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1、第二章 气硬性无机胶凝材料 (The Air-hardening Inorganic Binding Materials),第一节 石膏,第二节 石灰,第三节 菱苦土,第四节 水玻璃,思考题,胶凝材料的发展历史,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（1）粘土时期：距今六千多年的半坡原始公社遗址，其围墙就是用粘土建造的；古科威特城全用粘土建成，完好保持至今。而古希腊的建筑是用石块而不用任何胶结料堆砌而成。,（2）石膏时期：古埃及人于公元前3600年建造金字塔时，将雪花石膏煅烧成熟石膏，再用水、河砂制成石膏砂浆，用花岗岩砌筑成146米高的正方锥体
2、。,第二章 气硬性无机胶凝材料,（3）石灰时期：由于石灰煅烧温度比石膏高很多，而燃料短缺，因此石灰的使用比石膏迟一些。希腊在上古时代就已使用石灰；古罗马人从古希腊学来使用石灰，砌墙的一些罗马砂浆保持至今。我国古人于公元前220年修建长城时，用石灰、砂、粘土配成三合土，洒水夯实筑成城墙。,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（4）石灰火山灰时期：古希腊人用圣多伦岛的火山凝灰岩（即圣多伦土）磨细后与石灰、砂混合，所得砂浆强度高、抗水性好。古罗马人用火山凝灰岩（质量最好的产于普佐里，因而被称为普佐兰那(puzzolana,火山灰质材料)）加石灰制成
3、砂浆，建造了万神殿（墙厚20英尺，圆顶跨度142英尺）、水渠（总长359英里）、克罗逊斗兽场、庞贝城等著名建筑。在中世纪（十二十四世纪），随着陶瓷生产的发展，人们开始将废陶瓷、碎砖瓦磨细后与石灰混合使用，并将这种人工火山灰质材料称为水泥。石灰与火山灰质材料混合使用的做法延续至今，即硅酸盐混凝土。,第二章 气硬性无机胶凝材料,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（5）水硬性石灰时期：1756年，英国工程师约翰斯米顿（John Smeaton）奉命在海上重建一个灯塔（Eddystone Lighthouse），他研究了石灰火山灰质材料的性质，发现
4、：凡是质量好的石灰，石灰石中均含有相当数量的粘土。这是第一次揭示了水硬性石灰(hydraulic lime)的性质。1796年，约瑟夫派克（Joseph Perker）用龟甲石（一种粘土质石灰石）烧成了罗马水泥(Roman cement)。,第二章 气硬性无机胶凝材料,胶凝材料的发展历史(the history of binding materials),（6）波特兰水泥时期：1818年，法国人维卡（L.J.Vicat）在研究水硬性石灰中发现，用白垩与粘土加水湿磨后煅烧，能制成一种人工水硬性石灰。这可视作现代波特兰水泥(Portland cement)制造的雏形。1824年10月21日，英国建
5、筑工人约瑟夫阿斯普丁（Joseph Aspdin）获得了生产波特兰水泥的专利。当时的波特兰水泥标号不足5MPa，而目前在50 MPa左右。目前水泥有100多种。波特兰水泥的发明，开创了胶凝材料的新纪元，从此，天然石材在建筑上的黄金时代就一去不复返了。,第二章 气硬性无机胶凝材料,第一节 石膏(gypsum),石膏是以硫酸钙(calcium sulphate)为主要成分的气硬性胶凝材料。石膏具有许多优越的建筑性能，因此是一种有着悠久发展历史和广泛应用的传统建筑材料，而且在发展新型建筑材料方面也发挥出积极作用。石膏与石灰、水泥并称三大胶凝材料。石膏是一种低能耗胶凝材料（建筑石膏的煅烧温度16020
6、0，石灰10001200，水泥1450。），其生产能耗比水泥低78%、比石灰低65%。,第二章 气硬性无机胶凝材料,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,一、石膏的种类(The kinds of gypsum),石膏胶凝材料的种类有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏。建筑工程中最常用的是建筑石膏。,按硬化特点，石膏分为快硬石膏胶凝材料（建筑石膏、高强石膏）和慢硬石膏胶凝材料（无水石膏、高温煅烧石膏）。,能提高石膏溶解度的物质是速凝剂(accelerator)（NaCl、Na2SO4、K2SO4等），能降低石膏溶解度的物质是缓凝剂(retarder)（硼砂、纸浆
