氣硬性膠凝材料教學(xué)課件

1、第三章氣硬性無機(jī)膠凝材料掌握：膠凝材料的定義、分類；建筑石灰、 石膏技術(shù)要求、性質(zhì)熟悉：石灰的、石膏的的熟化、硬化和應(yīng)用了解：石灰的生產(chǎn)、石灰的品種 本章教學(xué)目標(biāo)膠凝材料：指經(jīng)過自身的物理化學(xué)作用后，能夠由漿體變成固體，并在變化過程中把一些散粒材料或塊狀材料膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體。定義與分類 特征：嚴(yán)格意義上膠凝材料應(yīng)指漿體；能在常溫下凝結(jié)硬化為固體；有較強(qiáng)的膠結(jié)能力；具有一定的使用性能將在第四章進(jìn)行講解膠凝材料有機(jī)膠凝材料（樹脂、瀝青等）無機(jī)膠凝材料水硬性膠凝材料（水泥）氣硬性膠凝材料（石灰、石膏、水玻璃）本章的重點(diǎn)二者有何區(qū)別定義與分類氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的區(qū)別氣硬性膠凝材氣硬

2、性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度； 關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度。 關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的性能！學(xué)習(xí)要求三問？膠凝材料凝結(jié)硬化機(jī)理及其影響因素是什么？土木工程對膠凝材料有哪些性能要求？怎樣正確選擇和使用膠凝材料？ 第一節(jié) 建筑石灰千錘百煉出深山烈火焚燒若等閑粉身碎骨渾不怕只留清白在人間煅燒石灰石或白堊,內(nèi)含CaCO3溫度在900左右時(shí)溫度過高時(shí)溫度過低時(shí)正火石灰欠火石灰過火石灰因煅燒溫度過高使粘土雜質(zhì)融化并包裹石灰，從而延緩石灰的熟化，導(dǎo)致已硬化的砂漿產(chǎn)生鼓泡、崩裂等

3、現(xiàn)象碳酸鈣沒有完全分解，降低了生石灰的產(chǎn)量如何解決它的危害？一、石灰的生產(chǎn)水化過程中體積增大1-2.5倍，迅速放出大量熱（1h放熱是混凝土1d放熱量的9倍多）二、生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有時(shí)需要使用石灰膏，有時(shí)使用熟石灰粉。熟化為石灰膏：將生石灰放入水中，注意水要過量池中透明液體為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰生石灰要在水中放置兩周以上，此過程即為“陳伏”。在這段時(shí)間里生石灰會(huì)完全和水反應(yīng)，不會(huì)因含有過火石灰造成熟化推遲而導(dǎo)致墻面鼓泡的現(xiàn)象。將生石灰塊淋水，使石灰充分熟化，又不會(huì)過濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟石灰粉。熟化為熟石灰粉：三、石灰的硬化結(jié)晶作用

4、生石灰或熟石灰水成為Ca(OH)2漿體；漿體中游離水的不斷損失，導(dǎo)致Ca(OH)2結(jié)晶；晶粒長大、交錯(cuò)堆聚成晶粒結(jié)構(gòu)網(wǎng)硬化。碳化作用Ca(OH)2與空氣中的CO2氣體反應(yīng)，在表面形成CaCO3膜層。提高耐久性。 結(jié)晶和碳化兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，但極為緩慢。碳化過程長時(shí)間只限于表面，結(jié)晶過程主要在內(nèi)部發(fā)生。原因空氣中CO2含量稀薄，使碳化反應(yīng)進(jìn)展緩慢，同時(shí)表面的石灰漿一旦硬化就形成外殼，阻止了CO2的滲入，同時(shí)又使內(nèi)部的水分無法析出，影響硬化過程的進(jìn)行。四、石灰的技術(shù)要求五、常用建筑石灰的品種石灰石10001200C磨細(xì)生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時(shí)間較

