第二章無機氣硬性膠凝材料

第二章無機氣硬性膠凝材料一.概述二.石灰三.石膏

四.水玻璃第一節(jié)概述膠凝材料：在一定條件下，經(jīng)自身一系列的物理、化學作用后，能將散粒材料或塊狀材料粘結成具有一定強度的整體的材。膠凝材料無機膠凝材料有機膠凝材料：瀝青、樹脂、橡膠氣硬性膠凝材料：石膏、石灰、水玻璃水硬性膠凝材料：各種水泥氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結硬化，保持和繼續(xù)發(fā)展其強度，在水中不能硬化，也就不具有強度。水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強度。第二節(jié)石灰

生產(chǎn)石灰的原料主要是含碳酸鈣的石灰石、白云石和白堊。石灰的生產(chǎn)，實際上就是將石灰石在高溫下煅燒，使主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰和CO2，CO2以氣體放出，其化學反應可表示如下：

CaCO3——CaO+CO2（900~1200度）生產(chǎn)所得的生石灰，其內(nèi)部孔隙大，晶粒小，體積密度小，與水作用快。

欠火石灰：當煅燒溫度過低或時間不足時，由于CaCO3不能完全分解，亦即生石灰中含有石灰石CaCO3。它只是降低了石灰的利用率，不會帶來危害。

過火石灰：當煅燒溫度過高或時間過長時，部分塊狀石灰的表層會被煅燒成十分致密的釉狀物，熟化很慢。當石灰已經(jīng)硬化后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。一、石灰的生產(chǎn)第二節(jié)石灰二、石灰的熟化（一）石灰的熟化生石灰（CaO）與水發(fā)生作用生成熟石灰（Ca(OH)2）的過程，稱為石灰的熟化或消化。反應式：

CaO+H2O—Ca(OH)2+64.5kJ/mol

熟化過程特點：速度快、體積膨脹、放出大量熱。石灰熟化有兩種熟化形式：石灰膏與消石灰

生石灰+大量H2O石灰乳沉淀

石灰膏（漿狀）生石灰淋水（60%~80%）

消石灰粉（粉狀）（二）石灰的“陳伏”為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰膏應在化灰池中放置兩周以上，使過火石灰充分熟化，這一過程稱為石灰的“陳伏”。“陳伏”期間，石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。石灰在空氣中凝結硬化主要包括結晶和碳化兩個過程。結晶：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶。碳化：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結晶。反應式：石灰凝結硬化過程的特點：1.速度慢。加強通風，提高空氣中二氧化碳濃度。2.體積收縮大。容易產(chǎn)生收縮裂縫。三、石灰的凝結硬化拌制灰土或三合土；配制水泥石灰混合砂漿生產(chǎn)硅酸鹽制品，包括：粉煤灰混凝土、粉煤灰磚、硅酸鹽砌塊、灰砂磚、加氣混凝土等配制無熟料水泥：礦渣＋石灰－磨細四、石灰的主要技術性質(zhì)建筑中常用來配制石灰，水泥混合砂漿，以改善水泥砂漿保水性和可塑性差的缺陷；不宜用于承重結構，通過人工碳化，提高強度；不宜長期用于潮濕環(huán)境和水中，經(jīng)人工碳化處理，提高耐水性；不宜單獨使用通常摻入砂子等以減少收縮，或提高抗裂能力。1.保水性與可塑性好2.凝結硬化，強度低3.耐水性差4.干燥收縮大五、石灰的應用第三節(jié)石膏一、建筑石膏的生產(chǎn)生產(chǎn)方法：將原料生石膏（二水石膏CaSO4·2H2O）在不同壓力和溫度下煅燒、脫水，再經(jīng)磨細而成的。在不同的煅燒條件下，所得產(chǎn)品的結構、性質(zhì)、用途也各不相同。CaSO4·2H2O二水石膏β-CaSO4·1/2H2O（β型半水石膏）建筑石膏α-CaSO4·1/2H2O（α型半水石膏）高強石膏CaSO4Ⅲ

可溶性石膏CaSO4Ⅱ

慢溶性石膏107~170℃125℃170~300℃400~1000℃加熱、脫水0.13MP蒸壓條件加熱、脫水熟石膏二、建筑石膏的水化與硬化建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結，此后進一步產(chǎn)生和發(fā)展強度而硬化。建筑石膏與水之間發(fā)生化學反應（水化）的反應式為：此反應實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應，因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反應總體表現(xiàn)為向右進行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會產(chǎn)生結晶，結晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結力，造成漿體的塑性開始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。從加水開始拌和一直到漿體剛開始失去可塑性的過程稱為漿體的初凝，對應的時間為初凝時間；從加水開始拌和一直到漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度的過程稱為漿體的硬化，對應的時間稱為終凝時間。這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。1.凝結硬化速度。一般石膏的初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min。2.體積微膨脹（0.2%~1.5%）。建筑石膏凝結硬化是石膏吸收結晶水后的結晶過程。建筑石膏凝結硬化過程的特點這種膨脹不會對石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時的開裂。建筑石膏的技術要求有強度、細度和凝結時間。并按強度和細度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術要求見GB17669-2008。建筑石膏的技術要求建筑石膏的主要技術性質(zhì)（1）凝結硬化速度快建筑石膏的漿體，凝結硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min，這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑以延長凝結時間。（2）強度較高建筑石膏的強度發(fā)展很快，一般7h即可達最大值?？箟簭姸燃s為8~12MP。（3）凝結硬化時的膨脹性建筑石膏凝結硬化是石膏吸收結晶水后的結晶過程，其體積不僅不會收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會對石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時的開裂。（4）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細膩，具有良好的裝飾性。微孔結構使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。（5）保溫、隔聲性能好石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對聲音傳導或反射的能力也顯著下降，使其具有較強的吸聲能力。第四節(jié)水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。品種:硅酸鈉水玻璃（Na2O.nSiO2）

硅酸鉀水玻璃（K2O.nSiO2

）<

最常用

>

硅酸鋰水玻璃（Li2O.nSiO2

）通式：R2O.nSiO2

，

n-水玻璃模數(shù)，一、水玻璃的組成n值愈大，水玻璃的粘性和強度越高，但水中的溶解能力下降。當n>3.0時，只能溶于熱水中，給使用帶來不變。n值越小，水玻璃的粘性和強度越低，越宜溶于水。建筑工程中常用模數(shù)n為2.6~2.8，既易溶于水又有較高的強度。液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化：由于空氣中CO2濃度較低，這個過程進行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉（Na2SiF6）作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～15％。二、水玻璃的凝結固化1.粘結力和強度較高。水玻璃硬化后具有較高的粘結強度、抗拉強度和抗壓強度。2.耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸的作用。3.耐熱性好。硬化后形成SiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，強度降低很小。4.耐堿性和耐水性差。SiO2和Na2O.nSiO2均溶于堿，Na2O.nSiO2、NaF、Na2CO3均溶于水。三、水玻璃的主要技術性質(zhì)1.用作涂料，涂刷材料表面直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實度、強度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因為水玻璃與材料中的Ca(OH)2反應生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。同時硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有利于材料保護。2.配制防水劑以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶于60份的沸水中，降溫至50℃，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結，適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。四、水玻璃的應用3.加固土壤將模數(shù)為2.5～3的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學反應，可析出吸水膨脹的硅酸鈣膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