.4.4.建筑石膏的应用建筑石膏的应用建筑石膏的应用建筑石膏的应用一一、石、石膏膏板板1.纸面石膏板纸面石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处。木纤维增强石膏板木纤维增强石膏板 此外尚有石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等品种。此外尚有石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等品种。3.石膏装饰板石膏装饰板石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和胶结料，加水搅拌制成。装饰板有平板、多孔板、花纹材料和胶结料，加水搅拌制成。装饰板有平板、多孔板、花纹板、浮雕板等多种板、浮雕板等多种。4.纤维石膏板纤维石膏板以建筑石膏为主要原料，掺适量纤维增强材料制成，其抗以建筑石膏为主要原料，掺适量纤维增强材料制成，其抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可代替木材作家具弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可代替木材作家具二、二、粉粉刷刷石石膏膏在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅烧粘土质石膏）、在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅烧粘土质石膏）、各种缓凝剂（木质磺酸钙等）及附加材料（石灰、烧粘土、氧化各种缓凝剂（木质磺酸钙等）及附加材料（石灰、烧粘土、氧化铁红等）可制成像水泥一样在施工中现场拌制的新型抹灰材料铁红等）可制成像水泥一样在施工中现场拌制的新型抹灰材料 粉刷石膏粉刷石膏。它具有表面坚硬它具有表面坚硬,光滑细腻光滑细腻,粘结力强、不裂、不起鼓、防粘结力强、不裂、不起鼓、防火、保温、调湿、施工方便，可实现机械化施工。火、保温、调湿、施工方便，可实现机械化施工。可用于办公楼、住宅楼等的墙面、顶棚等。可用于办公楼、住宅楼等的墙面、顶棚等。14.2石灰石灰万里长城万 里 长 城古埃及金字塔石灰吟石灰吟 于谦于谦 明代明代 千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。14.2.1、生产工艺、生产工艺14.2.2、石灰的技术要求、石灰的技术要求14.2.3、石灰的熟（消化）和硬化、石灰的熟（消化）和硬化14.2.4、石灰的应用、石灰的应用14.2.1生产工艺生产工艺一、原料一、原料二二、石灰的制备、石灰的制备一、原料一、原料以碳酸钙为主的天然原料：以碳酸钙为主的天然原料：石灰岩（石灰岩（limestone limestone）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。岩石名称 方解石含量（方解石含量（%）（CaCO3CaCO3）白云石含量（%）CaMg(CO3)2石灰岩含白云质灰岩白云质灰岩 100-9595-7575-50 0-55-2525-50 钙质白云岩含钙质白云岩白云岩 50-2525-55-0 50-7575-9595-100 原料：石灰石白云质石灰石白 垩贝 壳二、石灰的制备二、石灰的制备CaCO3 CaO 10001100 CO2MgCO3 MgO 生石灰生石灰土窑立窑河北省唐山丰南石源冶金炉料公司河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年年5月建成投产日产月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑吨的节能型石灰立窑回转窑回转窑武钢乌龙泉矿日产武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑吨回转窑竖窑唐山三丰集团唐山三丰集团2003年年10月建成投产月建成投产4140m3气烧石灰竖窑气烧石灰竖窑根据根据根据根据MgOMgOMgOMgO的含量，生石灰分为两种：的含量，生石灰分为两种：的含量，生石灰分为两种：的含量，生石灰分为两种：钙质生石灰钙质生石灰钙质生石灰钙质生石灰 MgO5MgO5 镁质生石灰镁质生石灰镁质生石灰镁质生石灰 MgO5MgO5 