土木工程材料课件第3章 气硬性胶凝材料

900 C
温度过低时
欠火石灰 温度在900℃左右时 煅烧石灰石 (内含CaCO3)
温度过高时
正火石灰 过火石灰
欠火生石灰含较多未消化残渣，影响成品 的出材率；过火石灰内部结构致密，CaO晶 粒粗大，表面被一层玻璃釉状物包裹，与水 反应极慢，会引起制品隆起或开裂。
2.2.石灰的水化和硬化 1.石灰的熟化和“陈伏” 工地上使用石灰时，通常将生石灰加水， 使之消解为消（熟）石灰—氢氧化钙， 这个过程称为石灰的“消化”，又称 “熟化”：
原因 由于空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进 展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形 成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内 部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。
2.3.石灰的技术性质 1.石灰的特性
1）可塑性和保水性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗 粒极细（直径约为1μ）的呈胶体分散状 态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。 因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点 是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石 灰浆，可使可塑性和保水性显著提高。
1.4 建筑石膏的应用
纸面石膏板
装饰石膏板
吸声用穿孔石膏板
石膏艺术制品
石膏外加剂，用于水泥和硅酸盐制品中
纸面石膏板
纸面石膏板
装饰石膏板
装饰石膏板
装饰石膏板
吸声用穿孔石膏板
吸声用穿孔石膏板
石膏艺术制品
第二节
石
灰
石灰是以氧化钙或氢氧化钙为主要成分的气 硬性胶凝材料。 特点：原料来源广泛、生产工艺简单、使用 方便、成本低廉，具有良好的建筑性能。
1.2 建筑石膏的水化与硬化 建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性 良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体 的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一 步产生和发展强度而硬化。 建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式 为：
1 1 CaSO 4 H 2O 1 H 2O CaSO 4 2 H 2O 2 2
本章的重点
气硬性胶凝材料（石灰、石膏）
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能 在空气中保材或发展其强度。 水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中 硬化，并保持、发展其强度。
wk.baidu.com石灰
水泥
第一节 石膏
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材 料，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种 性能不同的石膏。
石膏制品优点：质量轻、抗火、隔音、绝热、 生产工艺简单、资源丰富。 用途：内墙、吊顶等。
（４）良好的隔热和吸音和“呼吸”功能 石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显 著 下 降， 导热系数一般为 0.121~0.205W/ （m.k），因此具有良好的绝热能力；石膏 的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导 或反射的能力也显著下降，使其具有较强 的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开 口孔结构， 使石膏具有呼吸水蒸气的功能。
2）石灰浆的碳化（碳化作用）
晶化 Ca(OH )2 nH2O Ca(OH )2 nH2O
氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙 晶体。只有在有水的条件下才能进行。
Ca(OH)2 CO2 nH2O CaCO3 (n 1)H2O
碳化
• 结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓 慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过 程主要在内部发生。
2.建筑石膏的生产 建筑石膏通常是由天然石膏经压蒸或煅烧加热 而成的。常压下煅烧加热到107℃～170℃，可 产生β型建筑石膏：
C ~170 常压 CaSO 2 H O 107 C CaSO 1 H O 1 1 H O 4 2 4 2 2 2 2 （二水石膏） （β型半水石膏）
生石灰要在水中放置两周以上，此过程 即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完 全和水反应，不会因含有过火石灰造成 熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。
2.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）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）
滞流在孔隙自由水蒸发或被周围砌体吸收，使 石灰粒子密实，蒸发后使Ca(OH)2溶液饱和，析 出结晶，数量少，强度不高（缓慢）。
石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不 断长大和连生，形成相互交错且孔隙率 逐渐减小的结构，其强度也会不断增大， 直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏 结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏 浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行 的。
1.3 建筑石膏的技术性质
1、等级及质量标准：建筑石膏的技术要 求有强度、细度和凝结时间。并按强度 和细度分为优等品、一等品和合格品。 具体技术要求见GB9776-1988。“土木工 程材料P34表3-2”） 建筑石膏产品的标记顺序为产品名称、 抗折强度、标准号。 例如，抗折强度为2.5MPa的建筑石 膏标记为建筑石膏2.5GB 9776
2、 建筑石膏的特性 （１）凝结硬化速度快 建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一 般石膏的初凝时间不小于为6min左右，终 凝时间不超过30min，在室内自然干燥条 件下，一星期左右完全硬化，这对于普通 工程施工操作十分方便。有时需要操作时 间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、 动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。
因为二水石膏溶解度仅为半水石膏的溶解
度1/5，故二水石膏以胶体微粒自水中析出。 随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生 结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒 之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的 塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝； 而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大， 浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象 为石膏的终凝。
第三章 气硬性胶凝材料
本章内容
第一节 石膏
第二节 第三节
石灰 水玻璃
定义与分类
胶凝材料：在土木工程材料中，凡是经过 一系列的物理、化学作用，能将散粒状或 块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝 材料。
将在第4章 进行讲解
有机胶凝材料（树脂、沥青等）
胶凝材料
水硬性胶凝材料（水泥）
无机胶凝材料
CaO H 2O Ca(OH )2 64.85KJ / mol
目的：使生石灰具有粘性和塑性。 特点：①水化热大、水化速度快，体积膨 胀（1～2.5倍）
②理论加水<实际加水量(24.3%<70%)
熟化方法
根据熟化时加水量的不同，石灰的方 式分为两种。 1、熟化为熟石灰粉：
