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1、无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料(cilio)清华土木清华土木工程材料工程材料(cilio)第一页，共43页。本章(bn zhn)目录石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃菱苦土菱苦土本章本章(bn zhn)(bn zhn)知识归纳知识归纳第1页/共43页第二页，共43页。指经过一系列物理、化学作用后，能够把一些散粒材料(cilio)或块状材料(cilio)胶结成具有一定强度的整体的材料(cilio)。定义(dngy)胶凝材料(cilio)：第2页/共43页第三页，共43页。以天然以天然(tinrn)(tinrn)或人工合成高分子或人工合成高分子化合物为基本组成化合物为基本组成 胶凝材料(cilio
2、)有机胶凝材料(cilio)（树脂、沥青等）无机胶凝材料胶凝材料分类水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥 等等石灰石灰石膏石膏水玻璃水玻璃菱苦土菱苦土重点重点重重点点以以无机化合物无机化合物为基为基本成分本成分 各种水泥第3页/共43页第四页，共43页。气硬性气硬性(yngxng)(yngxng)胶凝材料与水硬性胶凝材料与水硬性(yngxng)(yngxng)胶凝材胶凝材料的区别料的区别水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料:不仅可以在不仅可以在 凝结凝结(nngji)(nngji)硬化，硬化，还可还可以以 保持或继
3、续发展其强度的材料。保持或继续发展其强度的材料。气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料:在在 凝结硬化，凝结硬化，在在 保持或继续发展保持或继续发展(fzhn)(fzhn)其强度的材料。其强度的材料。只能只能空气中空气中空气中空气中在水中在水中也只能也只能空气中空气中 只适用于干燥环境中，不宜用于潮湿 环境，更不宜用于水中。气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料第4页/共43页第五页，共43页。温度和时间适宜温度和时间适宜温度过高或时间过长温度过高或时间过长温度过低温度过低或时间不足正火石灰欠火石灰过火石灰含有未分解的CaCO3，降低了生石灰的利用率第一节 石灰(shhu)一、石灰(s
4、hhu)的生产煅烧石灰石（CaCO3）过火石灰熟化滞后，引起已硬化(ynghu)的石灰开裂或隆起。如何消除它的危害？第5页/共43页第六页，共43页。熟化特点：速度(sd)快、体积增大1-2.5倍、放出大量热。二、生石灰的熟化(shhu)(消解或消化)生石灰生石灰+水水熟石灰熟石灰熟化(shhu)：指生石灰与水作用生成Ca(OH)2的过程。工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。第6页/共43页第七页，共43页。石灰(shhu)膏制备：将生石灰放入水中，注意(zh y)水要过量池中透明液体(yt)为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰为消除过火石灰消除过火石灰的危害
5、，石灰膏须在储灰坑中放置14d14d以上，以使过火石灰缓慢熟化，此过程称为 。陈伏期间，石灰膏表面应保有一层水分，隔绝空气，防止石灰膏碳化碳化。陈伏陈伏第7页/共43页第八页，共43页。1.结晶作用(干燥硬化）游离水蒸发，Ca(OH)2逐渐结晶析出(xch)。结晶过程主要在内部发生。三、石灰(shhu)的硬化包括(boku)两个同时进行的过程。2.碳化作用 碳化指Ca(OH)2与空气中的CO2反应，生成CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发的过程。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O碳化作用很缓慢。第8页/共43页第九页，共43页。1.按化学成分分类(fn li)四、四、
6、石灰石灰(shhu)(shhu)的的品种品种其化学成分见表2-2其化学成分见表2-4第9页/共43页第十页，共43页。石灰岩生石灰块熟石灰粉 （干燥(gnzo)）生石灰粉石灰(shhu)膏 （浆体）石灰乳煅烧加适量水熟化磨细加过量水加水稀释多用来(yn li)拌制灰土和三合土用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆粉刷墙壁四、四、石灰的品种石灰的品种2.按加工方法分类第10页/共43页第十一页，共43页。生石灰可以(ky)用来做干燥剂可塑性好和保水性好凝结硬化(ynghu)慢，强度低。吸湿性好Ca(OH)2粒子(lz)表面可以吸附水膜五、石灰的性质和技术要求1.石灰的性质第11页/共43页第十二页，共43页
