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1、胶凝材料是指在一定条件下通过自身的一系列变化，能把其他材料胶结成具有一定强度的整体的材料，通常分为有机和无机两大类。有机胶凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料。无机胶凝材料是指以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和后形成的浆体，经过一系列物理化学变化，而将其他材料胶结成具有强度的整体。第1页/共56页无机胶凝材料根据硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种。气硬性无机胶凝材料一般只能在空气中硬化并保持其强度。如石灰、石膏、水玻璃等 水硬性无机胶凝材料既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化并保持和发展其强度。如各种水泥等。第2页/共56页本本 章章 内内 容容2.1石
2、灰2.2建筑石膏2.3 水玻璃2.4 菱苦土第3页/共56页石灰吟石灰吟 于谦于谦 千锤万凿出深山，千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。要留清白在人间。经过千锤万凿从深山开采出来的石头，对烈火的焚烧看的平平常常，只要能把自己的清白留在世界上，粉身碎骨也不怕。第4页/共56页第5页/共56页2.1 石灰石灰是由石灰岩煅烧而成。石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)。石灰岩在适当温度(10001100)下煅烧，得到以CaO为主要成分的物质即石灰，也叫生石灰(其中含一定量MgO)：1 石灰的生产与品种石灰的生产与品种第
3、6页/共56页石灰石石灰石第7页/共56页石灰石煅烧窑石灰石煅烧窑第8页/共56页反应的特点：体积缩小10%15%；吸收热量；颜色及状态：白色或略带灰色的块状材料；多孔、强度低。钙质石灰石灰中 MgO5%；镁质石灰石灰中 MgO5%欠火石灰颜色发青，内部有未烧透的内 核，部分碳酸钙尚未分解；过火石灰颜色呈灰黑色，表面出现裂缝或玻璃状的外壳，块体密度大。第9页/共56页第10页/共56页石灰的分类根据加工方法不同，有：(1)块状生石灰(2)磨细生石灰粉(3)消石灰粉(4)石灰膏、石灰浆、石灰乳第11页/共56页块状生石灰块状生石灰第12页/共56页磨细生石灰粉磨细生石灰粉第13页/共56页2 石
4、灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。其反应式如下：石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀12.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。为了消除过火石灰的危害，保证石灰充分熟化，必须将石灰膏在储灰坑中存放两星期以上，这一过程叫石灰的“陈伏”。第14页/共56页第15页/共56页第16页/共56页表2.1 生石灰熟化速度分类 石灰种类熟化时间 快熟石灰中熟石灰慢熟石灰 熟化速度在10min以内熟化速度在1030min之间熟化速度在30min以上石灰根据熟化速度分为快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰，其熟化速度见表2.1。第17页/共56页石灰的硬化
5、包含下面两个同时进行的过程：结晶过程多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH)2逐渐从饱和溶液中析出结晶。碳化过程Ca(OH)2和空气中的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式如下：第18页/共56页根据规定，钙质生石灰和镁质生石灰各分为3个等级，各等级的质量要求见表2.2、表2.3。建筑消石灰粉按MgO的含量分为钙质消石灰粉(MgO含量小于4%)、镁质消石灰粉(MgO含量在4%24%)和白云石消石灰粉(MgO含量在24%30%)，并按其技术要求分为优等品、一等品和合格品。3 石灰的技术要求和性质石灰的技术要求和性质1)石灰的技术要求石灰的技术要求第19页/共56页表2.2 生石灰主要技术指标(JC/
6、T 47992)项目 钙质生石灰镁质生石灰优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品CaO+MgO含量(%，不小于)908580858075未消化残渣含量(5mm圆孔筛筛余)(%，不大于)5101551015CO2(%，不大于)5796810产浆量(L/kg，不小于）2.82.32.02.82.32.0第20页/共56页表2.3 建筑石灰粉的技术要求(JC/T 48092)项目 钙质生石灰镁质生石灰优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品CaO+MgO含量(%，不小于）858075807570CO2含量(%，不大于）791181012细度0.90mm筛筛余(%，不大于）0.20.51
7、.50.20.51.50.125mm筛筛余(%，不大于）7.012.018.07.012.018.0第21页/共56页(1)可塑性好；（石灰砂浆具有良好的可塑性）(2)硬化慢、强度低；（不宜单独用于建筑物的基础）(3)硬化后体积收缩大；（不宜单独使用，常在其中掺入砂、麻刀、纸筋等减少收缩）(4)耐水性差；（不宜在潮湿的环境中使用）(5)吸湿性强。（常用作干燥剂）2)石灰的性质石灰的性质第22页/共56页（1）石灰乳：消石灰粉或石灰膏加大量的水搅拌稀释。廉价的涂料，用于简易建筑物。（2）石灰砂浆（3）石灰土和三合土 石灰与粘土拌和后称为灰土或石灰土；再加砂或炉渣、石屑等即成为三合土。二者主要用于
