2-气硬性胶凝材料（课件）- 《建筑材料》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

项目2 气硬性胶凝材料 目 录 CONTENT 行业PPT模板http：///hangye/ 1 2 3 4 石灰 石膏 水玻璃 气硬性胶凝材料的性能检测 PART 01 石 灰 2.1.1 石灰的原料与生产 1.石灰的原料 通常情况下，建筑工程中所使用的石灰是生石灰(块状生石灰、粉状生石灰)。根据石灰中氧化镁的含量，生石灰可分为钙质石灰和镁质石灰。钙质石灰主要由氧化钙或氢氧化钙组成，而不添加任何水硬性的或火山灰质的材料。 镁质石灰主要由氧化钙和氧化镁(MgO>5%)或氢氧化钙和氢氧化镁组成，而不添加任何水硬性的或火山灰质的材料。 生石灰的主要成分是CaO。消石灰的主要成分是Ca(OH)2。 生产石灰的原料有两种：一是以碳酸钙为主要成分的天然矿石，如石灰石、白垩、白云石等；二是化工副产品，如电石渣。 提示 2.1.1 石灰的原料与生产 2.石灰的生产 石灰的生产过程就是将石灰石等矿石进行煅烧，在适当的温度下，使其分解为生石灰和二氧化碳，这一反应可表示为 生石灰一般为白色或灰白色块状物。在正常温度下，煅烧的石灰具有多孔、颗粒细小、体积密度小、与水反应速度快等特点，这种石灰称为正火石灰。 而在实际生产过程中，由于煅烧温度过低、时间不足、原料尺寸过大等问题，会产生欠火石灰。欠火石灰中含有未分解完的碳酸钙，未分解的碳酸钙没有活性，会降低石灰的利用率。欠火石灰难以水化，黏结力差，工程应用不便。 2.1.1 石灰的原料与生产 若温度过高或煅烧时间过长，则会产生过火石灰。过火石灰结构致密，孔隙率小，体积密度大，晶粒粗大。若原料中含有较多的二氧化硅和氧化铝等黏土物质，则石灰表面会包裹一层熔融的玻璃物质，从而使石灰与水的化学反应速度变慢。 当正火石灰已经水化，并且开始凝结硬化时，过火石灰才开始水化，且水化后的产物的体积较反应前膨胀，导致已硬化的结构产生裂纹或崩裂、隆起等现象，这对石灰的使用是非常不利的。 提示 2.1.2 石灰的熟化与硬化 1.石灰的熟化 石灰的熟化是指生石灰(氧化钙)与水发生水化反应，生成熟石灰(氢氧化钙)的过程。 这一过程也叫作石灰的消解或消化。其反应式为 CaO+H2O→Ca(OH)2+64.8kJ/mol (2-2) 2.1.2 石灰的熟化与硬化 (1)生石灰的熟化特点。 one two 水化放热量大，放热速度快。 水化过程中体积膨胀。 2.1.2 石灰的熟化与硬化 (2)生石灰的熟化过程。 one two 制成石灰膏 先将生石灰块置于化灰池中，加入生石灰量的3~4倍的水，使生石灰熟化成石灰乳，然后通过筛网过滤渣子后流入储灰池，经沉淀除去表层多余水分后得到的膏状物称为石灰膏。一般1kg生石灰可熟化成1.5~3.0L的石灰膏。 制成消石灰粉 消石灰粉的熟化方法是：每0.5m高的生石灰块淋适量的水(生石灰量的60%~80%)，直至数层。经熟化得到的粉状物称为消石灰粉。加水量以消石灰粉略湿，但不成团为宜。 2.1.2 石灰的熟化与硬化 2.石灰的硬化 石灰的硬化过程主要有结晶硬化和碳化硬化。 (1)结晶硬化。这一过程也可称为干燥硬化过程，在这一过程中，随着石灰浆体水分的蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中逐渐结晶出来。最终，干燥和结晶使氢氧化钙产生一定的强度。 (2)碳化硬化。碳化硬化过程实际上是水与空气中的二氧化碳先生成碳酸，然后再与氢氧化钙反应生成碳酸钙，同时析出的多余水分被蒸发，这一过程的反应式为 Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O (2-3) 从结晶硬化和碳化硬化两个过程可以看出，在石灰浆体的内部主要进行结晶硬化过程，而在浆体表面与空气接触的部分进行的是碳化硬化过程。 