第三章 無機氣硬性膠凝材料

第三章無機氣硬性膠凝材料1、膠凝材料定義

土木工程中用來將散粒材料或塊狀材料粘結(jié)成為整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料膠凝材料的定義和分類2、分類（按化學(xué)成分劃分）氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或繼續(xù)增長強度的膠凝材料。水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中硬化，而且能更好的在水中硬化，能保持并繼續(xù)增長其強度的膠凝材料第一節(jié)石膏石膏：以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。一、石膏的原料、生產(chǎn)及品種原料：天然石膏（CaSO4?2H2O

）、化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)物的石膏廢渣按煅燒時溫度分類：石膏低溫煅燒石膏高溫煅燒石膏（一）低溫煅燒石膏低溫煅燒石膏：在低溫下（110～170℃）煅燒天然石膏所獲得的產(chǎn)品。低溫煅燒石膏主要成分：半水石膏CaSO4?0.5H2O

反應(yīng)式：

CaSO4?2H2O=CaSO4?0.5H2O+1.5H2O1、建筑石膏建筑石膏（熟石膏）是天然石膏在回轉(zhuǎn)窯或炒鍋中煅燒后磨細(xì)所得產(chǎn)品。建筑石膏主要成分：

β型半水石膏（細(xì)小的晶體），少量的無水石膏（CaSO4）和未分解的原料顆粒建筑上所用的石膏都屬于建筑石膏。（一）低溫煅燒石膏2、模型石膏模型石膏是β型半水石膏，但含雜質(zhì)少，細(xì)度小。模型石膏在于陶瓷工業(yè)中用作成型的模型.（一）低溫煅燒石膏3、高強度石膏原料：雜質(zhì)較少的天然石膏生產(chǎn)條件：壓蒸條件下（120～126℃，0.13MPa

）主要成分：α型半水石膏(晶體粗大而密實)α型半水石膏與β型半水石膏相比，達(dá)到一定稠度時，前者需水量小，因而α型半水石膏硬化后結(jié)構(gòu)密實，抗壓強度高。（一）低溫煅燒石膏高溫煅燒石膏：天然石膏在800～1000℃下煅燒后磨細(xì)得到的產(chǎn)品主要成分:無水硫酸鈣、氧化鈣（少量的氧化鈣是無水石膏與水進行反應(yīng)的激發(fā)劑）高溫煅燒石膏與建筑石膏比較，前者凝結(jié)硬化慢，但耐水性和強度高，耐磨性好。應(yīng)用:用于砌筑和鋪設(shè)地面，也叫地板石膏（二）高溫煅燒石膏二、建筑石膏的凝結(jié)于硬化1、凝結(jié)、硬化定義：建筑石膏與水拌合，形成具有可塑性的石膏漿體，然后逐漸變稠失去可塑性，但此時并無強度，這個過程稱為凝結(jié)。在此之后漿體逐漸變成具有一定強度的固體，這個過程稱為硬化。二、建筑石膏的凝結(jié)與硬化2、建筑石膏的水化反應(yīng)水化反應(yīng)式：

CaSO4?0.5H2O+1.5H2O=CaSO4?2H2O

半水石膏首先在水中溶解，與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成的二水石膏不斷從過飽和溶液中沉淀而析出膠體微粒。直到半水石膏全部轉(zhuǎn)化為二水石膏為止。此過程進行較快，約7～12min二、建筑石膏的凝結(jié)與硬化3、建筑石膏的凝結(jié)硬化隨著水化的進行，二水石膏生成量不斷增加，水分逐漸減少，漿體開始失去可塑性，稱為初凝。而后漿體繼續(xù)變稠，二水石膏膠體逐漸變?yōu)榫w，晶體逐漸長大、共生和相互交錯，使凝結(jié)的漿體逐漸產(chǎn)生強度，即為終凝。隨著干燥，漿體強度逐漸增加，當(dāng)水分完全蒸發(fā)后，強度停止發(fā)展三、建筑石膏的特性、質(zhì)量要求及應(yīng)用（一）建筑石膏的特性1、凝結(jié)硬化快初凝不小于6min；終凝不早于30min

一周左右完全硬化。

緩凝劑作用：延緩初凝時間

原理：降低半水石膏溶解度或溶解速度三、建筑石膏的特性、質(zhì)量要求及應(yīng)用（一）建筑石膏的特性2、微膨脹性優(yōu)點：制品形體飽滿，表面光滑細(xì)膩，干燥時不開裂。3、孔隙率高優(yōu)點：容重小，保溫隔熱性好，吸音性強缺點：耐水性、抗?jié)B性和抗凍性較差三、建筑石膏的特性、質(zhì)量要求及應(yīng)用（一）建筑石膏的特性4、防火性較好

