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1、,第三章 石膏的物理化学,石膏建材生产与质量控制技能培训,2,主要内容,石膏的分类 石膏及石膏制品的特性 石膏品位及矿物成分计算方法 石膏结晶水的测定方法 熟石膏相分析 石膏脱水相水化硬化机理,石膏建材生产与质量控制技能培训,第一节 石膏的分类,按照来源不同可分为：,硬石膏 CaSO4,二水石膏 CaSO42H2O,石膏建材生产与质量控制技能培训,我国天然石膏矿组成,我国天然石膏资源丰富，储量超过600亿吨。但是石膏资源分布不均匀，主要集中在山东、内蒙古、青海、湖南、湖北、宁夏、安徽、江苏和四川等9省。而且在我国的石膏资源中高等级石膏含量并不多，仅占8%左右，其中纤维石膏约为总量的1.8%。因
2、此，在我国的大部分地区获得优质天然石膏非常不容易。工业副产石膏如果不能很好的利用，就会变成地面固体废弃物污染，增加生态环境的压力。反之，用工业副产石膏替代天然石膏使用，不仅有益于环境而且能保护日益枯竭的石膏矿资源，这对于石膏矿储量少或者石膏矿品位低的地区尤为重要。,石膏建材生产与质量控制技能培训,按照工业产品可分为： 建筑石膏: -CaSO4H2O，不小于60% 高强石膏: -CaSO4H2O 浇注石膏: CaSO4 粉刷石膏: -CaSO4H2O和CaSO4 改性石膏: -CaSO4H2O,石膏建材生产与质量控制技能培训,按照矿物成分可分为:,二水石膏: Dihydrate (DH) 半水石
3、膏: Hemihydrate (HH) 无水石膏: Anhydrite (A)可溶性无水石膏, A不溶性无水石膏, A和A,石膏建材生产与质量控制技能培训,第二节 石膏及石膏制品的特性,二水石膏的热稳定性 石膏的多相转变特性石膏制品的防火功能石膏制品的干燥特点石膏制品的呼吸性能,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏产品与其它建筑材料相比：,石膏建材生产与质量控制技能培训,所谓二水石膏的热稳定性，就是讨论二水石膏开始脱水的最低温度，它涉及到实验室中对少量试样的烘干和生产过程制品的干燥温度。 在实验室中烘干二水石膏试样可以在60下进行。 生产中干燥石膏制品时，制品的温度不能超过70。 二水石膏的脱
4、水温度应该是使二水石膏脱水放出的水蒸汽分压达到1大气压时的温度。 二水石膏的真正脱水温度是使二水石膏转变成 -半水石膏的温度，只有一个。二水石膏转变成 -半水石膏的各种温度是实验温度或工艺温度，而且有许多个。,二水石膏的热稳定性,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏的多相转变特性,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏制品的防火功能,一吨石膏制品能够析放出150kg的水分，反应进行不仅吸收大量的分解热，而且在石膏板面与火焰之间形成一道保护气膜，防止板面温度升高。这个方程完成之前，石膏板背面的温度始终低于150160。,每吨石膏制品只能析放出50kg水分，但只要二级反应还进行着，石膏板背面的温度始
5、终低于200，这就有效保护了钢结构梁柱不会被软化而坚挺着。,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏制品的干燥特点,石膏试件的软化系数与含水率,软化系数是指材料饱和含水率（或饱和吸水率）下的强度与绝干强度之比值，每种材料只有一个数值。不饱和软化系数是指某种材料在不同含水率（或吸水率）下的强度和绝干强度之比值.,干燥曲线看出，含水率从30%降到5%，它的强度几乎不变。不饱和软化系数都是0.4左右。只有当含水率降到5%以下，它的强度才会明显提高，含水率从3%降至0%，强度会直线上升。因此，石膏制品的出厂含水率必须在3%以下，最好在1%以下，才能保证有足够的强度。,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏制