5、短時(shí)， 欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長時(shí)， 過火石灰減輕或消除過火石灰的危害過火石灰的危害 與水反應(yīng)很慢，石灰硬化后再與水反應(yīng)發(fā)生體積膨脹而引起開裂 。石灰?guī)r生石灰塊熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅燒加適量水熟化磨細(xì)加過量水進(jìn)行陳伏加水稀釋多用來拌制灰土和三合土使用時(shí)可以不進(jìn)行陳伏用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿粉刷墻壁五、常用建筑石灰的品種可塑性好和保水性好吸濕性好凝結(jié)硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜六、石灰的特性和應(yīng)用1.石灰的特性生石灰可以用來做干燥劑石灰硬化收縮產(chǎn)生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落六、石灰的特性和應(yīng)用強(qiáng)度低體積收縮大耐水性差1.石灰的特性2.石灰的應(yīng)用 石灰在建筑工程中的

6、應(yīng)用范圍很廣，常作以下幾種用途。 （1.） 配制砂漿 石灰具有良好的可塑性和粘結(jié)性，常用來配制砂漿用于墻體的砌筑和抹面。石灰漿或消石灰粉與砂和水單獨(dú)配制成的砂漿稱石灰砂漿，與水泥、砂和水一起配制成的砂漿稱混合砂漿。為了克服石灰漿收縮大的缺點(diǎn)，配制時(shí)常加入紙筋等纖維質(zhì)材料。 三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土樁灰土樁（2)拌制三合土和灰土 三合土按生石灰粉(或消石灰粉)粘土砂子(或碎石、爐渣)=123的比例來配制?；彝涟词曳?或消石灰粉)粘土=124的比例來配制。它們主要用于建筑物的基礎(chǔ)、路面或地面的墊層，也就是說用于與水接觸的環(huán)境，這與其氣硬性相矛盾。這可能是三合土和灰土在強(qiáng)力夯打之下，密實(shí)度

7、大大提高，粘土中的少量活性SiO2和活性Al2O3與石灰粉水化產(chǎn)物作用，生成了水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，從而有一定耐水性之故。拌制三合土和灰土 將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入適量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，是一種廉價(jià)易得得涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度，我國農(nóng)村也用于外墻。石灰乳可加入各種顏色的耐堿材料，以獲得更好的裝飾效果。(3) 制作石灰乳涂料(4) 生產(chǎn)硅酸鹽制品 以石灰和硅質(zhì)材料(如粉煤灰、石英砂、爐渣等)為原料，加水拌合，經(jīng)成型，蒸養(yǎng)或蒸壓處理等工序而成的建筑材料，統(tǒng)稱為硅酸鹽制品。如蒸壓灰砂磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等，主要用作墻體材料。生石灰的水化產(chǎn)物Ca(

8、OH)2能激發(fā)粉煤灰、爐渣等硅質(zhì)工業(yè)廢渣的活性，起堿性激發(fā)作用，Ca(OH)2能與廢渣中的活性SiO2、Al2O3反應(yīng)，生成有膠凝性、耐水性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，這一原理在利用工業(yè)廢渣來生產(chǎn)建筑材料時(shí)廣泛采用。(5)磨制生石灰粉 建筑工程中大量用磨細(xì)生石灰來代替石灰膏和消石灰粉配制灰土或砂漿，或直接用于生產(chǎn)硅酸鹽制品。磨細(xì)生石灰可不經(jīng)預(yù)先消化和陳伏直接應(yīng)用。因?yàn)檫@種石灰具有很高的細(xì)度，水化反應(yīng)速度快，水化時(shí)體積膨脹均勻，避免了產(chǎn)生局部膨脹過大現(xiàn)象。另外，石灰中的過火石灰和欠火石灰被磨細(xì)，提高了石灰的質(zhì)量和利用率。(6)加固軟土地基 塊狀生石灰可用來加固含水的軟土地基(稱為石灰樁)。它是在樁

9、孔內(nèi)灌入生石灰塊，利用生石灰吸水熟化產(chǎn)生體積膨脹的特性來加固地基。(7) 制造靜態(tài)破碎劑和膨脹劑 將含有一定量CaO晶體、粒徑為10100m，的過火石灰粉，與5%70%的水硬性膠凝材料及0.1%0.5%的調(diào)凝劑混合，可制得靜態(tài)破碎劑。使用時(shí)將它與適量的水混合調(diào)成漿體，注入到欲破碎物的鉆孔中。由于水硬性膠凝材料硬化后，過火石灰才水化，水化時(shí)體積膨脹，從而產(chǎn)生很大的膨脹壓力，使物體破碎。該破碎劑可用于拆除建筑物和破碎分割巖石。用石灰制膨脹劑詳見5.1.5“膨脹劑”。工程實(shí)例分析1：石灰砂漿層起拱現(xiàn)象： 某住宅使用石灰廠處理的下腳石灰作 粉刷。數(shù)月后粉刷層多處向外拱起，還看見一些裂縫，請分析原因。分