100℃以上溫度時，結(jié)晶水蒸發(fā)脫水后的無水石膏是良好的絕熱體

（二）建筑石膏的質(zhì)量要求建筑石膏質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T9776-2008）按凝結(jié)時間、細(xì)度及強度分為優(yōu)等品、一等品、合格品。（三）建筑石膏的應(yīng)用室內(nèi)抹灰、粉刷、油漆打底層、建筑裝飾品、石膏板石膏板優(yōu)點：輕質(zhì)、隔熱保溫、吸聲、不燃、施工方便等性能。石膏板品種：紙面石膏板、石膏裝飾板、纖維石膏板、石膏空心條板等。建筑石膏注意事項：①儲存時需要防水防潮②儲存期一般不超過三個月第二節(jié)石灰石灰的優(yōu)點：原料分布廣泛、生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉一、石灰的原料與生產(chǎn)原料：石灰石、白云質(zhì)石灰石、其他含碳酸鈣為主的天然原料。生產(chǎn)：將原料進行煅燒，生成氧化鈣（生石灰）反應(yīng)式：一、石灰的原料與生產(chǎn)鈣質(zhì)石灰：MgO≤5%

鎂質(zhì)石灰：MgO﹥5%

欠火石灰：降低質(zhì)量等級和利用率。過火石灰：會帶來危害。二、石灰的熟化與硬化（一）石灰的熟化熟化：生石灰與水作用生成熟石灰的過程稱為石灰的熟化或消化、消解。反應(yīng)式：

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9kJ水化反應(yīng)特點：①水化熱大，水化速率快

②

水化過程中體積增大欠火石灰：不能熟化過火石灰：在石灰漿體硬化后發(fā)生水化作用，產(chǎn)生膨脹引起隆起或開裂等質(zhì)量事故。為了消除過火石灰的危害，應(yīng)將熟化后的石灰漿（膏），保持其表面有水的情況下在消化池中儲存2～3周，這一過程稱為陳伏。二、石灰的熟化與硬化二、石灰的熟化與硬化（二）石灰的硬化石灰漿體硬化過程包括干燥硬化和碳化硬化1、干燥硬化由于水分蒸發(fā)產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使氫氧化鈣顆粒間的接觸變得緊密產(chǎn)生強度，強度值不大，遇水喪失。干燥過程中氫氧化鈣在過飽和溶液中結(jié)晶，但結(jié)晶數(shù)量少，因而強度低。二、石灰的熟化與硬化1、碳化硬化氫氧化鈣與空氣中的的二氧化碳化合生成碳酸鈣晶體稱為碳化反應(yīng)式：

Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O三、石灰的特性、質(zhì)量要求與應(yīng)用（一）石灰的特性

1、保水性好

2、凝結(jié)硬化慢、強度低

3、耐水性差

4、體積收縮大（二）石灰的品質(zhì)要求建筑生石灰的技術(shù)指標(biāo)

項目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品（CaO+MgO）含量（%）不小于908580858075末消化殘渣含量（5mm園孔篩余）%，不大于5101551015CO2含量（%）不大于5796810產(chǎn)漿量/（L·kg-1）不小于2.82.32.02.82.32.0建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項目鈣質(zhì)生消石灰粉鎂質(zhì)消生石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等一等合格優(yōu)等一等合格優(yōu)等一等合格（CaO+MgO）含量%，不小于706560656055656055

體積安定性合格合格合格合格合格合格游離水(%)0.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~20.4~2細(xì)度0.9mm篩篩余(%),不大于000.5000.5000.50.125mm篩篩余(%),不大于310153101531015三、石灰的特性、質(zhì)量要求與應(yīng)用（三）石灰的應(yīng)用

1、石灰乳涂料和砂漿

2、灰土和三合土

3、硅酸鹽制品

儲存：生石灰塊和生石灰須在干燥條件下運輸和貯存。第三節(jié)水玻璃俗稱泡花堿，一種堿金屬硅酸鹽（硅酸鉀水玻璃、硅酸鈉水玻璃）。通式：R2O?nSiO2n—水玻璃模數(shù)。一、水玻璃的生產(chǎn)

1.濕法石英砂和氫氧化鈉水溶液在壓蒸鍋（0.2-0.3MPa）內(nèi)用蒸汽加熱溶解而制成。

2.干法將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在1300~1400℃溫度下熔融。

Na2CO3+nSiO2→Na2O·nSiO2+CO2↑

熔融的水玻璃冷卻后在0.3~0.8MPa的蒸壓釜內(nèi)加熱溶解成膠狀玻璃溶液，即液態(tài)水玻璃。

二、水玻璃的硬化水玻璃吸收空氣中CO2形成無定型的二氧化硅凝膠，并逐漸干燥而硬化。

Na2O?nSiO2+CO2