8、建筑物的地基基础和道路工程的基层、垫层。（4）制作硅酸盐制品 常用有蒸压灰砂砖、蒸压加气混凝土砌块或板材等。4 石灰的应用石灰的应用第23页/共56页2.2 建筑石膏我国的石膏资源极其丰富，分布很广。有自然界存在的天然二水石膏(CaSO42H2O，又称软石膏或生石膏)、天然无水石膏(CaSO4，又称硬石膏)和各种工业副产品或废料化学石膏。石膏胶凝材料的生产，通常是用天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。1 石膏的品种与生产石膏的品种与生产第24页/共56页二水石膏在107170时激烈脱水，水分迅速蒸发，成为型半水石膏：型半水石膏磨细即为建筑石膏。其中杂质含量少、颜色洁白者称模型石膏。第25页
9、/共56页二水石膏在0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼(温度125)脱水，可制得型半水石膏：型半水石膏浆体硬化后的强度较高，故又称高强石膏。第26页/共56页第27页/共56页第28页/共56页半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏：随着浆体中自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体也逐渐变稠，这个过程称为凝结过程。其后，二水石膏晶体继续大量形成、长大，晶体之间互相交错连生，形成结晶结构网，使浆体变硬，并形成具有强度的石膏制品。这个过程称为硬化过程。2 建筑石膏的凝结硬化建筑石膏的凝结硬化第29页/共56页第30页/共56页1)建筑石膏的技术要求建筑石膏的技术要求建筑石膏的密度为2.62.75g/cm
10、3，堆积密度为8001000kg/m3。建筑石膏的技术要求主要有强度、细度和凝结时间。按强度和细度的差别，建筑石膏划分为优等品、一等品和合格品三个等级(见表2.4)。3 建筑石膏的技术要求和性质建筑石膏的技术要求和性质第31页/共56页等级指标优等品一等品合格品强度（MPa）抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度(以0.2mm方孔筛筛余百分数计，不大于）5.010.015.0凝结时间(min)初凝时间不小于6终凝时间不大于30 表2.4 建筑石膏的技术要求(GB 97761988)第32页/共56页(1)凝结硬化快(2)凝结硬化时体积微膨胀(3)硬化后孔隙率大，表观密度小，绝
11、热、吸声性能好(4)石膏制品具有一定的调温调湿性(5)石膏制品防火性好，但耐火性差(6)石膏制品耐水性和抗冻性差 2)建筑石膏的性质建筑石膏的性质第33页/共56页(1)制备石膏砂浆和粉刷石膏(2)石膏板、装饰石膏板等(3)石膏空心砌块和石膏夹心砌块 石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等等。4 建筑石膏的用途建筑石膏的用途第34页/共56页第35页/共56页纸面石膏板装饰石膏板第36页/共56页石膏板吊顶第37页/共56页吸声石膏板第38页/共56页第39页/共56页2.3 水玻璃水玻璃俗称泡花碱，是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶解于水的一种硅酸盐材料。最常用的
12、是硅酸钠水玻璃(Na2OnSiO2)及硅酸钾水玻璃(K2OnSiO2)。生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应生成液体水玻璃。干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：水玻璃硬化是吸收空气中CO2而析出无定形硅酸：第40页/共56页固体水玻璃液体水玻璃第41页/共56页这个过程进行很慢。为加速其硬化，可将水加热或加入硬化剂(如Na2SiF6)，其掺量为水玻璃质量的12%15%。水玻璃的技术性质（）粘结力强
13、。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。（）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。但其不耐碱性介质侵蚀。（）耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成iO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。第42页/共56页水玻璃的应用（）用作涂料，涂刷材料表面 直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。这是因为水玻璃与材料中的a（OH）2反应生成
14、硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于材料保护。选用不同的耐火填料，还可配制不同耐热度的水玻璃耐热涂料。第43页/共56页菱苦土 （氯氧镁水泥）菱苦土是一种镁质胶凝材料。其主要成分是gO。4.1 原料及生产 菱苦土的主要原料是天然菱镁矿。其主要成分是gCO3。菱苦土材料一般是将菱镁矿经煅烧磨细而制成的。要求的细度为4900孔/cm2的筛余量不大于25:其化学反应可表示如下：（菱苦土）第44页/共56页菱苦土的水化、硬化试试验验证证明明，用用水水调调拌拌菱菱苦苦土土时时将将生生成成Mg(OH)Mg(OH)2 2，浆浆体体凝凝结结很很慢慢，硬硬化化后后强强度度很很
