?建筑材料?

賀智敏建筑工程與環(huán)境學(xué)院2010年8月本章主要內(nèi)容第三章氣硬性膠凝材料1、闡述石膏、石灰、水玻璃以及菱苦土等四種氣硬性膠凝材料的原材料生產(chǎn)、凝結(jié)硬化過(guò)程及其基本性能特征2、四種氣硬性膠凝材料的工程應(yīng)用技術(shù)幾個(gè)基本概念1、膠凝材料：凡是經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)作用，能由漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散粒材料（如砂、石）或塊狀材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)膠凝材料有機(jī)膠凝材料：瀝青、樹(shù)脂無(wú)機(jī)膠凝材料：石灰、水泥氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料2、氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度第一節(jié)石灰一、石灰的原料及煅燒1、原料以CaCO3為主要成分的天然巖石都可生產(chǎn)石灰，石灰的粘土雜質(zhì)要求含量小于8%，超過(guò)時(shí)值的石灰為水硬性石灰石灰可分為氣硬性石灰和水硬性石灰，建筑工程上常用的是氣硬性石灰2、煅燒實(shí)際煅燒溫度在1000~12000C，溫度控制對(duì)于石灰的質(zhì)量有很大的影響

MgO含量大于5%的石灰，稱(chēng)為鎂質(zhì)石灰，

MgO含量小于5%的石灰，稱(chēng)為鈣質(zhì)石灰二、石灰的熟化（消解）石灰在使用時(shí)一般先加水，消解成熟石灰，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為石灰的熟化石灰膏消石灰粉磨細(xì)生石灰消解水量的不同消解的理論用水量為32%石灰在消解過(guò)程中，為消除過(guò)火石灰的危害，須在消解池中保存14d以上，然后進(jìn)行應(yīng)用，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為陳伏三、石灰的硬化結(jié)晶作用碳化作用硬化水分的蒸發(fā)石灰漿體硬化后，由兩種晶體組成：CaCO3

和Ca(OH)2四、石灰的技術(shù)性質(zhì)1、凝結(jié)硬化慢2、強(qiáng)度低，耐水性差3、石灰膏可塑性好4、硬化收縮大，因而石灰漿不宜單獨(dú)使用主要技術(shù)要求見(jiàn)書(shū)p27表2-3~2-5五、石灰的應(yīng)用1、石灰乳和石灰砂漿2、石灰土和三合土3、生產(chǎn)硅酸鹽制品4、碳化石膏板5、無(wú)熟料水泥石灰砂漿的裂紋

請(qǐng)觀察圖3-1中A、B兩種已經(jīng)硬化的石灰砂漿產(chǎn)生的裂紋有何差別，并討論其成因。

A

圖3-1兩種石灰砂漿

B

石灰在制備過(guò)程中，采用石灰石、白云石、白堊、貝殼等原料經(jīng)煅燒后，即得到塊狀的生石灰，反應(yīng)式如下：

CaCO3→CaO(生石灰)+CO2↑凸出放射性裂紋網(wǎng)狀干縮性裂紋在煅燒過(guò)程中：1）若溫度過(guò)低或煅燒時(shí)間不足，使得CaCO3不能完全分解，將會(huì)生成“欠火石灰”。2）如果煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或溫度過(guò)高，將生成顏色較深、塊體致密的“過(guò)火石灰”。過(guò)火石灰水化極慢，當(dāng)石灰變硬后才開(kāi)始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起已變硬石灰體的隆起鼓包和開(kāi)裂。石灰砂漿A為凸出放射性裂紋，這是由于石灰漿的陳伏時(shí)間不足，致使其中部分過(guò)火石灰在石漿砂漿制作時(shí)尚未水化，導(dǎo)致在硬化的石灰砂漿中繼續(xù)水化成Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹，從而形成膨脹性裂紋。

石灰砂漿B為網(wǎng)狀干縮性裂紋，是因石灰砂漿在硬化過(guò)程中干燥收縮所致。尤其是水灰比過(guò)大，石灰過(guò)多，易產(chǎn)生此類(lèi)裂紋。內(nèi)外墻粉刷層爆裂

上海某新村四幢六層樓1989年9～11月進(jìn)行內(nèi)外墻粉刷，1990年4月交付甲方使用。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)內(nèi)外墻粉刷層發(fā)生爆裂。至5月份陰雨天，爆裂點(diǎn)迅速增多，破壞范圍上萬(wàn)平方米。爆裂源為微黃色粉?；蚍哿?。該內(nèi)外墻粉刷用的“水灰”，系寶山某廠自辦的“三產(chǎn)”性質(zhì)的部門(mén)供應(yīng)，該部門(mén)由個(gè)人承包。

經(jīng)了解，粉刷過(guò)程已發(fā)現(xiàn)有“水灰”中有一些粗顆粒。對(duì)爆裂采集的微黃色爆裂物作X射線衍射分析，證實(shí)除含石英、長(zhǎng)石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，還含有較多的MgO、Mg(OH)2以及少量白云石。