7、。掺入纸筋、麻刀(m dao)或砂子石灰硬化收缩产生的裂缝石灰硬化收缩产生的裂缝硬化(ynghu)时体积收缩大，不 宜单独使用。耐水性差1.石灰(shhu)的性质石灰砂浆墙面因受潮而脱落石灰砂浆墙面因受潮而脱落五、石灰的性质和技术要求第12页/共43页第十三页，共43页。建筑建筑(jinzh)(jinzh)生石灰：应满足我国建材行业标准生石灰：应满足我国建材行业标准JC/T JC/T 47920134792013建筑建筑(jinzh)(jinzh)生石灰规定。生石灰规定。u建筑消石灰：应满足我国建材行业标准(biozhn)JC/T 4812013建筑消石灰规定。2.石灰(shhu)的技术要求五
8、、石灰的性质和技术要求第13页/共43页第十四页，共43页。消石灰粉、粘土(zhn t)与砂石（炉渣）消石灰粉与粘土(zhn t)六.石灰(shhu)的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土用作铺筑步道砖的垫层三三合合土土桩桩灰灰土土桩桩 配制石灰砂浆、石灰乳 配制石灰土、三合土 制作硅酸盐制品和碳化石灰板 加固软土地基 石灰土和三合土夯实后，其强度不断提高，且有耐水性，因为：Ca(OH)2+SiO2+H2O=CaOSiO22H2O Ca(OH)2+Al2O3+H2O=CaOAl2O32H2O水化硅酸钙水化硅酸钙水化铝酸钙水化铝酸钙第14页/共43页第十五页，共43页。六六.石灰石灰(shhu)
9、(shhu)的储运及保管的储运及保管n n 运输、储存时不得受潮运输、储存时不得受潮(shu cho)(shu cho)和混入杂物。和混入杂物。n n 不宜长期存储不宜长期存储(cn ch)(cn ch)，存放时防止碳化。，存放时防止碳化。n n 不宜与易燃、易爆物品共存储、运输，以免酿成火灾。n 袋装石灰应标识齐全（厂名、产品名称、商标、净 重、批量编号等）。第15页/共43页第十六页，共43页。石膏是以石膏是以CaSO4CaSO4为主要成分的矿物，其与石灰、水泥并为主要成分的矿物，其与石灰、水泥并称为称为(chn wi)(chn wi)三大胶凝材料。三大胶凝材料。第二节 石膏(shgo)一
10、、石膏(shgo)制备及品种（1）天然二水石膏(CaSO42H2O)又称“生石膏”，是生产建筑石膏的主要原料。1.制备石膏原料 制备石膏的原料有天然二水石膏、天然硬石膏和工 业副产石膏（化学石膏）第16页/共43页第十七页，共43页。（2 2）天然）天然(tinrn)(tinrn)硬石膏硬石膏 1.1.制备制备(zhbi)(zhbi)石膏原料石膏原料又称无水石膏，主要(zhyo)是由无水CaSO4组成。（3）工业副产石膏 也称化学石膏或工业废石膏，是指工业生产中因化学反应生成的以CaSO4为主要成分的副产品或废渣。第17页/共43页第十八页，共43页。（1）建筑(jinzh)石膏（2）高强(g
11、oqing)石膏型半水石膏(shgo)型半水石膏又称“熟石膏”或“半水石膏”。2.石膏的品种 将天然CaSOCaSO4 42H2H2 2O O在不同温度、压力下煅烧，可得到不同品种的石膏。第18页/共43页第十九页，共43页。（3 3）可溶性硬石膏）可溶性硬石膏 又称又称“无水石膏无水石膏”，此石膏失去凝结，此石膏失去凝结(nngji)(nngji)硬化能力硬化能力(死死烧石膏烧石膏)。温度达到170-200时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏，仍具有凝结硬化(ynghu)能力。（4）不溶性硬石膏2.石膏(shgo)的品种第19页/共43页第二十页，共43页。（5 5）高温）高温(gown)
12、(gown)煅烧石煅烧石膏膏 由于CaO的激发与催化，此石膏(shgo)又有凝结硬化能力。(CaSO4+CaO)2.石膏(shgo)的品种第20页/共43页第二十一页，共43页。二、建筑石膏的凝结二、建筑石膏的凝结(nngji)(nngji)硬化硬化凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应：即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应凝结硬化机理凝结硬化机理凝结硬化机理凝结硬化机
