土木工程材料（第三版）課件 03氣硬性膠凝材料

8:27:14PMPage:1第3章氣硬性膠凝材料8:27:14PMPage:2第3章氣硬性膠凝材料膠凝材料(cements,bindingmaterials)能將砂、石等散粒材料或磚、板等片狀材料粘接為一個整體的材料稱為膠凝材料。有機膠凝材料：瀝青、樹脂無機(礦物)膠凝材料氣硬性膠凝材料：airhardeningbindingmaterials石膏、石灰、水玻璃、菱苦土水硬性膠凝材料：hydrauliccements水泥8:27:14PMPage:3第3章氣硬性膠凝材料3.1石灰(lime,CaO)3.1.1石灰的原料與生產(chǎn)3.1.2石灰的熟化(消解)(slake)3.1.3石灰的凝結(jié)、硬化(setandharden)同時進(jìn)行的兩個過程：(1)結(jié)晶作用→氫氧化鈣晶體(2)碳化作用Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O

凝結(jié)硬化緩慢8:27:14PMPage:4第3章氣硬性膠凝材料3.1.4石灰的技術(shù)性質(zhì)(1)良好的保水性：直徑約為1μm的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，其表面吸附一層較厚的水膜。(2)凝結(jié)硬化慢、強度低：碳酸鈣和氫氧化鈣結(jié)晶體(3)耐水性差：氫氧化鈣晶體易溶于水(4)體積收縮大：蒸發(fā)大量的游離水8:27:14PMPage:5第3章氣硬性膠凝材料3.1.5石灰的應(yīng)用(1)石灰乳涂料：內(nèi)墻和天棚刷白(2)石灰砂漿：砌筑(3)灰土和三合土：建筑物基礎(chǔ)和地面的墊層(4)硅酸鹽制品：蒸養(yǎng)粉煤灰磚及砌塊，蒸壓灰砂磚及砌塊，加氣混凝土等(5)碳化石灰板：將磨細(xì)生石灰、纖維狀填料或輕質(zhì)骨料加水?dāng)嚢璩尚蜑榕黧w，然后再通入高濃度二氧化碳進(jìn)行人工碳化(12-24h)制成的一種輕質(zhì)板材。

8:27:14PMPage:6第3章氣硬性膠凝材料3.2石膏(gypsum)3.2.1石膏的原料、生產(chǎn)及品種8:27:14PMPage:7第3章氣硬性膠凝材料3.2.2建筑石膏(calcinedgypsum)

（1）建筑石膏的凝結(jié)硬化（2）建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)（3）建筑石膏的應(yīng)用及保管8:27:14PMPage:8第3章氣硬性膠凝材料3.2.3高強石膏(highstrengthgypsum/plaster)

α型和β型半水石膏的性能差異3.2.4粉刷石膏3.2.5無水石膏水泥和地板石膏8:27:14PMPage:9第3章氣硬性膠凝材料3.3水玻璃（sodiumsilicate，Potassiumsilicate

）

3.3.1概述3.3.2水玻璃的生產(chǎn)3.3.3水玻璃的凝結(jié)硬化3.3.3水玻璃的性質(zhì)3.3.4水玻璃的應(yīng)用8:27:14PMPage:103.4菱苦土3.4.1菱苦土的生產(chǎn)

菱苦土是將天然菱鎂礦(MgCO3)煅燒、磨細(xì)而成的粉狀物質(zhì)。菱苦土密度為3.1~3.4g/cm3，堆積密度為800~900kg/m3。

750~850℃

MgCO3 MgO+CO2第3章氣硬性膠凝材料8:27:14PMPage:11第3章氣硬性膠凝材料3.4.2菱苦土的性質(zhì)及應(yīng)用

MgO+H2OMg(OH)2XMgO+YMgCL2.6H2OXMgO.YMgCL2.ZH2O用水調(diào)制菱苦土?xí)r，生成Mg(OH)2，漿體凝結(jié)硬化慢，強度低。一般可用氯化鎂（MgCL2.6H2O）、硫酸鎂、氯化鐵、硫酸亞鐵等鹽類的溶液調(diào)拌，最常用的是氯化鎂溶液。菱苦土吸濕性大，抗水性差，易變形和在表面泛霜。菱苦土最突出的優(yōu)點是與植物纖維有良好的黏結(jié)力，且堿性較弱。建筑工程中常用來制造菱苦土木屑地面、木屑板和木絲板。8:27:14PMPage:12第3章氣硬性膠凝材料思考題(1)氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料有何區(qū)別?(2)石灰熟化成石灰漿使用時，一般應(yīng)在儲灰坑中“陳伏”兩星期以上，為什么?(3)何為欠火石灰、過火石灰?各有何特點?(4)試述石灰的技術(shù)性能與應(yīng)用?(5)試述建筑石膏的技術(shù)性能與應(yīng)用。(6)水玻璃有哪些用途?ENDOFTHISCHAPTER8:27:14PMPage:13附錄8:27:14PMPage:14石灰的原料與生產(chǎn)(附動畫)

生產(chǎn)石灰的原料主要是石灰石，也可利用含有碳酸鈣成分的天然物質(zhì)或化工副產(chǎn)品作原料。

欠燒、正燒、過燒低鎂石灰（鈣質(zhì)石灰，MaO≤5%）、高鎂石灰（鎂質(zhì)石灰，MaO>5%）塊灰、磨細(xì)生石灰、消石灰粉、石灰漿、石灰膏8:27:14PMPage:158:27:14PMPage:16石灰的熟化(消解)(slake)熟化(消解)：CaO+H2O=Ca(OH)2+15.5千卡

