第3章無機膠凝材料1課件

第3章無機膠凝材料主講：徐鋒建筑材料教學(xué)目標通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，1、掌握膠凝材料的概念與分類；2、了解石膏、石灰的原料及品種，掌握石膏、石灰的凝結(jié)、硬化過程及特性，了解建筑石膏、石灰的質(zhì)量要求及應(yīng)用；3、了解水玻璃的組成、性能特點及應(yīng)用。氣硬性膠凝材料的內(nèi)容3.1氣硬性膠凝材料3.1.1石膏一、石膏的生產(chǎn)及分類二、石膏的凝結(jié)硬化三、石膏的技術(shù)性質(zhì)和要求四、建筑石膏的應(yīng)用3.1.2石灰一、石灰的生產(chǎn)與分類二、石灰的硬化

三、石灰的技術(shù)性質(zhì)和要求四、石灰的應(yīng)用五、石灰的儲存3.1.3水玻璃基本概念：什么是膠凝材料？定義：

經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由漿體變成堅硬的固體，并能將散粒或片、塊狀材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)。特征：嚴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；有較強的膠結(jié)能力；具有一定的使用性能。有機膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或發(fā)展其強度。如：石灰、石膏、水玻璃不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化保持并發(fā)展其強度。如：水泥如：瀝青、樹脂無機膠凝材料膠凝材料氣硬性膠凝材料關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！水硬性膠凝材料關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的性能！3.1.1石膏一、石膏的生產(chǎn)及分類石膏的礦物組成：

CaSO4·xH2OX為結(jié)晶水H2Ox＝0，硬石膏(無水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏膠凝材料(Gypsumbinder

)的組成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4。石膏是晶體結(jié)構(gòu)二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌3.1氣硬性膠凝材料石膏的生產(chǎn)原料：天然二水石膏；天然無水石膏；工業(yè)副產(chǎn)物——磷石膏、氟石膏等。生產(chǎn)工序：

原料(破碎)

脫水

磨細生產(chǎn)(脫水)的工藝：非密閉煅燒(干燥空氣中)：密閉蒸練(濕的水蒸氣)：不同工藝得到不同組成的石膏膠凝材料天然石膏礦纖維狀晶體二、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

CaSO4·2H2O＋Q

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，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，石膏膠凝材料運輸、儲存中，必須防潮、防水，以免失效！建筑石膏粉三、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用

1、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)外觀：色白，密度為2.60～2.75g/cm3,堆積密度為800～1000kg/m3。質(zhì)量標準：建筑石膏按強度、細度、凝結(jié)時間指標分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。石膏產(chǎn)品標記：產(chǎn)品名稱+抗折強度+標準號建筑石膏的技術(shù)指標（GB9776-88）技術(shù)指標優(yōu)等品一等品合格品抗折強度/MPa,不小于2.52.11.8抗壓強度/MPa,不小于4.93.92.9細度(0.2mm方孔篩篩余/％),不大于5.010.015.0凝結(jié)時間初凝時間不早于6min；終凝時間不遲于30min

抗折強度為2.5MPa的建筑石膏記為：

建筑石膏2.5GB9776例如某工人用建筑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。案例分析分析答案分析：①建筑石膏拌水后一般于數(shù)分鐘至半小時左右凝結(jié)，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差?？蓳饺刖從齽?，延長凝結(jié)時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。

②在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼?；蛘?，在粘結(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強的粘結(jié)劑。

學(xué)會分析、思考和回答問題！1.石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大？

答：半水石膏需加水60～80％，才能使?jié){體達到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％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)點和缺點？答：優(yōu)點—保溫隔熱性、吸聲隔聲性好；質(zhì)輕。可作為墻板、天花板、墻面粉刷砂漿等。缺點—強度低、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Why？答：石膏晶體是親水性很強的離子晶體，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，水分子進入，降低了晶體層間和顆粒間的相互作用力，導(dǎo)致強度下降；其軟化系數(shù)只有0.30~0.45；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度將更低。學(xué)會分析、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)，對毛細縫隙進行憎水處理，以減小吸水率；摻加其它礦物或有機物，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；二水石膏晶體含有兩個結(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)會分析、思考和回答問題！6、進一步思考的問題:警察在勘察犯罪野外現(xiàn)場時，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？試驗證明石膏板有調(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？調(diào)濕作用紅線條表示室內(nèi)濕度變化藍線條表示室外濕度變化2、建筑石膏的應(yīng)用建筑石膏是一種很好的綠色建材！應(yīng)用中揚長避短，正確應(yīng)用！建筑上的主要應(yīng)用有：建筑石膏制品：各種板材：墻板、天花板等藝術(shù)裝飾品粉刷石膏：墻面粉刷雕飾各種墻板德國一所教堂的外墻面雕飾室內(nèi)墻面和天花板的雕飾紙面石膏板的生產(chǎn)工藝流程紙面石膏板生產(chǎn)線一、石灰的生產(chǎn)與分類工程中常用的石灰產(chǎn)品有磨細生石灰粉、消石灰粉和石灰膏。將主要成分為碳酸鈣的天然巖石（石灰?guī)r、白堊等）煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO為主要成分的產(chǎn)品即為生石灰。欠燒石灰CaO含量低，質(zhì)量等級低，利用率低過燒石灰質(zhì)地密實，顏色較深，消化緩慢，容易造成墻體開裂溫度過低或時間不足溫度過高或時間過長3.1.2石灰制備工藝與產(chǎn)品石灰石1000～1200

