无机胶凝材料-石灰石膏水玻璃菱苦土.ppt

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1、第三章 无机胶凝材料,指经过自身的物理、化学作用后，能够由浆体变成固体，并在变化过程中把一些散粒材料或块状材料胶结成具有一定强度的材料。,胶凝材料,在建筑工程中，将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖或石块）粘合为一个整体的材料，统称为胶凝材料。,胶凝材料,有机胶凝材料（树脂、沥青等）,无机胶凝材料,水硬性（水泥）,气硬性（石灰、石膏、水玻璃）,二者有何区别？,胶凝材料的分类,第&页4,第一节 石灰,千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨全不惜，要留清白在人间。,石灰吟,（明）于谦,第&页5,第&页6,石灰在中国古代建筑中的应用,汉书云：“秦为驰道于天下，东穷燕齐，南极吴楚，江湖之上，濒

2、海之观毕至。”,当石灰出现后,人们就普遍采用“石灰面”地坪和涂墙,使室内的阴暗潮湿状况得到了改善。秦咸阳宫殿遗址地面,是用猪血、石灰、料姜石拌合抹成,呈暗红色,表面光滑美观,具防潮装饰作用。修筑秦驰(直)道时,多是就地取材,利用当地的黄粘土加石灰夯筑而成。,第&页7,1.石灰的制备,CaCO3 9001100 CaO CO2,来源：用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经9001100煅烧而成。,石灰石,白云质石灰石,白云质石灰石,生石灰,第&页8,第&页9,煅烧石灰石或白垩,温度在900左右时,温度过高时,温度过低时,正火石灰,欠火石灰,过火石灰,因煅烧温度过高或者时间过长，孔隙

3、率减小，表观密度增大，结构致密，表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质包裹。水化作用十分缓慢，其中的细小颗粒可能在石灰浆硬化后才开始水化，产生体积膨胀，使已硬化的砂浆产生“崩裂、隆起”现象。,碳酸钙没有完全分解，降低了石灰的利用率,如何解决它的危害？,2.石灰的分类,根据煅烧的程度分：,第&页10,根据石灰中氧化镁的含量分：镁质石灰（MgO5%）钙质石灰（MgO5%）按成品的加工方法分：块状生石灰（CaO）磨细生石灰粉（CaO）消石灰粉（Ca(OH)2）石灰膏（Ca(OH)2、水）,第&页11,3.石灰的水化（熟化/消化）,水化的特点：水化速度快，放出大量的热,大约有64.9KJ；体积膨胀12.

4、5倍，人工操作应注意防止烧伤、烫伤。,CaO+H2O Ca(OH)2+64.9kJ/mol,消石灰形成过程的反应步骤CaO吸水；中间产物CaO2H2O；转化反应CaO2H2OCa(OH)2+H2O；凝聚、硬化。,消石灰,影响水化反应能力的因素,第&页12,熟化方法：根据熟化时加水量的不同，分为两种方式。,1）.熟化为石灰膏,将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰乳,储灰坑,2）.熟化为熟石灰粉,将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。,第&页13,4.石灰的硬化,结晶过程,碳化过程,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳

5、酸钙。,由于水分蒸发，Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。(干燥硬化和结晶硬化),Ca(OH)2和空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。,硬化的特点硬化速度极为缓慢.硬化时体积收缩,第&页14,思考：古代的石灰浆经检测强度甚高，有人说古代的石灰质量优于现在的石灰，此说法对否？,原因：石灰水化后逐渐凝结硬化，包括干燥结晶硬化过程和碳化过程；随着时间的推移，石灰的碳化反应较为深入和彻底，表现为强度甚高,第&页15,重读古诗,千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨全不惜，要留清白在人间。,石灰石，含杂质的碳酸钙CaCO3,CaCO3CaO（生灰石）+CO2,

6、CaO+H2O Ca(OH)2（熟石灰）,Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O,石灰吟,（明）于谦,第&页16,5.石灰的特性,石灰的质量等级建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。详见课本P55/表31、P56/2、3,第&页17,5.石灰的特性,第&页18,6.石灰的储存,生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。建筑石灰在使用前必须进行陈伏。,第&页19,7.石灰的应用,1.配制石灰乳和建筑砂浆A）石灰乳：将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，

7、成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。B）石灰砂浆：是将石灰浆、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹灰砂浆。,第&页20,2.配制三合土和灰土 如建筑物或道路基础中使用的石灰土（石灰:粘土=1:24），三合土（石灰:粘土:炉渣或砂=1:2:3），二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或

