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1、第二章 气硬性无机胶凝材料,主讲人：龙志强,建筑材料概论,本章提要,本章讲述了建筑工程中常用的石膏、石灰和水玻璃等气硬性胶凝材料。要求掌握各种材料的特性及应用，熟悉其生产、凝结硬化原理以及储运、使用中应注意的问题。,要 目,0.1 石灰 0.2 石膏 0.3 其他气硬性胶凝材料,胶凝材料是指通过物理化学作用，能从可塑性浆体变成坚固的石块体、并能将其他散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖、石块）粘结为整体的材料，通常分为有机和无机两大类。 有机胶凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料。无机胶凝材料是指以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和后形成的浆体，经过一系
2、列物理化学变化，而将其他材料胶结成具有强度的整体。气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化并保持或继续发展气强度水硬性胶凝材料：不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料,2.1 石灰,一 概述,原料：以碳酸钙为主要成分的天然岩石-石灰石、白云质石灰石 石灰石属方解石族，化学组成CaCO3,含MgO、FeO、MnO杂质 白云石石灰石属方解石族，化学组成CaCO3 MgCO3，含FeO、MnO杂质主要工艺：煅烧设备：各种结构的窑（土窑、立窑、回转窑）,1 原料与制备,2.1 石灰,一 概述,温度：1000-1000欠火石灰：窑温不均匀，石灰石未完全分解过火石灰：窑温过高，原
3、料中SiO2和Al2O3等的玻化现象而得到的难于水化的石灰，水化慢，使硬化的灰浆或石灰制品产生局部膨胀而引起崩裂或隆起,1 原料与制备,2.1 石灰,按使用性质分：气硬性石灰（粘土质杂质含量小于8%的原料煅烧）、水硬性石灰按镁含量分：钙质石灰、镁质石灰,2 分类,2.1 石灰,按加工方式分： 生石灰（块石灰） 磨细生石灰粉 熟石灰 石灰浆（膏） 石灰水,2 分类,2.1 石灰,二 石灰的熟化和硬化,将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰氢氧化钙的过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀12.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。 为了消除过火石灰的危害，
4、生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,1 熟化,2.1 石灰,二 石灰的熟化和硬化,干燥：蒸发失水结晶 ：水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶碳化：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发,2 硬化,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。,2.1 石灰,三 石灰的技术性质,生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1）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
5、其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。,1 保水性,2.1 石灰,三 石灰的技术性质,氢氧化钙易溶水,2 耐水性差,3 体积收缩性,石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。,2.1 石灰,三 石灰的技术性质,建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见： JC/T479-1992 建筑生石灰（P31 表2-2）、JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P48 表2-3）J
6、C/T481-1992 建筑消石灰粉(P48 表2-2） 钙质生石灰 MgO5%；钙质消石灰粉 MgO4% 镁质生石灰 MgO5%；镁质消石灰粉 MgO4%,建筑石灰的技术指标,2.1 石灰,四 建筑石灰的应用,1）石灰乳和石灰砂浆将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。,2.1 石灰,四 建筑石灰的应用,（2）石灰土（灰土）和三合土石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土
7、或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。,2.1 石灰,四 建筑石灰的应用,3）灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。,2
8、.1 石灰,四 建筑石灰的应用,3）灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌, 经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。,2.1 石灰,石灰砂浆的裂纹请观察图3-1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 图2-1 两种石灰砂浆,2.1 石灰,石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下：CaCO3 CaO(生石灰)+CO2 在煅烧过程中