C磨細生石灰粉生石灰水噴淋消石灰粉(水)化灰池石灰乳濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時間較短時，

欠火石灰煅燒溫度較高，時間較長時，

過火石灰減輕或消除過火石灰的危害根據(jù)成品加工方法不同分為：名稱加工方法狀態(tài)主要成分塊灰直接煅燒塊狀CaO生石灰粉塊狀生石灰磨細粉末CaO消石灰粉生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥粉末Ca(OH)2石灰膏塊狀生石灰用過量水消化（或?qū)⑾曳酆退韬希┮欢ǔ矶鹊母酄钗顲a(OH)2和水石灰乳生石灰加大量水消化乳狀液體Ca(OH)2和水各種石灰根據(jù)其種類、成分、細度等劃分為優(yōu)等品、一等品及合格品。二、石灰的消化和硬化1、消化（熟化）：生石灰（CaO）與水作用生成氫氧化鈣（熟石灰，又稱消石灰）的過程。生石灰的消化反應(yīng)如下：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.9×103J石灰的消化過程會放出大量的熱，熟化時體積增大1～2.5倍。

*過燒石灰消化速度慢，易引起墻面隆起、開裂，所以使用前需洗灰陳伏。石灰漿體氫氧化鈣晶體碳酸鈣晶體石灰凝膠體石灰碳化體水孔隙水分損失碳化*2、石灰的硬化結(jié)晶作用生石灰或熟石灰＋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。*例：在維修古建筑時，發(fā)現(xiàn)古建筑中石灰砂漿堅硬，強度較高，有人認為是古代生產(chǎn)的石灰質(zhì)量優(yōu)于現(xiàn)代石灰，此觀點對否？為什么？答：否。因為碳化作用只限于表層，在長時間內(nèi)碳化過程充分，厚度增加，強度高?？伤苄院捅Ｋ院茫嚎烧{(diào)成混合砂漿。凝結(jié)硬化慢，強度低。耐水性差：不宜在潮濕的環(huán)境中使用，也不宜單獨用于建筑物基礎(chǔ)。體積收縮大：不宜單獨使用，可摻入砂、各種纖維材料等減少收縮。吸濕性強：是傳統(tǒng)的干燥劑；儲存時注意防潮。三、石灰的技術(shù)性質(zhì)和要求AB石灰抹面裂紋比較和分析案例分析分析答案分析：在煅燒過程中，如果煅燒時間過長或溫度過高，將生成顏色較深、塊體致密的“過燒石灰”。過燒石灰水化極慢，當(dāng)石灰變硬后才開始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起已變硬石灰體的隆起鼓包和開裂。為了消除過燒石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情況下，在貯存池中放置一周以上，這一過程稱為陳伏。陳伏期間，石灰漿表面應(yīng)保持一層水，隔絕空氣，防止Ca(OH)2與CO2發(fā)生碳化反應(yīng)。

石灰砂漿A為凸出放射性裂紋，這是由于石灰漿的陳伏時間不足，致使其中部分過燒石灰在石漿砂漿制作時尚未水化，導(dǎo)致在硬化的石灰砂漿中繼續(xù)水化成Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹，從而形成膨脹性裂紋。

石灰砂漿B為網(wǎng)狀干縮性裂紋，是因石灰砂漿在硬化過程中干燥收縮所致。尤其是水灰比過大，石灰過多，易產(chǎn)生此類裂紋。四、石灰的應(yīng)用制作石灰乳涂料石灰乳涂料可用于建筑室內(nèi)墻面和頂棚粉刷。摻入少量佛青顏料，可使其呈純白色；摻入107膠或少量水泥?；郀t礦渣(或粉煤灰)，可提高粉刷層的防水性；摻入各種色彩的耐堿材料，可獲得更好的裝飾效果。配制砂漿石灰漿和消石灰粉可以單獨或與水泥一起配制成砂漿，前者稱石灰砂漿，后者稱混合砂漿，用于墻體的砌筑和抹面。為了克服石灰漿收縮性大的缺點，配制時常要加入紙筋等纖維質(zhì)材料。保水性好拌制灰土和三合土：消石灰粉與粘土的拌合物，稱為灰土，若再加入砂（或碎石、爐渣等），即成三合土?；彝梁腿贤猎诤粚嵒驂簩嵪?，密實度大大提高，而且在潮濕的環(huán)境中，粘土顆粒表面的少量活性氧化硅和氧化鋁與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使粘土的抗?jié)B能力、抗壓強度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基礎(chǔ)、路面和地面的墊層。生產(chǎn)硅酸鹽制品：如灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等。配制無熟料水泥各類石灰的用途

品種名稱適用范圍生石灰配制石灰膏；磨細成生石灰粉石灰膏用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿

稀釋成石灰乳(石灰水)涂料，用于內(nèi)墻和平頂刷白生石灰粉

(磨細生石灰粉)用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿

配制無熟料水泥

制作硅酸鹽制品(如灰砂磚等)

制作碳化制品(如碳化石灰空心板)

用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸鹽制品

用于石灰土(石灰+粘土)和三合土總結(jié)3.1.3水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。建筑常用的為硅酸鈉(Na2O·nSiO2)水溶液，又稱鈉水玻璃。水玻璃在凝結(jié)硬化后，黏結(jié)力強,強度較高,耐酸性好,耐熱性好,耐堿性和耐水性差。建筑工程