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1、第03章 无机气硬性胶凝材料第 2页3.1 胶凝材料的概念和分类n胶凝材料是指能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚 硬的固体，并能把散粒材料或块状材料胶结为一个整体的材 料。n按照化学成分的不同，胶凝材料可分为：n有机胶凝材料：如沥青、树脂、橡胶等。n无机胶凝材料：n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、 菱苦土等；n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。第 3页3.1石灰 n石灰一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。n3.1.1 石灰的生产及分类 n石灰的来源之一是某
2、些工业副产品。如：CaC22H2OC2H2Ca（OH）2n生产石灰的原料为石灰石、白云质石灰石或其他含碳酸钙为 主的天然原料。第 4页n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。n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。n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，往往需要很长时间才能产生明显的水化效
3、果。第 5页n石灰石中常含有一定量的碳酸镁（MgC03）： nMg0：结构致密和水化速度很慢。 n按氧化镁含量的多少，建筑石灰可分为钙质和镁质两类。n当石灰中MgO含量小于或等于5时，称钙质石灰；n当MgO含量大于5时，称为镁质石灰。n石灰的化学分析nCaO MgO第 6页石灰的种类n生石灰粉：由块状生石灰磨细生成。 CaOn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。n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%，容重为13001400kg/m3。lkg生石 灰可
4、熟化成1.5kg3kg石灰膏。 第 7页生石灰粉第 8页消石灰粉第 9页石灰膏第 10页3、4石灰的消化与硬化 n1.石灰的消化 （熟化）CaOH2O Ca(OH)264.9 kJ n熟化时体积增大12.5倍。 n为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。 陈伏是指石灰乳（或石灰膏）在储灰坑中放置14d以上的过程 。n陈伏期间，石灰膏表面应保有一层水分，使其与空气隔绝。第 11页2.石灰的硬化 n(1)干燥结晶硬化过程 n水分蒸发引起Ca（OH）2溶液过饱和而结晶析出。 n(2)碳化过程 n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
5、+nH2O=CaCO3+(n+1)H2On碳化作用只有在孔壁充水，而孔中无水时，碳化作用才能 进行较快。n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。第 12页4 石灰的性质与技术要求 n1.石灰的性质 n保水性好。表面形成一层较厚水膜，保持水分不溢出。n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。 n硬化较慢、强度低。硬化后的强度也不高，1:3的石灰砂浆28 天抗压强度通常只有0.20.5MPa。n硬化时体积收缩大。工程上常在其中掺入砂、各种纤
6、维材料 等减少收缩。n耐水性差。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。n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，失去胶结能力。第 13页2.石灰的技术标准 n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。n我国建材行业标准：nJC/T479-92 建筑生石灰nJC/T480-92建筑生石灰粉nJC/T481-92 建筑消石灰粉n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
7、于对应的建材行业标准。第 14页(1)生石灰 n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：项 目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量/%，不 小于908580858075未消化残渣含量(5mm圆 孔筛筛余量)/%,不大于5101551015CO2/，不大于5796810产浆量/(L/kg),不小于2.82.32.02.82.32.0第 15页(2)生石灰粉 n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： 项 目钙质生石灰粉
8、镁质生石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%，不小于858075807570CO2，不大于791181012细 度0.90mm筛的筛余， 不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余， 不大于7.012.018.07.012.018.0第 16页(3)建筑消石灰粉 n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 品种名称钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉氧化镁含量/44MgO2424MgO30第 17页建筑消石灰粉的技术指标 项 目钙