9、，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将会生成“欠火石灰”。如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情况下，在贮存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。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，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致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。
10、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。,讨论,2.1 石灰,1) 内外墙粉刷层爆裂 上海某新村四幢六层楼1989年911月进行内外墙粉刷，1990年4月交付甲方使用。此后陆续发现内外墙粉刷层发生爆裂。至5月份阴雨天，爆裂点迅速增多，破坏范围上万平方米。爆裂源为微黄色粉粒或粉料。该内外墙粉刷用的“水灰”，系宝山某厂自办的“三产”性质的部门供应，该部门由个人承包。 经了解，粉刷过程已发现有“水灰”中有一些粗颗粒。对爆裂采集的微黄色爆裂物作X射线衍射分析，证实除含石英、长石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，还含有较多的Mg
11、O、Mg(OH)2以及少量白云石。 该“水灰“含有相当数量的粗颗粒，相当部分为CaO与MgO，这些未充分消解的CaO和MgO在潮湿的环境下缓慢水化，分别生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相体积膨胀约2倍，从而产生爆裂破坏。还需说明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危害人民利益。,现象,原因分析,本节工程实例,2.1 石灰,(2) 石灰的选用 某工地急需配制石灰砂浆。当时有消石灰粉、生石灰粉及生石灰材料可供选用。因生石灰价格相对较便宜，便选用，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝，请分析原因。,图3-
12、2 石灰砂浆的膨胀性裂缝,2.1 石灰,因工程时间多，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉或生石灰粉。消石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，克服了过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。故可不必陈伏可直接使用，且生石灰熟化时放出的热可大大加快砂浆的凝结硬化，加水量亦较少，硬化后的砂浆强度亦较高。,该石灰的陈伏时间不够。数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。,2.2 石膏,一 概述,天然石膏： 天然二水石膏（aSO42H2O）：也称生石膏或软石膏，大部分自然石膏矿为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料白云石石灰石属方解石族，化学组成CaCO3 MgCO3，
13、含FeO、MnO杂质 天然无水石膏（aSO4）：也称硬石膏，它结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。化学石膏：化工副产品及废渣，主要成分是二水硫酸钙和无水硫酸钙的混合物，如磷石膏、氟石膏等,1 原料,2.2 石膏,一 概述,加热和磨细 60-70，二水石膏开始脱水107-170 ，脱水激烈，二水石膏分解为型半水石膏（建筑石膏）蒸压锅蒸炼（1.3大气压，125 ）得到型半水石膏，晶粒粗大，需水量小，硬化浆体强度高，也称为高强石膏,2 石膏胶凝材料制备,2.2 石膏,一 概述,二水石膏 半水石膏可溶性硬石膏：型石膏，0.06-0.11个结晶水，有、两个晶型，由、型半水石膏在70-300加热脱
14、水而得无水石膏：硬石膏，300-700 ，型石膏，超过700 为过烧石膏，1000 ，型石膏，1400-1600 分解,3 石膏胶凝分类,2.2 石膏,二 建筑石膏的凝结和硬化,建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。,此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。,2.2 石膏,二 建筑石膏的凝结和硬化,随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了
15、磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏的终凝。,2.2 石膏,二 建筑石膏的凝结和硬化,石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。,2.2 石膏,三 建筑石膏的技术性质,多孔性吸湿性耐火性装饰性可加工性,2.2 石膏,建筑石膏的技术标准（GB9776),2.2 石膏,四 建筑石膏应用,（1）石膏砂浆及粉刷石膏（2）建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等 (3） 制作建筑雕塑和模型,2.3 其他气硬性胶凝材料,一 镁质胶凝材料,1 制备（1）原料：菱镁矿（MgCO3)、白云石（CaCO3 MgCO3) 、蛇纹石（3MgCO32SiO22H2O) (2)制备：菱苦土材料一般是将菱镁矿经煅烧磨细而制成的。要求的细度为4900孔/cm2的筛余量不大于25， 其化学反应可表示如下：,以gO为主要成分的气硬性胶凝材料，俗称菱苦土或苛性白云石,2.3 其他气硬性胶凝材料,一 镁质胶凝材料,MgCO3的理论分解温度在550-750600-800：菱苦土具有最大活性800，过烧菱苦土1000，死烧菱苦土，三年才能完全水化,