由于外部碳化硬化所形成的碳酸钙膜达到一定厚度时会阻止外界的二氧化碳向内部渗透和内部的水分向外蒸发，再加上空气中二氧化碳的浓度较低，所以碳化过程一般较慢。 提示 2.1.3 建筑石灰的技术要求与特点 1.建筑石灰的技术要求 根据现行行业标准《建筑生石灰》(JC/T479—2013)的规定，建筑生石灰的化学成分和物理性质应分别符合表2-1和表2-2的要求。 2.1.3 建筑石灰的技术要求与特点 2.1.3 建筑石灰的技术要求与特点 2.建筑石灰的特点 (1)保水性、可塑性好。 (2)凝结硬化慢，强度低。 (3)耐水性差。 (4)体积收缩大。 (5)吸湿性强。 (6)化学稳定性差。 2.1.4 建筑石灰的应用与储运 1.建筑石灰的应用 (2)拌制建筑砂浆。 (3)配制三合土和灰土。 (4)生产硅酸盐混凝土及制品。 (5)地基加固。 (1)室内粉刷。 2.1.4 建筑石灰的应用与储运 2.建筑石灰的储运 生石灰和生石灰粉在储存与运输过程中，因为熟化热量集中放出，容易引起火灾，所以要远离易燃物。生石灰必须在干燥的条件下运输和储存，且不宜久存；若储存期过长，则必须在密闭容器内存放。 生石灰粉在干燥条件下的储存期一般不超过一个月，最好随生产随用。 提示 2.1.4 建筑石灰的应用与储运 思政目标：培养学生清白做人、踏实干事、吃苦耐劳、精益求精、实践创新的工匠精神。 (1)请朗读下面这首诗： 石 灰 吟 [明]于谦 千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。 粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。 通过这首诗，同学们可以知道我国从什么时期开始就已经发现了石灰。从这首诗里，同学们可以得出怎样的做人道理? (2)请看以下资料：目前，我国已发现水泥石灰岩矿点七八千处，其中已探明储量的约1286处，大型矿床约257处，中型矿床约481处、小型矿床约486处(矿石储量大于8×107t为大型，4×107~8×107t为中型，小于4×107t为小型)，共计保有矿石储量约5.42×1010t，其中石灰岩储量约5.04×1010t，占93%；大理岩储量约3.8×109t，占7%。当前，我国石灰石矿产资源丰富，占世界总储量的64%以上。石灰石年产量达2.5×109t。 思 政 课 堂 2.1.4 建筑石灰的应用与储运 相关资料显示，石灰石资源在我国的应用领域广泛，其中占总产量60.56%的资源用于冶金工业，占总产量9.16%的资源用于建筑工业，占总产量8.99%的资源用于化学工业，其余用于环境保护和农业等。石灰石作为不可再生资源，在开采年限有限的情况下进行最适耗竭研究，才能保证其可持续发展。 针对以上数据，谈谈你对“我国既是一个资源大国，也是一个资源小国”的理解。在资源不可再生的情况下，如何保证资源的可持续发展? 思 政 课 堂 PART 02 石 膏 2.2.1 石膏的原料与生产 1.石膏的原料 1 天然二水石膏。 天然二水石膏的主要成分为含两个结晶水的硫酸钙(CaSO4·2H2O) 2 天然无水石膏。 天然无水石膏是以无水硫酸钙为主要成分的沉积岩，其结晶紧密，质地较硬，仅用于生产无水石膏水泥。 3 化工石膏。 除天然石膏外，一些含有CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4 的混合物的化工副产品及废渣(如磷石膏、氟石膏、硼石膏等)，被称为化工石膏，也可作为石膏原料。 2.2.1 石膏的原料与生产 2.石膏的生产 (1)建筑石膏。将天然二水石膏入窑低温煅烧，当温度达到65~75℃时，开始脱水，当温度达到107~170℃时，脱去部分结晶水，经磨细即得建筑石膏，其反应式为 由此得到的建筑石膏是天然石膏脱去部分结晶水得到的β型半水石膏。建筑石膏为白色粉末，松散堆积密度为800~1000kg/m3，密度为2500~2800kg/m3。 β型半水石膏中杂质少，色白的可以作为模型石膏，用于建筑装饰及陶瓷制坯。 