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4 、气硬性无机胶凝材料. 教学目标与要求： 掌握胶凝材料的定义和分类； 掌握石膏的生产、硬化、技术性质与应用； 掌握石灰的生产、石灰的熟化与熟化、技术性质与应用； 了解水玻璃和菱苦土的应用； 重点： 掌握石膏和石灰的技术性质及应用；. 基本概念：. 1 、什么叫胶凝材料？ 凡在一定条件下，经过在自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。 2 、分类： 胶凝材料一般分为 有机胶凝材料 和 无机胶凝材料 。. 有机胶凝材料. 无机胶凝材料. （ 1 ）有机胶凝材料 以天然或人工合成的高分子
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教学目标与要求： • 掌握胶凝材料的定义和分类； • 掌握石膏的生产、硬化、技术性质与应用； • 掌握石灰的生产、石灰的熟化与熟化、技术性质与应用； • 了解水玻璃和菱苦土的应用； • 重点：掌握石膏和石灰的技术性质及应用；
基本概念： • 1、什么叫胶凝材料？ • 凡在一定条件下，经过在自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。 • 2、分类： • 胶凝材料一般分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。
有机胶凝材料 无机胶凝材料 （1）有机胶凝材料以天然或人工合成的高分子 化合物为基本组分的一类胶凝材料，如沥青、树 脂和橡胶等； （2）无机胶凝材料以有机矿物为主要成分，当 其与水拌和后所产生的浆体，经过一系列的物理 化学变化后，产生胶结力而把其他材料胶结成为 一个具有强度的整体。
无机胶凝材料分为：气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。无机胶凝材料分为：气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。 • 简述气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的区别？ • 答：（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中（干燥条件下）硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃和菱苦水；（2）水硬性胶凝材料：既能在空气中（干燥条件下）硬化，又能在水中继续硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；
4.1 建筑石膏 • 石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料－－重点发展的新型材料；具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观－优良的装饰材料； • 我国已经探明的天然石膏矿储量为52亿吨，化学石膏储量约100万吨以上； • 易于加工、成品多样－各类石膏线； • 在美国，目前80%的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶； • 石膏的品种很多，主要有建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏；
4.1.1 石膏胶凝材料的生产 （1）主要原料： 天然石膏 （2）主要成分： 建筑石膏是指由二水石膏（CaSO4.2H2O) 经过加工而成的半水石膏（ CaSO4. H2O）故又称熟石膏。 破碎、加热和磨细
（3）石膏的分类： 天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度和 加热方式的不同，可以得到不同性质的石膏产品。 （1）建筑石膏 （2）高强石膏 （3）可溶性硬石膏 （4）不溶性硬石膏 （5）高温煅烧石膏
4.1.2 建筑石膏的凝结硬化 这个过程实为 型半水石膏重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程。
4.1.3 建筑石膏的技术要求 • （1）性质： 颜色为白色； 密度：2.6~2.75g/cm3; • 堆积密度：约为800-1100kg/m3 • （2）等级标准：石膏等级标准； • （3）石膏产品的标记：
4.1.4建筑石膏的特性： • 1）凝结硬化快： • 在常温下一般几分钟（>6分钟）即可初凝，30分钟内终 • 凝，约一周时间可完全硬化； • 2）孔隙率大，体积密度小： • 轻质、隔热、吸声性好；但是强度低、吸水率大； • 3）具有一定的调温调湿性 • 4）微膨胀性： • 石膏硬化过程中体积略有膨胀，因此，浇注成型时可以 • 得到尺寸精确、表面光滑致密的构件，或装饰图案；干 • 燥时不产生收缩裂缝。
5）防火性好： • 建筑石膏硬化后的主要成分为CaSO4.2H2O • 遇火时，其中的结晶水脱出能吸收热量,而 • 且生成的无水石膏是良好的热绝缘体。 • 6）耐水性、抗冻性差： • 软化系数为0.2~0.3，不宜用于室外。
[工程实例分析] 石膏饰条粘贴失效 现象：石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑 的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完 工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落。 分析讨论：其原因有两个方面，可有针对性地解决。 建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。 在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂
4.1.5 建筑石膏的应用 4.1.5.1：室内抹灰及粉刷 特别适用于砼顶板、加气砼墙面各种保温材料的表面抹灰。 与普通水泥砂浆比较,粉刷石膏的特点: 1，黏结力强,不易脱落; 2，具有呼吸功能,可调节室内空气湿度; 3，无毒无味,其配料注重健康环保; 4，凝结度快,体质轻,减少了楼层重量; 5，为新型的绿色生态建材,防火性能良好; 6，施工工序简便,落地灰少,操作快捷。
建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等. 主要有纸面石膏板、石膏空心条板、石膏装饰板、纤维石膏板等； （如下图的石膏板造型天花）
4.2 石 灰 • 石灰广泛应用于建筑工程中； • 优点：原材料丰富，分布广；生产工艺简单，成本低 • 4.2.1生石灰的生产： • 主要原料是天然岩石（以碳酸钙为主要原料），常用的有石灰石，白云石等；
生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。 • 第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。
