2氣硬性無機(jī)膠凝材料

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第二章氣硬性無機(jī)膠凝材料§2-2石灰§2-1石膏§4-4水玻璃§3-3菱苦土 1、膠凝材料定義:凡是經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由液體或半固體（泥膏狀）變?yōu)閳?jiān)硬的固體，并能把松散物質(zhì)粘結(jié)成整體的材料稱為膠凝材料。物理化學(xué)作用（能膠結(jié)其它物料）堅(jiān)強(qiáng)固體塑性漿體2、膠凝散粒材料(砂、石等)塊狀材料(磚、石塊)膠結(jié)整體 3、膠凝材料分類膠凝材料根據(jù)其化學(xué)組成分為有機(jī)氣硬性－只能在空氣中硬化無機(jī)水硬性－不僅能在空氣中硬化,而且能在水中硬化。氣硬性膠凝材料定義：氣硬性膠凝材料只能在空氣中（干燥條件下）硬化，也只能在空氣中保持或繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，如石灰、石膏、菱苦土和水玻璃等。這類材料耐水性差，只能用于干燥環(huán)境。一般只適用于地上j結(jié)構(gòu)，而不宜用于潮濕環(huán)境中，更不可用于水中。水硬性膠凝材料定義：水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中、而且能更好地在水中硬化，保持和繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度，如各品種水泥，它們既適用于地上工程，也適用于地下或水中工程。 §2-1石膏1.原料生產(chǎn)石膏的原料主要是天然二水石膏（CaSO4·2H2O），還有天然無水石膏(CaSO4）以及含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品。天然二水石膏，又稱軟石膏或生石膏，是以二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)為主要成分的礦石。純凈的石膏呈無色透明或白色，但天然石膏常因含有雜質(zhì)而呈灰色、褐色、黃色、紅色、黑色等顏色。天然無水石膏(CaSO4)又稱天然硬石膏，質(zhì)地較二水石膏硬，一般為白色，若有雜質(zhì)，則呈灰紅等顏色。只可用于生產(chǎn)無熟料水泥。含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品，也可用作生產(chǎn)石膏膠凝材料的原料，常稱之為化工石膏。如磷石膏，是生產(chǎn)磷酸和磷肥時(shí)所得的廢料；硼石膏是生產(chǎn)硼酸時(shí)所得到的廢料；氟石膏是制造氟化氫時(shí)的副產(chǎn)品等。 §2-1石膏2.生產(chǎn)生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要工藝流程是破碎、加熱與磨細(xì)。由于加熱方式和加熱溫度的不同，可以得到具有不同性質(zhì)的石膏產(chǎn)品。建筑石膏（熟石膏、β型半水石膏）（CaSO4·0.5H2O）：將天然二水石膏在常壓下在爐窯中進(jìn)行加熱煅燒，在107℃～170℃時(shí)生成；α型半水石膏（即高強(qiáng)石膏）：具有0.13MPa、124℃過飽和蒸汽條件下的蒸壓釜中蒸煉得到。它比β型半水石膏晶體要粗，調(diào)制成可塑性漿體的需水量少。可溶性硬石膏：常壓、加熱溫度為170℃~200℃時(shí)生成。它與水調(diào)和后仍能很快凝結(jié)硬化；不溶性硬石膏（死燒石膏）：常壓、加熱溫度超過400℃時(shí)生成。