10、析討論： 石灰廠處理的下腳石灰往往含有過燒的CaO或較高的MgO，其水化速度慢于正常石灰。這些過燒石的氧化鈣或氧化鎂在已經(jīng)水化硬化的石灰砂漿中慢慢水化，體積膨脹，就會(huì)導(dǎo)致砂漿層起拱和開裂。工程實(shí)例分析2：石灰的選用現(xiàn)象：某工地急需配制石灰砂漿。當(dāng)時(shí)有消石灰粉、生石灰粉及生石灰處理可供選用。因生石灰價(jià)格相對叫便宜，便選用，并馬上加水配制石灰膏，再配制石灰砂漿。使用數(shù)月后，石灰砂漿出現(xiàn)眾多凸出的膨脹性裂縫，請分析原因。分析討論：該石灰的陳伏時(shí)間不夠。數(shù)日后部分過火石灰在已硬化的石灰砂漿中熟化，體積膨脹，以致產(chǎn)生膨脹性裂紋。因工期緊，若無現(xiàn)成合格的石灰膏，可選用消石灰粉。消石灰粉在磨細(xì)過程中，把過火

11、石灰磨成細(xì)粉，易于克服過火石灰在熟化時(shí)造成的體積安定性不良的危害。問 題？1. 過火石灰有什么危害？應(yīng)如何消除？ 答：過火石灰密度較大，且顆粒表面有玻璃釉狀物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸濕水化，產(chǎn)生體積膨脹，影響體積穩(wěn)定性?？刹捎醚娱L石灰的熟化和陳伏期，或過濾掉。2.石灰硬化過程中，為什么容易開裂？使用時(shí)應(yīng)如何避免？ 答：石灰漿體的硬化是靠水分的大量揮發(fā)，體積顯著收縮，因而容易導(dǎo)致開裂。在使用時(shí)，避免單獨(dú)使用，可摻加一些砂子、麻刀絲或紙筋等。第二節(jié) 建筑石膏古老的膠凝材料 具有質(zhì)輕、強(qiáng)度較高、絕熱、防火、質(zhì)地細(xì)膩美觀：優(yōu)良的裝飾材料 易于加工、成品多樣：各類石膏線 資源豐富、分

12、布廣、儲(chǔ)量大 理想的高效節(jié)能材料：重點(diǎn)發(fā)展的新型材料 進(jìn)一步研究開發(fā)的課題先進(jìn)纖維石膏基復(fù)合材料高強(qiáng)石膏及其制品提高石膏及其制品的耐水性外墻保溫砂漿及其裝飾鋼結(jié)構(gòu)防火涂層1.建筑石膏2.高強(qiáng)石膏一、石膏的生產(chǎn)型半水石膏型半水石膏我國石膏礦分布非常廣泛二、建筑石膏的凝結(jié)硬化凝結(jié)硬化過程中的水化反應(yīng)： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng)凝結(jié)硬化機(jī)理“溶解沉淀理論” 溶解 沉淀 硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的

13、飽和溶液，對于二水石膏是過飽和溶液，后者不斷結(jié)晶沉淀。 二水石膏晶體不斷生長、連生、交錯(cuò)，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)凝結(jié)硬化的物理化學(xué)過程 石膏漿體 半水石膏顆粒 二水石膏晶體石膏膠體石膏硬化體水孔隙水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進(jìn)行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體 半水石膏在空氣中，也會(huì)吸收空氣中的水分子水化成二水石膏晶體。石膏顆粒表面分子首先水化顆粒表面二水石膏晶體不斷增多半水石膏全部水化成二水石膏 所以，石膏膠凝材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存中，必須防潮、防水，以免失效！三、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)和特性1、技術(shù)性質(zhì)建筑石膏按細(xì)度、強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間分為三級。建筑石膏技術(shù)要求 （GB977688）

