讲义总结注册结构专业基础气硬性无机胶凝材料讲义

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1、第三节 气硬性无机胶凝材料建筑上但凡通过一系列物理、化学作用,能将松散物质粘结成整体的材料称为胶凝材料。胶凝材料根据其化学构成,一般可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按照硬化条件,又可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。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继续发展其强度,如石灰、石膏、菱苦土和水玻璃等。此类材料一般只合用于地上或干燥环境中,而不适宜用于潮 环境中,更不可用于水中。水硬性胶凝材料则不仅能在空气中,并且能更好地在水中硬 ,保持和继续发展其强度,如各品种水泥,它们既合用于地上,也合用于地下或水中工程。一、石灰石灰是一种气硬性无机胶凝材料,有着悠久的发

2、展历史,因其原材料蕴藏丰富、生产设备简朴,成本低廉,因此在建筑工程中得到广泛应用。(一)石灰的原材料与生产生产石灰的重要原材料是以碳酸钙为重要成分的天然岩石,它是一种沉积岩,因其形成过程和条件的差别,性质和品种各不相似,最常用的原材料是石灰石,此外尚有白云石、白垩等等。石灰的原材料中,常具有部分粘土杂质,一般规定原材料中的粘土杂质控制在8%以内。除天然原材料以外,还可以运用化学工业副产品,如:用碳化钙(CaC2)制取乙炔所产生的电石渣,其重要成分是氢氧化钙,即消石灰(或称熟石灰) ;或者用氨碱法制碱所得的残渣,其重要成分为碳酸钙;等等。将石灰石原料在合适的温度下锻烧,碳酸钙将分解,释放出CO2

3、得到以CaO为重要成分的生石灰,反映式如下:CaCO3CaO+CO2 生石灰是一种白色或灰色的块状物质,因石灰原料中常具有某些碳酸续成分,因此经煅烧生成的生石灰中,也相应含MgO的成分。按照国内建材行业原则JC/T479-92 建筑生石灰的规定, MgO含量5%时,称续质生 石灰。若将块状生石灰磨细,则可得到生石灰粉。(二)石灰的熟化石灰使用前,一般先加水,使之消解为熟石灰,其重要成分为Ca(OH)z,这个过 称为石灰的熟化或消化。其反映式如下:CaO + H2O=Ca(OH)z + 64.9kJ 石灰熟化过程中,放出大量的热,使温度升高,并且体积要增大1.02.0倍。煅烧良好且CaO含量高的

4、生石灰熟化较快,放热量和体积增大也较多。 工地上熟化石灰常用措施有两种:消石灰浆法和消石灰粉法。 (三)石灰的硬化石灰在空气中的硬化涉及两个同步进行的过程:1.结晶作用石灰浆在使用过程中,因游离水分逐渐蒸发和被砌体吸取,引起溶液某种限度的过饱和,使Ca(OH)2逐渐结晶析出,增进石灰浆体的硬化。2.碳化作用 Ca(OH)z与空气中的CO2作用,生成不溶解于水的碳酸钙晶体,析出的水分则逐渐被蒸发,其反映如下:Ca(OH)z十CO2+nH2O=CaCO3 + (n+ 1)H2O 这个过程称为碳化,形成的CaCO3晶体,使硬化石灰浆体构造致密,强度提高 空气中的CO2含量少,碳化作用重要发生在与空气

5、接触的表层上,并且表层生成 致密CaCO3膜层,阻碍了空气中CO2进一步的渗入,同步也阻碍了内部水分向外菜发 使Ca(OH)z的结晶作用也进行得较慢。随着时间的增长,表层CaCO3厚度增长,阻碍作用更大,在相称长的时间内,仍然是表层为CaCO3,内部为Ca(OH)z 。因此,石灰硬化 是个相称缓慢的过程。(四)石灰的技术性质生石灰熟化后形成的石灰浆,是一种表面吸附水膜的高度分散的Ca( OH)2胶体. 它可以减少颗粒之间的摩擦,因此具有良好的可塑性,用来配制建筑砂浆可明显提高砂浆的和易性。从石灰的硬化过程中可以看出,石灰是一种硬化缓慢的气硬性胶凝材料,硬化后的强度不高,又由于硬化过程要依托水分

