土木工程材料（第3版）課件：氣硬性

氣硬性無機(jī)膠凝材料

本章知識(shí)點(diǎn)：膠凝材料的概念，石灰、石膏的生產(chǎn)原理、凝結(jié)硬化過程、技術(shù)性質(zhì)要求、特性及應(yīng)用重點(diǎn)及難點(diǎn)：石膏、石灰的原料與生產(chǎn)、凝結(jié)硬化原理、技術(shù)性質(zhì)要求、特性及應(yīng)用

氣硬性無機(jī)膠凝材料

一、膠凝材料的定義

指經(jīng)過自身的物理、化學(xué)作用后，由液態(tài)或半固態(tài)變成堅(jiān)硬的固態(tài)，并能將散粒狀材料（砂、石等）或塊狀材料（磚、石塊等）粘結(jié)成為一個(gè)整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。膠凝材料有機(jī)膠凝材料無機(jī)膠凝材料基本成分為天然的或合成的有機(jī)高分子化合物，如瀝青、樹脂?；境煞譃闊o機(jī)化合物氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化、保持和發(fā)展強(qiáng)度如：石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。能在空氣和水中硬化、保持和發(fā)展強(qiáng)度。如：水泥。二、膠凝材料的分類氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度的材料。適合：地上和干燥環(huán)境水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度的材料。適合：既適宜于地上，也可用于地下和水中環(huán)境。二、膠凝材料的分類第一節(jié)石灰

石灰的制備石灰的熟（消化）和硬化石灰的技術(shù)性質(zhì)應(yīng)用石灰原料來源廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，膠結(jié)性能較好，廣泛用于建筑中。一、生石灰的生產(chǎn)

根據(jù)MgO的含量，生石灰分為兩種：鈣質(zhì)生石灰MgO≤5％鎂質(zhì)生石灰MgO≥5％

生產(chǎn)石灰的原料主要是以碳酸鈣為主要成分的礦物、巖石或貝殼等。高溫煅燒碳酸鈣盡可能分解，并排出二氧化碳得到氧化鈣。生石灰MgCO3

700℃MgO+CO2根據(jù)石灰制備的溫度和時(shí)間，生石灰可分為兩種：過火石灰欠火石灰一、生石灰的生產(chǎn)煅燒時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高→過火石灰；粘土雜質(zhì)熔融、填充或包裹石灰表面→密實(shí)度高→石灰消解慢溫度過低或煅燒時(shí)間不足→欠火石灰；CaCO3分解不足、產(chǎn)率低。

●欠火石灰：欠火石灰的中心部分仍是碳酸鈣硬塊，不能熟化，形成渣子?！襁^火石灰：過火石灰結(jié)構(gòu)緊密，熟化很慢，當(dāng)用于建筑后，可能繼續(xù)熟化產(chǎn)生體積膨脹，引氣隆起、鼓包和開裂。

石灰漿的陳伏：為消除過火石灰的危害，石灰漿需在消解坑里存放兩星期以上（稱為“陳伏”），使未熟化的石灰充分熟化。陳伏期間石灰漿表面應(yīng)覆蓋一層水，以免石灰漿碳化。石灰的陳伏生石灰（塊灰）：石灰石煅燒而成。

生石灰粉（磨細(xì)生石灰）：塊灰破碎、磨細(xì)而成。消石灰粉（熟石灰）：塊灰淋水消解而得。石灰膏：塊灰加入足量的水，淋制熟化而成（膏狀）。石灰乳（石灰水）：石灰膏用水沖淡而成（漿液狀）。二、石灰的品種石灰乳石灰膏三、石灰的熟（消化）和硬化1、生石灰的熟化（消化）：熟石灰

反應(yīng)：

特點(diǎn)：①放熱量大、快（1h放熱是混凝土1d放熱量的9倍多）②體積增大：1～2.5倍熟石灰2、石灰的硬化

石灰漿體在空氣中逐漸硬化是由兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程完成的：結(jié)晶作用和碳化作用。結(jié)晶過程中產(chǎn)生Ca(OH)2，反應(yīng)快。在碳化過程中，Ca(OH)2吸收空氣中的CO2生成CaCO3，由內(nèi)向外反應(yīng)緩慢。二、石灰的熟（消化）和硬化硬化過程結(jié)晶碳化Ca(OH)2