将生石灰块分层淋适量的水，使石灰 充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的 产品就是熟石灰粉。
3.硬化时体积收缩大 石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离 水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳 作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中 掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。
4.耐水性差，不易贮存 块状类石灰放置太久，会吸收空气中 的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气 中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶 结能力。所以贮存生石灰，不但要防止受 潮，而且不宜贮存过久。最好运到后即熟 化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于 生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体 积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还 要注意安全。
2.硬化慢、强度低 从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中 二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化 后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入， 也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓 慢的材料。 同时，熟化时多余水分硬化后蒸发，在石灰体 内留下大量孔隙，因此体积密实度小，强度也 不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还 会溃散。如石灰砂浆（1：3）28天强度仅为 0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮湿的环境下 作用，也不宜用于重要建筑物基础。
1.1 石膏的分类及生产
1.石膏种类 根据石膏中硫酸钙含有结晶水的多少不同 可分为： （1）二水石膏（ＣaSO4· 2H2O）：是生 产建筑石膏的主要原料。 来源：①天然石膏矿，又称为软石膏或生 石膏； ②化工石膏：含有大量ＣaSO4· 2H2O 的化学工业副产品。
（2）无水石膏（ＣaSO4）：结晶紧密， 质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。 来源：①天然石膏矿，即硬石膏； ②二水石膏高温后煅烧后的产物。 （3）半水石膏 （ＣaSO4·1/2 H2O） 也 称熟石膏或建筑石膏。 来源：由生石膏加工而成的，根据其内 部结构不同可分为α 型半水石膏和β 型 半水石膏。
石灰硬化收缩产生的裂缝
•体积收缩大 •耐水性差
石灰砂浆墙面因受潮而脱落
2. 石灰的技术要求 1)建筑生石灰和建筑生石灰粉的技术要求 根据我国建材行业白哦准《建筑生石灰》 （ JC/T 479-1992 ） 与 《 建 筑 生 石 灰 粉 》 （JC/T 480-1992）的规定，钙质生石灰、 镁质生石灰可分为分为优等品、一等品和 合格品三个等级。生石灰和石灰粉的技术 指标见下表3-3,3-4。
125℃条件下压蒸（0.13MPa大气压）加热可产 生α型建筑石膏：

1 1 CaSO 4 2 H 2O 125 C压蒸 0.13 MPa CaSO 4 H 2O 1 H 2O 2 2
（二水石膏）
（α型半水石膏）
α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶 颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此 又称为高强石膏。 当加热温度超过170℃时，可生成无水石膏， 只要温度不超过200℃，此无水石膏就具有 良好的凝结硬化性能。
（6）具有一定的调温和吸湿功能 建筑石膏热容量大和大的孔隙率及开口孔 结构， 使得石膏吸湿性强，对室内温度及 湿度起到一定的调节作用。
（7）有良好的装饰性和可加工性 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地 细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其 脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石 膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工 性。
（５）防火性好，但耐水性抗冻性差 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当 受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的 结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可 有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效 果。 由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间 的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可 能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃 散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差，不 抗冻。
2、石灰的生产工艺
石灰是由富含碳酸钙的岩石(如石灰石、白 云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙 和部分氧化镁的岩石，在低于烧结温度下 经过煅烧，逸出二氧化碳气体后得到的块 块状 状材料。 生石灰
CaCO3 CaO CO2 煅烧良好的生石灰，质轻色均，密度约为
3.2g/m³ ，表观密度约为800~1000kg/m³ 。
2、熟化为石灰膏：
将生石灰放入化灰池中，加大量的水， 熟化成石灰膏。 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”。石灰浆表面 应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。
熟化为石灰膏：
将生石灰放入水 中，注意水要过量 池中透明液体为氢氧 化钙饱和溶液，下部 沉淀即为熟石灰
（２）凝结硬化时的膨胀性 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶 水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩， 而且还稍有膨胀（0.05%~0.15%），这种 膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏 的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、 避免了普通材料干燥时的开裂。
（３）硬化后的孔隙率大，表观密度、强度低 建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性， 常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石 膏在硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水 部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量微孔 （孔隙率50%~60%），使其重量减轻，但是抗压 强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约 为８00kg／ｍ3～1000 kg／ｍ3，抗压强度约为３ ＭPa～5ＭPa。 建筑石膏粉易吸潮，储存和运输必须防潮， 储存时间不超过3个月。
2.1石灰种类和建筑石灰生产
1、石灰种类 按照加工方法分为： 生石灰：石灰石煅烧成的白色或浅灰色疏松 结构块状物，主要成分为CaO；
生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。 消石灰粉：将生石灰用适量水经消化 和干燥而成的粉末，主要成分是Ca(OH)2。 石灰膏：将块状生石灰用过量水（约 为生石灰体积的3到4倍）消化，或将消石 灰和水拌和，得到一定稠度的膏状物，主 要成分是Ca(OH)2和水。