提示 2.2.1 石膏的原料与生产 (2)高强石膏。将二水石膏置于蒸压锅内，经0.13MPa的水蒸气(125℃)蒸压脱水后得到的晶粒比β型半水石膏粗大，使用时拌合用水量少的产品，称为α型半水石膏，将此石膏磨细后得到的白色粉末称为高强石膏。其反应式为 高强石膏由于晶体颗粒较粗，表面积小，拌制相同稠度时所需水量比建筑石膏少(约为建筑石膏的1/2)，因此该石膏硬化后结构密实、强度高(7d可达15~40MPa)。 高强石膏的生产成本较高，主要用于室内高级抹灰、装饰制品和石膏板等。 提示 2.2.2 建筑石膏的水化、凝结与硬化 建筑石膏的凝结与硬化是在其水化的基础上进行的。也就是说，建筑石膏与水拌合后形成可塑的浆体，并很快失去可塑性，逐渐形成具有一定强度的固体。石膏的凝结与硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶的过程。其反应式为 这一反应是建筑石膏生产的逆反应，主要区别在于此反应是在常温下进行的。首先，β型半水石膏溶解于水后，很快成为不稳定的饱和溶液。溶液中的β型半水石膏与水化合形成了二水石膏。 2.2.2 建筑石膏的水化、凝结与硬化 随着二水石膏沉淀的不断结晶，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黏结力，浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝。而后，浆体继续变稠，晶体颗粒之间的摩擦力和黏结力增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，表现为石膏的终凝。 由于半水石膏的溶解度大于二水石膏，所以β型半水石膏的饱和溶液对于二水石膏为过饱和溶液，因此结晶析出二水石膏，溶液中的半水石膏转变为非饱和状态，这样，又有新的半水石膏溶解，接着继续重复水化、胶化的过程。 2.2.2 建筑石膏的水化、凝结与硬化 整个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变小的结构，其强度不断增大，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。建筑石膏的水化、凝结与硬化是一个连续的、不可分割的过程，也就是说，水化是前提，凝结和硬化是结果。建筑石膏凝结、硬化较快，一般初凝时间应不小于6min，终凝时间应不大于30min。 2.2.3 建筑石膏的技术要求与特点 1.建筑石膏的技术要求 根据《建筑石膏》(GB/T9776—2022)，天然建筑石膏(代号N)、脱硫建筑石膏(代号S)、磷建筑石膏(代号P)按2h湿抗折强度分为4.0、3.0、2.0三个等级。建筑石膏的物理力学性能应符合表2-3的要求。 2.2.3 建筑石膏的技术要求与特点 2.建筑石膏的特点 (1)凝结硬化快。 (2)硬化时体积微膨胀。 (3)硬化后孔隙率大。 (4)保温性和吸声性好。 (5)具有一定的调温、调湿作用。 (6)防火性好，耐水性差。 (7)装饰性好，可加工性好。 2.2.4 建筑石膏的应用与储运 1.建筑石膏的应用 (1)室内抹灰及粉刷。 由于建筑石膏具有快硬早强、尺寸稳定、保温吸湿、防火轻质的优点，而且黏结牢固，不会产生开裂、空鼓和起皮现象，因此可作为室内高级粉刷及抹灰材料。 (2)建筑石膏制品。 石膏板具有原料来源广泛、生产工艺简便、轻质、高强、保温、隔热、吸声、不燃及安装使用方便等优点，因此随着框架轻板结构的发展，被广泛应用于建筑行业。 石膏砂浆也可作为油漆等的打底层，并可直接涂刷油漆或粘贴墙布或墙纸等。 提示 2.2.4 建筑石膏的应用与储运 2.建筑石膏的储运 建筑石膏一般采用袋装或散装供应。袋装时，应用防潮包装袋包装，包装袋上应清楚标明产品标记，以及生产厂名、厂址、商标、批量编号、净重、生产日期和防潮标志。 石膏容易与水发生反应，因此，石膏在储存和运输的过程中应注意防水、防潮。