第2章无机气硬性胶凝材料-清华版土木工程材料课件.ppt

1、TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（第二章（第二章 无机气硬性胶凝材料）无机气硬性胶凝材料）主讲人：陈德鹏主讲人：陈德鹏TSINGHUA UNIVERSITY PRESSTSINGHUA UNIVERSITY PRESSu教学目标教学目标掌握：掌握：胶凝材料的定义、分类；建筑石灰、石膏技术 要求、性质。熟悉熟悉：石灰、石膏的熟化、硬化和应用。了解了解：石灰的生产及品种。u教学重点教学重点石灰、石膏的生产石灰、石膏的水化（熟化）硬化机理石灰、石膏的特性和技术要求本章主要教学内容与要求TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章目录u石灰u石膏u水玻璃u菱苦土u本章知识归

2、纳TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 指经过一系列物理、化学作用后，能够把一些散粒材料或块状材料胶结成具有一定强度的整体的材料。定义胶凝材料：TSINGHUA UNIVERSITY PRESS以以天然天然或或人工人工合成高分子合成高分子化合物为基本组成化合物为基本组成 胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青等）无机胶凝材料胶凝材料分类水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料以以无机化合物无机化合物为为基本成分基本成分 各种水泥TSINGHUA UNIVERSITY PRESS区别水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料:不仅可以在 凝结硬化，还可以 保持或继续发展其强度的材料。气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料:

3、在 凝结硬化，在 保持或继续发展其强度的材料。只能只能空气中空气中空气中空气中在水中在水中也只能也只能空气中空气中 只适用于干燥环境中，不宜用于潮湿 环境，更不宜用于水中。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS或时间不足正火石灰欠火石灰过火石灰含有未分解的CaCO3，降低了生石灰的利用率第一节 石灰一、石灰的生产煅烧石灰石（CaCO3）32900 CaOCOCaCO 过火石灰熟化滞后，引起已硬化的石灰开裂或隆起。如如何消除它的危害？何消除它的危害？TSINGHUA UNIVERSITY PRESSKJOHCaOHCaO8.64)(22熟化特点：速度快、体积增大1-2.5倍、放出大量

4、热。二、生石灰的熟化(消解或消化)生石灰生石灰+水水熟石灰熟石灰熟化：指生石灰与水作用生成Ca(OH)2的过程。工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS石灰膏制备：将生石灰放入水中，注意水要过量池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰为消除过火石灰消除过火石灰的危害，石灰膏须在储灰坑中放置14d14d以上，以使过火石灰缓慢熟化，此过程称为 。陈伏期间，石灰膏表面应保有一层水分，隔绝空气，防止石灰膏碳化碳化。陈伏陈伏TSINGHUA UNIVERSITY PRESS1.结晶作用(干燥硬化）游离水蒸发，Ca(O

5、H)2逐渐结晶析出。结晶过程主要在内部发生。三、石灰的硬化包括两个同时进行的过程。2.碳化作用 碳化指Ca(OH)2与空气中的CO2反应，生成CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发的过程。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O碳化作用很缓慢。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS1.按化学成分分类四、石灰的品种）、镁质消石灰（）、钙质消石灰（消石灰、镁质生石灰（）、钙质生石灰（生石灰石灰85HML80HML90HCL85HCL75HCLML85)ML80CL90CL8575CL其化学成分见表2-2其化学成分见表2-4TSINGHUA UNIVERSITY PRE

6、SS石灰岩生石灰块熟石灰粉 （干燥）生石灰粉石灰膏 （浆体）石灰乳煅烧加适量水熟化磨细加过量水加水稀释多用来拌制灰土和三合土用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆粉刷墙壁四、石灰的品种2.按加工方法分类TSINGHUA UNIVERSITY PRESS生石灰可以用来做干燥剂可塑性好和保水性好凝结硬化慢，强度低。吸湿性好Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜五、石灰的性质和技术要求1.石灰的性质TSINGHUA UNIVERSITY PRESS掺入纸筋、麻刀或砂子石灰硬化收缩产生的裂缝石灰硬化收缩产生的裂缝硬化时体积收缩大，不不 宜单独使用宜单独使用。耐水性差1.石灰的性质石灰砂浆墙面因受潮而脱落石灰砂浆墙面因

