1、建 筑 材 料Construction Materials,天津職業(yè)大學,第二章 氣硬性膠凝材料,在建筑上，把經過一系列的物理、化學作用后，由液體或膏狀體變?yōu)閳杂驳墓腆w，同時將砂、石、磚、砌塊等散?；驂K狀材料膠結成整體并具有一定機械強度的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。 土木工程中常用的氣硬性無機膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。,菱苦土,第一節(jié) 石灰,石灰的生產 石灰的分類 石灰的熟化與硬化 石灰的技術性能及標準 石灰的性能 石灰的應用,第一節(jié) 石灰,優(yōu)點 建筑上使用較早的礦物膠凝材料 原料來源廣泛工藝簡單成本低廉膠結性能較好。 缺點 造成空氣污染礦產資源浪費，生態(tài)環(huán)境破壞,一、石灰的生產,

2、生產原料 天然原料：以碳酸鈣為主要成分的礦物、巖石（石灰?guī)r、白云巖）或貝殼等。 化工副產品：如電石渣。 生產過程 天然碳酸巖類巖石經高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學反應如下：,二、石灰的分類,根據成品加工方法不同分類 建筑生石灰：塊狀白色原成品，主要成分CaO 建筑生石灰粉：建筑生石灰研磨制得，主要成分CaO 建筑消石灰粉：建筑生石灰經水化和加工制得，Ca（OH）2 根據化學成分（MgO含量）分類 鈣質石灰 鎂質石灰 根據熟化速度分類 快熟石灰 中熟石灰 慢熟石灰,生石灰,三、石灰的熟化與硬化,熟化 工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石

3、灰，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化” 制石灰膏（主要用于拌制砌筑砂漿和抹面砂漿） 拌制石灰漿 篩網過濾（除渣）入儲灰池 沉淀陳伏成石灰膏 注：為保證石灰膏充分熟化，必須在儲灰池中儲存一段時間，同時，石灰膏上應保留一層水，避免石灰膏與空氣接觸導致碳化。,三、石灰的熟化與硬化,制消石灰粉（用于拌制灰土、三合土） 生石灰淋以適當水，消解成氫氧化鈣，經磨細、篩分而得干粉。 硬化 石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的： 結晶過程：石灰膏中游離水分一部分蒸發(fā)，一部分被砌體吸收，由于飽和溶液中水分減少，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶。 碳化過程：石灰膏體表面的氫氧化鈣與空氣中的

4、二氧化碳反應生成碳酸鈣，不溶于水的碳酸鈣由于水分蒸發(fā)而逐漸結晶。,三、石灰的熟化與硬化,提示： 從以上的硬化過程看出，石灰的硬化只能在空氣中進行，也只能在空氣中才能繼續(xù)發(fā)展提高其強度，所以石灰只能用于干燥環(huán)境的地面上建筑物、構筑物，而不能用于水中或潮濕環(huán)境中。,四、石灰的技術性能及標準,建筑生石灰：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、二氧化碳含量、未消化殘渣含量、產漿量 建筑生石灰粉：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、二氧化碳含量、細度 建筑消石灰粉：有效氧化鈣和有效氧化鎂含量、游離水量、體積安定性、細度 注：具體技術指標見教材P23。,五、石灰的性能,保水性、可塑性好 生石灰熟化成石灰漿時，能自動形成顆粒

5、極細的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。 硬化慢、強度低 由于空氣中的二氧化碳較難進入石灰漿體內部，所以碳化緩慢，硬化后強度不高。 干燥收縮性大 石灰在硬化過程中，由于蒸發(fā)大量游離水而引起顯著收縮。 耐水性差 石灰漿體硬化后的主要成分是氫氧化鈣，微溶于水。 吸濕性強 生石灰極易吸收空氣中的水分熟化成熟石灰。,六、石灰的應用,拌制石灰乳、灰漿、砂漿 拌制灰土、三合土 大量應用于建筑物基礎、地面、道路等的墊層、地基的換土處理等 建筑生石灰粉 石灰碳化制品的主要原料 如：碳化石灰板，適宜用作非承重內隔墻板、天花板等。 硅酸鹽制品的主要原料 如：灰砂磚主要用作墻體材料 。,灰砂磚,第二節(jié)

6、 石膏,建筑石膏的生產 建筑石膏的凝結與硬化 建筑石膏的技術性能 建筑石膏的特點及應用 石膏制品的應用,第二節(jié) 石膏,石膏的主要化學成分是硫酸鈣，它在自然界中以兩種穩(wěn)定形態(tài)存在于石膏礦石中。 天然無水石膏（ ），結晶緊密,質地較硬,也稱生石膏、硬石膏，只可用于生產無水石膏水泥； 天然二水石膏（ ），也稱軟石膏，可制造各種性質的石膏。,第二節(jié) 石膏,將天然二水石膏加熱 6575:開始脫水 107170 :脫去部分結晶水,得 型半水石膏(建筑石膏) 170200 :繼續(xù)脫水,成為可溶性硬石膏,與水調和后仍能很快凝結硬化 200250 :石膏中殘留很少水,凝結硬化非常緩慢 高于400 :完全失去水分

