无机气硬性胶凝材料.ppt
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1、第二章第二章 无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料有机胶凝材料有机胶凝材料胶凝材料胶凝材料气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料v气硬性无机胶凝材料气硬性无机胶凝材料:只能在空气中硬化、只能在空气中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料(保持或继续发展强度的无机胶凝材料(石石灰、石膏、菱苦土和水玻璃灰、石膏、菱苦土和水玻璃)v水水硬硬性性无无机机胶胶凝凝材材料料:不不仅仅能能在在空空气气中中,而而且且能能更更好好地地在在水水中中硬硬化化、保保持持或或继继续续发发展强度的无机胶凝材料。展强度的无机胶凝材料。(水泥)第一节第一节 石石 灰灰一、石灰的生产一
2、、石灰的生产 以天然碳酸岩类岩石(石灰石、白云石等,主要成分为碳酸钙)经高温煅烧,生成的以CaOCaO为主要成分的生石灰,其化学反应可表示如下:生石灰(堆积密度为8001000 kg/m3)一般为白色或黄灰色块灰,块灰碾碎磨细即为生石灰粉。生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料的尺生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料的尺寸过大、窑中温度不均匀、煅烧温度低或煅烧时寸过大、窑中温度不均匀、煅烧温度低或煅烧时间短等原因,生石灰中残留有未烧透的的石灰石间短等原因,生石灰中残留有未烧透的的石灰石内核,这种石灰称为内核,这种石灰称为“欠火石灰欠火石灰”。危害:危害:欠火石灰只是欠火石灰只是降低了石灰的利用率
3、降低了石灰的利用率,不会,不会带来危害。带来危害。第二种情况是由于烧制的温度过高或时间第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长,使得晶粒粗大,且石灰表面出现裂缝或过长,使得晶粒粗大,且石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳,体积收缩明显,颜色呈灰黑色,玻璃状的外壳,体积收缩明显,颜色呈灰黑色,这种石灰称为这种石灰称为“过火石灰过火石灰”。危害:危害:过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆,玻璃釉状物包覆,熟化很慢熟化很慢。当石灰已经硬化。当石灰已经硬化后,过火石灰才开始熟化,并产生体积膨胀,后,过火石灰才开始熟化,并产生体积膨胀,引起隆起鼓包和开裂。引起隆起
4、鼓包和开裂。二、石灰的熟化二、石灰的熟化 工工地地上上使使用用石石灰灰时时,通通常常将将生生石石灰灰加加水水,使使之之消消解解为为消消(熟熟)石石灰灰氢氢氧氧化化钙钙,这这个个过程称为石灰的过程称为石灰的“消化消化”,又称,又称“熟化熟化”:生石灰的熟化反应为放热反应,熟化生石灰的熟化反应为放热反应,熟化时时体积增大体积增大1倍倍。煅烧良好的。煅烧良好的CaO与水与水接触时接触时几秒钟几秒钟内即反应完毕。内即反应完毕。陈伏:陈伏:为了消除为了消除过火石灰过火石灰的危害,生石灰的危害,生石灰 熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以两周以 上上,这一过程称为石灰的,
5、这一过程称为石灰的“陈伏陈伏”。“陈伏陈伏”期期 间,石灰浆表面应间,石灰浆表面应保有一层水分保有一层水分,与空气隔,与空气隔 绝,以免碳化。绝,以免碳化。三、石灰的硬化三、石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化,它包含石灰浆体在空气中逐渐硬化,它包含干燥、干燥、结晶和碳化结晶和碳化三个同时交错进行的过程。三个同时交错进行的过程。()干干燥燥作作用用:石石灰灰浆浆体体中中多多余余水水分分蒸蒸发发或或被被砌砌体吸收而使石灰粒子紧密,获得一定的强度。体吸收而使石灰粒子紧密,获得一定的强度。(2 2)结结晶晶作作用用:游游离离水水分分蒸蒸发发,氢氢氧氧化化钙钙逐逐渐渐从从饱饱和溶液中结晶。和溶液中结晶
