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1、第二章第二章 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料在建筑上，把经过一系列的物理、化学作用后，由液体或膏状体变为坚硬的固体，同时将砂、石、砖、砌块等散粒或块状材料胶结成整体并具有一定机械强度的材料，统称为胶凝材料。土木工程中常用的气硬性无机胶凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。第1页/共59页菱苦土菱苦土第2页/共59页第一节第一节 石灰石灰石灰的生产石灰的分类石灰的熟化与硬化石灰的技术性能及标准石灰的性能石灰的应用第3页/共59页第一节第一节 石灰石灰优点建筑上使用较早的矿物胶凝材料原料来源广泛工艺简单成本低廉胶结性能较好。缺点造成空气污染矿产资源浪费，生态环境破坏第4页/共59页一、石灰的生产
2、一、石灰的生产生产原料天然原料：以碳酸钙为主要成分的矿物、岩石（石灰岩、白云岩）或贝壳等。化工副产品：如电石渣。生产过程 天然碳酸盐类岩石经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应如下：第5页/共59页二、石灰的分类二、石灰的分类根据成品加工方法不同分类建筑生石灰：块状白色原成品，主要成分CaO建筑生石灰粉：建筑生石灰研磨制得，主要成分CaO建筑消石灰粉：建筑生石灰经水化和加工制得，Ca（OH）2根据化学成分（MgO含量）分类钙质石灰 镁质石灰根据熟化速度分类快熟石灰 中熟石灰 慢熟石灰第6页/共59页生石灰第7页/共59页三、石灰的熟化与硬化三、石灰的熟化与
3、硬化R熟化 工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”制石灰膏（主要用于拌制砌筑砂浆和抹面砂浆）拌制石灰浆 筛网过滤（除渣）入储灰池 沉淀陈伏成石灰膏 注：为保证石灰膏充分熟化，必须在储灰池中储存一段时间，同时，石灰膏上应保留一层水，避免石灰膏与空气接触导致碳化。第8页/共59页三、石灰的熟化与硬化三、石灰的熟化与硬化制消石灰粉（用于拌制灰土、三合土）生石灰淋以适当水，消解成氢氧化钙，经磨细、筛分而得干粉。R硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：结晶过程：石灰膏中游离水分一部分蒸发，一部分被砌体吸收，由于饱
4、和溶液中水分减少，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。碳化过程：石灰膏体表面的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，不溶于水的碳酸钙由于水分蒸发而逐渐结晶。第9页/共59页三、石灰的熟化与硬化三、石灰的熟化与硬化提示：从以上的硬化过程看出，石灰的硬化只能在空气中进行，也只能在空气中才能继续发展提高其强度，所以石灰只能用于干燥环境的地面上建筑物、构筑物，而不能用于水中或潮湿环境中。第10页/共59页四、石灰的技术性能及标准四、石灰的技术性能及标准建筑生石灰：有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量、未消化残渣含量、产浆量建筑生石灰粉：有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量、细度建筑消石灰粉：有效
5、氧化钙和有效氧化镁含量、游离水量、体积安定性、细度注：具体技术指标见教材P43。第11页/共59页五、石灰的性能五、石灰的性能u保水性、可塑性好 生石灰熟化成石灰浆时，能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。v硬化慢、强度低 由于空气中的二氧化碳较难进入石灰浆体内部，所以碳化缓慢，硬化后强度不高。w干燥收缩性大 石灰在硬化过程中，由于蒸发大量游离水而引起显著收缩。x耐水性差 石灰浆体硬化后的主要成分是氢氧化钙，微溶于水。y吸湿性强 生石灰极易吸收空气中的水分熟化成熟石灰。第12页/共59页六、石灰的应用六、石灰的应用u拌制石灰乳、灰浆、砂浆 v拌制灰土、三合土 大量
6、应用于建筑物基础、地面、道路等的垫层、地基的换土处理等w建筑生石灰粉x石灰碳化制品的主要原料 如：碳化石灰板，适宜用作非承重内隔墙板、天花板等。y硅酸盐制品的主要原料 如：灰砂砖主要用作墙体材料。第13页/共59页灰砂砖第14页/共59页第二节第二节 石膏石膏建筑石膏的生产建筑石膏的凝结与硬化建筑石膏的技术性能建筑石膏的特点及应用石膏制品的应用第15页/共59页第二节第二节 石膏石膏石膏的主要化学成分是硫酸钙，它在自然界中以两种稳定形态存在于石膏矿石中。天然无水石膏（），结晶紧密,质地较硬,也称硬石膏，只可用于生产无水石膏水泥；天然二水石膏（），也称软石膏，可制造各种性质的石膏。第16页/共5
7、9页第二节第二节 石膏石膏将天然二水石膏加热u6575:开始脱水v107170:脱去部分结晶水,得 型半水石膏(建筑石膏)w170200:继续脱水,成为可溶性硬石膏,与水调和后仍能很快凝结硬化x200250:石膏中残留很少水,凝结硬化非常缓慢y高于400:完全失去水分,成为不溶性硬石膏z高于800:产品重新具有凝结硬化性能高于1600:全部分解为石灰第17页/共59页一、建筑石膏的生产一、建筑石膏的生产生产石膏的主要工序是加热与磨细。建筑石膏通常是由天然石膏经压蒸或煅烧加热而成的。常压下煅烧加热到107170，可产生型建筑石膏：124条件下压蒸（1.3大气压）加热可产生型建筑石膏：型半水石膏与
8、型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此又称为高强石膏。第18页/共59页建筑石膏(白色粉末)第19页/共59页二、建筑石膏的凝结与硬化二、建筑石膏的凝结与硬化石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶的过程。Y半水石膏极易溶于水，加水后达到饱和分解出溶度低的二水石膏胶体。Y由于二水石膏析出，溶液变为非饱和状态，又有新的半水石膏溶解，接着继续重复水化、胶化的过程Y随着析出的二水石膏增多，石膏具有了强度Y同时溶液中游离水分不断减少，石膏强度随之增加，最后成为坚硬固体。建筑石膏凝结硬化较快，一般初凝不小于6min，终凝不超过30min。第20页/共59页建筑石膏与水之间产生化
9、学反应的反应式为：此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏的终凝。第21页/共59页三、建筑石膏的技术性能三、建筑石膏的技术性能建筑石膏按其凝结时间、细度、强度指标分为三级：优等品、一等品和合格品。注：各项技术指标具体见教材P47。第22页/共5
10、9页四、建筑石膏的特点、应用四、建筑石膏的特点、应用孔隙率大，强度较低 保温、隔热、吸声性能较好，可作轻质隔板，具有调节温、湿度作用硬化后体积微膨胀 使石膏制品在硬化过程中不会产生裂缝，造型棱角清晰饱满防火性好 可作耐火材料，如耐火纸面石膏板凝结硬化快耐水性差 不能用于潮湿环境中，但经加工处理可作成耐水纸面石膏板可装饰性第23页/共59页五、石膏制品的应用五、石膏制品的应用室内抹灰及粉刷普通纸面石膏板装饰石膏板石膏空心条板吸声用穿孔石膏板耐水纸面石膏板耐火纸面石膏板石膏蔗渣板第24页/共59页普通纸面石膏板第25页/共59页纸面石膏板第26页/共59页装饰石膏板第27页/共59页装饰石膏板第2