8、夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料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，适于在潮湿环境中使用。,第&页21,3.生产硅酸盐制品 将粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石灰渣等工业废渣，按适当比例加入石灰作为碱性激发剂，经共同磨细可制得具有水硬性的胶凝材料。石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌,经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土砌块等。,第&页22,4.石灰碳化制品 例如：碳化石灰板 制作：就是将磨细的生石灰掺30%-4

9、0%的短玻璃纤维加水搅拌，震动成形，然后利用石灰窑的废气碳化（CO2浓度在30%40%之间，碳化时间1224h）而成的空心板。性能：较好，能锯、能钉，适宜用作非承重隔墙。,第&页23,思考题,问：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：(1)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。(2)再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌

10、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&页24,工程实例分析：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。,分析：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气继续熟化，造成体积膨胀。从而

11、出现上述现象。,第&页25,过火石灰的结构、影响及消除,结构特点:内部结构致密，CaO晶体粗大，外裹难溶的釉化物。影响:受釉化物影响，过火石灰水化很慢，以至周围的正火石灰硬化后，才发生水化反应，此时体积膨胀导致硬化体崩裂或隆起。注意事项：石灰表面覆盖一定厚度的水 用途不同，陈伏时间不同,保证有足够的水，以维持浆体状态,防止石灰碳化,砌筑：7天,抹面：底层和中层灰 14天 面层灰 30天,第&页26,石灰岩,生石灰块,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,多用来拌制灰土和三合土,使用时可以不进行陈伏,用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆,粉刷墙壁,本节小结,第&页27,课后作业,什么是“欠火石灰”和“过火石

12、灰”？石灰水化有哪些特点？石灰浆体的硬化包括哪两个过程，有什么特点？思考：石灰水化时体积显著增大的原因，可有方法抑制？,第&页28,第二节 建筑石膏,第&页29,第&页30,第&页31,第&页32,1.石膏的分类与制备,1）天然的矿产 天然二水石膏（CaSO42H2O）又称为生石膏。石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时，可形成多种性能不同的石膏。,第&页33,2）化学工业副产品化学工业和其他工业排出的以石膏为主要成分的废渣的总称。有磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、制盐石膏等几种。主要成份是CaSO42H2O，同样可用来生产石膏胶凝材料和制品，也可作水泥和硅酸盐建筑制品的掺合料。制

13、取磷酸后的废渣，每吨磷酸要排出3吨磷石膏。当磷石灰用硫酸处理制取磷酸后残存的渣子用石灰中和过量的硫酸所得。主要成份为二水石膏，含量一般在90%以上，也包含少量的P2O5、氟化物、以及SiO2、Al2O3等杂质。,第&页34,2.石膏的制备,不同的煅烧温度和条件下，得到的产品分类。,在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。,第&页35,3、建筑石膏的水化与硬化,建筑石膏重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程：建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐

14、渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于6分钟，终凝不超过30分钟。,第&页36,第&页37,4.建筑石膏的等级与技术性质,建筑石膏的质量等级：建筑石膏按其强度、细度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：,第&页38,5.建筑石膏的技术性质及用途,多孔表观密度小强度较低孔隙率大 热导率小 吸湿性强 吸音效果好 凝结硬化快 凝结时体积产生微膨胀 硬化产物细腻、色泽洁白 具有较好的防火性能,Why？,石膏凝结硬化理论需水18.6，但实际成型需水5070，多余水分蒸发后留下大量孔隙,质量轻,可加工性好,做隔墙和饰面材料,绝热性好,做保温材

15、料,不能用于潮湿部位；要注意防潮,实际使用时需掺入适量缓凝剂,成型饱满、光滑,做装饰材料,耐水性差,做隔声材料,装饰性好,第&页39,6.建筑石膏的应用,室内抹灰与粉刷生产建筑石膏制品 纸面石膏板、空心石膏条板、石膏砌块、装饰石膏板、装饰石膏制品等生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中,第&页40,纸面石膏条板,石膏空心条板,第&页41,7.高强石膏的特点及应用,1）、高强石膏特点由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小(1g固体所占有的总表面积)，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有较高的强度，7天的抗压强度可达15-40MPa。2）、高强石

16、膏应用（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无收缩。,第&页42,思考题,石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。,分析讨论：其原因有两个方面，可有针对性地解决。1.建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。2.在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者在粘结的石膏浆中掺入部分