在正常运输和储存条件下，建筑石膏的储存期为3个月，超过3个月，其强度会下降约30%。因此，建筑石膏不宜长期储存，一旦超过储存时间，应重新检验确定强度等级。 2.2.4 建筑石膏的应用与储运 思政目标：培养学生开拓创新、绿色环保的职业理念。 请看一则消息：脱硫石膏、磷石膏等工业废渣经过压实、烘干和切割，变成了新型环保建材———纸面石膏板。生产1m2 的石膏板，能“吃掉”9kg的工业垃圾。 请针对以上消息，谈谈石膏板生产对我国环境有怎样的影响。这则消息与习近平总书记的哪个科学论断相吻合，作为当代大学生的我们应该怎么做? 思 政 课 堂 PART 03 水 玻 璃 2.3.1 水玻璃的组成与生产 水玻璃俗称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅按不同比例化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。常用的水玻璃有硅酸钠(Na2O·nSiO2)(水溶液也叫钠水玻璃)和硅酸钾(K2O·nSiO2)(水溶液也叫钾水玻璃)。水玻璃分子式中SiO2 与Na2O(或K2O)的分子数比值(n)叫作水玻璃的模数。n 越大，水玻璃越难溶于水，越容易分解硬化，硬化后的黏结力、强度、耐热性与耐酸性越高。 水玻璃的生产方法有干法和湿法。干法是以石英岩和纯碱为原料，磨细拌匀后，在熔炉内于1300~1400℃熔化，按式(2-7)反应生成固体水玻璃，将其溶解于水而制得液体，生成液体水玻璃。 湿法生产是指以石英岩粉和烧碱为原料，在高压蒸锅内，在2.02×102~3.03×102kPa下发生压蒸反应，直接生产液体水玻璃。建筑上常用的钠水玻璃为无色、青绿色或棕色的黏稠状液体，n=2.5~3.5，密度为1.3~1.4g/cm3。 2.3.2 水玻璃的硬化 水玻璃在空气中的凝结硬化与石灰的凝结硬化类似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。 水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳气体，形成无定型二氧化硅胶凝(硅胶)并失去水分逐渐干燥硬化，其反应式为 Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→nSiO2·mH2O+Na2CO3 (2-8) 2.3.2 水玻璃的硬化 由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，可将水加热或加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促硬剂，加速硅胶的析出，其反应式为 2Na2O·nSiO2+Na2SiF6+mH2O→(2n+1)SiO2·mH2O+6NaF (2-9) 氟硅酸钠的适宜加入量为水玻璃质量的12%~15%，若掺量较少，其凝结硬化慢且强度低；若掺量太多，则凝结硬化过快，造成操作困难。而且水玻璃硬化后的早期强度高，后期强度明显降低，因此使用时应严格控制掺量。加入氟硅酸钠后，水玻璃的初凝时间可缩短到0~50min，终凝时间可缩短到4~6h，7d基本达到最高强度。 2.3.3 水玻璃的性质 1.黏结力强、强度较高 2.耐酸性好 3.耐热性好 4.抗渗性和抗风化能力强 5.耐碱性和耐水性差 2.3.4 水玻璃的应用 A B C D E F 1.配制耐酸胶泥、耐酸砂浆和耐酸混凝土等 5.加固土壤 2.配制耐热砂浆及耐热混凝土 4.配置速凝防水剂 3.涂刷材料表面，提高材料的抗风化能力 PART 04 气硬性胶凝材料的性能检测 2.4.1 消石灰的安定性检测 1.消石灰的取样 1 2 3 (1)袋装取样法。 (3)输送机口或包装机出料口取样法。 (2)散装车取样法。 2.4.1 消石灰的安定性检测 2.