无机气硬性胶凝材料

水玻璃：水玻璃的组成；水玻璃的硬化； 水玻璃：水玻璃的组成；水玻璃的硬化；水玻璃的
性质；水玻璃的应用。 性质；水玻璃的应用。
教学要求
基本概念： 基本概念：
胶凝材料及其分类； 胶凝材料及其分类； 石膏、石灰、水玻璃的组成； 石膏、石灰、水玻璃的组成；
基本知识： 基本知识：
重点掌握石灰的技术性质与应用，过火石灰、欠火石灰 重点掌握石灰的技术性质与应用，过火石灰、 的危害及消除方法；石灰熟化与硬化， 的危害及消除方法；石灰熟化与硬化，干燥结晶与碳化的 机理; 机理; 建筑石膏的特性与石膏的水化、凝结、硬化过程， 建筑石膏的特性与石膏的水化、凝结、硬化过程，石膏 的技术性质与应用； 的技术性质与应用； 水玻璃的模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化的原因。 水玻璃的模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化的原因。
800~1000°C
600~700°C
CaSO4⋅2H2O
0.13MPa、124 °C
煅 烧
与激发剂制得硬石 膏水泥， 膏水泥，其抗水性 较差
α-型半水石膏 型半水石膏 为高强石膏，晶粒粗大，需水量小， 为高强石膏，晶粒粗大，需水量小， 强度较高
2.2.2 建筑石膏的水化与凝结硬化
凝结硬化过程中的水化反应： 凝结硬化过程中的水化反应：
又称熟石膏、磨细后为建筑石膏， 又称熟石膏、磨细后为建筑石膏， 建筑石膏需水量较大， 建筑石膏需水量较大，因而强度较 低 硬化后有较高的强度，耐磨 硬化后有较高的强度， 性高，抗水性好， 性高，抗水性好，适宜作地 β-半水石膏 ，故又称地板石膏。 半水石膏 故又称地板石膏。 板
107~170°C
高 温
煅烧温度较低，时间较短时， 煅烧温度较低，时间较短时， →欠火石灰 煅烧温度较高，时间较长时， 煅烧温度较高，时间较长时， →过火石灰 过火石灰 石灰石
1000～1200°C
生石 灰粉
磨细
生石灰
水喷淋
熟石 灰粉
浓缩
(水)化灰池 陈伏
石灰浆
石灰膏
减轻或消除过火石灰的危害
2.1.2 石灰的熟化与硬化
熟化
CaSO4· 0.5H2O ＋1.5H2O → CaSO4·2H2O＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应
凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论” 凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”
溶解 沉淀 硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石 大于二水石 半水石膏的溶解度 膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解， ，因此，前者在水中不断溶解， 生成Ca 生成 2+、SO42-离子的饱和溶液 半水石膏的饱和溶液， 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。 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， 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
天然无水石膏 CaSO4，又称硬石膏，结 ，又称硬石膏， 构致密，质地较硬， 构致密，质地较硬，难溶于水
化工石膏——磷石膏 氟石膏、 化工石膏——磷石膏、氟石膏、硼 磷石膏、 石膏等。 石膏等。
含有硫酸钙成分的工业副产物
生产工序： 生产工序：
原料破碎→加热→磨细 加热→
不同工艺得到不同性质的石膏品种 不同工艺得到不同性质的石膏品种
用水量越大，石膏晶体颗粒越大； 凝结硬化所需时间增加 一些无机盐(如硫酸钾)可以促进 凝结硬化，而一些有机酸(如柠檬 酸)可以延缓凝结硬化 细度越细，凝结硬化越快。 细度越细，凝结硬化越快。
建筑石膏凝结硬化示意图
半水石膏颗粒
二水石膏晶体
水 石膏浆体 石膏胶体
孔隙 石膏硬化体
半水石膏在空气中， 半水石膏在空气中，也会吸收空气中 的水分子水化成二水石膏晶体。 的水分子水化成二水石膏晶体。 所以，石膏胶凝材料运输、储存中， 必须防潮、防水，以免失效！
石膏凝结硬化的影响因素
石膏浆体的用水量 外加剂 细度
石膏应用的历史
9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹； 9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹； 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨 成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材 料——灰浆； ——灰浆； 372-287 BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做 372BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做 神庙得窗户； 古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊得雕塑。 十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆 （plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石 plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“ 膏的首都（capital plaster）之称。 膏的首都（capital of plaster）之称。 50年代我国在石膏煅烧及装饰制品方面 作过一些研究、开发 50年代我国在石膏煅烧及装饰制品方面 工作；七十年代中期开始了系列研究。八十年代建成纸面石 膏板、石膏空心条板、石膏砌块、粉刷石膏生产线。九十年 代又建成了石膏刨花板 、纸纤维石膏板 、石膏夹芯发泡聚 苯保温板等生产线。
2.2.1 石膏的原料与生产
石膏的矿物组成： 石膏的矿物组成： CaSO4·xH2O
x＝2，生石膏 ＝ ， (二水石膏 二水石膏) 二水石膏
X为结晶水 2O 为结晶水H 为结晶水
x＝0，硬石膏 ＝ ， (无水石膏 无水石膏) 无水石膏
x＝0.5 ，熟石膏(半水石膏 ＝ 熟石膏 半水石膏) 半水石膏
第பைடு நூலகம்章 无机气硬性胶凝材料
本章主要内容
石灰 石膏 水玻璃
教学大纲
石灰：石灰的原料与生产；石灰的熟化与硬化；石 石灰的原料与生产；石灰的熟化与硬化；
灰的特性、质量要求与应用。 灰的特性、质量要求与应用。
石膏：石膏的生产与品种；建筑石膏的凝结与硬化； 石膏的生产与品种；建筑石膏的凝结与硬化；
建筑石膏的特性、质量要求与应用。 建筑石膏的特性、质量要求与应用。
石膏胶凝材料( 石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成： 的组成： CaSO4· 0.5H2O或CaSO4 。 石膏是晶体结构
原料：
天然二水石膏 CaSO4·2H2O，又称生石 软石膏，呈针状、 膏、软石膏，呈针状、片状或板状
天然二水石膏； 天然二水石膏； 天然无水石膏； 天然无水石膏；
过火石灰的危害
与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀 与水反应很慢， 而引起开裂 。
2.1.4 石灰的应用
配制石灰乳和建筑砂浆 配制无熟料水泥 石灰＋ 石灰＋火山灰活性材料 配制三合土 石灰＋粘土＋ 或炉渣、石屑）＋ ）＋水 石灰＋粘土＋砂（或炉渣、石屑）＋水 作为其它建材制品的原料 硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。 如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。