4.2.2 石灰的熟化 生石灰（CaO)加水生成Ca(OH)2过程，称为石灰的熟化或消解过程。 思 考工地上使用石灰时，为什么要先进行熟化处理？ 热量 体积膨胀 开裂或裂缝等
陈伏： • 为了消除过火石灰的危害，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。
4.2.3 石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的： （１）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。 （２）碳化作用：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：
4.2.4 石灰的品种及技术指标 4.2.4.1按石灰氧化镁（MgO)的含量分类： • 钙质石灰氧化镁（MgO)含量<=5%; • 镁质石灰氧化镁（MgO)含量>5%; • 钙质消石灰粉 氧化镁（MgO)含量>5%; • 镁质消石灰粉 氧化镁（MgO)含量>5%; • 白云石质消石灰粉 氧化镁（MgO)含量>5%;
4.2.4.2 按成品加工方法不同分类： • 块灰： • 即由天然岩石原料煅烧而得到的产品,主要成分是CaO； • 磨细生石灰粉： • 把块状生水灰磨细而得到的粉末材料，主要成分为Cao • 消水灰粉： • 将生石灰加适量的水熟化而得到的粉末，也叫熟水灰；Ca(OH)2; • 石灰膏： • 由消石灰和水组成的具有一定稠度的膏状物，主要成分Ca(OH)2+水 • 石灰乳
4.2.5 石灰的特性 • 1）可塑性和保水性； • 2）吸湿性强；（对比：与建筑石膏相同） • 3）凝结硬化慢，强度低；（对比：建筑石膏硬化快） • 4）体积收缩率大；（对比：建筑石膏是微膨胀性） • ５）耐水性差。
4.2.6 石灰的应用 • （1）石灰乳和石灰砂浆 • A）石灰乳：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。 • B）石灰砂浆：是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
（2）石灰土（灰土）和三合土 • 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 • 石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土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。
（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。
4.2.7 石灰的储存 • （1）防潮 （与空气中的CO2发生反应） • （2）防火 （硬化时产生大量的热量）
例题 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？ • 解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土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，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。 • 再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。
4.3 镁质胶凝材料 • 主要成分：MgO 白色或黄色粉末； • 4.3.1 镁质胶凝材料的生产： 4.3.2 菱苦土的水化硬化 Mg(OH)2结构疏松，胶凝性差；一般采用氯化镁（MgCl2.6H2O)液体来拌和，拌和后凝结速度快，硬化强度高。
4.3.3 菱苦土的应用 • 地板：保温性，无噪声，耐磨，是民用建筑和纺织车间的地板材料； • 内墙、天花板和隔墙； • 一般用于机械设备的 包装构件，可节约大量的木材； • 耐水性差，不宜使用于易受潮的部位；
4.4 水 玻 璃 • 4.4.1 水玻璃的组成 • 水玻璃是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能够溶解于水的一种硅酸盐材料 • 最常用的碱金属氧化物：Na2O, K2O • 最常用的水玻璃：硅酸钠 ： Na2O.nSiO2 • 硅酸钾 : K2O.nSiO2等 • 其中n称为水玻璃的模数，n=1.5~3.5
4.4.2 水玻璃的硬化 4.4.3 水玻璃的性质 （1）粘结力强 （2）耐酸能力强 （3）耐热性好
4.4.4 水玻璃的应用 （１）用作涂料：涂刷材料表面直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。 这是因为水玻璃与材料中的Ｃa（OH）2反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。
（2）配制防水剂： 以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜)、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各１份，溶于60份的沸水中，降温至５０℃，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在1min内凝结, 适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。
（3）加固土壤 将模数为２.５～３的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达３～６ＭＰａ。 ( 4 ) 配制水玻璃砂浆。 将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝。
（５）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土（５）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。
练习题： • 1．石灰的特性有：可塑性________、硬化速度________、硬化时体积________和耐水性________等。 • 2．建筑石膏具有以下特性：凝结硬化________、孔隙率________、强度________凝结硬化时体积________、防火性能________等。 • 3．石灰膏在储灰坑中陈伏的主要目的是________。 • A、充分熟化 B、 增加产浆量 • C、 减少收缩 D、降低发热量 4．石灰是在________中硬化的。 • A、干燥空气 B、 水蒸气 • C水 D、与空气隔绝的环境
思考题： 1、气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有何区别 2、建筑石膏是如何生产的？其主要化学成分是什么？ 3、石膏制品有哪些特点？建筑石膏可用于哪些方面？ 4、什么是欠烧石灰和过烧石灰？各有何特点？ 5、何谓陈伏，石灰在使用前为什么要进行陈伏？
本章结束 谢谢！