仪器设备 天平：量程为200g，精度0.2g；量筒：250ml；牛角勺；蒸发皿：300ml；耐热板：外径不小于125mm，耐热温度大于150℃；烘箱：最高温度200℃。 3.试验用水 常温清水。 2.4.1 消石灰的安定性检测 4.检测步骤 称取试件100g，倒入300mL蒸发皿内，加入常温清水约120mL，在3min内拌合成稠浆。一次性浇注于两块耐热板上，其饼块直径为50~70mm，中心高为8~10mm。成饼后在室温下放置5min，然后放入温度为100~105℃烘箱中，烘干4h取出。 5.结果评定 烘干后肉眼观察饼块无溃散、暴突、裂缝等现象，评定为体积安定性合格；若出现三种现象中之一者，评定为体积安定性不合格。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 1.石膏取样 (1)批量。对于年产量小于15×104t的生产厂，以不超过60t产品为一批；对于年产量等于或大于15×104t的生产厂，以不超过120t产品为一批。产品不足一批时以一批计。 (2)抽样。产品袋装时，从一批产品中随机抽取10袋，每袋抽取约2kg试件，总共不少于20kg；产品散装时，在产品卸料处或产品输送机具上每3min抽取约2kg试件，总共不少于20kg。将抽取的试件搅拌均匀，一分为二，一份做试验，另一份密封保存三个月，以备复验用。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 2.检测环境 试验室温度为20℃±2℃，试验仪器、设备及材料(试件、水)的温度应为室温；空气相对湿度为65%±5%；大气压860~1060kPa。 3.检测设备 感量1g的电子秤；成型试模；搅拌容器；拌合棒由三个不锈钢丝弯成的椭圆形套环组成，钢丝的直径为1~2mm，环长约100mm。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 4.试件的制备 一次调和制备的建筑石膏量，应能填满制作三个试件的试模，并将损耗计算在内，所需料浆的体积为950mL，采用标准稠度用水量，用式(2-10)、式(2-11)计算出建筑石膏用量和加水量。 式中，mg 为建筑石膏的质量(g)；W/P 为标准稠度用水量(%)。 mw=mg·(W/P) (2-11) 式中，mw 为加水量(g)。 在试模内侧薄薄地涂上一层矿物油，并使连接缝封闭，以防料浆流失。先把所需加水量的水倒入搅拌容器中，再把已称量的建筑石膏倒入其中，静置1min，然后用拌合棒在30s内搅拌30圈。接着，以3r/min的速度搅拌，使料浆保持悬浮状态，然后用勺子搅拌至料浆开始稠化(当料浆从勺子上慢慢落到浆体表面刚能形成一个圆锥为止)。一边慢慢搅拌，一边把料浆舀入试模中。将试模的前端抬起约10mm，再使之落下，如此重复五次以排除气泡。当从溢出的料浆判断已经初凝时，用刮平刀刮去溢浆，但不必反复刮抹表面。终凝后，在试件表面做上标记，并拆模。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 5.试件的存放 (1)遇水后2h就将作力学性能试验的试件，脱模后存放在试验室环境中。 (2)需要在其他水化龄期后作强度试验的试件，脱模后立即存放于封闭处。在整个水化期间，封闭处空气的温度为20℃±2℃、相对湿度为90%±5%。每一类建筑石膏试件都应规定试件龄期。 (3)到达规定龄期后，用于测定湿强度的试件应立即进行强度测定。用于测定干强度的试件先在40℃±4℃的烘箱中干燥至恒重，然后迅速进行强度测定。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 PROJECT Introduction 6.试件的数量 每一类存放龄期的试件至少应保存三条，用于抗折强度的测定。做完抗折强度测定后得到的不同试件上的三块半截试件用作抗压强度测定，另外三块半截试件用于石膏硬度测定。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 7.