6、品的呼吸性能,石膏制品中存在着大量的微孔，因而具有独特的“呼吸”性能，即在温度高、湿度小时，逐渐释放出微孔中的水分；当温度低、湿度大时，能吸收空气中的水分。这种作用可在一定范围内调节室内湿度，使居住环境更舒适。,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏制品的呼吸曲线,石膏建材生产与质量控制技能培训,第三节 石膏品位及矿物成份的计算方法,石膏制品工业中CaSO42H2O的百分含量叫作品位。其它矿物都是杂质，杂质的存在会影响生产工艺，最终影响产品性能。例如高品位的矿石、破碎容易磨细难。低品位的矿石则破碎难磨细容易。品位不同，煅烧制度也不同，所以工厂里要经常测定原料石膏的品位及其它矿物成份。,品位及矿物
7、成份是根据化学分析结果来计算的，一个石膏样品的全分析包括下列内容：H2O、SO3、CaO、MgO、 R2O3、酸不溶物、CO2、K2O、Na2O等。,石膏建材生产与质量控制技能培训,石膏建材生产与质量控制技能培训,1、品位的计算方法,根据品位将原料石膏分成五个等级。,原料石膏级别与品位,石膏建材生产与质量控制技能培训,无杂质时,石膏建材生产与质量控制技能培训,假定原料中有杂质，杂质的化学成份中不含有H2O、SO3和CaO。则4.78 H2O2.15 SO33.07 CaO100，因此在这种情况下，也可按H2O、SO3和CaO中的任一成份计算二水硫酸钙含量。实际情况是原料中的许多杂质，其化学成份
8、中往往含有H2O、SO3和CaO。例如含粘土矿物、有机物、自燃硫高的石膏矿石，测得的结晶水含量偏大；含CaSO4（）杂质的矿石，则测出的三氧化硫和氧化钙含量偏高；含有CaCO3的矿石，则测出的CaO含量偏大。所以4.78 H2O2.15 SO33.07 CaO真实值。由此可见无论是天然石膏或化学石膏不管用哪一个化学成份计算的品位都是偏大，但最小值最接近真实值，应该是三者中最准确的一个，以最小值作为品位的方法叫作水、硫、钙最小值品位计算法。,石膏建材生产与质量控制技能培训,2、其它矿物成份的计算方法,1）CaSO4的计算：化学分析测出的SO3是总量，包括CaSO4和CaSO42H2O中的SO3含
9、量，将总量减去CaSO42H2O中的SO3含量，即为CaSO4中的SO3含量：CaSO4（%） （SO3 4.78H2O）,将上式右边简化即得： CaSO4（%）1.70 SO33.78H2O,石膏建材生产与质量控制技能培训,2）CaCO3的计算：化学分析测出的CaO总量中，是包含了CaCO3中的CaO，也包括含了CaSO42H2O和CaSO4中的CaO，将总量减去CaSO42H2O和 CaSO4中的CaO，即为CaCO3中的CaO，知道了CaCO3中的CaO含量，就可计算出CaCO3的含量了： CaCO3（%）1.78（CaO0.33 CaSO42H2O0.41 CaSO4）,系数 1.78
10、,0.33,0.41,CaCO3（%）1.78（CaO0.33 H2O0.70SO3）,石膏建材生产与质量控制技能培训,3）MgCO3的计算,大部分情况下，MgCO3和CaCO3形成固溶体，即以白云石CaCO3、MgCO3的形态存在，在计算矿物成份中将MgCO3作为一个独立成份：MgCO3（%）2.09 MgO,系数2.09,4)粘土类矿物酸不溶物R2O3R2O,脱硫石膏时需测亚硫酸钙,对应进行其他计算.,石膏建材生产与质量控制技能培训,应用实例,石膏建材生产与质量控制技能培训,第四节 石膏结晶水的测定方法,目前测定结晶水的温度有三个区间：高温区：360400；中温区：215260；低温区10