它難溶于水，失去凝結(jié)硬化的能力；煅燒石膏（過燒石膏）：常壓、加熱溫度超過800℃時(shí)生成。由于分解出CaO,在CaO的激發(fā)下，產(chǎn)物又具有凝結(jié)硬化的能力； 3、建筑石膏水化硬化1)物理化學(xué)變化半水石膏(晶體)半水石膏(飽和溶液)溶解二水石膏(過飽和溶液)水化二水石膏(針狀晶體)結(jié)晶促進(jìn) 石膏凝結(jié)硬化示意圖§2-1石膏 2）漿體性狀變化流動(dòng)性可塑性有部分可塑性具有強(qiáng)度硬化漿體應(yīng)≥6min≤30min開始失去塑性完全失去塑性終凝初凝加水§2-1石膏 3）硬化漿體結(jié)構(gòu)特征——多孔性理論需水量(用于水化)18.6%多余水分蒸發(fā)實(shí)際需水量(便于操作)35~80%內(nèi)部留下孔隙§2-1石膏 4、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)1）質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)（GB9776－88）①強(qiáng)度——抗折、抗壓②細(xì)度③凝結(jié)時(shí)間——初凝、終凝§2-1石膏2）特點(diǎn)建筑石膏是一種白色粉末狀的氣硬性膠凝材料，密度為2.60~2.75g/cm3，堆積密度為800~1000kg/m3。建筑石膏的特點(diǎn)包括如下幾個(gè)方面：1）凝結(jié)硬化快一般與水拌和后，常溫下數(shù)分鐘初凝，30min以內(nèi)可達(dá)終凝。（自然干燥狀態(tài)下，達(dá)到完全硬化約需一周）。凝結(jié)時(shí)間可按要求進(jìn)行調(diào)整，若要延緩凝結(jié)時(shí)間，可摻入緩凝劑，以降低半水石膏的溶解度和溶解速度，如亞硫酸鹽酒精廢液、硼砂或用蛋白膠等；若要加速凝結(jié)，則可摻入如氯化鈉、氯化鎂、硅氟酸鈉、硫酸鈉、硫酸鎂等促凝劑，作用在于增加半水石膏的溶解度和溶解速度。 §2-1石膏2）硬化時(shí)體積微膨脹硬化時(shí)不出現(xiàn)裂縫，所以可不摻加填料而單獨(dú)使用，并可很好地填充模型。硬化后的石膏，表面光滑，顏色潔白，其制品尺寸準(zhǔn)確，輪廓清晰，可鋸可釘，具有很好的裝飾性。3）硬化后孔隙率較大，表觀密度和強(qiáng)度較低理論需水量18.6％，加水60%~80％，多余的水分使硬化石膏留有大量的孔隙，孔隙率約為50%~60％，硬化后，強(qiáng)度較低，表觀密度較小，導(dǎo)熱性較低，吸聲性較好。4）防火性能良好石膏硬化后的結(jié)晶物CaSO4·2H2O遇到火燒時(shí)，結(jié)晶水蒸發(fā)，吸收熱量并在表面生成具有良好絕熱性的無水物，起到阻止火焰蔓延和溫度升高的作用，所以，石膏有良好的抗火性。5）具有一定的調(diào)溫、調(diào)濕作用建筑石膏的熱容量大，吸濕性強(qiáng)，故能對(duì)室內(nèi)溫度和濕度起到一定的調(diào)節(jié)作用。 §2-1石膏6）耐水性、抗凍性和耐熱性差建筑石膏硬化后，具有很強(qiáng)的吸濕性和吸水性，在潮濕的環(huán)境中，晶體間的粘結(jié)力削弱，強(qiáng)度明顯降低，在水中，晶體還會(huì)溶解而引起破壞，在流動(dòng)的水中，破壞更快，硬化石膏的軟化系數(shù)約為0.2~0.3；若石膏吸水后受凍，則孔隙內(nèi)的水分結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，使硬化后的石膏體破壞。所以，石膏的耐水性和抗凍性均較差。