第3章__无机气硬性胶凝材料

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1、第三章 气硬性胶凝材料,胶凝材料是指能够通过自身的物理化学作用，或与其他物质（如水等）混合后经过一系列物理、化学作用后，在由浆体变成坚硬固体的过程中，能把散粒材料（如砂、石等）或块状、片状材料胶黏成整体的材料。,按照化学成分的不同，胶凝材料可分为： 有机胶凝材料：如沥青、树脂、橡胶等。 无机胶凝材料： 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和发展其强度，如建筑石膏、石灰、水玻璃、镁质胶凝材料等； 特点：在水中不凝结，也基本没有强度。即使在潮 湿环境中强度也很低，通常不宜使用。 水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和发展其强度，如各种水泥。,3.1

2、石灰,石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。 生产石灰的原料为石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的天然原料。,3.1.1 石灰的生产及分类 1.石灰的生成,正火石灰：正常温度和煅烧时间所煅烧的石灰具有多孔结构，内部孔隙率大，表观密度较小，晶粒细小，与水反应迅速，这种石灰称为正火石灰。 欠火石灰：若煅烧温度低或时间短时，石灰石的表层部分可能为正火石灰，而内部会有未分解的石灰石核心；其石灰石核不能水化。 过火石灰：若煅烧温度过高或高温持续时间过长，则会因高温烧结收缩而使石灰内部孔隙率减少，体积收缩，晶粒变得粗大，这种石灰称为过火石灰；其结构较致密，与水反应时速度很慢，往往需要很长

3、时间才能产生明显的水化效果。,煅烧温度过低 或时间不足、 原料尺寸过大,煅烧温度过高 或时间过长,特点：石灰表面出现裂纹或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色灰黑 熟化慢；硬化后体积膨胀，引起鼓包和开裂,特点：外部为正常煅烧的石灰，残留有未烧透的内核 石灰利用率低，粘结能力差,“欠火石灰”、“过火石灰”,2.石灰的种类 （1）按石灰的加工方法分类 生石灰粉：由块状生石灰磨细生成。 CaO 消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2。 石灰膏：将块状石灰用过量水（约为生石灰体积的34倍）消化所得的膏状物即为石灰膏，其主要成分为Ca(OH)2和水。石灰膏中的水分约占50

4、%，容重为13001400kg/m3。lkg生石灰可熟化成1.5kg3kg石灰膏。,生石灰粉,消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。,石灰膏,块状生石灰,陈伏,用于拌制石灰土、三合土,用于拌制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆,生石灰粉,消石灰粉,石灰膏,（2）按石灰中氧化镁含量的多少 石灰石中常含有一定量的碳酸镁（MgC03）： Mg0：结构致密和水化速度很慢。 按氧化镁含量的多少，建筑石灰可分为钙质和镁质两类。 当石灰中MgO含量小于或等于5时，称钙质石灰； 当MgO含量大于5时，称为镁质石灰。,3.1.2 石灰的熟化与硬化 1.石灰的熟化 MgOH2O Mg(OH)2 CaOH2O C

5、a(OH)264.9 kJ 熟化（消化）：工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟(消)石灰氢氧化钙的过程。 特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热 熟化时体积增大1.52.5倍。,石灰的“陈伏”,真题,为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为石灰的“陈伏”。 “陈伏”期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防止发生碳化反应。 思考：磨细生石灰不经陈伏可直接使用，为什么？ 这是因为粉磨过程使过火石灰表面积大大增加,与水熟化反应速度加快,几乎可以同步熟化,而且又均匀分散在生石灰粉中,不至引起过火石灰的种种危害。,2.石灰的硬化 (

6、1)干燥结晶硬化过程 水分蒸发引起Ca（OH）2溶液过饱和而结晶析出。 (2)碳化过程 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，并释出水份，称为碳化。 Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O 当材料表面形成碳酸钙达到一定厚度时，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分向外蒸发，这是石灰凝结硬化慢的原因。,硬化的技术性质,结晶自里向表，碳化自表向里 速度慢（通常需要几周的时间） 体积收缩大（容易产生收缩裂缝）,3. 硬化的特点,由此可见，石灰是一种硬化慢、强度低的气硬性胶凝材料。,3.1.3 石灰的技术特征 1.石灰的性质 保水性好。表面形成一层较厚水膜，保持水分

7、不溢出。 可塑性好。生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1m）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆突出的优点是具有良好的可塑性。 。,一种常见的改善水泥砂浆可塑性的方法,3.1.3 石灰的技术特征 1.石灰的性质 硬化较慢、强度低。 从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。 石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1：3）28天强度仅为0.20.5MPa

8、。,为充分消化石灰，获得较好的塑性，拌制石灰的用水量较大，石灰凝结硬化时多余水分蒸发，会留下大量孔隙，因而其密实性很差。,3.1.3 石灰的技术特征 1.石灰的性质 硬化时体积收缩大。石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩、开裂，所以除调成石灰乳作为薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗裂能力和节约石灰. 耐水性差。石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，已凝结硬化的石灰在水中会溃散。石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。 石灰吸湿性强。块状生石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，失去