17、粘结性强的粘结剂。,第&页43,石膏板材与装饰,问：1.选择建筑石膏作为装饰的原因，它有什么特点？2.其制品为什么适用于室内，而不适用于室外?,第&页44,答：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：（1）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，装饰性好；（2）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。（3）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21%左右的结晶水，并能

18、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。（4）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，改变室内的小气候。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，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差，所以不适用于室外使用。,第&页45,第三节 水玻璃,1.水玻璃的原料及生产,水玻璃，俗称“泡花碱”，是由碱金属氧化物和二氧化硅组合而成的能溶于水的一种金属硅酸盐物质。纯的Na2SiO3为无色正交晶体,熔点1088。,第&页46,建筑工程中常用的水玻璃是硅酸钠的水溶液，其化学式为：Na2OnSiO2。又称可溶性玻璃。,原料:石

19、英砂、纯碱或含碳酸钠的原料生产:,第&页47,48,1、种类：,硅酸钠水玻璃（简称钠水玻璃，Na2OSiO2）；硅酸钾水玻璃（简称钾水玻璃，2SiO2）。在工程中最常用的是硅酸钠液态水玻璃，由固体水玻璃溶解于水而得，质量好的水玻璃微带淡黄色而透明。若其含杂质，则会呈现各种色泽。,49,根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（）和“中性”水玻璃（3）。模数的大小决定着水玻璃的品质及其应用性能：n值越大，水玻璃的黏度越大，黏结力、强度、耐酸性、耐热性越高，但也越难溶解于水中，且由于黏度太大，不利于施工。,2、水玻璃的模数：,50,成品水玻璃的性状,1.块状、粉状的固体水玻璃，不含水分；2.液体

20、水玻璃，由块状水玻璃溶解于水而得。模数、浓度、相对密度各不相同；3.含化合水的水玻璃，即水化玻璃。,51,湿法生产将石英砂和苛性钠（氢氧化钠）溶液在压蒸锅内用蒸汽加热，直接反应生液体水玻璃。干法生产将石英砂和纯碱（碳酸钠）磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化，反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而得到常用的液体水玻璃。,3、生产：分为湿法和干法。,52,4、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：加入促硬剂：Na2SiF6 氟硅酸钠的掺量应适宜。,53,（1）粘结力强。（2）耐酸性好。（3）耐热性高,5、水玻璃的技术特性,54,

21、6、水玻璃的应用,（1）涂刷表面，提高抗风化能力。,请问：石膏制品能用水玻璃喷涂吗？,以密度为1.35 g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷黏土砖、水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性、及耐水性等。,55,6、水玻璃的应用,（2）配制耐酸砂浆和耐酸混凝土（3）配制防水剂 水玻璃加两种、三种、或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。,56,6、水玻璃的应用,（4）作为灌浆材料，加固地基（石灰可作为膨胀剂）将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土壤中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。,57,6、水玻璃的应用

22、,（5）配制水玻璃砂浆。将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到黏结和补强作用。,58,解通常使用的水玻璃都是Na2OnSiO2的水溶液，即液体水玻璃。一般而言，水玻璃的模数n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SiO2mH2O较多。,例：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？,第&页59,第四节 菱苦土,第&页60,61,镁质胶凝材料,以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料，主要产品有菱苦土（主要成分为MgO

23、）、苛性白云石（主要成分为MgO和CaCO3）。1、生产：原料为天然菱镁矿,62,2、硬化,1）放出大量的热2）用水调和，凝结硬化很慢，硬化后强度低，加入调和剂调配菱苦土的浆体。常用调和剂为氯化镁溶液（卤水）。,63,3、菱镁矿的应用,与植物纤维能很好黏结，而且碱性较弱，不会腐蚀纤维。缺点：硬化后易吸潮反卤（表面泛霜）、变形翘曲。总结：胶凝材料都具有一定的强度、粘性，但也有较多的缺点，可通过掺加相应的外加剂，得到改善。,64,菱苦土,生产木屑地板、木丝板、刨花板等。菱苦土板材用于机械包装材料，可以节约大量木材。只能用于干燥状态下，而不能受潮、遇水或酸性介质侵蚀的部位。,65,本讲小结,几种无机胶凝材料的名称、制备、温度无机胶凝材料的水化硬化现象、特点成品在工程上的应用、注意要点,