此外，若在溫度過高的環(huán)境中使用（超過65℃），二水石膏會(huì)脫水分解，造成強(qiáng)度降低。因此，建筑石膏不宜用于潮濕和溫度過高的環(huán)境中。在建筑石膏中摻入一定量的水泥或其他含有活性SiO2、Al2O3和CaO的材料，如：?；郀t礦渣、石灰、粉煤灰，或摻加有機(jī)防水劑等，可不同程度地改善建筑石膏制品的耐水性。 §2-1石膏5．建筑石膏的應(yīng)用建筑石膏具有許多優(yōu)良的性能，在建筑中的應(yīng)用十分廣泛，石膏抹面灰漿作內(nèi)墻裝飾；可用來制作各種石膏板、各種建筑藝術(shù)配件及建筑裝飾、彩色石膏制品等。石膏作為外加劑，廣泛應(yīng)用于水泥、水泥制品及硅酸鹽制品。1）制備粉刷石膏建筑石膏硬化時(shí)不收縮，故使用時(shí)可不摻填料，直接做成抹面灰漿，也可以與石灰、砂等填料混合使用，制成內(nèi)墻抹面灰漿或砂漿。2）石膏板材石膏板具有輕質(zhì)、保溫絕熱、吸聲、不燃和可鋸可釘?shù)刃阅埽€可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，而且原料來源廣泛，工藝簡(jiǎn)單，成本低，是一種良好的建筑功能材料，也是目前著重發(fā)展的輕質(zhì)板材之一。為了減輕自重、降低導(dǎo)熱性，生產(chǎn)石膏板時(shí)，常摻加鋸末、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、陶粒、煤渣等輕質(zhì)多孔填料，或者摻加泡沫劑、加氣劑等外加劑；若摻入紙筋、麻絲、蘆葦、石棉及玻璃纖維等纖維狀填料，或在石膏板表面粘貼護(hù)紙板等材料，則可提高石膏板的抗折強(qiáng)度和減少脆性；若摻入無機(jī)耐火纖維，還可同時(shí)提高石膏板的耐火性能。 石膏的耐水性較差，為了改善其板材的耐水性能，可如前所述摻入水泥、?；郀t礦渣、石灰、粉煤灰或有機(jī)防水劑，也可同時(shí)在石膏板表面采用耐水護(hù)面紙或防水高分子材料面層，它可用于廚房、衛(wèi)生間等潮濕的場(chǎng)合，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。另外，通過調(diào)整石膏板的厚度、孔眼大小、孔距、空氣層厚度，可制成適應(yīng)不同頻率的吸聲板。在石膏板表面貼上不同的貼面，如木紋紙、鋁箔等，可起到一定的裝飾等作用。石膏板具有長期徐變的性質(zhì)，在潮濕的環(huán)境中更嚴(yán)重，所以不宜用于承重結(jié)構(gòu)。目前我國生產(chǎn)的石膏板類型主要有紙面石膏板、空心石膏板、纖維石膏板和裝飾石膏板。主要用作室內(nèi)墻體、墻面裝飾和吊頂?shù)取?）裝飾制品建筑石膏配以纖維增強(qiáng)材料、膠粘劑等還可制成石膏角線、線板、角花、燈圈、羅馬柱、雕塑等藝術(shù)裝飾石膏制品。§2-1石膏 §2-2石灰1．原材料：石灰主要有兩個(gè)來源：一是以碳酸鈣CaCO3為主要成分的礦物、巖石（如方解石、石灰?guī)r、大理石）或貝殼，經(jīng)煅燒而得生石灰CaO；另一個(gè)來源是化工副產(chǎn)品，如用碳化鈣（電石）制取乙炔時(shí)產(chǎn)生的電石渣，其主要成分是Ca(OH)2，即熟石灰。或者用氨堿法制堿所得的殘?jiān)?，其主要成分為碳酸鈣。2、生產(chǎn)原料：石灰石（主要成份CaCO3）生產(chǎn)：CaCO3CaO（生石灰）＋CO2↑900～1000℃生石灰：白色或灰色的塊狀物質(zhì)（含MgO）。按照J(rèn)C/T479－92《建筑生石灰》：MgO含量≤5％時(shí)，稱為鈣質(zhì)生石灰；MgO含量>5％時(shí)，稱為鎂質(zhì)生石灰。 §2-2石灰3、熟化（消化）CaO＋H2OCa(OH)2(熟石灰)＋64.88kJ(體積增大1.0~2.0倍)粉狀－消石灰粉法：只用少量水(60-80％重量)(理論值為32.1%)漿狀－石灰膏法：加過量水(約為3～4倍體積)熟石灰過燒石灰危害：熟化緩慢，漿體硬化后仍在熟化，體積膨脹，導(dǎo)致硬化漿體開裂。消除危害方法：“陳伏”一星期以上消石灰粉也需放置一段時(shí)間，使其進(jìn)一步熟化后使用。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂漿及灰漿。按照J(rèn)C/T481－92《建筑消石灰粉》規(guī)定：MgO≤4％的，稱為鈣質(zhì)消石灰粉；4%≤MgO<24％的，稱鎂質(zhì)消石灰粉；24%≤MgO<30％的，稱為白云石消石灰粉。 4、硬化晶體交錯(cuò)生長干燥(空氣中)CO2+H2O(空氣中)塑性漿體硬化漿體Ca(OH)2結(jié)晶析出CaCO3結(jié)晶析出§2-2石灰1）結(jié)晶作用2）碳化作用碳化主要發(fā)生在與空氣接觸的表層上，表層生成的致密CaCO3膜層，阻礙空氣中CO2進(jìn)一步地滲入，同時(shí)也阻礙了內(nèi)部水分向外蒸發(fā)，使Ca(OH)2結(jié)晶作用也進(jìn)行得較慢，隨著時(shí)間的增長，表層CaCO3厚度增加，阻礙作用更大，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，仍然是表層為CaCO3，內(nèi)部為Ca(OH)2。所以，石灰硬化是個(gè)相當(dāng)緩慢的過程。 5、石灰技術(shù)性質(zhì)1）質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)（教材29頁）2）石灰性質(zhì)①可塑性好②凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低③耐水性差④體積收縮大§2-2石灰 6．石灰的應(yīng)用1）制作石灰乳涂料將熟化好的石灰膏或消石灰粉加入過量的水稀釋成的石灰乳，是一種傳統(tǒng)的涂料，主要用于室內(nèi)粉刷。摻入少量佛青顏料，可使其呈純白色；摻入107膠或少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高粉刷層的防水性；摻入各種耐堿顏料，可獲得更好的裝飾效果。2）配制砂漿石灰膏和消石灰粉可以單獨(dú)或與水泥一起配制成石灰砂漿或混合砂漿，可用于墻體砌筑或抹面工程；也可摻入紙筋、麻刀等制成石灰漿，用于內(nèi)墻或頂棚抹面。3）拌制石灰土和三合土石灰土為消石灰粉與粘土按2：8或3：7的體積比加少量水拌成。三合土為消石灰粉、粘土、砂按1：2：3的體積比，或者消石灰粉、砂、碎磚（或碎石）按1：2：4的體積比加少量水拌成。夯實(shí)，密實(shí)度↑，而且粘土顆粒表面的少量活性SiO2和Al2O3與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，膠結(jié)，粘土的強(qiáng)度↑和耐水性↑，主要用于建筑物、路面或地面的墊層，地基的換土處理及地下建筑物的防水。另外石灰與粉煤灰、碎石拌制的“三渣”也是目前道路工程中經(jīng)常使用的材料之一?！?-2石灰 4）生產(chǎn)硅酸鹽制品用生石灰粉生產(chǎn)石灰板。將生石灰粉與纖維材料（如玻璃纖維）或輕質(zhì)骨料（如爐渣）加水?dāng)嚢琛⒊尚?，然后用二氧化碳進(jìn)行人工碳化，可制成輕質(zhì)的碳化石灰板材，多制成碳化石灰空心板，它的導(dǎo)熱系數(shù)較小，保溫絕熱性能較好，可鋸，可釘，宜用作非承重內(nèi)隔墻板、天花板等。