建筑材料与检测教学课件作者赵丽颖第4章.ppt

第四章 气硬性胶凝材料,第一节 石灰 第二节 建筑石膏 第三节 水玻璃,返回,第一节 石灰,石灰是人类在建筑工程中最早使用的胶凝材料之一.其因原材料储藏丰富、分布范围广、生产工艺简单、使用方便、成本低廉,至今仍然被广泛应用. 一、石灰的生产 石灰是用以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云质石灰岩、白垩等天然岩石为原料,在一定烧结温度下煅烧所得的产物,其主要成分为氧化钙(CaO).还可以利用化学工业副产品,如利用电石(碳化钙)制取乙炔时的电石渣,其主要成分是氢氧化钙Ca(OH)２,即消石灰. 石灰石经过煅烧生成生石灰,其化学反应式如下:,下一页,返回,第一节 石灰,生石灰一般为白色或黄灰色块状物质,其主要成分为氧化钙.由于原料中常含有碳酸镁(MgCO３),煅烧后生成MgO.当MgO含量≤５％时,称为钙质石灰;当MgO含量＞５％时,称为镁质石灰.在正常温度条件下,煅烧得到的石灰为多孔结构,内部孔隙率较大,密度为３.１~３.４g/cm３,表观密度小,与水作用速度快.在实际生产中,若煅烧温度或煅烧时间控制不当,会出现欠火石灰和过火石灰影响石灰品质.在生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等,生石灰中残留有未烧透的内核,即CaCO3不能完全分解,这种石灰称为“欠火石灰”.欠火石灰的利用率很低,不能消化,石灰浆的产量降低.由于烧制的温度过高或时间过长,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,这种石灰称为“过火石灰”.过火石灰块体容重大、熟化慢,使用时会影响工程质量.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,二、石灰的熟化与硬化 １.石灰的熟化和“陈伏” 石灰的熟化又称为消化、消解,是指生石灰CaO与水发生水化反应,生成熟石灰Ca(OH)２的过程.其化学反应式如下: CaO＋H２O→Ca(OH)２＋６４.９kJ 生石灰熟化时放出大量的热量,同时,体积膨胀１.０~２.５倍. 当石灰中含有过火石灰时,由于过火石灰熟化缓慢,它将在石灰浆体硬化以后才发生水化作用,于是,会因产生膨胀而引起崩裂或隆起现象,在使用前必须使其熟化或将其除去.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,工程中常用的方法是在石灰熟化过程中先利用筛网去除较大尺寸的过火石灰,然后将熟化的石灰浆在储灰池中储存两周以上,使尺寸较小的过火石灰充分熟化,即“陈伏”.陈伏期间,石灰膏表面应留有一层水,以隔绝空气,防止与CO２作用发生碳化. ２.石灰的硬化 石灰浆体在空气中的硬化包含了干燥、结晶和碳化三个交错进行的过程. (１)干燥.干燥时,石灰浆体中多余水分蒸发或被砌体吸收而使石灰粒子紧密接触,获得一定强度. (２)结晶.游离水分蒸发,Ca(OH)２逐渐从饱和溶液中结晶析出,形成结晶结构网,使强度继续增加.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,(３)碳化.Ca(OH)２与空气中的CO２作用,生成不溶于水的CaCO３晶体,析出的水分逐渐被蒸发的过程,称为碳化.其化学反应式如下: Ca(OH)２＋CO２＋nH２O→CaCO３＋(n＋１)H２O 碳化时形成的CaCO３晶体相互交叉连生或与Ca(OH)２共生,构成较精密的结晶网,使硬化浆体强度进一步提高.但由于空气中CO２浓度很低,且表面碳化后,CO２不宜进入内部,故自然状态下碳化速度较慢. 三、石灰的品种、分类和技术要求 １.石灰的品种和分类 根据成品的加工方法的不同,石灰有以下成品: (１)块状生石灰.由石灰石煅烧成的白色疏松结构的块状物,主要成分为CaO.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,(２)磨细生石灰粉.由块状生石灰经破碎、磨细而成.其熟化快,不需提前消化,直接加水使用即可.具有节约场地、提高工程效率、改善施工环境、硬化快、强度提高等优点. 缺点是成本较高,不易储存. (３)消石灰粉.将生石灰用适量的水经消化和干燥而成的粉末,主要成分为Ca(OH)２,也称为熟石灰粉. (４)石灰膏.