6、。(3 3)碳碳化化作作用用:氢氢氧氧化化钙钙与与空空气气中中的的二二氧氧化化碳碳化合生成碳酸钙结晶,释出水分并被蒸发:化合生成碳酸钙结晶,释出水分并被蒸发:碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸,然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。用不能在没有水分的全干状态下进行。四、建筑石灰的技术指标四、建筑石灰的技术指标 建建筑筑石石灰灰的的技技术术指指标标有有细细度度、CaO+MgOCaO+MgO含含量量、COCO2 2含含量量和和体体积积安安定定性性等等。并并按按技技术术指指标标分分为为优优
7、等等品品、一一等等品和合格品品和合格品三个等级。具体技术要求见:三个等级。具体技术要求见:土木工程材料土木工程材料 JC/T479-1992 JC/T479-1992 建筑生石灰建筑生石灰(P54(P54 表表4 41 1)JC/T480-1992 JC/T480-1992 建筑生石灰粉建筑生石灰粉(P54(P54 表表4 42 2)JC/T481-1992 JC/T481-1992 建筑消石灰粉建筑消石灰粉(P54(P54 表表4 43 3)钙质生石灰钙质生石灰 MgO5%MgO5%钙质消石灰粉钙质消石灰粉 MgO4%MgO4%镁质生石灰镁质生石灰 MgO5%MgO5%镁质消石灰粉镁质消石灰
8、粉 MgO4%MgO4%五、石灰的技术性质五、石灰的技术性质(1 1)保水性、可塑性好)保水性、可塑性好 生生石石灰灰熟熟化化为为石石灰灰浆浆时时,能能自自动动形形成成颗颗粒粒极极细细(直直径径约约为为1m1m)的的呈呈胶胶体体分分散散状状态态的的氢氢氧化钙,表面吸附一层厚的水膜。氧化钙,表面吸附一层厚的水膜。因因此此用用石石灰灰调调成成的的石石灰灰砂砂浆浆其其突突出出的的优优点点是是具具有有良良好好的的保保水水性性和和可可塑塑性性。在在水水泥泥砂砂浆浆中中掺入石灰浆,可使可塑性显著提高。掺入石灰浆,可使可塑性显著提高。(2 2)凝结硬化慢、强度低)凝结硬化慢、强度低 从从石石灰灰浆浆体体的的
9、硬硬化化过过程程可可以以看看出出,由由于于空空气气中中二二氧氧化化碳碳稀稀薄薄,碳碳化化甚甚为为缓缓慢慢。而而且且表表面面碳碳化化后后,形形成成紧紧密密外外壳壳,不不利利于于碳碳化化作作用用的的深深入入,也也不不利利于于内内部部水水分分的的蒸蒸发发,因因此此石石灰灰是是硬硬化缓慢化缓慢的材料。的材料。同同时时,石石灰灰的的硬硬化化只只能能在在空空气气中中进进行行,硬硬化化后后的的强强度度也也不不高高。受受潮潮后后石石灰灰溶溶解解,强强度度更更低低,在在水水中中还还会会溃溃散散。如如石石灰灰砂砂浆浆(1 1:3 3)2828天天强强度度仅仅为为。所所以以,石石灰灰不不宜宜在在潮潮湿湿的的环环境境
10、下下使用,也不宜用于重要建筑物基础使用,也不宜用于重要建筑物基础。(3 3)硬化时体积收缩大)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收缩缩而产生开开裂裂。因此,除调成石灰乳作薄层涂刷外,不不宜宜单单独独使使用用。常在其中掺入砂、麻刀、纸筋等以减少收缩和节约石灰。(4 4)耐水性差,不易贮存)耐水性差,不易贮存 块块状状类类石石灰灰放放置置太太久久,会会吸吸收收空空气气中中的的水水分分而而自自动动熟熟化化成成消消石石灰灰粉粉,再再与与空空气气中中二二氧氧化化碳碳作作用用而而还还原原为为碳碳酸酸钙钙,失失去去胶胶结结能能力力。所所以以贮贮存存生生石石灰灰,不不但但要要防
11、防止止受受潮潮,而而且且不不宜宜贮贮存存过过久久。最最好运到后即熟化成石灰浆,好运到后即熟化成石灰浆,将贮存期变为陈伏期将贮存期变为陈伏期。由由于于生生石石灰灰受受潮潮熟熟化化时时放放出出大大量量的的热热,而而且且体体积积膨膨胀胀,所所以以,储储存存和和运运输输生生石石灰灰时时,还还要要注注意安全意安全。六、六、石灰的应用石灰的应用v(1 1)石灰乳和石灰砂浆石灰乳和石灰砂浆 将将消消石石灰灰粉粉或或熟熟化化好好的的石石灰灰膏膏加加入入多多量量的的水水搅搅拌拌稀稀释释,成成为为石石灰灰乳乳,是是一一种种廉廉价价的的涂涂料料,主主要要用用于于内内墙墙和和天天棚棚刷刷白白,增增加加室室内内美美观观