將生石灰粉或消石灰粉與含硅材料，如天然砂、?；郀t礦渣、爐渣、粉煤灰等，加水拌合、陳伏、成型后，經(jīng)蒸壓或蒸養(yǎng)等工藝處理，可制得其他硅酸鹽制品，如灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊等?！?-2石灰 §2-3菱苦土菱苦土是一種白色或淺黃色的粉末，密度為3.10~3.4g/cm3，堆積密度為800~900kg/m3。主要成分是氧化鎂(MgO)，屬鎂質(zhì)氣硬性膠凝材料。菱苦土主要來源于天然菱鎂礦(MgCO3），也可利用蛇紋石（3MgO·2SiO2·2H2O)、冶煉鎂合金的熔渣(MgO含量不低于25％）或從海水中提取。菱鎂礦中的MgCO3一般在400℃~750℃時(shí)開始分解，600℃~650℃時(shí)，反應(yīng)迅速進(jìn)行。菱苦土在加水拌合時(shí)Mg0發(fā)生水化反應(yīng)，生成Mg(OH)2，并放出大量的熱：MgO＋H2O→Mg（OH）2用水調(diào)和的漿體，凝結(jié)硬化很慢，硬化后的強(qiáng)度也很低。所以經(jīng)常使用調(diào)和劑，以加速其硬化過程的進(jìn)行，最常用的調(diào)和劑是氯化鎂溶液，也可以使用硫酸鎂(MgSO4·7H2O),氯化鐵（FeCl3）或硫酸亞鐵（FeSO4·H2O）等鹽類的溶液。用氯化鎂溶液調(diào)和時(shí)，反應(yīng)式如下：mMgO＋nMgCl2·6H2O→mMgO·nMgCl2·qH2OMgO＋H20→Mg（OH）2反應(yīng)生成的氧氯化鎂（mMgO·nMgCl2·qH2O)和Mg(OH)2從溶液中逐漸析出，并凝聚結(jié)晶，使?jié){體凝結(jié)硬化。加入調(diào)和劑后，不僅凝結(jié)硬化速度加快，而且強(qiáng)度也得到明顯提高。若提高反應(yīng)溫度，也可促進(jìn)硬化的進(jìn)行。性質(zhì)特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度大、吸濕性強(qiáng)、堿性低、耐水性較差應(yīng)用：制作地板、木屑板、絕熱材料等 §2-4水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，是一種堿金屬硅酸鹽。有二類，又分為硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃等，以硅酸鈉水玻璃最為常用。水玻璃的原料及生產(chǎn)以純堿和石英砂（或石英粉）為原料，將其磨細(xì)拌勻后，在1300℃~1400℃的熔爐中熔融，經(jīng)冷卻后生成塊狀或粒狀的固體水玻璃，其反應(yīng)式如下：Na2CO3＋nSiO2→Na2O·nSiO2＋CO2↑固態(tài)水玻璃在0.3～0.4MPa壓力的蒸汽鍋內(nèi)，溶于水成粘稠狀的水玻璃溶液，即可得到液體水玻璃，其溶液具有堿性溶液的性質(zhì)。純凈的水玻璃液應(yīng)為無色透明液體，因含雜質(zhì)而常呈青灰或黃綠等顏色。組成：Na2O·nSiO2SiO2/Na2O=n硅酸鹽模數(shù)（1.5～3.5）硬化：水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成碳酸鈉和無定形硅酸。反應(yīng)式如下：Na2O·nSiO2＋CO2＋mH2O→Na2CO3＋nSiO2·mH2O性能特點(diǎn)：與水任意調(diào)和、粘接性好、耐酸性好、耐熱性好應(yīng)用：涂刷材料、沙土固化、堵漏材料、配制耐酸、耐熱混凝土等。