问 题
1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？ 过火石灰有什么危害？应如何消除？
答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包 过火石灰密度较大， 水化消解很慢， 裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿 水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。 水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延 长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。 长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。
2.1.1 石灰的原料与生产 石灰的原料与生产
气硬性石灰
粘土杂质含量＜8%的石灰石热分解物及其水化物： 8%的石灰石热分解物及其水化物： 生石灰粉：CaO； 生石灰粉：CaO； 熟(消)石灰粉：Ca(OH)2； 石灰粉：Ca(OH) 石灰膏( 石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；
水硬性石灰
粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物： 粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物： CaO、活性Si CaO、活性Si2O、Al2O3等
原料： 原料： 为主要成分的天然岩石， 石灰石、 以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、 白垩等。 白垩等。 石灰的制备： 石灰的制备：
石灰石的热分解反应： 石灰石的热分解反应：
CaCO3
制备工艺： 制备工艺：
CaO＋ CaO＋CO2
破碎 煅烧 粉磨(消解) 粉磨(消解)
岩石
制备工艺与产品
石灰的硬化
结晶作用
生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH) 浆体； 生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体； 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH) 结晶； 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶； 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。
碳化作用
Ca(OH)2与空气中的CO2反应，在表面形成CaCO3 与空气中的CO 反应，在表面形成CaCO 膜层。 膜层。 提高耐久性。 提高耐久性。
生石灰
CaO 熟化放热且体积 熟化放热且体积 膨胀
﹢
水
H2O
→
熟石灰
Ca(OH)2
生石灰中加入60%～80%的水 ～ 生石灰中加入 的水 → 消石灰粉 用过量的水熟化 →石灰膏
在储藏和运输过程中，不允许受潮， 不准与易燃易爆物品放在一起
生石灰熟化过程放出大量的热，同时体积迅速膨胀 1～2.5倍。煅烧良好、氧化钙含量高、杂质少的生 2.5倍。煅烧良好、氧化钙含量高、杂质少的生 石灰，熟化快、放热量多，而且体积膨胀也大。 在建筑工程中，生石灰必须经充分熟化后方可使用。 为了消除过火石灰的这种危害，石灰在熟化后，还 应“陈伏”2周左右。陈伏时间越长，石灰熟化得 陈伏” 越完全。陈伏期间石灰浆表面应保持有一层水，使 之与空气隔绝，以免产生过早的碳化。
2.2 石 膏
Plaster
石膏的原料与生产 建筑石膏的凝结与硬化 建筑石膏的技术性质 建筑石膏的应用
概要
性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分 性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分 是β-半水石膏CaSO4⋅0.5H2O; 半水石膏CaSO 生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 107~170 °C干燥下脱水制备； 凝结硬化机理——“溶解—沉淀” 凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏 在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、 相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化； 性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨 性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨 胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻 性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、 耐火、对人体和环境无害。 应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。 应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。
2.1.3 石灰的技术性质
建筑石灰的特性： 建筑石灰的特性：
表观密度较小→浆体的可塑性好 硬化速度慢、硬化后的强度较低→耐水性差 硬化速度慢、 体积收缩大→浆体硬化中容易开裂
建筑石灰的技术要求： 建筑石灰的技术要求：
CaO、MgO的含量 CO2的含量(欠火石灰) CaO、MgO的含量 的含量(欠火石灰) 体积安定性(过火石灰) 细度 体积安定性(过火石灰)
2.人们经常发现古建筑中的石灰砂浆质地坚硬， 2.人们经常发现古建筑中的石灰砂浆质地坚硬， 人们经常发现古建筑中的石灰砂浆质地坚硬 其强度比现今石灰砂浆的高，试分析原因。 其强度比现今石灰砂浆的高，试分析原因。
答：古建筑中石灰砂浆的强度较高是因为在使用过程中， 古建筑中石灰砂浆的强度较高是因为在使用过程中， 石灰吸收空气中的CO 逐步产生碳化作用的结果。 石灰吸收空气中的CO2，逐步产生碳化作用的结果。 在经历几百年或上千年后，石灰的碳化程度较高， 在经历几百年或上千年后，石灰的碳化程度较高， 因而石灰砂浆表现出坚硬、强度较高。 因而石灰砂浆表现出坚硬、强度较高。
基本概念：什么是胶凝材料？ 基本概念：什么是胶凝材料？
定义：
经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚 硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整 体的物质。
胶凝材料的种类
按其化学组成：
有机胶凝材料：沥青、树脂等； 无机胶凝材料：水泥、石灰、石膏等。
按其硬化条件：
气硬性胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃等； 水硬性胶凝材料：各种水泥等。
气硬性与水硬性胶凝材料的特点
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气 中保持和发展其强度； 关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！ 水硬性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。 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好 的性能！
2.1 石 灰
石灰的原料与生产 石灰的熟化与硬化 石灰的技术性质 石灰的应用