根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种：根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种：根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种：根据石灰制备的温度和时间，生石灰可分为两种：过火石灰过火石灰过火石灰过火石灰欠火石灰欠火石灰欠火石灰欠火石灰temtimetemtime过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表过火石灰：粘土杂质熔融、填充或包裹石灰表面面面面密度高密度高密度高密度高石灰消解慢石灰消解慢石灰消解慢石灰消解慢 temtime temtime 欠火石灰：欠火石灰：欠火石灰：欠火石灰：CaCO3CaCO3分解不足、产率低。分解不足、产率低。分解不足、产率低。分解不足、产率低。14.2.2、石灰的技术要求、石灰的技术要求一、石灰的分类一、石灰的分类石灰产品石灰产品 技术指标技术指标 建建 筑筑 生生 石石 灰灰 CaO+MgOCaO+MgO含含 量量、未未 消消 化化 残残 渣渣 含含 量量、COCO2 2、产产 浆浆 量量 （JC/T479-92JC/T479-92）建筑生石灰粉建筑生石灰粉 CaO+MgOCaO+MgO含量、含量、COCO2 2、细度、细度 （JC/T480-92)JC/T480-92)建筑消石灰粉建筑消石灰粉 CaO+MgOCaO+MgO含量、游离水、体积安定性、细度含量、游离水、体积安定性、细度 （JC/T481-92JC/T481-92）根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。二、石灰的技术要求二、石灰的技术要求表表14-5生石灰技术指标生石灰技术指标(JC/T479-92)表表14-6生石灰粉的技术指标生石灰粉的技术指标(JC/T480-92)建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限表表14-7建筑消石灰粉的技术指标建筑消石灰粉的技术指标(JC/T 481-92)(JC/T 481-92)14.2.3、石灰的熟（消化）和硬化石灰的熟（消化）和硬化特点：特点：特点：特点：放热量大、快（放热量大、快（放热量大、快（放热量大、快（1h1h放热是混凝土放热是混凝土放热是混凝土放热是混凝土1d1d放热量的放热量的放热量的放热量的9 9倍多）倍多）倍多）倍多）体积增大：体积增大：体积增大：体积增大：1 12.52.5倍倍倍倍一、生石灰的熟化（消化）：一、生石灰的熟化（消化）：一、生石灰的熟化（消化）：一、生石灰的熟化（消化）：熟石灰熟石灰熟石灰熟石灰熟石灰熟石灰反应：反应：反应：反应：石灰熟化示意图二、二、熟石灰的硬化（熟石灰的硬化（Hardening）1.1.硬化过程硬化过程1 1）结晶过程：结晶过程：石灰浆：石灰浆：Ca(OH)Ca(OH)2 2+H+H2 2O O 析晶析晶 蒸发蒸发(吸收吸收)2 2）碳化过程碳化过程 Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2+nH+nH2 2O=CaCOO=CaCO3 3+(n+1)H+(n+1)H2 2O O慢！慢！2.2.硬化特点硬化特点 1 1）硬化收缩大，易产生裂缝；）硬化收缩大，易产生裂缝；2 2）硬化石灰石体的孔隙率大、密度小、强度低；）硬化石灰石体的孔隙率大、密度小、强度低；3 3）耐水性差。）耐水性差。石灰浆体在干燥环境中，因失水产生毛细管压力，使氢氧化钙颗粒间的接石灰浆体在干燥环境中，因失水产生毛细管压力，使氢氧化钙颗粒间的接触紧密，相互粘结产生一定强度。此外，氢氧化钙也会在过饱和溶液中析触紧密，相互粘结产生一定强度。此外，氢氧化钙也会在过饱和溶液中析晶，加强了石灰浆体中原来的氢氧化钙颗粒之间的结合。若再遇水后，因晶，加强了石灰浆体中原来的氢氧化钙颗粒之间的结合。若再遇水后，因毛细管压力消失，且氢氧化钙微溶于水，强度丧失。毛细管压力消失，且氢氧化钙微溶于水，强度丧失。石灰浆体吸收空气中的石灰浆体吸收空气中的CO2，生成碳酸钙而硬化。，生成碳酸钙而硬化。Ca(OH)2与与CO2只有在水分存在下才能发生碳化过程。生成的碳酸钙晶粒或只有在水分存在下才能发生碳化过程。生成的碳酸钙晶粒或是互相共生或是与石灰粒子及砂粒相粘结，产生强度。此外，碳是互相共生或是与石灰粒子及砂粒相粘结，产生强度。此外，碳酸钙固相体积比氢氧化钙固相体积稍微增大一些，使硬化石灰浆酸钙固相体积比氢氧化钙固相体积稍微增大一些，使硬化石灰浆体结构更加紧密。体结构更加紧密。