6、蒸发促使Ca(OH)z结晶以及碳化作用,加之C(OH)z又易溶于水,因此在潮湿环境中强度会更低,遇水还会溶解溃散。因此石灰不适宜在长期潮湿环境中或有水的环境中使用。石灰在硬化过程中,要蒸发掉大量的水分,引起体积明显地收缩,易浮现干缩裂缝。因此,除调制成石灰乳作薄层粉刷外,不适宜单独使用。一般要掺入其她材料混合使用，逐渐减少,二水石膏胶体微粒不断增长,浆体稠度增大,可塑性逐渐减少,此时称之为“凝结“，随着浆体继续变稠,胶体微粒逐渐凝聚成为晶体,晶体逐渐长大、共生并互相交 错,使浆体产生强度,并不断增长,这个过程称为硬化。事实上,石膏的凝结和硬化 一种持续的、复杂的物理化学变化过程。(三)建筑石膏

7、的技术性质建筑石膏是一种白色粉末状的气硬性胶凝材料,密度为2. 60g/cm3 2. 75g/cm3 ,堆积密度为800kg/m3 1000kg/m3。建筑石膏凝结硬化速度快,它的凝结时间随锻烧温度、磨细限度和杂质含量等状况的不同而不同。一般与水拌和后,在常温下数分钟即可初凝, 30min以内即可达终凝。在室内自然干燥状态下,达到完全硬化约需一星期。建筑石膏的水化,理论需水量只占半水石膏重量的18.6% ,但事实上为使石膏浆体 具有一定的可塑性,往往需加水60% 80%,多余的水分在硬化过程中逐渐蒸发,使硬 化后的石膏留有大量的孔隙,一般孔隙率约为50% 60%,因此建筑石膏硬化后,强度 较低

8、,表观密度较小,导热性较低,吸声性较好等等。建筑石膏在凝结硬化过程中,体积略有膨胀,硬化时不浮现裂缝,可不掺加填料而单 强使用,并可较好地填充模型。硬化后的石膏,表面光滑,颜色洁白,以石膏制作的制 品,尺寸精确、轮廓清晰,可锯可钉,具有较好的装饰性。石膏硬化后的结晶物CaSO42HzO遇到火烧时,结晶水蒸发,吸取热量,并在表面生成具有良好绝热性的无结晶水产物,起到制止火焰蔓延和温度升高的作用,因此石膏有良好的抗火性。此外,建筑石膏的热容量和吸湿性大,可均衡调节室内环境的温度和湿度。 建筑石膏硬化后,具有很强的吸湿性和吸水性,在潮湿的环境中,晶体间的粘结力削 弱.强度明显减少,在水中晶体还会溶解

9、而引起破坏,在流动的水中破坏更快。硬化石膏 的软化系数约为0.20.3;若石膏吸水后受冻,则孔隙内的水分结冰,产生体积膨胀, 使硬化后的石膏体破坏。因此,石膏的耐水性和抗冻性均较差。此外,若在温度过高的环 境中使用(超过650C) ,二水石膏会脱水分解,使强度减少。因此,建筑石膏不适宜用于潮 温和温度过高的环境中。根据GB 9776-88规定,建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等 品和合格品三个级别,见表10-3-4。其中,抗折强度和抗压强度为试样与水接触后两小时 得的。建筑石膏按产品名称、抗折强度及原则号的顺序进行产品标记,例如:抗折强度为2.5MPa的建筑石膏表达为:建筑石膏

10、2. 5GB9776 。建筑石膏在贮运过程中,应避免受潮及混入杂物。不同级别的建筑石膏应分别贮运不得混杂。一般贮存期为三个月;超过三个月,强度将减少30%左右。超过贮存期限的石膏应重新进行质量检查,以拟定其级别。(四)建筑石膏的应用如上所述,建筑石膏具有许多优良的性能,它合合用作室内装饰、保温绝热、吸声及阻燃等方面的材料,一般做成石膏抹面灰浆、建筑装饰制品和石膏板等。建筑石膏硬化时不收缩,故使用时可不掺填料,直接做为抹面灰浆,或生产装饰制品、石膏零件等;也可以与石灰或石灰、砂等填料混合使用,制成内墙抹面灰浆或砂浆。若建筑石膏中掺入颜料,硬化后抛光,还可制成装饰性较好的人造大理石,用于内墙装饰。

