第三章胶凝材料

第三章胶凝材料

第一节气硬性胶凝材料 一、石灰二、石膏三、水玻璃

第一节气硬性胶凝材料 胶凝材料：凡是经过一系列物理、化学作用，能将块体材料与散粒材料粘结在一起的材料。

第一节气硬性胶凝材料 气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土无机胶凝材料水硬性胶凝材料：胶凝材料不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化保持并发展其强度。如：水泥有机胶凝材料：如：沥青、各种合成树脂

一石灰 (lime) • (一)石灰的生产： • 矿物煅烧 CaCO3 900℃ CaO + CO2↑ • 钙质石灰：氧化镁小于等于5%镁质石灰：氧化镁大于5% • 石灰还可以以下列方式得到：碳化钙(电石)制取乙炔时产生的电石渣 CaC2 + 2H2O C2H2↑+ Ca(OH)2

（二）生石灰的熟化 • 1、熟化概念：工地上使用生石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消石灰——氢氧化钙，这个过程称为“熟化”又称“消化”。CaO + H2O Ca(OH)2 + 64.9 103 J • 2、熟化特点：（1）放热（2）体积膨胀

3、石灰熟化方法 （1）制石灰膏——化灰池化灰：加水2.5～3倍 • “陈伏”：为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中“陈伏”两周以上，其间石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。石灰膏可用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆。 • 1kg生石灰可熟化成1.5～3 L石灰膏。 • （2）熟化成消石灰粉—分层淋水化灰理论用水量31.2％，由于熟化时放热，部分水分蒸发，故实际加水量60％～80％。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土

（三）石灰的硬化 石灰浆体在空气中的硬化，是由下面两个过程同时完成的：（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——氢氧化钙与空气中二氧化碳化合成碳酸钙结晶，释放出水分并被蒸发； Ca(OH)2 + CO2 + n H2O = CaCO3 + (n+1) H2O

硬化从石灰膏表层开始，进展逐趋缓慢。一是 空气中CO2含量少;二是当表层生成CaCO结晶的薄层后，阻碍了CO2的进一步深入，同时也影响水分蒸发，所以石灰硬化速度变慢，强度与硬度都不太高。故通常可加入水泥、砂来加速硬化。

(四) 石灰的特性、质量标准与应用 1．建筑石灰的特性 (1) 可塑性好 (2) 凝结硬化慢、强度低 (3) 硬化时体积收缩 • 石灰在硬化过程中要蒸发掉大量的游离水分，使得体积显著地收缩，易出现干缩裂缝。故石灰浆不宜单独使用，一般要掺入其他材料混合使用，如砂、麻刀、纸筋等，以抵抗收缩引起的开裂。 (4) 吸湿性强，耐水性差 (5) 放热量大，腐蚀性强

2．石灰的质量标准 根据建筑材料行业标准《建筑生石灰》(JC／T 479—92)规定，按有效氧化钙及氧化镁含量及杂质的相对含量、CO2含量(%)、产浆量(L/Kg)等四项指标，钙质石灰与镁质石灰均可分为优等品、一等品及合格品。

3．石灰的用途 (1) 拌制灰浆及砂浆 (2) 拌制灰土、三合土、三渣等 • 灰土、三合土主要用于建筑物、路面或地面的垫层、地基的换土处理及地下建筑物的防水。 (3)制作硅酸盐制品 • 灰砂砖、粉煤灰硅酸盐砌块。（4）石灰碳化板：轻质隔墙板

4．石灰的储存 • 生石灰储存应防潮防水，以免吸水自然熟化后硬化，并注意周围不要堆放易燃物，防止熟化时放热酿成火灾。 • 生石灰不宜长期储存，如要存放，可熟化成石灰膏，上覆砂土或水与空气隔绝，以免硬化。

二、石膏 (gypsum) • (一)石膏胶凝材料的生产 • (二)建筑石膏 • (三)高强石膏

(一)石膏胶凝材料的生产 • 石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料 • 常用石膏胶凝材料：建筑石膏、高强度石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。 • 原材料：天然二水石膏（CaSO4•H2O)与无水石膏( CaSO4)，其中无水石膏只能生产无水石膏水泥。 • 生产：主要工序破碎、加热与磨细。