硬化过程硬化过程硬化过程硬化过程结晶结晶碳化碳化碳化碳化Ca(OH)Ca(OH)22结晶析出结晶析出结晶析出结晶析出Ca(OH)Ca(OH)22结晶析出结晶析出结晶析出结晶析出主要变化主要变化主要变化主要变化特征特征特征特征内部反应快内部反应快内部反应快内部反应快由表及里由表及里由表及里由表及里石灰的硬化：石灰的硬化：生熟石灰和生熟石灰和石石灰石的三角灰石的三角关系关系 CaCOCaCO3 3碳酸鈣.石灰石Ca(OH)2Ca(OH)2氢氧化钙氢氧化钙.熟石灰熟石灰加高溫加高溫加加COCO2 2加水加水CaOCaO氧化鈣氧化鈣.(.(生生)石灰石灰14.2.4、石灰的应用、石灰的应用1.1.石灰乳涂料：石灰乳涂料：2.2.配制砂浆：配制砂浆：3.3.消石灰配制石灰土或三合土；消石灰配制石灰土或三合土；4.4.磨磨细细生生石石灰灰粉粉制制作作硅硅酸酸盐盐制制品品及及无无熟熟料料水水泥泥、灰灰砂砂 砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等5.5.磨细生石灰制作碳化石灰板磨细生石灰制作碳化石灰板做隔墙板、天花板做隔墙板、天花板各类石灰的用途各类石灰的用途14.3镁质胶凝材料镁质胶凝材料镁质凝胶材料，是以镁质凝胶材料，是以MgO为主要成分的气硬性胶为主要成分的气硬性胶凝材料，如菱苦土（主要成分是凝材料，如菱苦土（主要成分是MgO）、苛性白云石）、苛性白云石（主要成分是（主要成分是MgO和和CaCO3）等。）等。4.3.1镁质凝胶材料的生产镁质凝胶材料的生产 1、镁质凝胶材料、镁质凝胶材料,是将菱镁矿或天然白云石经煅是将菱镁矿或天然白云石经煅烧、磨细而制成。烧、磨细而制成。2、煅烧所得的菱苦土磨得越细，使用时强度越高。、煅烧所得的菱苦土磨得越细，使用时强度越高。3、相同细度时，、相同细度时，MgO含量越高，质量越好。含量越高，质量越好。4.3.2菱苦土的水化硬化菱苦土的水化硬化1、菱苦土用水拌和时，生成、菱苦土用水拌和时，生成Mg(OH)2，疏松、胶凝，疏松、胶凝性差性差2、故通常用、故通常用MgCl2、MgSO4等盐类的水溶液拌和，等盐类的水溶液拌和，以改善其性能。以改善其性能。4.3.3菱苦土的应用菱苦土的应用1、菱苦土能与木质材料很好地粘结、菱苦土能与木质材料很好地粘结2、碱性较弱，不会腐蚀有机纤维、碱性较弱，不会腐蚀有机纤维3、对铝、铁等金属有腐蚀作用，不能让菱苦土直接接、对铝、铁等金属有腐蚀作用，不能让菱苦土直接接触金属。触金属。4、在建筑上常用来制造、在建筑上常用来制造木屑地板、木丝板、刨花板木屑地板、木丝板、刨花板等。等。由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。常用由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱。常用硅酸钠水玻璃硅酸钠水玻璃 Na Na2 2OnSiOOnSiO2 2。常用的常用的n=2.62.8n=2.62.8。湿法湿法(液体水玻璃液体水玻璃)；干法干法(固体水玻璃固体水玻璃)14.4水玻璃水玻璃一一.水玻璃的定义水玻璃的定义二二.水玻璃的生产水玻璃的生产三、水玻璃的模数三、水玻璃的模数SiO2与与Na2O的分子比的分子比n称为水玻璃的模数称为水玻璃的模数1.模数对性能影响模数对性能影响水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，强度愈高；强度愈高；2.密度对性能影响密度对性能影响同一同一模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力愈模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力愈大，强度愈高。大，强度愈高。粘结力强，强度较高，耐酸、耐热性高，耐碱性差，耐粘结力强，强度较高，耐酸、耐热性高，耐碱性差，耐 水性差水性差四、水玻璃的硬化四、水玻璃的硬化五五.水玻璃的特性水玻璃的特性 水玻璃吸收了空气中的水玻璃吸收了空气中的CO2形成了无定形硅酸。形成了无定形硅酸。Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH2O水玻璃硬化速度缓慢水玻璃硬化速度缓慢,需需加热加热促进硬化或加入促进硬化或加入Na2SiF6作作为促硬为促硬(凝凝)剂剂1.1.土壤加固；土壤加固；2.2.配制耐热混凝土和耐热砂浆；配制耐热混凝土和耐热砂浆；3.3.配制耐酸混凝土和耐酸砂浆配制耐酸混凝土和耐酸砂浆六六.水玻璃的应用水玻璃的应用