7、废液、甲基硅酸钠等）。,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,二、石膏的生产(The production of gypsum),生产石膏胶凝材料的原料(raw material)是：天然二水石膏、天然无水石膏、化工石膏（如磷石膏、氟石膏、脱硫石膏等）。,生产工艺(technology)：原料 煅烧 脱水 磨细 石膏胶凝材料,根据加热温度和脱水条件的不同，可得到石膏的不同变体：天然二水石膏加热后形成半水石膏；继续加热形成脱水半水石膏；继续加热形成可溶性硬石膏；继续加热形成不溶性硬石膏；继续加热形成高温煅烧石膏；加热到1495以上，石膏分解成CaO、SO2、O2。,第二章 气
8、硬性无机胶凝材料,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,三、建筑石膏的硬化机理 (The hardening mechanism of plaster of Paris),建筑石膏与适量水混合，成为具有一定流动性和可塑性的石膏浆。此时，半水石膏与水反应，生成二水石膏并放出热量（放热量为石灰的五分之一）。二水石膏从过饱和溶液中不断以胶体微粒析出，半水石膏不断水化，浆体中水分逐渐减少，使浆体失去可塑性，产生凝结(setting)；随着水分进一步减少，石膏胶体凝聚并逐渐转变成晶体，晶体长大并相互搭接、交错、连生，使浆体产生强度并不断增长，称为硬化(hardening)。,第一节
9、石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,四、建筑石膏的技术性质(The technical properties of plaster),（1）凝结硬化快：加水后30分钟内完全凝结，一星期左右能完全硬化（室内自然干燥条件下）。可加入外加剂调节凝结硬化速度。,（2）成型性好：石膏浆体在凝结硬化初期会产生体积微膨胀（0.05%0.15%），且干燥时不开裂，因此可不掺加填料而单独使用。石膏硬化后，表面致密光滑，制品尺寸准确、轮廓清晰，适于制作复杂图案花型的装饰制品。石膏制品尺寸稳定，加工性能好，可锯、可钉、可刨、易于修补。,（3）轻质：石膏硬化体的孔隙率50%60%（均为微细的毛细孔，开孔
10、结构），表观密度400900kg/m3，导热系数小（0.1210.205W/(mK)，是砖的三分之一），保温隔热性和吸声性好，强度较低。,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,（4）防火性能良好：石膏本身为不燃材料，且传热慢，其水化产物含21%重量的结晶水，当遇火灾温度超过100时，结晶水开始脱水分解，吸收热量蒸发，在面向火源的表面产生一层水蒸汽幕，能延缓温升和火势蔓延，耐火时间达23小时。但石膏制品的使用温度最好不超过60，以免水分蒸发造成强度降低。,（5）具有一定的调温调湿性：石膏导热系数小、热容量大，可形成舒适的表面温度。由于其孔隙率大及开孔结构，所以有较高的透水蒸汽
11、的性能，可调节室内湿度。这一性能也称为“呼吸功能” ，与木材相似。,四、建筑石膏的技术性质(The technical properties of plaster),第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,（6）耐水性及抗冻性差：软化系数0.20.3。石膏硬化体的孔隙率大，吸水性强，二水石膏微溶于水，在潮湿环境下，晶体粒子间结合力减弱，强度显著下降。在石膏中掺入适量的水硬性材料（如水泥）、活性掺合料（如矿渣、石灰、粉煤灰、硅藻土）或聚合物可改善其耐水性。例：石膏4060%+矿渣2540%+水硬性掺合料1520%+石灰12%=石膏水泥火山灰质胶结料，具有水硬性，28天强度比纯石