(一)石膏胶凝材料的生产 天然二水石膏开始脱水建筑石膏 -半水石膏 65～75C 120～140C 500～750C 死烧石膏压蒸锅高强石膏 -半水石膏 1.3大气压 124 C 800～1000C 高温锻烧石膏 (地板石膏) ＞1600C 全部分解为石灰

（二）建筑石膏 建筑石膏的硬化 1、凝结过程：建筑石膏是半水石膏，半水石膏溶解于水以后，很快成为饱和溶液。溶液中的半水石膏与水化合，按下式进行： CaSO4•½H2O+1½H2O=CaSO4•2H2O 2、硬化过程：浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体，晶体逐渐长大，共生和相互交替，这个过程使浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥，晶体之间的摩擦力和粘结力不在增加，强度才停止发展。

建筑石膏的技术性质与应用 1、建筑石膏技术性质（1）凝结硬化速度快，初凝6分，终凝30分。（2）与水泥相比硬化后强度较低，表观密度小。（3）由于石膏制品的孔隙率大，因而导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内温湿度。（4）石膏凝结过程中体积膨胀。（5）石膏制品的耐水性差抗冻性差，不宜用于潮湿部位。（6）具有良好的抗火性能。

2、应用 • （1）制成石膏抹灰材料 • （2）各种墙体材料如纸面石膏板、石膏空心砌块、石膏空心条板 • （3）各种装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕塑制品。 • 3、使用时应注意问题：在运输及储存时应防止受潮，一般储存三个月后强度降低30%左右。

（三）高强石膏 1、高强石膏与建筑石膏相比较 • （1）建筑石膏是片状的、有裂隙的晶体，结晶很细，比表面积比高强石膏大的多，拌制石膏制品时需水量高达60%-70%，因而制品的空隙率大，强度低。 • （2）高强石膏结晶良好、坚实、粗大，因而比表面积小，调制成可塑性石膏浆体时需水量约为35%-45%，因此，高强石膏硬化后有较高的密实度与强度。

（三）高强石膏 2、高强石膏之应用 • （1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板 • （2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。 • （3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无收缩。

三、水玻璃 sodium silicate 水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属与二氧化硅所组成。最常用的是硅酸钠(Na2O•SiO2)与硅酸钾(K2O•SiO2)水玻璃。

1、水玻璃的生产： • （1）湿法：将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2-3大气压）内用蒸气加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。 • （2）干法：将石英砂与碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300℃-1400℃温度下熔化生成固体水玻璃，然后在水中加热而成液体水玻璃。

2、水玻璃的模数n： 氧化硅和氧化钠分子比n称为水玻璃的模数，一般在2.5-2.8之间。水玻璃的模数n反映了固体水玻璃在水中溶解的难易程度。为1能溶解于常温的水中，加大则只能在热水中溶解；大于3时，要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。

3、水玻璃的硬化 Na2O•nSiO2 + CO2 + mH2O == Na2CO3 + nSiO2•mH2O 上述过程进行很慢，常用加热与加入促硬剂硅氟酸钠(Na2SiF6)掺量为12～15%的办法促使硬化。 Na2O•nSiO2 + Na2SiF6 + mH2O === 6NaF + (2n+1)SiO2•mH2O

4、水玻璃的性质1、水玻璃具有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔而防止水渗透的作用。4、水玻璃的性质1、水玻璃具有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔而防止水渗透的作用。 2、水玻璃耐热，在高温下硅酸凝胶干燥的更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。 3、水玻璃具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸与有机酸的作用。

5、水玻璃的应用 1、涂刷在建筑材料表面可提高抗风化能力。不能用于石膏制品 2、配制防水剂 (各种矾)。 3、配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝。 4、用于土壤加固。与氯化钙同时注入形成冻状凝胶,吸水膨胀.

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