石灰漿、石灰膏、熟石灰粉

常用的熟化方法有：①化灰池（用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹灰砂漿）②分層淋水法(用于拌制灰土、三合土)③在石灰工業(yè)企業(yè)里進(jìn)行干消化生產(chǎn)熟石灰粉8:27:14PMPage:17灰蛋灰蛋化灰池(附動畫)8:27:14PMPage:188:27:14PMPage:19石膏的原料石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。天然二水石膏，又稱軟石膏或生石膏。天然硬石膏化工廢石膏(含有二水石膏(CaSO4·2H2O)或含有CaSO4·2H2O與CaSO4的混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣)脫硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等8:27:14PMPage:20二水石膏加熱脫水形成的各種石膏變體(附動畫)8:27:14PMPage:218:27:14PMPage:228:27:14PMPage:23建筑石膏建筑石膏是以β型半水石膏為主要成分，不預(yù)加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，雜質(zhì)含量很少，粒度很細(xì)，亦稱模型石膏，是制作裝飾制品的主要原料。β型半水石膏晶粒細(xì)，需水量較大（60%~80%），強度低。8:27:14PMPage:24建筑石膏的凝結(jié)硬化(附動畫)8:27:14PMPage:258:27:14PMPage:26建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)

建筑石膏的密度為2.50~2.80g/cm3，堆積密度為800~1100kg/m3?？障堵蚀螅s占50~60%），強度低。水化反應(yīng)理論需水量為18.6％，但為了使石膏漿體具有可塑性，通常實際加水為60％~80%凝結(jié)迅速：緩凝劑(retarder)硼砂、檸檬酸、酒石酸鉀鈉、聚乙烯醇、石灰活化骨膠或皮膠等。石膏制品堆密度小，保溫絕熱性能好，吸音性強，吸水率大，抗?jié)B性、抗凍性和耐水性差(石膏硬化體的軟化系數(shù)在0.2～0.3之間

)。硬化后體積微膨脹。防火性好。8:27:14PMPage:27建筑石膏的應(yīng)用及保管(1)石膏抹灰材料(2)石膏板材：紙面石膏板、石膏空心條板、纖維石膏板(3)石膏砌塊建筑石膏在運輸和貯存中要注意防止受潮，一般貯存3個月后，其強度會降低約30%。8:27:14PMPage:28高強石膏高強石膏即α型半水石膏。α型半水石膏結(jié)晶良好，晶粒堅實、粗大，比表面積較小，需水量約為35~45%，所以此石膏硬化后具有較高密實度和強度。3小時抗壓強度可達(dá)9~24PMa，7天抗壓強度可達(dá)15~40PMa。高強石膏適用于強度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板。摻入防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境中。加入有機材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成黏結(jié)劑，其特點是無收縮。8:27:14PMPage:29α型和β型半水石膏的性能差異性能α型半水石膏（高強石膏）β型半水石膏（建筑石膏）強度（MPa）10以上5～10標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（％）40～5060～80凝結(jié)時間（min）17～207～128:27:14PMPage:30粉刷石膏是由β型半水石膏和其它石膏相（硬石膏或煅燒黏土質(zhì)石膏）、各種外加劑（木質(zhì)磺酸鈣、檸檬酸、酒石酸等緩凝劑）及附加材料（石灰、燒黏土、氧化鐵紅等）所組成的一種新型抹灰材料。粉刷石膏具有表面堅硬、光滑細(xì)膩、不起灰的優(yōu)點，還可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度，提高舒適度的功能。8:27:14PMPage:31無水石膏水泥和地板石膏將天然二水石膏加熱至400℃以上（400--750℃）,石膏完全失去水分，成為不溶性硬石膏，失去凝結(jié)硬化能力，但當(dāng)加入適量激發(fā)劑混合磨細(xì)后，又能凝結(jié)硬化，稱為無水石膏水泥。無水石膏水泥宜用于室內(nèi)，主要用作石膏板或其它制品，也可用于室內(nèi)抹灰。將天然二水石膏加熱到800℃以上，得到的石膏稱為地板石膏。地板石膏有較高的強度和耐磨性，抗凍性也較好。8:27:14PMPage:32水玻璃概述硅酸鈉水玻璃(Na2O·nSiO2)硅酸鉀水玻璃(K2O·nSiO2)水玻璃分子式中的n，即二氧化硅與堿金屬氧化物的摩爾比，稱為水玻璃的模數(shù)，一般在1.5-3.5之間。工程中常用的水玻璃模數(shù)為2.6~2.8。水玻璃在其水溶液中的含量（或稱濃度）一般用相對密度（D）或波美度（°B‘e）來表示。

8:27:14PMPage:33水玻璃的生產(chǎn)水玻璃的主要原料是石英砂、純堿、燒堿。

1300~1400℃

Na2CO3+nSiO2Na2O.nSiO2+CO2

固態(tài)

2~3個大氣壓

Na(OH)+nSiO2Na2O.nSiO2+CO2

蒸氣加熱攪拌

液態(tài)

8:27:14PMPage:34水玻璃的凝結(jié)硬化Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O

硅膠（nSiO2·mH2O）脫水析出固態(tài)的SiO2

氟硅酸鈉(Na2SiF6)促硬劑（accelerant）

2Na2O·nSiO2＋mH2O＋Na2SiF6＝(2n＋1)SiO2·mH2O＋6NaFSiO2·mH2O＝SiO2＋mH2O8:27:14PMPage:35水玻璃的性質(zhì)良好的粘結(jié)能力

良好的耐熱性：