无机非金属课件：第十三章　气硬性胶凝材料.ppt

1、胶凝材料：胶凝材料： 定义：定义：是指在一定的条件下，经过一系列的是指在一定的条件下，经过一系列的物理化学作用后，能将散粒状（如砂、石子）物理化学作用后，能将散粒状（如砂、石子）或块状（砖、砌块）材料粘结成为具有一定强或块状（砖、砌块）材料粘结成为具有一定强度的整体的材料。度的整体的材料。 分类：分类： 无机胶凝材料无机胶凝材料 第十三章气硬性胶凝材料第十三章气硬性胶凝材料 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，只能加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空在空气气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料料。如石灰

2、、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。等。 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥干燥空气中空气中凝结硬化，而且能更好地凝结硬化，而且能更好地在水中在水中硬化，保持或发展其强度。通称为硬化，保持或发展其强度。通称为“水泥水泥”。13.1石膏胶凝材料石膏胶凝材料13.1.1石膏胶凝材料的原料石膏胶凝材料的原料1.天然二水石膏（天然二水石膏（CaSO4.2H2O）2. 天然硬石膏（天然硬石膏（ CaSO4 ）3.工业副产石膏工业副产石膏13.1.2石膏的各种相变体石膏的各种相变体1.石膏的各种相变体的脱水转变石膏的各种相变体的脱水转变见图见

3、图14-22. -半水石膏和半水石膏和 -半水石膏的差异半水石膏的差异微观上无差别，均呈菱形结晶。微观上无差别，均呈菱形结晶。亚微观上，晶粒形态、大小、聚集状态等有差别。亚微观上，晶粒形态、大小、聚集状态等有差别。宏观上，宏观上， -半水石膏吸水率低，强度高；半水石膏吸水率低，强度高； -半水半水石膏吸水率高，强度低。石膏吸水率高，强度低。3.石膏胶凝材料的生产石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程同的煅烧温度

4、下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：如下所示：二水石膏CaSO42H2OCaSO40.5H2OCaSO40.5H2OCaSO4 CaSO4 CaSO4 107170加热、脱水125 0.13MPa蒸压锅170360加热、脱水400750800型建筑石膏型高强石膏可溶性石膏不溶性石膏高温煅烧石膏在常温下不存在在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。各类石膏的特点各类石膏的特点 建筑石膏建筑石膏熟石膏，晶体较细，需水量较大（熟石膏，晶体较细，需水量较大（80100） ，因而强度较低。，因而强度较低。 高强石膏高强石膏晶粒

5、粗大，需水量小（晶粒粗大，需水量小（3545），强），强度高。高级室内抹灰、石膏线、石膏板等。度高。高级室内抹灰、石膏线、石膏板等。 可溶性石膏可溶性石膏需水量大，凝结很快，强度低，不宜需水量大，凝结很快，强度低，不宜直接使用。直接使用。 不溶性硬石膏不溶性硬石膏难溶于水，生产无水石膏水泥。难溶于水，生产无水石膏水泥。 高温煅烧石膏高温煅烧石膏常温不存在。常温不存在。13.1.3半水石膏的水化和硬化半水石膏的水化和硬化半水石膏的水化硬化机理半水石膏的水化硬化机理结晶理论（溶解沉淀理论）结晶理论（溶解沉淀理论）P172-173胶体理论（局部化学反应理论）胶体理论（局部化学反应理论）P173半水石

6、膏硬化时的结构变化半水石膏硬化时的结构变化凝聚结构形成阶段凝聚结构形成阶段结晶结构网的形成和发展阶段结晶结构网的形成和发展阶段 建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下： CaSO40.5H2O + 1.5 H2O = CaSO42H2O 建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下： 建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；结晶的过程； 硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结形成过程。晶

7、体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。从而使石膏晶体逐渐硬化。建筑石膏+水浆 体凝 结硬 化建筑石膏凝结硬化示意图建筑石膏凝结硬化示意图 半水石膏；半水石膏；二水石膏胶体微粒；二水石膏胶体微粒；二水石膏晶体；二水石膏晶体；交错的晶体交错的晶体13.1.4建筑石膏的性能和应用建筑石膏的性能和应用1建筑石膏的主要性能建筑石膏的主要性能P174 建筑石膏的质量等级建筑石膏的质量等级 建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级

8、。具体指划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：标见下表：技术指标名称优等品一等品合格品强度抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余）5.010.015.0凝结时间初凝不早于6min，终凝不迟于30min 表观密度小，强度较低；表观密度小，强度较低； 凝结硬化快；凝结硬化快； 孔隙率大，热导率小；孔隙率大，热导率小； 凝结时体积产生微膨胀；凝结时体积产生微膨胀； 吸湿性强，耐水性差；吸湿性强，耐水性差； 具有较好的防火性能。具有较好的防火性能。2建筑石膏的应用建筑石膏的应用 石膏砂浆及粉刷石膏高级室内抹灰；石膏砂浆及粉刷石膏高级室内抹灰； 制