該“水灰“含有相當(dāng)數(shù)量的粗顆粒，相當(dāng)部分為CaO與MgO，這些未充分消解的CaO和MgO在潮濕的環(huán)境下緩慢水化，分別生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相體積膨脹約2倍，從而產(chǎn)生爆裂破壞。還需說(shuō)明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。

使用劣質(zhì)建材，就是給工程埋下定時(shí)炸彈，危害人民利益。

石灰的選用

某工地急需配制石灰砂漿。當(dāng)時(shí)有消石灰粉、生石灰粉及生石灰材料可供選用。因生石灰價(jià)格相對(duì)較便宜，便選用，并馬上加水配制石灰膏，再配制石灰砂漿。使用數(shù)日后，石灰砂漿出現(xiàn)眾多凸出的膨脹性裂縫，請(qǐng)分析原因。

石灰砂漿的膨脹性裂縫

該石灰的陳伏時(shí)間不夠。數(shù)日后部分過(guò)火石灰在已硬化的石灰砂漿中熟化，體積膨脹，以致產(chǎn)生膨脹性裂紋。

因工程時(shí)間緊張，若無(wú)現(xiàn)成合格的石灰膏，可選用消石灰粉或生石灰粉。消石灰粉在磨細(xì)過(guò)程中，把過(guò)火石灰磨成細(xì)粉，克服了過(guò)火石灰在熟化時(shí)造成的體積安定性不良的危害，故可不必陳伏可直接使用。且生石灰粉熟化時(shí)放出的熱可大大加快砂漿的凝結(jié)硬化，加水量亦較少，硬化后的砂漿強(qiáng)度亦較高。第二節(jié)石膏一、石膏的原材料原材料豐富生產(chǎn)能耗低不污染環(huán)境強(qiáng)度較低、不耐水石膏建材的優(yōu)點(diǎn)與不足天然二水石膏(CaSO4.2H2O)，生石膏天然無(wú)水石膏(CaSO4)，硬石膏含硫酸鈣成分的工業(yè)廢料，磷石膏、硼石膏、芒硝石膏以及制鹽石膏二、石膏的生產(chǎn)主要工序：破碎加熱磨細(xì)CaSO4.2H2O650C時(shí)開(kāi)始脫水107~1700C，-CaSO4.1/2H2O,建筑石膏170~2000C，CaSO4Ⅲ,可溶硬石膏400~7500C，CaSO4Ⅱ,不溶硬石膏＞8000C，CaSO4、CaO,地板石膏125~1500C，加壓蒸養(yǎng)，-CaSO4.1/2H2O,高強(qiáng)石膏加熱三、建筑石膏的凝結(jié)與硬化建筑石膏+水飽和溶液二水石膏晶粒析出漿體變稠凝結(jié)硬化四、建筑石膏的性質(zhì)氣硬性膠凝材料，白色，密度為2.5～2.7g/cm3,可溶于水主要質(zhì)量指標(biāo)：強(qiáng)度、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間制品輕質(zhì)多孔，孔隙率大，表觀密度小，強(qiáng)度低，隔熱性好，吸聲性好建筑石膏硬化后主要成分為帶結(jié)晶水的二水石膏，防火性能較好體積弱有膨脹，裝飾藝術(shù)效果好凝結(jié)硬化快耐水性和抗凍性較差，軟化系數(shù)僅有0.3～0.45。建筑石膏與石灰的凝結(jié)硬化對(duì)比

建筑石膏凝結(jié)過(guò)程很快，終凝時(shí)間不超過(guò)30min；而石灰凝結(jié)慢。石灰硬化后體積收縮，而石膏則略有膨脹，膨脹率為0.05％～0.15％，此性質(zhì)使石膏制品干燥時(shí)不開(kāi)裂，光滑飽滿(mǎn)。石膏硬化后多孔，故強(qiáng)度較低。石灰水化形成Ca(OH)2，強(qiáng)度也不高，碳化后強(qiáng)度才能提高，但這是一個(gè)緩慢的過(guò)程。建筑石膏及石灰均為耐水性差的氣硬性膠凝材料，且石膏吸濕、吸水性大。

建筑石膏粉的質(zhì)量問(wèn)題請(qǐng)觀察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘結(jié)或制作石膏制品。

從圖3-3可見(jiàn)該建筑石膏粉已吸潮結(jié)粒，對(duì)凝結(jié)硬化性能及強(qiáng)度均有影響，已不宜使用。

由于建筑石膏粉易吸潮，影響其以后使用時(shí)的凝結(jié)硬化性能和強(qiáng)度，長(zhǎng)期儲(chǔ)存也會(huì)降低強(qiáng)度，因此建筑石膏粉存貯時(shí)必須防潮，儲(chǔ)存時(shí)間不得過(guò)長(zhǎng)，一般不得超過(guò)三個(gè)月。

圖3-3石膏粉吸潮結(jié)粒硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能請(qǐng)觀察圖3-5中硬化石膏的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析硬化石膏的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)。從圖3-5中可見(jiàn)建筑石膏制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多孔。