13、理“溶解溶解溶解溶解(rngji)(rngji)沉淀理论沉淀理论沉淀理论沉淀理论”溶解溶解溶解溶解(rngji)(rngji)沉淀沉淀沉淀沉淀 硬化硬化硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成(shn chn)Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网第21页/共43页第二十二页，共43页。凝结硬化的物理化学(w l hu xu)过程 水化初期(chq)：二水石膏晶体较少随着水化反应进行(jnxng)二水石膏晶体
14、量石膏硬化体中晶体堆积体第22页/共43页第二十三页，共43页。1.凝结硬化快，3-5min失去(shq)塑性，30min左右即凝结。三、建筑石膏(shgo)的性质2.硬化后体积(tj)微膨胀，防止干缩裂缝，可单独使用。3.硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸音且调温调湿。4.耐水性与抗冻性较差。5.防火性好但耐火性差，如石膏不宜长期处于65以 上的部位。第23页/共43页第二十四页，共43页。四、建筑石膏(shgo)的应用纸面石膏板纸面石膏板第24页/共43页第二十五页，共43页。纸面石膏板纸面石膏板四、建筑(jinzh)石膏的应用第25页/共43页第二十六页，共43页。装饰装饰(
15、zhungsh)(zhungsh)石膏板石膏板四、建筑(jinzh)石膏的应用第26页/共43页第二十七页，共43页。四、建筑石膏(shgo)的应用装饰装饰(zhungsh)(zhungsh)石膏石膏板板第27页/共43页第二十八页，共43页。四、建筑石膏(shgo)的应用装饰装饰(zhungsh)(zhungsh)石膏板石膏板第28页/共43页第二十九页，共43页。四、建筑(jinzh)石膏的应用吸声吸声(x shn)(x shn)用穿孔石膏板用穿孔石膏板第29页/共43页第三十页，共43页。四、建筑(jinzh)石膏的应用吸声吸声(x shn)(x shn)用穿孔石膏板用穿孔石膏板第30页
16、/共43页第三十一页，共43页。四、建筑石膏(shgo)的应用石膏石膏(shgo)(shgo)艺术制品艺术制品 第31页/共43页第三十二页，共43页。四、建筑(jinzh)石膏的应用石膏艺术石膏艺术(ysh)(ysh)制品制品 第32页/共43页第三十三页，共43页。五、建筑五、建筑(jinzh)(jinzh)石膏的储存石膏的储存建筑石膏在运输和储存时应注意防水防湿建筑石膏在运输和储存时应注意防水防湿储存期一般储存期一般(ybn)(ybn)不超过三个月，超过三个月的石膏强度不超过三个月，超过三个月的石膏强度下降下降30%30%左右，应重新复检。左右，应重新复检。第33页/共43页第三十四页，
17、共43页。第三节 水玻璃一一.水玻璃组成水玻璃组成(z(z chn)chn)由碱金属氧化物(K2O、Na2O、Li2O等)与SiO2组成(z chn)。第34页/共43页第三十五页，共43页。二二.水玻璃的制备水玻璃的制备(zhbi)(zhbi)三.水玻璃的硬化(ynghu)反应Na2OnSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+nSiO2mH2O 上述反应速度(fn yng s d)很慢，常加入促硬剂Na2SiF6：2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O=6NaF+(2n+1)SiO2mH2O第35页/共43页第三十六页，共43页。注意注意(zh y):(zh y):1.水玻璃的模数
18、,则粘结力,但溶解度。2.水玻璃密度，则浓度(nngd)，粘结力。3.水玻璃的模数一般为1.5-3.5。第36页/共43页第三十七页，共43页。四四.水玻璃的性质水玻璃的性质(xngzh)(xngzh)与应用与应用1.粘结力强，防水(fn shu)性好。可配制防水(fn shu)剂。2.耐热性高，可配制(pizh)耐热混凝土或耐热砂浆。3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂浆。4.不耐水，不耐碱。第37页/共43页第三十八页，共43页。氯氧镁水泥(shun)第四节 菱苦土菱苦土为镁质胶凝材料(cilio)，主要成分MgO。一.制备(zhbi)二.水化硬化机理菱苦土 调和(凝结慢，强度低)，通常
19、用 溶液调制，发生如下两个反应：不能用水不能用水MgCl2第38页/共43页第三十九页，共43页。建筑工程中，常用菱苦土与木屑混合建筑工程中，常用菱苦土与木屑混合(hnh)(hnh)胶凝，压制成窗台胶凝，压制成窗台板、内墙板、天花板等平板板、内墙板、天花板等平板(刨花板刨花板)。三.菱苦土的性质(xngzh)与应用碱性(jin xn)较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。1.菱苦土的性质菱苦土，胶凝性能好，强度也较高，与植物纤维的粘结良好，菱苦土在运输和储存时应注意防潮，也不可久存，以防其吸收空气中的水分而变成Mg(OH)2，再碳化成MgCO3，失去胶凝性能。2.菱苦土的应用第39页/共43页第四