12、和和亮亮度度。我我国国农农村也用于外墙。村也用于外墙。石石灰灰乳乳可可加加入入各各种种耐耐碱碱颜颜料料可可使使色色彩彩丰丰富富。调调入入少少量量水水泥泥、粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣或或粉粉煤煤灰灰,可可提提高高其其耐耐水性水性,调入氯化钙或明矾,可,调入氯化钙或明矾,可减少涂层粉化减少涂层粉化现象。现象。石石灰灰砂砂浆浆是是将将石石灰灰膏膏、砂砂加加水水拌拌制制而而成成,按按其其用途,分为砌筑砂浆和抹面砂浆。用途,分为砌筑砂浆和抹面砂浆。(2 2)石灰土(灰土)和三合土)石灰土(灰土)和三合土 石石灰灰与与粘粘土土或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料混混合合使使用用,制制成成石石灰灰土土或或石石灰灰
13、与与工工业业废废料料的的混混合合料料,加加适适量量的的水水充充分分拌拌合合后后,经经碾碾压压或或夯夯实实,在在潮潮湿湿环环境境中中使使石石灰灰与与粘粘土土或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料表表面面的的活活性性氧氧化化硅硅或或氧氧化化铝铝反反应应,生生成成具具有有水水硬硬性性的的水水化化硅硅酸酸钙钙或或水水化化铝铝酸酸钙钙,适适于在潮湿环境中使用。于在潮湿环境中使用。如如建建筑筑物物或或道道路路基基础础中中使使用用的的石石灰灰土土,三三合合土土,二二灰灰土土(石石灰灰、粉粉煤煤灰灰或或炉炉灰灰),二二灰灰碎碎石石(石石灰灰、粉粉煤煤灰灰或或炉炉灰灰、级级配配碎碎石)等。石)等。(3 3)灰砂砖和硅
14、酸盐制品)灰砂砖和硅酸盐制品 石石灰灰与与天天然然砂砂或或硅硅铝铝质质工工业业废废料料混混合合均均匀匀,加加水水搅搅拌拌,经经压压振振或或压压制制,形形成成硅硅酸盐制品。酸盐制品。为为使使其其获获早早期期强强度度,往往往往采采用用高高温温高高压压养养护护或或蒸蒸压压,使使石石灰灰与与硅硅铝铝质质材材料料反反应应速速度度显显著著加加快快,使使制制品品产产生生较较高高的的早早期期强强度度。如如灰灰砂砂砖砖、硅硅酸酸盐盐砖砖、硅硅酸酸盐盐混混凝凝土土制品等。制品等。例例1 1 某宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数某宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后,墙面上出现了许多不规则的月后,墙面上出现了许多不规
15、则的网状裂网状裂纹纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。试分析上述现象产生的原因。答:答:石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹网状裂纹,引发的原因很多,但最主要的原因在于石灰在硬引发的原因很多,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化过程中,蒸发大量的游离水而引起体积收缩体积收缩的的结果。结果。墙面上个别部位出现凸出的呈墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹放射状的裂纹,是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火过火石灰石
16、灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完。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。从而出气中的水蒸汽继续熟化,造成体积膨胀。从而出现上述现象。现上述现象。例例2 2 既然石灰不耐水,为什么由它配制的灰既然石灰不耐水,为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位?基层等潮湿部位?解:石灰土或三合土是由石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土消石灰粉和粘土等按比例等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后,经碾压或配制而成的。加适
