1、第 三 章 无机胶凝材料Inorganic BindersorInorganic Cementions materials本 章 主 要 内 容v3.1 气硬性胶凝材料v3.2 硅酸盐水泥v3.3 掺混合材的硅酸盐水泥v3.4 其它品种水泥基本概念：胶凝材料的定义和分类v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。v分类（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、石膏、石灰等。按其硬化条件，无机胶凝材料分为：气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料：既能在空气中，又能在水中凝结硬化，如各种水
2、泥等。复合胶凝材料：酸碱水泥。第一节 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 3.1.1 石膏 Plasterv石膏的组成与结构 Composition and Structure of Plasterv石膏的生产 Plaster Productionv建筑石膏的凝结与硬化 Setting and Hardening of Plastterv建筑石膏的性质 Properties of Plaster and its Articlesv建筑石膏的应用 Utilization of Plaster and its ArticlesSummaryv性质石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaS
3、O40.5H2O;v生产方法建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在120180 C干燥下脱水制备；v凝结硬化机理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；v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。v应用各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。进一步研究开发的课题v先进纤维石膏基复合材料v高强石膏及其制品v提高石膏及其制品的耐水性v外墙保温砂浆及其装饰v钢结构防火涂层一、石膏的组成与结构v石膏的矿物组成：CaSO4xH2Ox0，硬
4、石膏(无水石膏)x0.5，熟石膏(半水石膏)x2，生石膏(二水石膏)v石膏胶凝材料(Gypsum binder)的组成：CaSO4 0.5H2O或或CaSO4。二、石膏的生产v原料：天然二水石膏；天然无水石膏；仅用于生产无水石膏水泥仅用于生产无水石膏水泥工业副产物磷石膏、氟石膏等。v生产工序：原料(破碎)脱水 磨细v生产(脱水)的工艺：非密闭煅烧(干燥空气中)：密闭蒸练(湿的水蒸气)：v不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料石膏制备工艺示意图 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。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的：二水石膏CaSO42H2OCa
5、SO40.5H2OCaSO40.5H2OCaSO4 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。各类石膏的特点各类石膏的特点v建筑石膏熟石膏，晶体较细，需水量较大（80100），因而强度较低。v高强石膏晶粒粗大，需水量小（3545），强度高。高级室内抹灰、石膏线、石膏板等v可溶性石膏需水量大，凝结很快，强度低，不宜直接使用。v不溶性硬石膏难溶于水，生产无水石膏水泥。v高温煅烧石膏常温不存在。石膏浆体 半水
6、石膏颗粒 二水石膏晶体石膏胶体石膏硬化体水孔隙v凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应：CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应三、建筑石膏的凝结硬化石膏凝结硬化的影响因素v石膏的组成v石膏浆体的用水量v外加剂v细度凝结硬化速度的排序：可溶性无水石膏半水石膏难溶性无水石膏不溶性无水石膏 用水量越大，石膏晶体颗粒越小；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。四、建筑石膏的性质v建
7、筑石膏的技术要求(GB977688)：密度：密度：2.502.70;强度：抗折强度、抗压强度强度：抗折强度、抗压强度;细度：细度：0.2mm方孔筛筛余方孔筛筛余;凝结时间：初凝、终凝时间凝结时间：初凝、终凝时间;v石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小表观密度较小孔隙率较大孔隙率较大（5060%）早期强度发展迅速，但极限强度较低早期强度发展迅速，但极限强度较低耐水性和抗冻性较差耐水性和抗冻性较差（软化系数（软化系数0.20.3）防火性较好防火性较好隔热性和吸声性良好隔热性和吸声性良好（导热系数（导热系数0.1210.205W/(mK)）微膨胀性微膨胀性（膨胀率（膨胀率0.05%0.15%）可加工
8、性、装饰性好可加工性、装饰性好 学会分析、思考和回答问题！1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？答：答：半水石膏需加水半水石膏需加水6080，才能使浆体达到成型所需可，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6的水量；的水量；即，有即，有4060多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。发留下大量孔隙。2、为什么石膏制品的防火性好?答：答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体
9、脱去水分子，并两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结在高温下，主要发生脱水和烧结。五、建筑石膏的应用v建筑石膏是一种很好的绿色建材！v应用中扬长避短，正确应用！v建筑上的主要应用有：建筑石膏制品：各种板材：墙板、天花板等艺术装饰品粉刷石膏：墙面粉刷雕饰各种墙板德国一所教堂的外墙面雕饰室内墙面和天花板的雕饰3.1.2 石 灰limev建筑石灰的组成与品种建筑石灰的组成与品种v建筑石灰的制备建筑石灰的制备v石灰的硬化石灰的硬化v石灰的性质石灰的性质v石灰