7、受潮而脱落五、石灰的性质和技术要求TSINGHUA UNIVERSITY PRESSu建筑生石灰：应满足我国建材行业标准建筑生石灰规定。u建筑消石灰：应满足我国建材行业标准建筑消石灰规定。2.石灰的技术要求五、石灰的性质和技术要求TSINGHUA UNIVERSITY PRESS消石灰粉、粘土与砂石（炉渣）消石灰粉与粘土六.石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土用作铺筑步道砖的垫层三三合合土土桩桩灰灰土土桩桩 配制石灰砂浆、石灰乳 配制石灰土、三合土 制作硅酸盐制品和碳化石灰板 加固软土地基 石灰土和三合土夯实后，其强度不断提高，且有耐水性，因为：Ca(OH)2+SiO2+H2O=CaOS

8、iO22H2O Ca(OH)2+Al2O3+H2O=CaOAl2O32H2OTSINGHUA UNIVERSITY PRESS六.石灰的储运及保管运输、储存时不得受潮和混入杂物。不宜长期存储，存放时防止碳化。不宜与易燃、易爆物品共存储、运输，以免酿成火灾。n 袋装石灰应标识齐全（厂名、产品名称、商标、净 重、批量编号等）。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 石膏是以CaSOCaSO4 4为主要成分的矿物，其与石灰、水泥并称为三大胶凝材料。第二节 石膏一、石膏制备及品种（1）天然二水石膏(CaSO42H2O)又称“生石膏”，是生产建筑石膏的主要原料。1.制备石膏原料 制备石膏的原

9、料有天然二水石膏、天然硬石膏和工 业副产石膏（化学石膏）TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（2）天然硬石膏 1.制备石膏原料又称无水石膏，主要是由无水CaSO4组成。（3）工业副产石膏 也称化学石膏或工业废石膏，是指工业生产中因化学反应生成的以CaSO4为主要成分的副产品或废渣。TSINGHUA UNIVERSITY PRESSOHOHCaSOOHCaSO22417010724211212常压下，0125 0.13MPa42422112122CCaSOH OCaSOH OH O，（1）建筑石膏（2）高强石膏型半水石膏型半水石膏又称“熟石膏”或“半水石膏”。2.石膏的品种 将天然

10、CaSOCaSO4 42H2H2 2O O在不同温度、压力下煅烧，可得到不同品种的石膏。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（3）可溶性硬石膏 又称“无水石膏”，此石膏失去凝结硬化能力(死烧石膏)。OHCaSOOHCaSO247504002422 温度达到170-200时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏，仍具有凝结硬化能力。（4）不溶性硬石膏2.石膏的品种TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（5）高温煅烧石膏43CaSOCaOSO 800 由于CaO的激发与催化，此石膏又有凝结硬化能力。(CaSO4+CaO)2.石膏的品种TSINGHUA UNIVERSITY

11、PRESS二、建筑石膏的凝结硬化u凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应：即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应u凝结硬化机理凝结硬化机理“溶解沉淀理论溶解沉淀理论”l 溶解溶解l 沉淀沉淀l 硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网OHCaSOOHOHCaSO24224221121TSINGHUA

12、 UNIVERSITY PRESS凝结硬化的物理化学过程 水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体TSINGHUA UNIVERSITY PRESS1.凝结硬化快，3-5min失去塑性，30min左右即凝结。三、建筑石膏的性质2.硬化后体积微膨胀，防止干缩裂缝，可单独使用。3.硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸音且调温调湿。4.耐水性与抗冻性较差。5.防火性好但耐火性差，如石膏不宜长期处于65以 上的部位。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TS