結(jié)晶析出Ca(OH)2

結(jié)晶析出主要變化特征內(nèi)部反應(yīng)快由表及里2、石灰的硬化1.建筑生石灰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑生石灰》（JC/T479-92）鈣質(zhì)生石灰（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰（MgO＞5%）。建筑生石灰的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)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≥，（%）908580858075CO2含量≤，（%）5796810未消解殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）≤，（%）5101551015產(chǎn)漿量≥，（L/kg）2.82.32.02.82.32.0

三、石灰的技術(shù)性質(zhì)2.建筑生石灰粉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑生石灰粉》（JC/T480-92）；分類：鈣質(zhì)生石灰粉（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰粉（MgO＞5%）。建筑生石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰粉鎂質(zhì)生石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）

908580858075CO2含量≤,（%）5796810細(xì)度0.90mm篩的篩余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余≤,（%）7.012.018.07.012.018.0

3.建筑消石灰粉

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑消石灰粉》（JC/T481-92）；分類：鈣質(zhì)消石灰粉（MgO＜4%），鎂質(zhì)消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）。建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）706560656055656055游離水（%）0.4~2體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.90mm篩的篩余≤,(%)000.5000.5000.50.125mm篩的篩余≤,(%)310153101531015

1.可塑性和保水性較好高度分散的Ca(OH)2膠體表面吸附較厚水膜。2.生石灰水化時(shí)水化熱大，體積增大（增大1.0～2.5倍）石灰的“熟化”或“消化”

過火石灰：硬化后慢慢水化膨脹→局部隆起和開裂→需“預(yù)水化”（陳狀）二周左右。

陳伏：為保證石灰完全熟化，石灰必須放入坑中以水覆蓋保存兩星期以上，這個(gè)過程稱為“陳伏”。否則，未水化的石灰顆粒將混入砂漿中，在砂漿應(yīng)用之后熟化，體積膨脹，致使已硬化的砂漿產(chǎn)生“崩裂”或“鼓包”現(xiàn)象，影響工程質(zhì)量。四、石灰的特性石灰砂漿膨脹性開裂3.硬化緩慢石灰漿的硬化過程：結(jié)晶作用。水分蒸發(fā)，Ca(OH)2逐漸結(jié)晶析出。碳化作用。表層以CaCO3為主，內(nèi)層以Ca(OH)2晶體為主，內(nèi)部水分脫出緩慢，因而石灰凝結(jié)硬化緩慢。4.硬化時(shí)體積收縮大

游離水分蒸發(fā)所致。除調(diào)成石灰乳做薄層粉刷外，不宜單獨(dú)使用。施工時(shí)常加入骨料或纖維材料（如麻刀、紙筋）。

6.耐水性差大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。石灰不宜用于潮濕環(huán)境。7.吸濕性強(qiáng)，是傳統(tǒng)的干燥劑5.硬化后強(qiáng)度低生石灰消化理論需水量32.13%，實(shí)際消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸發(fā)留下大量孔隙。1:3石灰砂漿28d抗壓強(qiáng)度只有0.2~0.5MPa。

五、石灰的應(yīng)用品種適用范圍生石灰配置石灰膏；磨細(xì)成生石灰粉。生石灰粉（磨細(xì)生石灰粉）調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿；配置無熟料水泥（石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等）；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）；石灰土（灰土）和三合土。消石灰粉制作硅酸鹽制品；石灰土和三合土。石灰膏調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿；稀釋成石灰乳（石灰水）涂料。石灰乳用于內(nèi)墻和平頂刷白抹面砂漿。

第二節(jié)石膏石膏生產(chǎn)簡(jiǎn)介石膏的凝結(jié)與硬化石膏的技術(shù)要求和性質(zhì)建筑石膏的應(yīng)用第二節(jié)石膏一、建筑石膏的原料與生產(chǎn)（一）建筑石膏的原料

1、天然二水石膏

CaSO4?2H2O(生石膏）

2、化工石膏含有二水硫酸鈣CaSO4.2H2O和CaSO4的混合物、廢渣(磷石膏、氟石膏、硼石膏)。天然二水石膏

（二）建筑石膏的生產(chǎn)