9、备各种石膏板；制备各种石膏板； 各类装饰石膏线、花型；各类装饰石膏线、花型； 无水石膏水泥；无水石膏水泥； 水泥缓凝剂；水泥缓凝剂； 涂料的填充料涂料的填充料 陶瓷模具材料、外科医疗固定材料陶瓷模具材料、外科医疗固定材料 制作雕塑艺术品等。制作雕塑艺术品等。 石膏板石膏板 纸面石膏板纸面石膏板 无纸石膏板（即纤维石膏板）无纸石膏板（即纤维石膏板） 石膏空心条板石膏空心条板 建筑石膏板的建筑石膏板的特点：特点： 石膏板具有质轻、强度高、防火、防蛀、石膏板具有质轻、强度高、防火、防蛀、隔热、吸声、加工性能好（可刨），尺隔热、吸声、加工性能好（可刨），尺寸稳定、施工效率高等特点。寸稳定、施工效率高等

10、特点。以龙骨（轻钢龙骨、木龙骨）为骨架，以龙骨（轻钢龙骨、木龙骨）为骨架，形成形成的各的各种种形式的非承重墙体和承重墙形式的非承重墙体和承重墙体的饰面层体的饰面层，具有装饰新颖，增加使用具有装饰新颖，增加使用面积，改善建筑物功能，提高抗震面积，改善建筑物功能，提高抗震性能性能等优点。等优点。 石膏顶棚石膏顶棚石膏隔墙防火纸面石膏板 是指这种板材在发生着火时，在一定长是指这种板材在发生着火时，在一定长的时间内保持结构完整（在建筑结里）的时间内保持结构完整（在建筑结里），从而起到阻隔火焰蔓延的作用。该板在从而起到阻隔火焰蔓延的作用。该板在生产过程中加入玻璃纤维和其生产过程中加入玻璃纤维和其它它添加

11、剂，添加剂，能够有效地在遇火时起到增强板材完整能够有效地在遇火时起到增强板材完整性的作用。性的作用。防水石膏板 该板是在石膏芯材里加入该板是在石膏芯材里加入一一定量的防水剂，定量的防水剂，或在表面覆盖铝箔、牛皮纸等或在表面覆盖铝箔、牛皮纸等使石膏本身使石膏本身具有一定的防水性能。具有一定的防水性能。 这种石这种石膏膏板在根据美国板在根据美国ASTM标准作防水试标准作防水试验时，其吸水率为验时，其吸水率为5，即能够用于，即能够用于湿湿度较度较大的区域，如卫生间、沐浴室和厨房等大的区域，如卫生间、沐浴室和厨房等 这是一种比较好的具有更广泛用途的板材。这是一种比较好的具有更广泛用途的板材。但此板不可

12、直接长时间进水浸泡。但此板不可直接长时间进水浸泡。 石膏浮雕装饰制品石膏浮雕装饰制品 石膏浮雕装饰制品是以石膏为基料和玻璃纤石膏浮雕装饰制品是以石膏为基料和玻璃纤维及添加剂加工制成各种平板、小方板、墙维及添加剂加工制成各种平板、小方板、墙身板、饰线、灯圈、浮雕、花角、圆柱、方身板、饰线、灯圈、浮雕、花角、圆柱、方柱与数百种装饰件，用于室内装饰。柱与数百种装饰件，用于室内装饰。 特点特点: 加工性能好，能钉、锯、刨，可修补。加工性能好，能钉、锯、刨，可修补。完整性好，不变形，不开裂，无缝隙。完整性好，不变形，不开裂，无缝隙。 耐耐久性强，防蛀不腐，防火防潮，质轻吸音，久性强，防蛀不腐，防火防潮，

13、质轻吸音，容易安装容易安装。 石膏浮雕壁画石膏浮雕壁画 石膏浮雕壁画有两种加工方法，一种是做石膏石膏浮雕壁画有两种加工方法，一种是做石膏板，在板上放刀雕刻；而另一种方法是用泥做板，在板上放刀雕刻；而另一种方法是用泥做形，然后翻制成品。一般大型石膏壁画都是采形，然后翻制成品。一般大型石膏壁画都是采用后者。用后者。 石膏板浮雕：此种方法与木浮雕相同，只是材石膏板浮雕：此种方法与木浮雕相同，只是材料上的不同，石膏板料上的不同，石膏板更更容易制作，又不会出现容易制作，又不会出现开裂与木纹纤维方向的问题，所以是一种开裂与木纹纤维方向的问题，所以是一种性能性能较好的浮雕材料。较好的浮雕材料。13.2石灰石

14、灰13.2.1石灰的原料和石灰的技术要求石灰的原料和石灰的技术要求1石灰的原料石灰的原料2石灰的技术要求石灰的技术要求P176 石灰的质量等级石灰的质量等级 建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效灰粉按有效CaOMgO的含量，可分为优等的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材。教材。 石灰的特性石灰的特性1.可塑性好；可塑性好；2.生石灰吸湿性强，保水性好；生石灰吸湿性强，保水性好；3.凝结硬化慢、强度低凝结硬化慢、强度低 ；4.硬化后体积收缩大，易开裂；硬化后体积收缩大，易开裂；5.耐水性差耐水