14、技 術(shù) 指 標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 一等品 抗折強(qiáng)度，MPa，不小于 2.5 2.1 1.8 抗壓強(qiáng)度，MPa，不小于 4.9 3.9 2.9 細(xì)度，0.2mm孔篩余量，不大于 5.0 10.0 15.0 凝 結(jié) 時(shí) 間 初凝時(shí)間不早于6min，終凝時(shí)間不遲于30min硬化后體積微膨脹性硬化后孔隙率大，因此其強(qiáng)度較低、表觀密度小、吸聲性較強(qiáng)、吸濕性較強(qiáng)。耐水性與抗凍性較差凝結(jié)硬化快防火性好但耐火性差凝結(jié)硬化速度快，初凝6分，終凝30分。石膏制品的耐水性差抗凍性差，不宜用于潮濕部位。2、建筑石膏的特性四、建筑石膏的應(yīng)用（1）制成石膏抹灰材料（2）各種墻體材料如紙面石膏板、石膏空心砌塊、石膏空心條板（

15、3）各種裝飾石膏板、石膏浮雕花飾、雕塑制品。使用時(shí)應(yīng)注意問題：在運(yùn)輸及儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)防止受潮，一般儲(chǔ)存三個(gè)月后強(qiáng)度降低30%左右 學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！1. 石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，為什么？ 答：半水石膏需加水6080，才能使?jié){體達(dá)到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；即，有4060多的水不能參與反應(yīng)，硬化后多余水分的揮發(fā)留下大量孔隙。2、孔隙率較大在應(yīng)用上，有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 答：優(yōu)點(diǎn)保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕?？勺鳛閴Π濉⑻旎ò?、墻面粉刷砂漿等。 缺點(diǎn)強(qiáng)度低、吸水率較大、耐水性差。不能用作結(jié)構(gòu)材料，不宜用于潮濕環(huán)境等。3. 為什么石膏制品的耐水性差W

16、hy？ 答：石膏晶體是親水性很強(qiáng)的離子晶體，而且晶體內(nèi)有明顯的解理面，層間和晶體顆粒間是較弱的氫鍵結(jié)合，因此，水分子進(jìn)入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降；其軟化系數(shù)只有0.300.45； 另一方面，二水石膏在水中的溶解度較大，石膏制品長期在水中的強(qiáng)度將更低 。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！4、如何改善石膏制品的耐水性 How? 答：降低孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，對毛細(xì)縫隙進(jìn)行憎水處理，以減小吸水率； 摻加其它礦物或有機(jī)物，以降低晶體水化物的溶解度，阻止水分子對晶體顆粒間的削弱作用。二水石膏晶體解理面5、為什么石膏制品的防火性好Why? 答：石膏制品的孔隙率大，隔熱性較好；二水石膏晶體

17、含有兩個(gè)結(jié)晶水分子，在受熱后，二水石膏晶體脫去水分子，并蒸發(fā)吸收和帶走熱量；硫酸鈣分子的分解溫度很高，因此，在高溫下，主要發(fā)生脫水和燒結(jié)。學(xué)會(huì)分析、思考和回答問題！6、進(jìn)一步思考的問題:試驗(yàn)證明石膏板有調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的功能，為什么？如何在土木工程建設(shè)中正確地使用或選用石膏，為什么？四、建筑石膏的應(yīng)用紙面石膏板四、建筑石膏的應(yīng)用紙面石膏板四、建筑石膏的應(yīng)用裝飾石膏板四、建筑石膏的應(yīng)用吸聲用穿孔石膏板石膏藝術(shù)制品 四、高強(qiáng)度建筑石膏1、高強(qiáng)石膏與建筑石膏相比較（1）建筑石膏是片狀的、有裂隙的晶體，結(jié)晶很細(xì)，比表面積比高強(qiáng)石膏大的多，拌制石膏制品時(shí)需水量高達(dá)60%-70%，因而制品的空隙率大，強(qiáng)度低。