建筑石膏是以β型半水石膏為主要成分，不加任何外加劑的白色粉狀膠結(jié)料。由天然二水石膏經(jīng)低溫煅燒、脫水、磨細(xì)而成。二水石膏β型半水石膏為建筑石膏，又稱熟石膏。

為高強(qiáng)石膏。

二、石膏的凝結(jié)與硬化1、水化：半水石膏和水反應(yīng)生成二水石膏的過程。

由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（約四倍），所以二水石膏處于過飽和狀態(tài)，不斷從溶液中析晶，水解反應(yīng)不斷右移，直至半水石膏全部轉(zhuǎn)變成二水石膏。

2、凝結(jié)：可塑性漿體失去可塑性，開始產(chǎn)生強(qiáng)度的過程。生成二水石膏用水吸附水水分蒸發(fā)溶液中的自由水漿體變稠摩擦力粘結(jié)力失去可塑性二、石膏的凝結(jié)與硬化3、硬化：失去可塑性漿體強(qiáng)度增加的過程。

石膏晶體數(shù)量增加，晶體長(zhǎng)大，彼此連生，相互交錯(cuò)，形成結(jié)晶網(wǎng)，產(chǎn)生強(qiáng)度。以上三個(gè)過程是相互交錯(cuò)，連續(xù)進(jìn)行的。

二、石膏的凝結(jié)與硬化三、石膏的技術(shù)要求產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑石膏》（GB9776-88）分為優(yōu)等品、一等品和合格品。建筑石膏技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度，MPa，≥2.52.11.8抗壓強(qiáng)度，MPa，≥4.93.92.9細(xì)度（0.2mm方孔篩篩余，%），≤5.010.015.0凝結(jié)時(shí)間

初凝時(shí)間≥6min；終凝時(shí)間≤30min。

1.凝結(jié)硬化快。凝結(jié)硬化原理

的溶解度很小，約為半水石膏的1/5，很快達(dá)到飽和析出晶體，晶體長(zhǎng)大、連生、交錯(cuò)，并產(chǎn)生強(qiáng)度。

三、石膏的技術(shù)要求常溫下完全水化的時(shí)間為5～15min，終凝時(shí)間不超過30min，7d左右完全硬化。建筑石膏凝結(jié)硬化示意圖石膏緩凝劑：硼砂、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、聚乙烯醇、石灰活化動(dòng)物骨膠或皮膠等。作用：降低半水石膏的溶解度和溶解速度。1－半水石膏；2－二水石膏膠粒；3－二水石膏晶體；4－交錯(cuò)的晶體

膠化結(jié)晶開始結(jié)晶長(zhǎng)大與交錯(cuò)

2.硬化時(shí)體積微膨脹膨脹率約為0.05%至0.15%；石膏制品表面光滑飽滿、棱角清晰，表面潔白細(xì)膩，適用于澆注各種建筑花飾和雕塑；干燥時(shí)不開裂。

5.防火性好，耐火性差石膏制品遇火時(shí)，二水石膏的結(jié)晶水蒸發(fā)，吸收熱量，并在表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層。蒸汽幕可阻止火勢(shì)蔓延，能起到防火作用。不宜長(zhǎng)期靠近65℃以上高溫的部位，以免脫水分解。二水石膏脫水分解，強(qiáng)度降低，因而不耐火。3.孔隙率大，表觀密度小，強(qiáng)度低。半水石膏水化，理論需水量18.6%，實(shí)際加水量約為60~80%，多余水分硬化后蒸發(fā)，留下孔隙。4.隔熱、吸聲性良好?？紫堵矢?，且為微細(xì)的毛細(xì)孔。

7.耐水性和抗凍性差。潮濕條件→晶粒間的結(jié)合力減弱，強(qiáng)度下降；水中浸泡→水化物二水石膏晶體逐漸溶解而破壞；吸水受凍→空隙中水分會(huì)結(jié)冰膨脹破壞。提高石膏耐水性加入水硬性材料，如水泥、礦渣。加入水溶性樹脂氨基、密胺、聚乙烯醇等加入有機(jī)乳液，如瀝青、石蠟6.