9、胶结能力。,3.1.3 石灰的技术特征 1.石灰的性质 石灰吸湿性强。 生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不易久存。另外，生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，因此储存和运输生石灰是，要注意安全，将生石灰与易燃物分开保管，以免引起火灾。 块状石灰放置太久，会吸收空气中水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以石灰不能用于潮湿环境。,3.1.4 石灰的技术标准 建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。 我国建材行业标准： JC/T479-2013

10、 建筑生石灰 JC/T480-1992建筑生石灰粉 JC/T481-1992 建筑消石灰粉 交通部门行业标准JTJ 0342000公路路面基层施工技术规范仍按国家标准GB 159479将生石灰和消石灰分为三个等级，其技术要求均低于对应的建材行业标准。,1. (1)生石灰 按现行建材行业标准JC/T 479-92建筑生石灰的规定，钙质生石灰、镁质生石灰各分为优等品、一等品、和合格品三个等级，技术指标见表：,(2)建筑生石灰粉 按现行行业标准JC/T 480-92建筑生石灰粉的规定，生石灰粉的技术指标如表：,(3)建筑消石灰粉 建筑消石灰粉按氧化镁含量分为钙质消石灰粉、镁质消石灰粉、白云石消石灰粉

11、等，每种又有优等品、一等品和合格品三个等级。 建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限,建筑消石灰粉的技术指标,3.1.5 石灰的应用,1.制作石灰乳涂料 石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成。可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。掺入107胶或少量水泥粒化高炉矿渣(或粉煤灰)，可提高粉刷层的防水性；掺入各种色彩的耐碱材料，可获得更好的装饰效果。调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象 2.配制砂浆 石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。,消石灰粉或熟化好的石灰膏 水 石灰乳（廉价

12、涂料）,石灰乳涂料,混合砂浆,消石灰粉与粘土的拌合物，称为灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等）即成三合土。 灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与Ca(OH)2发生反应，生成水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。 三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。,3.拌制石灰土和石灰三合土（稳定类材料）,4.生产硅酸盐制品 磨细生石灰(或消石灰粉)和砂(或粉煤灰、粒化高炉矿渣、炉渣)等硅质材料加水拌和，经过成型、蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌

13、块、硅酸盐砌块等。,中国矿业网：绿色墙体材料灰砂砖 灰砂砖是目前我国积极推广的一种新型墙体材料。轻质、高强、无毒、无辐射、保温隔热性能好、使用能耗低、防水性能好、施工方便、经济合理。广泛应用于住宅、民用、厂房等工业民用建筑。,生产工艺,灰砂空心墙体砖,蒸压灰砂墙体砖,灰 砂 墙 体 砖,轻质保温灰 砂 砖,灰砂砖工艺流程图,回顾,5.石灰作静态爆破剂,首先用钻孔工具在准备 破坏的物体上钻眼，然 后往孔中充填用水搅拌 后呈泥浆状的破坏材料， 或者将该泥浆填入乙烯 管中或其它容器后插入 孔中，24小时以后孔的 周围将会产生龟裂,静态爆破,2.石灰的贮存,应注意防潮和防碳化 生石灰应贮存在干燥的环境

14、中，要注意防雨防潮，并不宜久存。最好运到工地（或熟化工厂）后立即熟化成石灰浆，将储存期变为陈伏期。 消石灰贮存时应包装密封，以隔绝空气，防止碳化；对石灰膏，应在其上层始终保留2cm以上的水层，以防止其碳化而失效。 注意安全 由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。 在石灰装卸过程中也要注意安全。,石灰砂浆的裂纹,请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。,石灰砂浆A 石灰砂浆B,A 体积膨胀造成 B 收缩裂纹,石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致

15、在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。 石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。,第二节 石 膏 Plaster,石膏的组成与结构 Composition and Structure of Plaster 石膏的生产 Plaster Production 建筑石膏的凝结与硬化 Setting and Hardening of Plastter 建筑石膏的性质 Properties of Plaster and its Articles 建筑石膏的应用 Utilization of Pl

16、aster and its Articles,石膏应用的历史,9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹； 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材料灰浆； 372-287 BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做神庙得窗户； 古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊得雕塑。 十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆（plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石膏的首都（capital of plaster）之称。,一、石膏的组成与结构,石膏的矿物组成： CaSO4xH2O,X为结晶水H2O,x0，硬石膏 (无水石膏),x0.5 ，熟石膏(半水石膏),x2，生石膏 (二水石膏),石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成： CaSO4 0.5H2O或CaSO4 。,石膏是晶体结构,二水石膏晶体形貌,半水石膏晶体形貌,二、石膏的生产,原料： 天然二水石膏； 天然无水石