10、的应用石灰的应用回顾回顾石灰石石灰石 CaCO3煅烧煅烧生石灰生石灰 CaO熟化熟化熟石灰熟石灰 Ca(OH)2结晶结晶成品成品 Ca(OH)2碳化碳化CaCO3一、石灰的组成与品种v粘土杂质含量8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；二、石灰的制备v原料：原料：以以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。白垩等。v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 CaOCO2 MgCO3 MgOCO2(MgO含量含量5%为为镁质生石灰镁质生石
11、灰)制备工艺：制备工艺：岩石岩石 破碎破碎 煅烧煅烧 粉磨粉磨(消解消解)制备工艺与产品石灰石10001200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时，欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时，过火石灰减轻或消除过火石灰的危害石灰浆体 氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体石灰凝胶体石灰碳化体水孔隙水分损失碳化三、石灰的硬化v结晶作用结晶作用生石灰或熟石灰水成为生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体；浆体中游离水的不断损失，导致浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。硬化。v碳化作
12、用碳化作用Ca(OH)2与空气中的与空气中的CO2气体反应，在表面形成气体反应，在表面形成CaCO3膜层。膜层。提高耐久性。提高耐久性。四、石灰的性质v建筑石灰的技术要求：建筑石灰的技术要求：CaO+MgO的含量的含量 CO2的含量的含量 细度细度 体积安定性体积安定性v建筑石灰的特性：建筑石灰的特性：表观密度较小表观密度较小 浆体的可塑性好浆体的可塑性好 硬化后的强度较低硬化后的强度较低 耐水性差耐水性差 浆体硬化中容易开裂浆体硬化中容易开裂v过火石灰的危害过火石灰的危害 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，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂而引起开裂。问 题
13、？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：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，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿裹，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。可采用延水化，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。2.2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？如何避免？答：答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积
14、显著收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。五、石灰的应用v配制建筑砂浆和石灰乳配制建筑砂浆和石灰乳v配制无熟料水泥配制无熟料水泥 石灰火山灰活性材料石灰火山灰活性材料v配制石灰土和三合土配制石灰土和三合土 石灰粘土石灰粘土 石灰粘土砂石或炉渣石灰粘土砂石或炉渣v作为其它建材制品的原料作为其它建材制品的原料 如：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。v软土地基加固软土地基加固3.1.3 水玻璃v水玻璃的组成水玻璃的组成v水玻璃的制备水玻璃的制备v水
15、玻璃的硬化水玻璃的硬化v水玻璃的性质水玻璃的性质v水玻璃的应用水玻璃的应用v什么是水玻璃？什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：碱金属硅酸盐的水溶液：R2O nSiO2+H2O 其中其中R=Na、Kv什么是水玻璃的模数？什么是水玻璃的模数？n:氧化硅氧化硅SiO2与碱金属氧化物与碱金属氧化物R2O的摩尔比。的摩尔比。v模数对水玻璃性能的影响模数对水玻璃性能的影响 模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。v水玻璃的制备方法：水玻璃的制备方法：湿法：湿法：R2OnSiO2+H2O 水玻璃水玻璃 干法：干法：R2OnSiO2 R2O nSiO2 R2O nSiO
16、2+H2O 水玻璃水玻璃v水玻璃硬化过程水玻璃硬化过程 水玻璃与空气中的水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO2而硬化。而硬化。v水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠 其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和SiO2的形成。的形成。v水玻璃的特性水玻璃的特性 良好的胶结能力良好的胶结能力 耐热性好、不燃烧耐热性好、不燃烧 较好的耐酸性能较好的耐酸性能 耐水性和耐碱性差耐水性和耐碱性差水玻璃硬化过程水玻璃硬化过程水玻璃溶液水玻璃
17、溶液 硅酸凝胶硅酸凝胶 二氧化硅玻璃体二氧化硅玻璃体RSiO4-4RRSiO4-4RRRRRH4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4RCO3SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸 化脱水交联v水玻璃在建筑上应用水玻璃在建筑上应用u 配制耐酸混凝土与砂浆配制耐酸混凝土与砂浆u 配制耐热混凝土与砂浆配制耐热混凝土与砂浆u 配制快凝防水剂配制快凝防水剂u 加固地基基础加固地基基础教 学 要 求v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；v基本知识基本知识：重点掌握建筑石膏的特性与石膏的水化、凝结、硬化过重点掌握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，石膏的制备工艺和条件对石程，石膏的技术性质与应用，石膏的制备工艺和条件对石膏组成与性能的影响；膏组成与性能的影响；石灰的技术性质与应用，过火石灰、欠火石灰的危害及石灰的技术性质与应用，过火石灰、欠火石灰的危害及消除方法；石灰熟化与硬化，两种熟化和使用形式，干燥消除方法；石灰熟化与硬化，两种熟化和使用形式，干燥硬化与碳化的机理。硬化与碳化的机理。水玻璃的浓度，模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化水玻璃的浓度，模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化的原因。的原因。