17、量的水充分拌合后,经碾压或夯实,在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化夯实,在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应,生成具有硅或氧化铝反应,生成具有水硬性水硬性的水化硅酸钙的水化硅酸钙或水化铝酸钙,所以灰土或三合土的强度和耐水或水化铝酸钙,所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高,适于在潮湿性会随使用时间的延长而逐渐提高,适于在潮湿环境中使用。环境中使用。由于石灰的可塑性好,与粘土等拌合后经压实由于石灰的可塑性好,与粘土等拌合后经压实或夯实,使灰土或三合土的或夯实,使灰土或三合土的密实度大大提高密实度大大提高,降,降低了孔隙率,使水的侵入大为减少。因此灰土或低了孔隙
18、率,使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。部位。v第二节第二节 建筑石膏建筑石膏v石石膏膏是是以以硫硫酸酸钙钙为为主主要要成成分分的的矿矿物物,当当石石膏膏中中含含有有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。v2.1 2.1 石膏的原料、分类及生产石膏的原料、分类及生产v根据石膏中含有根据石膏中含有结晶水结晶水的多少不同可分为:的多少不同可分为:v(1 1)无无水水石石膏膏(aSOaSO4 4):也也称称硬硬石石膏膏,它它结结晶晶紧紧密,质地较硬,是生产硬石膏水泥的原料。密,质
19、地较硬,是生产硬石膏水泥的原料。v(2 2)天然石膏(天然石膏(aSOaSO4 42H2H2 2O O):也称生石膏或二:也称生石膏或二水石膏,大部分天然石膏矿为生石膏,是生产建筑水石膏,大部分天然石膏矿为生石膏,是生产建筑石膏的主要原料。石膏的主要原料。v()建建筑筑石石膏膏 (aSOaSO4 41/2 1/2 H H2 2O O)也也称称熟熟石石膏膏或或半半水水石石膏膏。它它是是由由生生石石膏膏加加工工而而成成的的,根根据据其其内内部部结结构构不不同同可可分分为为型型半半水水石石膏膏和和型型半半水水石膏石膏:v建建筑筑石石膏膏通通常常是是由由天天然然石石膏膏经经压压蒸蒸或或煅煅烧烧加加热热
20、而而成成的的。常常压压下下煅煅烧烧加加热热到到107107170170,可可产生产生型建筑石膏:型建筑石膏:v (二水石膏)(型半水石膏)v124124条件下压蒸(大气压)加热可产生条件下压蒸(大气压)加热可产生型建筑石膏:型建筑石膏:v (二水石膏)(型半水石膏)v型型半半水水石石膏膏与与型型半半水水石石膏膏相相比比,结结晶晶颗颗粒粒较较粗粗,比比表表面面积积较较小小,调调制制成成一一定定浓浓度度的的浆浆体体时时需需水量较少,强度高,因此又称为水量较少,强度高,因此又称为高强石膏高强石膏。v当当加加热热温温度度超超过过170170时时,可可生生成成无无水水石石膏膏,只只要要温温度度不不超超过
21、过200200,此此无无水水石石膏膏就就具具有有良良好好的的凝结硬化性能凝结硬化性能。v2.2 2.2 建筑石膏的水化与硬化建筑石膏的水化与硬化v 建建筑筑石石膏膏与与适适量量水水拌拌合合后后,能能形形成成可可塑塑性性良良好好的的浆浆体体,随随着着石石膏膏与与水水的的反反应应,浆浆体体的的可可塑塑性性很很快快消消失失而而发发生生凝凝结结,此此后后进进一一步步产生和发展强度而产生和发展强度而硬化硬化。v建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为:建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为:v 此此反反应应实实际际上上也也是是半半水水石石膏膏的的溶溶解解和和二二水水石石膏膏沉沉淀淀的的可可逆逆反反应应,因
22、因为为二二水水石石膏膏溶溶解解度度(2.04 g/L)比比半半水水石石膏膏的的溶溶解解度度(8.85 g/L)小小得得多多,所所以以此此反反应应总总体体表表现现为为向向右右进进行行,二二水水石石膏膏以以胶胶体体微微粒粒自自水水中析出。中析出。v随着二水石膏沉淀的不断增加,就会产生随着二水石膏沉淀的不断增加,就会产生结结晶晶,结晶体的不断生成和长大,晶体颗粒之间便,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,造成浆体的产生了磨擦力和粘结力,造成浆体的塑性开始下塑性开始下降降,这一现象称为石膏的,这一现象称为石膏的初凝初凝;v而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大,而后随着晶体颗粒
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