①取其隔熱吸聲性良好。因多封閉的細(xì)微孔，導(dǎo)熱系數(shù)也就較低，且其大是微孔，尤為表面微孔會(huì)使聲音反射或傳導(dǎo)的能力顯著下降從而有好的吸聲性能。

②防火性能好。③具一定的阻濕阻溫性。

④耐水性及防凍性差。⑤加工性能好。圖3-5建筑石膏制品石膏飾條粘貼失效

某工人用建筑石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時(shí)完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請(qǐng)分析原因。①建筑石膏拌水后一般于數(shù)分鐘至半小時(shí)左右凝結(jié)，后來(lái)粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差?？蓳饺刖從齽?，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。

②在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對(duì)表面予以打刮，以利粘貼?；蛘撸谡辰Y(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強(qiáng)的粘結(jié)劑。石膏制品發(fā)霉變形

某住戶(hù)喜愛(ài)石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時(shí)間后，客廳、臥室效果相當(dāng)好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現(xiàn)發(fā)霉變形。請(qǐng)分析原因。廚房、廁所、浴室等處一般較潮濕，普通石膏制品具有強(qiáng)的吸濕性和吸水性，在潮濕的環(huán)境中，晶體間的粘結(jié)力削弱，強(qiáng)度下降、變形，且還會(huì)發(fā)霉。

建筑石膏一般不宜在潮濕和溫度過(guò)高的環(huán)境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中摻入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。如粉煤灰、石灰。摻入有機(jī)防水劑亦可改善石膏制品的耐水性。五、建筑石膏的應(yīng)用粉刷石膏建筑石膏制品面層粉刷石膏底層粉刷石膏保溫曾粉刷石膏石膏砌塊紙面石膏板纖維石膏板空心石膏條板裝飾石膏制品石膏的主要應(yīng)用

此外，石膏還可用來(lái)生產(chǎn)水泥、硅酸鹽制品第三節(jié)水玻璃水玻璃俗稱(chēng)泡花堿，能溶于水的硅酸鹽，化學(xué)組成為常用的有硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃一、水玻璃的生產(chǎn)干法和濕法兩種水玻璃的模數(shù)：氧化硅和氧化鈉的分子之比，一般在1.5~3.5，模數(shù)越大水玻璃的耐讀和粘結(jié)力愈大常用水玻璃的模數(shù)為2.6~3.0，密度為1.3~1.5g/cm3二、水玻璃的硬化由于空氣中二氧化碳含量較少，因而硬化過(guò)程較慢在實(shí)際當(dāng)中常加入促硬劑，如Na2SiF6,用量為水玻璃質(zhì)量的12~15%三、水玻璃的性質(zhì)與使用水玻璃的技術(shù)特點(diǎn)膠結(jié)性好，能填充孔隙，具有防水作用耐熱性和耐酸性好耐堿性和耐水性差水玻璃的用途配制建筑涂料增強(qiáng)硅酸鹽制品、水泥混凝土強(qiáng)度和耐久性配制快凝防水劑制作耐酸混凝土及砂漿制作耐熱混凝土及砂漿加固地基第四節(jié)菱苦土一、原材料與生產(chǎn)以天然菱鎂礦（主要成分為MgCO3)為主要原材料，經(jīng)過(guò)煅燒后再磨細(xì)得到以氧化鎂為主要成分的氣硬性膠凝材料二、菱苦土的主要特性白色或淺黃色粉末，密度為3.1~3.4g/cm3,堆積密度為800~900kg/m3

與水拌合生成疏松無(wú)膠凝性的氫氧化鎂，放熱，凝結(jié)硬化慢，強(qiáng)度低,因而常加入氯化鎂作為調(diào)和劑，且要求其標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿得初凝不得早于20min，終凝不得遲于6h,體積安定性合格，硬化24h抗拉強(qiáng)度不小于1.5MPa

吸濕性大，耐水性差，應(yīng)用時(shí)需添加改性劑和活性混合材三、菱苦土的應(yīng)用與植物纖維和礦物纖維粘結(jié)性好，可制成板材，或是地板可引氣制成泡沫菱苦土，作保溫隔熱材料制作氯氧鎂水泥，菱鎂混凝土機(jī)電產(chǎn)品的代木包裝材料不能用于受潮和酸侵蝕的環(huán)境中水玻璃與鋁合金窗表面的斑跡某些建筑物的室內(nèi)墻面裝修過(guò)程中我們可以觀察到，使用以水玻璃為成膜物質(zhì)的膩?zhàn)幼鳛榈讓油苛?，施工過(guò)程往往散落到鋁合金窗上，造成了鋁合金窗外表形成有損美觀的斑跡。試分析原因，應(yīng)采取什么措施避免這類(lèi)現(xiàn)象。

①鋁合金制品不耐酸堿；

②水玻璃呈強(qiáng)堿性。

當(dāng)含堿涂料與鋁合金接觸時(shí)，引起鋁合金窗表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)：

Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H