将消石灰和水组成的具一定稠度的膏状物,主要成分为Ca(OH)２和水. (５)石灰乳.将消石灰用大量水消化而成的一种乳状液体,主要成分为Ca(OH)２和水.建筑工程中使用的石灰,主要有三个品种,即建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,因为石灰岩中常含有一些碳酸镁成分(MgCO３),所以,生石灰中也含有氧化镁(MgO).当MgO含量≤５％时,称为钙质生石灰;当MgO含量＞５％时,称为镁质生石灰.根据化学成分的含量不同,建筑生石灰的分类见表４-１. ２.石灰的技术要求 建筑生石灰的化学成分应符合表４-２的要求. 四、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１μm)的呈胶体分散状态的氢氧化钙,表面吸附一层厚的水膜,具有良好的保水性和可塑性.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,因此,用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好的可塑性,即和易性.在水泥砂浆中掺入石灰浆,可显著提高砂浆的和易性,方便施工. ２.吸湿性强 生石灰吸湿性强,保水性良好,可作为干燥剂使用. ３.凝结硬化缓慢,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,石灰的硬化只能在空气中进行,硬化后的强度也不高,如１∶３石灰砂浆２８d抗压强度仅为０.２~０.５MPa.因此,石灰不宜用于重要建筑物基础.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,４.硬化时体积收缩大 石灰浆体在硬化过程中,蒸发大量的游离水而引起显著的体积收缩,易产生干缩裂缝.所以,除调成石灰乳作薄层涂刷外,石灰不宜单独使用.常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩开裂、提高抗拉强度和节约石灰. ５.耐水性差 由于Ca(OH)２能微溶于水,受潮后石灰溶解,强度更低,在水中还会溃散.因此,石灰不宜在潮湿的环境下应用.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,五、石灰的应用 １.石灰乳和石灰砂浆 石灰乳是将消石灰用大量水消化而成的乳状液体,广泛应用于建筑室内墙体及天棚的粉刷.掺入适量的砂或水泥和砂,即可调配制成石灰砂浆或混合砂浆,用于墙体砌筑或内墙、天棚抹面. ２.配制灰土和三合土 灰土是将生石灰粉、黏土按一定比例(１∶２~１∶４)加水拌和而成.三合土是将生石灰粉(或消石灰粉)、黏土和砂子按一定比例(１∶２∶３)加水拌和而成.灰土和三合土经夯实后主要用作建筑物的基础、地面垫层和公路的路基,其强度和耐久性均高于黏土和石灰.生石灰块灌入软土(高含水量、高孔隙比土)中形成石灰桩,可用于加固软土地基.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,３.制作碳化石灰板 石灰粉与纤维材料或轻质集料加水拌和成型后,用CO２进行人工碳化,制成碳化石灰板,其加工性能良好,适宜用作非承重的内墙隔板、天花板. ４.制作硅酸盐制品 石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀,加水搅拌,经压振或压制,形成硅酸盐制品.为使其获得早期强度,往往采用高温高压养护或蒸压,使石灰与硅铝质材料的反应速度显著加快,使制品产生较高的早期强度,如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等.,上一页,下一页,返回,第一节 石灰,六、石灰的储存 生石灰放置太久,会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉,再与空气中CO２作用而还原为CaCO３,失去胶结能力.所以,储存生石灰不但要防止受潮,而且不宜储存过久,最好运到后即熟化成石灰浆,将储存期变为陈伏期.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,如将生石灰与可燃物分开保管,避免发生火灾.,上一页,返回,第二节 建筑石膏,石膏是一种使用历史悠久的胶凝材料,它具有优良的技术性能,原材料资源丰富,生产工艺简单,在未来仍有很大的发展前途. 