13、INGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS四、建筑石膏的应用 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS五、建筑石膏的储存u建筑石膏在运输和储存时应注意防水防湿u储存期一般不超过

14、三个月，超过三个月的石膏强度下降30%左右，应重新复检。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS第三节 水玻璃一.水玻璃组成由碱金属氧化物(K2O、Na2O、Li2O等)与SiO2组成。22222222(Na O nSiO)(K O nSiO)(Li O nSiO)SiOn=()R O硅酸钠水玻璃，常用水玻璃 硅酸钾水玻璃硅酸锂水玻璃水玻璃模数物质的量之比TSINGHUA UNIVERSITY PRESS二.水玻璃的制备2222223222nSiO(s)+2NaOH(aq)Na O nSiO()+H OnSiO(s)+Na CO(s)Na O nSiO()+CO2 3atm1300

15、1400 湿法：液体干法：固体三.水玻璃的硬化反应Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH2O222223222222Na O nSiO+CO+mH O+Na COnSiOmH O()nSiOmH OnSiO()+mH O ()硅酸凝胶干燥、脱水固态硬化上述反应速度很慢，常加入促硬剂促硬剂NaNa2 2SiFSiF6 6：2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O=6NaF+(2n+1)SiO2mH2OTSINGHUA UNIVERSITY PRESS注意:1.水玻璃的模数,则粘结力,但溶解度。2.水玻璃密度，则浓度，粘结力。3.水玻璃的模数一般为1.5-3.5。T

16、SINGHUA UNIVERSITY PRESS四.水玻璃的性质与应用1.粘结力强，防水性好。可配制防水剂。2.耐热性高，可配制耐热混凝土或耐热砂浆。3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂浆。4.不耐水，不耐碱。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS氯氧镁水泥第四节 菱苦土32800 850 MgO COMgCO(菱镁矿)菱苦土为镁质胶凝材料，主要成分MgO。一.制备二.水化硬化机理菱苦土 调和(凝结慢，强度低)，通常用 溶液调制，发生如下两个反应：2222 MgO+H O=Mg(OH)xMgOyMgClxMgO yMgCl22+zH O=zH O不能用水不能用水MgCl2TSIN

17、GHUA UNIVERSITY PRESS 建筑工程中，常用菱苦土与木屑混合胶凝，压制成窗台板、内墙板、天花板等平板(刨花板)。三.菱苦土的性质与应用碱性较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。1.菱苦土的性质菱苦土，胶凝性能好，强度也较高，与植物纤维的粘结良好，菱苦土在运输和储存时应注意防潮，也不可久存，以防其吸收空气中的水分而变成Mg(OH)2，再碳化成MgCO3，失去胶凝性能。2.菱苦土的应用TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（I）u经过自身的一系列物理作用、化学作用，能够将散粒状材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块、砌块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。

18、u胶凝材料根据其化学组成，可分为有机胶凝材料有机胶凝材料和无机胶无机胶凝材料凝材料两大类。无机胶凝材料根据其硬化条件的不同，又分为气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料。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或继续发展其强度，所以气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不宜用于水中。u以碳酸钙为主要成分的岩石（如石灰石、白云石）经适当温度煅烧后得到生石灰生石灰，工程中使用的石灰通常是熟石灰熟石灰，为消除过火石灰的危害，生石灰在熟化时必须进行“陈陈伏伏”。石灰具有保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差、吸湿性强等特性。

19、TSINGHUA UNIVERSITY PRESS本章知识归纳（II）u建筑石膏建筑石膏是由天然二水石膏天然二水石膏在常压下加热脱水后的型半型半水石膏水石膏，建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特性。u水玻璃水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具有粘结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝土等；也可用于加固地基。u菱苦土菱苦土（也叫苛性苦土）是以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，所以耐水性差。TSINGHUA UNIVERSITY PRESS（第二章 无机气硬性胶凝材料）TSINGHUA UNIVERSITY PRESS