11、0130,在高温区或中温区测量结晶水，误差很大。因为试样在加热过程，除了二水石膏脱水外，其它许多含水杂质也要脱水，有些杂质会升华或燃烧，这些杂质的质量损失都当作结晶水，并放大4.78倍计算成品位，因此，即使用结晶水的含量来计算品位，也会不可避免地产生较大误差。而且品位越低误差越大，测量温度越高，误差越大。这种误差是方法本身的系统误差，无论怎样仔细操作也避免不了。在测定原料石膏的品位时，由于二水石膏的含量很大，相对来说误差较小，常不为人们所注意，但用这种方法来测定熟石膏中残余的二水石膏含量时，则会产生极大的误差。在低温区110130下测定结晶水，使其误差降至最低限度，不仅适用于熟石膏的相分析，也
12、可用于原料石膏的日常检验。,石膏建材生产与质量控制技能培训,1、高温区：350400 测定原理，在这个温度区间，试样中的二水石膏在短时间能彻底脱去二个结晶水，变成不溶性无水石膏A，根据重量损失计算二水石膏含量。,测定方法：标准称取约1g试样，设为w1放入已在360恒重过的瓷坩埚中，盖上坩埚盖，放入高温炉中，从低温升至360恒温0.5小时，取出带盖放入盛有新鲜硅胶的干燥器中，冷却40分钟，取出称重，再放入高温炉中加热20分钟，取出冷却称重，直至前后两次重量之差不大于0.2mg为恒重，设为w2则结晶水含量为：H2O(%) 100二水石膏含量为：DH(%)4.78 100,优点:测量时间短,称量稳定
13、性好;缺点:误差较大.,石膏建材生产与质量控制技能培训,2、中温区215260,测定原理：在这个温度区间，二水石膏也能在短时间内彻底脱去两个结晶水，但转变成可溶性无水石膏A，根据重量损失计算二水石膏的含量。,测定方法：准确称取约1g 试样，设为w1，放入已在230恒重过的带磨口塞的称量瓶中，将称量瓶放入烘箱，使磨口塞斜开，然后升温到230，保温1小时，然后取出放入盛有新鲜硅胶的干燥器中冷却30分钟称取重量，再放入烘箱中烘30分钟，取出冷却称重，直至前后两次重量之差不大于0.2mg为恒重，设为w2。,石膏建材生产与质量控制技能培训,优缺点：优点是在这个温度区间测量，因温度而引起的测量误差减小；缺
14、点，一是以A为称量形式，称量极不稳定，不熟练的操作者往往会产生较大称量误差，二是烘箱在这个温度区间运行，很容易损坏，生锈或掉皮，温控系统极易失灵。,GB/T 17669.1-1999 建筑石膏 结晶水含量的测定,石膏建材生产与质量控制技能培训,3、低温区，100130,测定原理：将少量试样在130下烘1小时（或100下烘3小时），虽然在该温度下短时间内不会彻底脱出二个结晶水，但样品中已经没有二水石膏，烘过的样品只能存在HH和A,再向烘过的试样中加入90%的酒精溶液，这种浓度的酒精溶液只能使A完全水化成HH，而HH不会进一步水化成DH，将残余的酒精溶液烘干后，样品中除了不参与反应的杂质外，余下的
15、全部是HH，其试样在测量前后的重量变化就是二水石膏脱去1.5g分子结晶水变成HH的重量损失，据此即可计算出试样中二水石膏的结晶水含量和二水石膏的百分含量。,计算公式推导根据上述原理，整个实验过程反应如下：,DH HH A HH,W1 W2,石膏建材生产与质量控制技能培训,设以w1为试样原始重量，w2为样品经上述处理后的最终重量，则w1-w2为DH变成HH后失去1.5g克分子结晶水的重量损失。,所以二水石膏的结晶水含量计算公式为：,二水石膏的含量计算公式为：,石膏建材生产与质量控制技能培训,测定方法：精确称取样品约1g，设为w1，平铺于已在1302恒重过的称量瓶内，将称量瓶连同试样放入1302的烘箱中烘1小时，取出称量瓶于空气中自然冷却到室温，加入1ml 9095%的酒精溶液，用坩埚钳夹起坩埚轻轻摇动，使物料润湿均匀，静止1020分钟，将称量瓶放入552的烘箱中烘23小时后，取出称量瓶立即盖上瓶塞，放入盛有新鲜硅胶的干燥器中，冷却30分钟后取出称重，再放入烘箱烘1小时，再冷却称重，如此反复，直至前后两次重量之差不大于0.2mg为恒重，设为w2,