一、建筑石膏的生产 石膏是以硫酸钙(CaSO４)为主要成分的矿物,根据石膏中含有结晶水的多少可分为多种性能不同的石膏. (１)天然石膏(CaSO４·２H２O),也称为生石膏或二水石膏.大部分自然石膏为生石膏,是生产建筑石膏的主要原料. (２)建筑石膏(CaSO４·１/２H２O),也称为熟石膏或半水石膏.它是天然石膏经压蒸或煅烧加热而成的,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.,下一页,返回,第二节 建筑石膏,当常压下加热至１０７℃~１７０℃时,得到β型半水石膏,将其磨细得到的白色粉末为建筑石膏;若在压力为０.１３MPa的蒸压条件下加热至１２５℃,则得到α型半水石膏, 将其磨细得到的白色粉末为高强石膏.建筑石膏晶体颗粒细小、需水量较大,因此,其制品孔隙率较大、强度较低.而高强石膏晶体颗粒较粗大、比表面积小、需水量较小,因此,其制品密实度较高、强度较高. (３)无水石膏(CaSO４),也称为硬石膏.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.无水石膏结晶紧密,质地较硬,是生产硬石膏水泥的原料.,上一页,下一页,返回,第二节 建筑石膏,二、建筑石膏的水化与凝结硬化 建筑石膏与适量水拌和后,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(水化反应)的反应式为: CaSO４·１/２H２O＋３/２H２O→CaSO４·２H２O 此化学反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应,因为,二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多,所以,二水石膏很快饱和,以胶体微粒的形式自水中不断析出,直至半水石膏全部转化为二水石膏为止.,上一页,下一页,返回,第二节 建筑石膏,在这个过程中,石膏浆体的水分因水化和蒸发而减少,浆体变得黏稠,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摩擦力和粘结力,造成浆体最终失去可塑性,这一过程称为石膏的凝结.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.建筑石膏凝结硬化示意图如图４-７所示.,上一页,下一页,返回,第二节 建筑石膏,三、建筑石膏的分类和技术要求 １.建筑石膏的分类 建筑石膏按原材料种类可分为以下三类: (１)天然建筑石膏,代号“N”,是以天然石膏为原料制取的建筑石膏. (２)脱硫建筑石膏,代号“S”,是以烟气脱硫石膏为原料制取的建筑石膏. (３)磷建筑石膏,代号“P”,是以磷石膏为原料制取的建筑石膏. ２.建筑石膏的技术要求 根据«建筑石膏»(GB/T９７７６—２００８)的规定,建筑石膏按２h抗折强度分为３.０、２.０、１.６三个等级.,上一页,下一页,返回,第二节 建筑石膏,其中,强度、细度和凝结时间三个指标均应满足各等级的技术要求,见表４-４,抗折强度和抗压强度为试样与水接触２h后测得.指标中若有一项不合格,则判定该产品不合格. 四、建筑石膏的特性 １.凝结硬化快 建筑石膏的浆体凝结硬化速度很快.一般在常温下石膏的初凝时间仅为几分钟,终凝时间不超过３０min.在室内自然干燥状态下,达到完全硬化约需一周的时间.这对于普通工程施工操作十分方便.有时若需要操作时间较长,可加入适量的缓凝剂,如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等.,上一页,下一页,返回,第二节 建筑石膏,２.微膨胀性 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程,其硬化后的体积不仅不会收缩产生裂缝,而且还稍有膨胀(０.２％~１.５％).硬化时体积略有膨胀不仅不会对石膏制品造成危害,反而能使石膏充满模型,还能使石膏制品表面较为光滑饱满,棱角清晰完整、尺寸精确,因此,建筑石膏可以不用掺加填料而单独使用. ３.调湿性 施工中为了保证石膏浆体具有必要的流动性,实际加水量为６０％~８０％,远大于其水化的理论需水量１８.６％.当石膏硬化后,多余水分蒸发,形成大量孔隙(孔隙率达５０％~６０％).因此,建筑石膏导热系数小,吸。