7、,成為不溶性硬石膏 高于800 :產品重新具有凝結硬化性能 高于1600 :全部分解為石灰,一、建筑石膏的生產,生產石膏的主要工序是加熱與磨細。 建筑石膏通常是由天然石膏經壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107170，可產生型建筑石膏： 124條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產生型建筑石膏： 型半水石膏與型半水石膏相比，結晶顆粒較粗，比表面積較小，強度高，因此又稱為高強石膏。,建筑石膏(白色粉末),二、建筑石膏的凝結與硬化,石膏的凝結硬化是一個連續(xù)的溶解、水化、膠化、結晶的過程。 半水石膏極易溶于水，加水后達到飽和分解出溶度低的二水石膏膠體。 由于二水石膏析出，溶液變?yōu)榉秋柡蜖顟B(tài)，又有新

8、的半水石膏溶解，接著繼續(xù)重復水化、膠化的過程 隨著析出的二水石膏增多，石膏具有了強度 同時溶液中游離水分不斷減少，石膏強度隨之增加，最后成為堅硬固體。 建筑石膏凝結硬化較快，一般初凝不小于6min，終凝不超過30min。,建筑石膏與水之間產生化學反應的反應式為： 此反應實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應，因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反應總體表現為向右進行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會產生結晶，結晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產生了磨擦力和粘結力，造成漿體的塑性開始下降，這一現象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和

9、粘結力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現象為石膏的終凝。,三、建筑石膏的技術性能,建筑石膏按其凝結時間、細度、強度指標分為三級：優(yōu)等品、一等品和合格品。 注：各項技術指標具體見教材P26。,四、建筑石膏的特點、應用,孔隙率大，強度較低 保溫、隔熱、吸聲性能較好，可作輕質隔板，具有調節(jié)溫、濕度作用 硬化后體積微膨脹 使石膏制品在硬化過程中不會產生裂縫，造型棱角清晰飽滿 防火性好 可作耐火材料，如耐火紙面石膏板 凝結硬化快 耐水性差 不能用于潮濕環(huán)境中，但經加工處理可作成耐水紙面石膏板 可裝飾性,五、石膏制品的應用,室內抹灰及粉刷 普通紙面石膏板 裝飾石膏板 石膏空心條板 吸聲用穿孔石膏

10、板 耐水紙面石膏板 耐火紙面石膏板 石膏蔗渣板,普通紙面石膏板,紙面石膏板,裝飾石膏板,裝飾石膏板,辦公室裝飾石膏板吊頂,辦公室裝飾石膏板吊頂,石膏板吊頂隔斷,廠房吊頂石膏板隔斷,石膏空心條板,耐水紙面石膏板,耐火紙面石膏板,石膏裝飾,石膏線,石膏裝飾,石膏裝飾,石膏裝飾,石膏線,第三節(jié) 水玻璃,水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。 根據堿金屬氧化物的不同，水玻璃有： 硅酸鈉水玻璃（Na2OSiO2） 硅酸鉀水玻璃（20SiO2） 硅酸鋰水玻璃（i2OSiO2） 等品種，最常用的是：硅酸鈉水玻璃。,水玻璃的生產 生產水玻璃的方法分濕法和干法兩種。 濕法生產硅酸鈉

11、水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內用蒸汽加熱。直接反應生成液體水玻璃。 干法生產硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐中于13001400C溫度下熔化，按下式反應生成固態(tài)水玻璃。固態(tài)水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應式為：,水玻璃的硬化 液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化 由于空氣中CO2濃度較低，這個過程進行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的1215。,水玻璃的技術性質 粘結力強。水玻璃硬化后具有較高的粘結強度、抗拉強度和抗壓強度。另外

12、，水玻璃硬化析出的硅酸凝膠還有堵塞毛細孔隙而防止水分滲透的作用。 耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數無機酸和有機酸的作用。但其不耐堿性介質侵蝕。 耐熱性高。水玻璃不燃燒，硬化后形成iO2空間網狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，強度并不降低，甚至有所增加。,水玻璃的應用 用作涂料，涂刷材料表面 直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實度、強度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因為水玻璃與材料中的a（OH）2反應生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。反應式為：,同時硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有

13、利于材料保護。選用不同的耐火填料，還可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱涂料。 配制防水劑 以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各份，溶于60份的沸水中，降溫至50，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內凝結, 適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。,加固土壤 將模數為2.53的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學反應，可析出吸水膨脹的硅酸膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙，阻止水分滲透并使土壤固結。用這種方法加固的砂土，抗壓強度可達36MPa。 配制水玻璃砂漿 將水玻璃、礦渣粉、

14、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補墻體裂縫。,配制耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土 用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配制滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。,第二章練習題,例1：某單位宿舍樓的內墻使用石灰砂漿抹面。數月后，墻面上出現了許多不規(guī)則的網狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現象產生的原因。,第二章練習題,例1答案： 石灰砂漿抹面的墻面上出現不規(guī)則的網狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結果。墻面上個別部位出現凸出的呈放射狀的裂紋

15、，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現上述現象。,第二章練習題,例2：既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以 用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位？,第二章練習題,例2答案： 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。 再者，由于石灰

16、的可塑性好，與粘土等拌合后經壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位。,第二章練習題,例3：建筑石膏及其制品為什么適用于室內，而不適用于室外使用？,第二章練習題,例3答案： 建筑石膏及其制品適用于室內裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結硬化后具有以下的優(yōu)良性質：1、石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質地細膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結硬化時產生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準確、細致，裝飾性好；2、硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。 3、硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結晶水，并能在表面,第二章練習題,蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。 4、建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調節(jié)室內的溫度和濕度，改變室內的小氣候。 5、在室外使用建筑石膏制品時，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗?jié)B性差、 抗凍性差, 所以不適用