11、目前应用较多的是将建筑石膏中掺入填料,加工后制成具有不同功能的复合石膏板材。石膏板具有轻质、保温绝热、吸声、不燃和可锯可钉等性能,还可调节室内温度，并且原料来源广泛、工艺简朴、成本低,是一种良好的建筑功能材料,也是目前着重发展的轻质板材之一。为了减轻自重、减少导热性,生产石膏板时,常掺加锯末、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石陶粒、煤渣等轻质多孔填料,或者掺加泡沫剂、加气剂等外加剂;若掺入纸筋、麻丝、芦苇、石棉及玻璃纤维等纤维状填料,或在石膏板表面粘贴护纸板等材料,则可提高石膏板的抗折强度和减少脆性;若掺入无机耐火纤维,还可同步提高石膏板的耐火性能石膏的耐水性较差,为了改善其板材的耐水性能,可如前所述,掺入

12、水泥、粒化高炉矿渣、石灰、粉煤灰或有机防水剂,也可同步在石膏板表面采用耐水护面纸或防水高分子材料面层,通过这样的解决则可用于厨房、卫生间等潮湿的场合,扩大其应用范畴。此外,通过调节石膏板的厚度、孔眼大小、孔距、空气层厚度,可制成适应不同频率的吸声板。在石膏板表面贴上不同的贴面,如木纹纸、铝馅等,可起到一定的装饰等作用。石膏板具有长期徐变的性质,在潮湿的环境中更严重,因此不适宜用于承重构造。目前国内生产的石膏板类型重要有纸面石膏板、空心石膏板、纤维石膏板和装饰石膏板。它重要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。(五)其她品种石膏胶凝材料简介1.高强度石膏高强度石膏是将二水石膏在1.3atm、1240C

13、条件下的压蒸釜中蒸炼得到的,重要 是型半水石膏。因将其调成可塑性浆体的需水量比建筑石膏(自型半水石膏)少右,因此硬化后更有较高的密实度和强度。一般, 3h抗压强度可达9MPa24MP, 可达15MPa40MPa。高强度石膏重要合用于强度规定较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺人防水剂可制成高强度耐水石膏,用于较潮湿的环境中。2.无水石膏水泥无水石膏水泥是由天然硬石膏或天然二水石膏加热至4000C 7500C时生成的不溶性 ,加入适量的激发剂共同磨细所制得的材料,亦称硬石膏水泥。煅烧过程中生成的不溶性硬石膏,失去了凝结硬化的能力,但当加入激发剂后,又可以使其具有一定的水化和硬化能力。常用的激发剂

14、有:硫酸盐激发剂,如5%硫酸纳或硫酸氢钠制与1%铁钒或铜钒的混合物;尚有碱性激发剂,如1 % 5%石灰或石灰与少量半水 合物、锻烧白云石、碱性粒化高炉矿渣等。无水石膏水泥属于气硬性胶凝材料,与建筑石膏相比,凝结速度较慢,调成一定稠度的浆体,需水量较少,硬化后孔隙率较小。它宜用于室内,重要用作石膏板和石膏建筑制品，也可用作抹面灰浆等,具有良好的耐火性和抵御酸碱侵蚀的能力。3.高温锻烧石膏将天然二水石膏或天然无水石膏在800C 1000C下锻烧，锻烧后的产物经磨细后, 得到高温锻烧石膏。其重要成分为CaSO4及部分CaSO4分解出的CaO。CaO在这里可起碱性激发剂的作用,使高温锻烧石膏具有凝结硬

15、化的能力。高温锻烧石膏凝结、硬化速度慢,掺入少量的石灰、半水石膏或NaHSO4、明钒矶等, 凝结硬化的速度;提高其磨细限度,也可起到加速硬化,提高强度的作用。高温股 硬化后,具有较高的强度和耐磨性,抗水性较好,宜用作地板,故也称地板石膏。例：1为了使块状生石灰充足与水作用,石灰膏必须在坑中保持两周以上,这一过程称为(A)。(A)陈伏; (B)熟化; (C)凝结; (D)硬化。 2石膏制品不适宜用于（D）。A .吊顶材料 B .影剧院穿孔贴面C .非承重隔墙板 D .冷库内的墙贴面3石灰硬化的特点是（B）。A硬化速度慢、强度高； B 硬化速度慢、强度低C硬化速度快、强度高； D 硬化速度快、强度低 4建筑工程中所用的石灰，一般提成（B）品种。A . 2 个； B . 3 个； C . 4 个； D . 5 个 5在水泥石灰混合砂浆中，石灰所起的作用重要是（C）。 A 增长砂浆强度 B 减少砂浆收缩 C 提高砂浆可塑性 D 提高砂浆抗渗性