15、性差 。1、石灰的原料 原材料 生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品。主要成分为CaCO3。 生产工艺煅烧 石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。 CaCO3 = CaO + CO2900700 CaCO3 = CaO + CO2MgCO3= MgO + CO2900700生石灰13.2.2石灰石的煅烧石灰石的煅烧1碳酸钙的分解反应碳酸钙的分解反应2石灰石的煅烧过程石灰石的煅烧过程13.2.3石灰的消化石灰的消化1石灰的消化反应石灰的消化反应2石灰在消化过程中的分散石灰在消化过程中的分散1）生石灰与水作用生成氢氧化钙；）生石灰与水作用生成氢氧化钙

16、；2）水在生石灰中发生吸附分散和化学分散，形成大）水在生石灰中发生吸附分散和化学分散，形成大量胶体粒子。量胶体粒子。 固相比表面积剧增；固相比表面积剧增； 石灰浆迅速稠化失去流动性。石灰浆迅速稠化失去流动性。 熟化的方式淋 灰生石灰粉（消石灰粉） 化 灰 熟石灰膏 熟石灰在使用前必须陈伏15d以上防止过火石灰的危害； 在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化石灰的陈伏石灰的陈伏 定义石灰膏在储灰池中隔离空气下保存“两周”以上的工艺过程。 目的消除过火石灰的危害 过火石灰过烧、表面形成一层釉质，熟化极慢，当这种未充分熟化的石灰抹灰后，会吸收空气中的水分继续熟化，体积膨胀，最终造成墙面的隆起、开裂。3石

17、灰浆体结构的形成过程石灰浆体结构的形成过程 凝聚结构和结晶结构两个阶段凝聚结构和结晶结构两个阶段P18013.2.4石灰浆体的硬化石灰浆体的硬化1石灰浆体的干燥硬化石灰浆体的干燥硬化P1812石灰浆体碳化硬化石灰浆体碳化硬化OHnCaCOOnHCOOHCa23222) 1()(13.4.5石灰的应用石灰的应用配制石灰砂浆和石灰乳；配制石灰砂浆和石灰乳；配制三合土和灰土；配制三合土和灰土；制作碳化石灰板；制作碳化石灰板；生产硅酸盐制品；生产硅酸盐制品；生产无熟料水泥。生产无熟料水泥。13.3镁质胶凝材料镁质胶凝材料13.3.1镁质胶凝材料的原料镁质胶凝材料的原料1菱镁矿菱镁矿2白云石白云石13.

18、3.2镁质胶凝材料的生产镁质胶凝材料的生产1菱镁矿的煅烧菱镁矿的煅烧 煅烧温度对氧化镁的结构和水化反应活性影响很大。煅烧温度对氧化镁的结构和水化反应活性影响很大。 煅烧温度尽可能低。煅烧温度尽可能低。2白云石的煅烧白云石的煅烧13.3.3镁质胶凝材料的水化相镁质胶凝材料的水化相 MgCl2作为调和剂作为调和剂 镁质胶凝材料的水化产物与镁质胶凝材料的水化产物与MgO/MgCl2比值的关比值的关系系P184 控制控制MgO/MgCl2比值（物质的量比）在比值（物质的量比）在4-6之间之间 硬化浆体的强度高，吸湿性大，抗水性差。硬化浆体的强度高，吸湿性大，抗水性差。 MgSO4作为调和剂作为调和剂

19、硬化浆体的强度低，吸湿性低。硬化浆体的强度低，吸湿性低。OzHyMgClxMgOOzHyMgClxMgO2222. 产物产物 xMgO.yMgCl2.zH2O复盐复盐其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。菱苦土制品不宜用于潮湿环境。使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。增强菱苦土波瓦。镁质胶凝材料又称菱苦土或氯

20、氧镁水泥；主要成分为镁质胶凝材料又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为MgO。 又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为MgOMgO。 硬化后的主要产物为硬化后的主要产物为x xMgOMgOy yMgCl2MgCl2z zH2OH2O，其吸湿，其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。制品不宜用于潮湿环境。 使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维

21、折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。增强菱苦土波瓦。13.3.4镁质胶凝材料的应用镁质胶凝材料的应用 菱苦土木屑板、木丝板、刨花板菱苦土木屑板、木丝板、刨花板 配比：木屑颜料填料菱苦土配比：木屑颜料填料菱苦土 菱苦土地面：菱苦土地面： 防爆、防静电、不起尘军工、纺防爆、防静电、不起尘军工、纺织、电子车间织、电子车间 菱苦土制品：门窗、楼梯扶手、包装箱菱苦土制品：门窗、楼梯扶手、包装箱讨论：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。石灰砂浆石灰砂浆A 石灰砂浆石灰砂浆B 石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。