抗折强度的测定 (1)试验仪器。电动抗折试验机应符合《水泥胶砂电动抗折试验机》(JC/T724—2005)的要求。 (2)操作程序。试验用试件三条。将试件置于抗折试验机的两根支撑辊上，试件的成型面应侧立。试件各棱边与各辊保持垂直，并使加荷辊与两根支撑辊保持等距。开动抗折试验机后逐渐增加荷载，最终使试件断裂。记录试件的断裂荷载值或抗折强度值。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 (3)结果的表示方法。抗折强度按式(2-12)计算。 式中，Rf 为抗折强度(MPa)；P 为断裂荷载(N)；M 为弯矩(N·mm)；b 为试件方形截面边长，b=40mm。 Rf 值也可从《水泥胶砂电动抗折试验机》(JC/T724—2005)所规定的抗折试验机的标尺中直接读取。 计算三个试件抗折强度平均值，精确至0.05MPa。如果所测得的三个Rf 值与其平均值之差不大于平均值的15%，则用该平均值作为抗折强度值；如果有一个值与平均值之差大于平均值的15%，应将此值舍去，以其余两个值计算平均值；如果有一个以上的值与平均值之差大于平均值的15%，则用三个新试件重做试验。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 复习思考题 1.名词解释 (1)胶凝材料。 (2)气硬性胶凝材料。 (3)水硬性胶凝材料。 (4)石膏的初凝。 (5)石膏的终凝。 2.填空题 (1)胶凝材料按化学成分分为_____和_____两类。无机胶凝材料按其硬化条件分为_____和_____两类。 (2)建筑石膏的化学成分是_____，高强石膏的化学成分是_____，生石膏的化学成分是_____ 。 (3)生石灰的熟化是指_____ 。熟化过程的特点：一是_____，二是_____ 。 (4)生石灰按照MgO的含量分为_____和_____ 。 (5)因为石灰具有_____和_____的优点，所以将石灰膏掺入水泥砂浆中能改善水泥砂浆_____的缺点。 2.4.2 石膏的抗折强度检测 复习思考题 (6)用石灰和黏土可拌制成_____，用石灰与砂、黏土可拌制成_____，用于_____工程中。 (7)水玻璃的性质是_____ 、 _____ 、 _____ 、 _____和_____ 。 (8)水玻璃的凝结硬化较慢，为了加速其硬化，需要加入_____作为促硬剂。 3.单项选择题 (1)下列关于灰土和三合土的描述错误的是( )。 A.消石灰粉与黏土、水泥等搅拌合夯实成三合土 B.石灰改善了黏土的可塑性 C.灰土和三合土的强度得到改善 D.灰土和三合土可应用于建筑基础 (2)石灰粉刷的墙面出现网状裂缝，是由( )引起的。 A.欠火石灰 B.过火石灰 C.干燥收缩 D.碳化 (3)石灰不能单独使用的原因是其硬化时( )。 A.体积膨化大 B.体积收缩大 C.放热量大 D.耐水性差 (4)建筑石膏的存放期不能超过( )个月。 A.1 B.2 C.3 D.4 (5)以下不属于建筑石膏的性能的是( )。 A.凝结硬化快 B.强度高 C.体积微膨胀 D.保温隔热 2.4.2 石膏的抗折强度检测 复习思考题 4.思考题 (1)何谓气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料? 如何正确使用这两类胶凝材料? (2)石灰主要用于哪些方面? 为什么石灰本身不耐水，但用石灰配制的灰土和三合土却有较高的强度和耐水性? (3)过火石灰、欠火石灰对石灰的性能有什么影响? 如何消除? (4)建筑石膏有哪些特点? (5)石膏作为内墙抹灰有哪些优点? (6)简述石灰、石膏的储运。 (7)某剧场采用石膏板做内部装饰，由于冬季剧场内暖气管爆裂，大量热水流过剧场，一段时间后发现石膏制品出现了局部变形，表面出现霉斑。请分析原因。 (8)水玻璃的性质有哪些? 水玻璃在工程中的应用有哪些? 非常感谢您的观看 $$