18、（2）高強(qiáng)石膏結(jié)晶良好、堅(jiān)實(shí)、粗大，因而比表面積小，調(diào)制成可塑性石膏漿體時(shí)需水量約為35%-45%，因此，高強(qiáng)石膏硬化后有較高的密實(shí)度與強(qiáng)度。2、高強(qiáng)石膏之應(yīng)用（1）強(qiáng)度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板（2）摻入防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境。（3）做粘結(jié)劑，須加入聚乙烯醇水溶液。其特點(diǎn)是無收縮。工程實(shí)例：石膏飾條粘貼失效現(xiàn)象：石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時(shí)完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請分析原因。分析討論：其原因有兩個(gè)方面，可摻入緩凝劑，延長凝結(jié)時(shí)間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。 在光滑的天花板上直接粘貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對

19、表面予以打刮，以利粘貼?；蛘咴谡辰Y(jié)的石膏漿摻入部分粘結(jié)性強(qiáng)的粘結(jié)劑。 第三節(jié) 水玻璃 水玻璃俗稱泡花堿，是一種能溶于水的硅酸鹽，由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅所組成。目前最常用的是硅酸鈉水玻璃Na2OnSiO2，還有硅酸鉀水玻璃K2OnSiO2。一、水玻璃的種類與生產(chǎn) 水玻璃按其形態(tài)可分為液體水玻璃和固體水玻璃兩種。液體水玻璃無色透明，當(dāng)含有不同雜質(zhì)時(shí)可呈青灰色、綠色或微黃色等，可以與水按任意比例混合而成不同濃度的溶液，濃度越稠粘結(jié)力越強(qiáng)；固體水玻璃的形狀呈塊狀、粒狀或粉狀。 水玻璃的生產(chǎn)方法有濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)兩種。濕法生產(chǎn)是將石英砂和氫氧化鈉水溶液在壓蒸鍋(0.2MPa0.3MPa)內(nèi)

20、用蒸汽加熱溶解而制成水玻璃溶液。干法是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中于1 3001 400溫度下熔融，其反應(yīng)式如下： 熔融的水玻璃冷卻后得到固態(tài)水玻璃，然后在0.30.8MPa的蒸壓釜內(nèi)加熱溶解成膠狀玻璃溶液。 水玻璃分子式中SiO2與Na2O分子數(shù)比值n稱為水玻璃硅酸鹽模數(shù)，一般在1.53.5之間。n值越大，水玻璃中膠體組分越多，水玻璃粘性越大，越難溶于水。 二、水玻璃的硬化與特性水玻璃溶液在空氣中吸收CO2形成無定形硅膠，并逐漸干燥而硬化，其反應(yīng)為：Na2OnSiO2+ CO2+mH2O Na2CO3+ nSiO2mH2O 上述反應(yīng)過程進(jìn)行緩慢。為加速硬化，常在水玻璃中加入促硬劑氟硅酸

21、鈉，促使硅酸凝膠加速析出，其反應(yīng)式如下： 2Na2OnSiO2 + Na2SiF6+mH2O 6NaF+ (2n+1) SiO2mH2O 氟硅酸鈉的適宜摻量為水玻璃質(zhì)量的12%15%。用量太少，硬化速度慢、強(qiáng)度低，且未反應(yīng)的水玻璃易溶于水，導(dǎo)致耐水性差；用量過多，則凝結(jié)過快，造成施工困難，且滲透性大，強(qiáng)度也低。水玻璃有以下特性(1) 良好的粘結(jié)性。(2) 很強(qiáng)的耐酸性。水玻璃能抵抗多數(shù)酸的作用(氫氟酸除外)。(3) 較好的耐高溫性。水玻璃可耐1200的高溫，在高溫下不燃燒，不分解，強(qiáng)度不降低，甚至有所增加。 三、水玻璃的應(yīng)用(1) 涂刷建筑材料表面，提高密實(shí)度和抗風(fēng)化能力。 用水將水玻璃稀釋，多次涂刷或浸漬材料表面，可提高材料的抗風(fēng)化能力或使其密實(shí)度和強(qiáng)度提高。如果在液體水玻璃中加入適量尿素，在不改變其粘度情況下可提高粘結(jié)力25%左右。此方法對粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等含Ca(OH)2的材料效果良好。不能用于涂刷或浸漬石膏制品，因?yàn)镹a2OnSiO2與CaSO4反應(yīng)生成Na2SO4，Na2SO4在制品孔隙中結(jié)晶