15、低。若以氯化镁水溶液来调制低。若以氯化镁水溶液来调制 gOgO时时，可可以以加加速速其其水水化化反反应应，并并且且能能形形成成新新的的水水化化产产物物。这这种种新新的的水水化产物硬化后的强度较高（化产物硬化后的强度较高（40406060PaPa）。水化反应如下：）。水化反应如下：第45页/共56页水化产物中x、y、z的大小与煅烧温度、MgCl2溶液用量、初始配比、养护条件有关。水化产物是针状结晶，彼此机械咬合，并相互连生、长大，形成致密的结构，使浆体凝结硬化。第46页/共56页菱苦土的应用菱菱苦苦土土与与植植物物纤纤维维能能很很好好粘粘接接，而而且且碱碱性性较较弱弱，不不会会腐腐蚀蚀纤纤维维。
16、建建筑筑工工程程中中常常用用来来配配制制菱菱苦苦土土木木屑屑浆浆和和菱菱苦苦土土木木屑屑砂砂浆浆。前前者者可可胶胶结结为为菱菱苦苦土土木木屑屑板板，用用于于内内墙墙、天天花花板板和和地地面面。也也可可压压制制成成各各种种零零件件用用作作窗窗台台板板、门门窗窗框框、楼楼梯梯扶扶手手等等。后后者者掺掺加加砂砂子子可可作作为为地地坪坪耐耐磨磨面面层层。用用膨膨胀胀珍珍珠珠岩岩代代替替木木屑屑可可制制成成轻轻质质、阻阻燃燃型型的的室室内内装装饰饰板板材材。以以菱菱苦土为胶结料，以玻璃纤维为增强材料，添加改性剂，可制成管材产品。苦土为胶结料，以玻璃纤维为增强材料，添加改性剂，可制成管材产品。第47页/共
17、56页菱菱苦苦土土的的不不足足之之处处是是硬硬化化后后易易吸吸潮潮反反卤卤、耐耐水水性性差差，其其原原因因是是硬硬化化产产物物具具有有较较高高的的溶溶解解度度，遇遇水水会会溶溶解解。为为提提高高耐耐水水性性，可可采采用用外外加加剂剂，或或改改用用硫硫酸酸镁镁作作为为拌拌合合水水溶溶液，降低吸湿性、改进耐水性。液，降低吸湿性、改进耐水性。第48页/共56页例3-1 某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解 石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在
18、硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。第49页/共56页例3-2 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水
19、性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。第50页/共56页例例3-3 3-3 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？于室外使用？解解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（1 1）石膏表面光滑饱满，颜色洁白，
20、质地细腻，具有石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；好；（2 2）硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。性、吸声性好。第51页/共56页（3 3）硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱
21、出高温作用时或遇火后会脱出21%21%左右的结晶水，并能左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。延，具有一定的防火性。（4 4）建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、吸水率高，抗渗性
22、差、抗冻性差抗冻性差,所以不适用于室所以不适用于室外使用外使用.第52页/共56页例例3-4 3-4 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？解解通常使用的水玻璃都是通常使用的水玻璃都是NaNa2 2O OnSiOnSiO2 2的水溶液，的水溶液，即液体水玻璃。即液体水玻璃。一般而言，水玻璃的模数一般而言，水玻璃的模数n n越大时，水玻璃的粘度越大时，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗
23、渗性及耐酸度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶性越好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶SiOSiO2 2mHmH2 2O O较多。较多。第53页/共56页水玻璃的模数水玻璃的模数n n为氧化硅和氧化钠的分为氧化硅和氧化钠的分子比。同一模数的水玻璃，密度越大，子比。同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分则其有效成分NaNa2 2O OnSiOnSiO2 2的含量越多，的含量越多，硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。强。然而如果水玻璃的模数或密度太大，然而如果水玻璃的模数或密度太大，往往由于粘度过大而影响到施工质量和往往由于粘度过大而影响到施工质量和硬化后水玻璃的性质，故不宜过大。硬化后水玻璃的性质，故不宜过大。第54页/共56页Chapter 2第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页