20、十页，共43页。本章(bn zhn)知识归纳（I）经过自身的一系列物理作用、化学作用，能够将散粒状材料经过自身的一系列物理作用、化学作用，能够将散粒状材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块、砌块等）粘结（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块、砌块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料根据其化学组成，可分为有机胶凝材料和无机胶凝胶凝材料根据其化学组成，可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料根据其硬化条件的不同，又分为材料两大类。无机胶凝材料根据其硬化条件的不同，又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在气硬性胶凝材料和水硬性
21、胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度，空气中凝结硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度，所以气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于所以气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不宜用于水中。潮湿环境，更不宜用于水中。以碳酸钙为主要成分的岩石（如石灰石、白云石）经适当温以碳酸钙为主要成分的岩石（如石灰石、白云石）经适当温度煅烧后得到生石灰，工程中使用的石灰通常是熟石灰，为度煅烧后得到生石灰，工程中使用的石灰通常是熟石灰，为消除过火石灰的危害，生石灰在熟化时必须进行消除过火石灰的危害，生石灰在熟化时必须进行“陈伏陈伏”。石灰
22、具有保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、硬化时体积石灰具有保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、硬化时体积(tj)(tj)收缩大、耐水性差、吸湿性强等特性。收缩大、耐水性差、吸湿性强等特性。第40页/共43页第四十一页，共43页。本章(bn zhn)知识归纳（II）建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的型半水石膏，型半水石膏，型半水石膏，型半水石膏，建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密
23、建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特性。性。性。性。水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具有粘
24、结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常有粘结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常有粘结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常有粘结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝土等；也可用于加固地基。土等；也可用于加固地基。土等；也可用于加固地基。土等；也可用于加固地基。菱苦土（也叫苛性苦土）是以菱苦土（也叫苛性苦
25、土）是以菱苦土（也叫苛性苦土）是以菱苦土（也叫苛性苦土）是以MgOMgOMgOMgO为主要为主要为主要为主要(zhyo)(zhyo)(zhyo)(zhyo)成分的气硬性胶成分的气硬性胶成分的气硬性胶成分的气硬性胶凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，所以耐水性差。所以耐水性差。所以耐水性差。所以耐水性差。第41页/共43页第四十二页，共43页。（第二章 无机气硬性(yngxng)胶凝材料）主讲人：陈德鹏14 十月(sh yu)2021谢谢 谢谢 大大 家家 !清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS第42页/共43页第四十三页，共43页。