12、膏高23倍。,（7）塑性变形大：尤其在弯曲荷载下徐变严重。一般不用于承重构件。,四、建筑石膏的技术性质(The technical properties of plaster),第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,建筑石膏的性能应符合建筑石膏（GB9776-88）的规定。建筑石膏按产品名称、抗折强度、标准号的顺序进行产品标记，如：建筑石膏 2.5 GB9776。,建筑石膏在储运过程中不得受潮、混入杂物，不同等级石膏应分别储运。储存期为三个月。,四、建筑石膏的技术性质(The technical properties of plaster),第一节 石膏(gypsum),第
13、二章 气硬性无机胶凝材料,五、建筑石膏的应用(The applications of plaster),（1）室内抹灰、粉刷。,（2）装饰制品，如：线条、浮雕板、雕塑等。,（3）多孔石膏制品，如：泡沫石膏、加气石膏等，用于保温隔热、隔声、降低建筑物自重。,（4）复合石膏制品，如：掺加轻质多孔填料（膨胀珍珠岩、锯末）或外加剂以减轻自重、降低导热性；掺加纤维（玻璃纤维、纸筋、麻丝、甘蔗渣）或表面贴纸以提高抗折强度、降低脆性；掺加活性混合材（水泥、矿渣、粉煤灰、石灰、有机物）以改善耐水性、强度。制品品种有：板（实心板、蜂窝板、抽孔板、穿孔板）、砌块等。复合石膏制品在发展新型建筑功能材料方面将发挥积极
14、作用。,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,六、其他石膏简介(An introduction of other gypsums),1、高强石膏,高强石膏是将二水石膏在0.13MP压力、125饱和蒸汽下蒸炼制得，主要成分是型半水石膏（-CaSO40.5H2O）。其需水量比建筑石膏少，因此强度高。因生产需蒸压设备，其价格也高于建筑石膏。,高强石膏主要用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品、模型和石膏板。还可掺入有机材料（聚乙烯醇、聚醋酸乙烯）配成粘结剂，其特点是粘结性强、无收缩。,高强石膏根据其净浆强度值划分标号。,第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,2、
15、无水石膏水泥,无水石膏水泥是将天然硬石膏或二水石膏煅烧过程中生成的不溶性硬石膏，加入适量激发剂共同磨细所制得，又称硬石膏水泥。按强度分为50、100、150、200、250、300六个标号。,适用激发剂(stimulator)有：硫酸盐（硫酸钠、硫酸氢钠）、石灰、煅烧白云石、粒化高炉矿渣等。激发剂使不溶性硬石膏遇水后表面生成不稳定的复杂水化物，这些水化物随后分解成二水石膏和含水盐类，二水石膏再不断结晶析出使浆体凝结硬化。,无水石膏水泥与建筑石膏相比，凝结速度较慢，需水量较少，硬化后孔隙率较小。,无水石膏水泥主要用于制作石膏板及其他制品、抹面灰浆等。,六、其他石膏简介(An introducti
16、on of other gypsums),第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,3、高温煅烧石膏,高温煅烧石膏是将天然二水石膏或天然无水石膏在8001000煅烧后磨细而得。其主要成分是CaSO4及少量CaO。,高温煅烧石膏凝结硬化速度慢、需水量最小，强度、耐磨性、抗水性较好，宜用作地板，故也称地板石膏。,六、其他石膏简介(An introduction of other gypsums),第一节 石膏(gypsum),第二章 气硬性无机胶凝材料,4、工业附产石膏的资源化利用,按产出行业和品种，我国目前产生的工业附产石膏(by-product gypsum)分为9种：脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、氟石膏、钛石膏、添加剂石膏。,据2003年的资料统计，我国每年排出的工业废渣石膏约1380万吨，相当于全国天然石膏开采量的35%，其中磷石膏1000万吨，脱硫石膏200万吨，柠檬酸石膏80万吨，其他化学石膏100万吨。为了减少酸雨的危害，国家规定电厂要设置脱硫装置，预计到2010年我国脱硫石膏产量将达1500万吨