9、质生石灰粉镁质生石灰粉白云石消石灰粉优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品(CaO+MgO)含量/，706560656055656055游离水/0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42体积安定性合格合格-合格合格-合格合格-细度0.9mm筛余 ，000.5000.5000.50.125mm筛 余/，310153101531015第 18页5 石灰的应用 品种名称适 用 范 围生石灰配制石灰膏；磨细成生石灰粉石灰膏用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆 稀释成石灰乳(石灰水)涂料，用于内墙和平顶刷白生石灰粉 (磨细生石灰粉)
10、用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆 配制无熟料水泥(石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰 火山灰水泥等) 制作硅酸盐制品(如灰砂砖等) 制作碳化制品(如碳化石灰空心板) 用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸盐制品 用于石灰土(石灰+粘土)和三合土第 19页n1.制作石灰乳涂料n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。 n2.配制砂浆 n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 。
11、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。 第 20页石灰乳涂料第 21页混合砂浆第 22页3.拌制石灰土和石灰三合土（稳定类材料 ）n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 。n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。n三合土和灰土主要用于建筑 物基础、路面和地面的垫层 。 第 23页n4.生产硅酸盐制品 n磨细生石灰(或消石灰粉)和砂(或粉煤灰、粒化高
12、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、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。第 24页灰砂砖第 25页4.石灰作静态爆破剂n首先用钻孔工具在准备n破坏的物体上钻眼，然n后往孔中充填用水搅拌n后呈泥浆状的破坏材料，n或者将该泥浆填入乙烯n管中或其它容器后插入n孔中，24小时以后孔的n周围将会产生龟裂第 26页静态爆破第 27页第 28页5.石灰加固软弱地基n石灰桩第 29页石灰的贮存 n应注意防潮和防碳化n生石灰应贮存在干燥的环境中，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
13、陈伏期。n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。n注意安全n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。n在石灰装卸过程中也要注意安全。 第 30页石灰砂浆的裂纹 n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第 31页nA 体积膨胀造成nB 收缩裂纹第 32页3.2 石膏 n石膏是以CaSO4为主要成分的气硬性胶凝材料。n石膏的分类 n1.天然石膏。可分为天然二水石膏和天然硬石膏。n天然二水石膏 (CaS042H20
14、)，属于以硫酸钙为主所形成的 沉积岩，一般沉积在距地表8001500m的深处。密度约为 2.22.4g/cm3，难溶于水。n天然硬石膏又称无水石膏，它是由无水硫酸钙(CaSO4)所 组成的沉积岩石，其密度约为2.93.1g/cm3。硬石膏矿层 一般位于二水石膏层以下的深处，其晶体结构比较稳定， 化学活性较差。n2.化学石膏。是指化工生产过程中所生成的以CaSO42H2O或 CaSO40.5H2O为主要成分的副产品。第 33页天然二水石膏第 34页天然硬石膏第 35页化学石膏第 36页3.2.1石膏的生产 n1.建筑石膏n建筑石膏（半水石膏）是将二水石膏加热脱水制成的产品， 由于其脱水工艺不同，
15、所形成的半水石膏类型也不同。其中 在蒸压环境中加热（蒸炼）可得型半水石膏，在回转窑或炒 锅中进行直接加热（煅烧）可得型半水石膏。n普通建筑石膏：型半水石膏再经磨细所制得的白色粉未，其 密度为2.602.75g/cm3，松堆积密度为8001000kg/m3，是 土木工程中应用最多的石膏材料。第 37页第 38页型半水石膏第 39页2.高强石膏n高强石膏是将天然二水石膏蒸压脱水而得的。型半水石膏经 磨细制得的白色粉末，其密度为2.6 2.8g/cm3，松堆积密度 为1000 1200kg/m3。n由于高强石膏具有较高的强度和粘结能力，多用于要求较高 的抹灰工程、装饰制品和制作石膏板；当加入防水剂后
16、它还 可制成高强防水石膏，加入少量有机胶结材料可使其成为无 收缩的胶粘剂。第 40页高强石膏第 41页高强石膏第 42页3.硬石膏n半水石膏在200左右时转变而成脱水半水石膏，其结构不稳 定，在潮湿条件下易转变成相应的半水石膏。当温度继续升 高时可转变成可溶性硬石膏（CaSO4-），但其性质变化却 不大，也能很快地从空气中吸收水分而水化，且强度较低。 n可溶性硬石膏在4001180范围煅烧转变成不溶性硬石膏 (CaSO4)，其结构体变得紧密和稳定，密度大于2. 99g/cm3 ，难溶于水，凝结很慢。只有加入某些激发剂（如碱性粒化 高炉矿渣、石灰等）后，才能使其具有一定的水化和硬化能 力；不溶性硬石膏经磨细后可制成无水石膏水泥（硬石膏水 泥），它主要用于制作石膏灰浆、石膏板和其他石膏制品。 第 43页硬石膏第 44页4.高温煅烧石膏 n煅烧温度大于1180时，Ca