11、8页/共59页办公室装饰石膏板吊顶第29页/共59页办公室装饰石膏板吊顶第30页/共59页石膏板吊顶隔断第31页/共59页厂房吊顶石膏板隔断第32页/共59页石膏空心条板第33页/共59页耐水纸面石膏板第34页/共59页耐火纸面石膏板第35页/共59页石膏装饰第36页/共59页石膏线第37页/共59页石膏装饰第38页/共59页石膏装饰第39页/共59页石膏装饰第40页/共59页石膏线第41页/共59页第三节第三节 水玻璃水玻璃水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有：u硅酸钠水玻璃（Na2OSiO2）u硅酸钾水玻璃（20SiO2）u硅
12、酸锂水玻璃（i2OSiO2）等品种，最常用的是：硅酸钠水玻璃。第42页/共59页u水玻璃的生产 生产水玻璃的方法分湿法和干法两种。湿法生产硅酸钠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，按下式反应生成固态水玻璃。固态水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：第43页/共59页u水玻璃的硬化 液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和
13、提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的1215。第44页/共59页u水玻璃的技术性质粘结力强。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45页/共59页u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
14、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反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。反应式为：第46页/共59页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。配制防水剂 以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜)、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各份，溶于60份的沸水中，降温至50，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在1min内凝结,适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。第47页/
15、共59页加固土壤 将模数为2.53的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达36MPa。配制水玻璃砂浆 将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝。第48页/共59页配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。第49页/共59页第二章练习题第二章练习题例1：某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月
16、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。第50页/共59页第二章练习题第二章练习题J例1答案：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51页/共59页第二章练习题第二章练习题例2：既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或
17、三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？第52页/共59页第二章练习题第二章练习题J例2答案：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53页/共59页第二章练习题第二章练习题例3：建筑石
18、膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？第54页/共59页第二章练习题第二章练习题J例例3 3答案：答案：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建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：质：1 1、石膏表面光滑饱满，颜色洁白，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饱满，棱角清晰完整，形状、尺
19、寸准确、较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；细致，装饰性好；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。3 3、硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高、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出温作用时或遇火后会脱出21%21%左右的结晶水，并能在左右的结晶水，并能在表面表面第55页/共59页第二章练习题第二章练习题 蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。有一定的防火性。4 4、建筑石膏制品还具有较高的热容
20、量和一定的吸、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，改变室内的小湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。气候。5 5、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56页/共59页第二章练习题例4：试述水玻璃的凝结硬化机理是什么？解：液体水玻璃的凝结硬化主要是靠在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。其反应式为：由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，会长达数月之久。第57页/共59页第二章练习题第二章练习题 为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加人氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速生成和析出，其反应式为：硅酸凝胶再脱水而生成SiO2，从而具有强度。评注 水玻璃可吸收空气中的二氧化碳，形成硅酸凝胶。水玻璃在硬化后，具有良好的粘结力和强度，很高耐热性和耐酸性。第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页