第 2 章气硬性胶凝材料 Chapter 2 Air-hardened cementing materials

《土木工程材料》 Civil Engineering Materials 第 2 章气硬性胶凝材料Chapter 2 Air-hardened cementing materials 李崇智北京建筑工程学院土木系，100044 Department of Civil Engineering, Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture.100044

要点与内容 要点：气硬性胶凝材料的概念，石灰、石膏和水玻璃等三种材料的生产、特性和用途内容： • 2.1 胶凝材料的含义 • 2.2 石灰 • 2.3 石膏 • 2.4 水玻璃

2.0 概念 • 胶凝材料——能将散粒或块状材料粘结成整体的材料。 • 气硬性胶凝材料——只能在空气中硬化，保持或发展其强度。如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃等。 • 水硬性胶凝材料——不仅在空气中，还能在水中硬化，保持或发展其强度。如水泥。

典型气硬性材料：古代砌筑砂浆应用

2.1 石灰 1、生产 2、特性 3、用途

1、石灰的生产 （1） 900～1000℃煅烧 CaCO3=CaO+CO2↑ （2）石灰质原料：石灰石、白云石、白垩、贝壳等（3）产品：JC/T479-92、JC/T479-92 钙质石灰：MgO<5%；镁质石灰：MgO>5%。

2、石灰加工的副产品 使用生石灰粉（ JC/T480-92 ）加水，使之消解为消石灰——氢氧化钙，这个过程称为石灰的消化，又称“熟化”。根据水分不同可消化为粉或膏状，即消石灰粉或熟石灰（ JC/T481-92 ）、石灰膏。（1）消化反应 • CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9KJ • 特点：膨胀（3-4倍）和放热速度快。

(2)术语： 欠火石灰过火石灰（3）陈伏：为了消除过火石灰的危害，需将石灰浆置于消化池中2-3周使之充分消化，这就是陈伏。

2 、技术要求 （1）生石灰的技术要求（ JC/T479-92）（2）生石灰粉的技术要求（ JC/T480-92）（3）建筑消石灰粉的分类与技术要求（ JC/T481-92 ）按CaO+MgO含量、CO2含量、细度等技术指标，分为优等品、一等品、合格品三等级。

3、石灰的特性 （1）生石灰的水化特征 CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9KJ （A）放热;（B）体积增大1～2.5倍

（2）石灰的硬化： • 结晶：Ca(OH)2六方板状晶体随水分蒸发而析出。 • 碳化：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O，长时期的过程，Ca(OH)2与CaCO3长期共存。

（3）石灰浆性能 • 可塑性、保水性 • 膨胀收缩性 • 强度低 • 耐水性差 • 硬化缓慢

4、应用 • （1）制作石灰乳 • (2)拌制砂浆 • (3)灰土（石灰+粘土）及三合土（石灰+粘土+砂石、砖等块状材料）。 • (4)生产硅酸盐制品

讨论请观察图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。 • 请观察图中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 图两种石灰砂浆

2.2 石膏 1、生产 2、特性 3、用途

1、石膏的生产 （ 1）原料：天然二水石膏（软石膏或生石膏）天然无水石膏（天然硬石膏）化工石膏

（2）煅烧生产 • 65～75℃：开始脱水； • 107～170℃：得 β型半水石膏（建筑石膏，熟石膏）CaSO4·2H2O=CaSO4·(1/2)H2O+(3/2)H2O • 170～200℃：可溶性硬石膏； • 200～250℃：结合水极少，硬化缓慢； • >400℃：全脱水，得死烧石膏CaSO4II； • >800℃：部分分解出CaO，又具胶凝性

*125℃、0.13MPa条件下得α型半水石膏（高强石膏）：*125℃、0.13MPa条件下得α型半水石膏（高强石膏）：生成条件：1.3大气压，124℃，蒸炼，晶粒粗大，比表面积（cm2/g）小，密实度、强度高。 • 硬石膏水泥：天然二水石膏或化工石膏煅烧得不溶性硬石膏；加入Na2SO4、石灰、碱性高炉矿渣等激发剂，混合、磨细得无水石膏水泥。

2、建筑石膏的技术要求 • 按强度、细度等分三等级，见表2.6 ：优等品一等品合格品 • 储运必须防潮

3、建筑石膏的性能 （1）建筑石膏的凝结硬化过程 CaSO4·(1/2)H2O+(3/2)H2O=CaSO4·2H2O • 溶解为饱和溶液； • 水化还原为二水石膏； • 凝结：固体微粒增多，液相减少，稠度增大； • 硬化：凝聚，晶体交错，摩阻力增大。

（2）石膏制品性能 • 凝结快：几分钟到20、30分钟 • 硬化快：时间约一星期 • 硬化时体积微膨胀：膨胀率0.05～0.15%，使制品表面光滑饱满。 • 孔隙率大，表观密度低、强度低：孔隙率50～60%；理论水化需水量：18.6%，可塑性需水量：60～80%。

隔热、吸音好：导热系数λ=0.121～0.205W/(m·K) • 防火性能良好。 • 有一定调温调湿性：因其热容量大，吸湿性强。 • 耐水性、抗冻性均差。 • 加工性能好，可锯，可刨，可钉

4、应用 • 制作石膏板、建筑装饰艺术配件（角线、线板、角花、灯圈、罗马柱、雕塑）、彩色石膏制品； • 石膏砖、空心石膏砌块、石膏混凝土、粉刷石膏、人造大理石 • 粉刷石膏 • 水泥外加剂建筑石膏制品特点：原料广泛、设备简单、生产周期短；质轻、绝热、吸声、不燃、可锯可钉。

2.4 水玻璃 1、生产 2、特性 3、用途

1、生产： 硅溶胶与碱反应获得的可溶硅酸盐，俗名：泡花碱，由碱金属和SiO2组成。钠水玻璃：Na2O·nSiO2；钾水玻璃：K2O·nSiO2 • 模数n：SiO2与金属氧化物的比值，即摩尔比，决定了它的可溶性和粘结性。 • n的范围：1.5～3.5；常用范围：2.6～2.8。 • 模数越大，粘结性越高，溶解性越小；反之亦然。

2、特性 （1）硬化：空气中硬化 Na2O.nSiO2+CO2+H2O Na2CO3+nSiO2.mH2O 加促硬剂 2(Na2O.nSiO2)+Na2SiF6+mH2O 6NaF+(2n+1) SiO2.mH2O （2）性能粘结好；抗渗；不燃；耐热；耐酸。

3、应用 （1）涂刷建材表面，抗水、抗风化（石膏除外）；（2）配耐酸砂浆或混凝土；（3）配耐热砂浆或混凝土；（4）加固土壤，提高密实度和强度）和稳定性（抗渗）；（5）作基料配2～5种矾，（明、红、蓝、紫）快凝防水剂，凝结极快<1分钟；（6）配水玻璃矿渣砂浆，补砖墙裂缝。

复习思考题 • 1、试述胶凝材料的定义与分类 • 2、石灰消化反应有何特点？ • 3、石灰硬化存在哪两种作用过程？ • 4、建筑石膏与高强石膏的生成条件是什么？ • 5、试述建筑石膏的凝结硬化过程 • 6、为什么石灰和石膏制品的耐水性差？ • 7、水玻璃的模数概念如何？有何特性？

作业P17复习思考题2，3，4，5

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