第三章 無機(jī)膠凝材料

1、第四章 無機(jī)膠凝材料,土木工程中常用的氣硬性無機(jī)膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。,教學(xué)目標(biāo)與要求：掌握膠凝材料的定義和分類；掌握石膏的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用；掌握石灰的硬化\\熟化、技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用；了解水玻璃的應(yīng)用；重點(diǎn)：掌握石膏和石灰的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用；,膠凝材料是指在建筑工程中，能將散粒材料（如砂子、石子）或塊狀材料（如磚、石塊）粘合為一個整體的材料（起粘合作用）。,有機(jī)膠凝材料,無機(jī)膠凝材料,,區(qū)別： （1）

2、氣硬性膠凝材料：只能在空氣中（干燥條件下）硬化并保持和發(fā)展其強(qiáng)度的膠凝材料，如石灰、石膏、水玻璃和菱苦水； （2）水硬性膠凝材料：既能在空氣中（干燥條件下）硬化，又能在水中繼續(xù)硬化并保持和發(fā)展其強(qiáng)度的膠凝材料，如水泥；,4.1 石 灰,石灰廣泛應(yīng)用于建筑工程中；優(yōu)點(diǎn)： （1）原材料豐富，分布廣； （2）生產(chǎn)工藝簡單，成本低.本節(jié)知識:1\了解石灰的生產(chǎn)過程2\掌握石灰的熟化,陳伏,硬化3\掌握掌握石灰的

3、性質(zhì),4\掌握石灰的應(yīng)用范圍,A 石灰的生產(chǎn)過程,1 生產(chǎn)簡介： 主要原料是天然巖石（以碳酸鈣為主要原料）。常用的有石灰石，白云石等； CaCO3 C aO+H2O,第一種情況:生石灰燒制過程中，往往由于石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰”，凝結(jié)力不足，質(zhì)量較差，容易造成過程事故。 第二種

4、情況是由于燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。,,生產(chǎn)過程中形成的二種不利情況,B:石灰的熟化,陳伏,硬化,生石灰（CaO)加水生成Ca(OH)2過程，稱為石灰的熟化或消解過程。石灰熟化主要用來拌制石灰膏和消

5、石灰粉。石灰膏能夠直接用于拌制砌筑砂漿和抹面砂漿生石灰（CaO)加水溶化消解成氫氧化鈣，磨細(xì)篩分得到消石灰粉（不能夠直接用于拌制砌筑砂漿），可以用來拌制三合土、灰土。,熱量,體積膨脹,開裂或裂縫等,,,為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。,石灰的硬化,石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進(jìn)行的過程來

6、完成的： （１）結(jié)晶作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶，體積收縮。 （２）碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)：,熟石灰的作用是什么？,1膠凝材料(就象水泥)--多用于農(nóng)村建筑或臨時建筑 2摻加材料---用于混合砂漿中用于改善砂漿的和易性,不計(jì)算它的強(qiáng)度 3做白涂料用--臨建用 4弱堿性--可以中和酸,思考題 工地上使用石灰時，為什么要先

7、進(jìn)行熟化處理？,答：在建筑或抹面工程中，石灰必須先充分進(jìn)行熟化后才能夠使用，若有未熟化的顆粒，使用后未熟化的顆粒將繼續(xù)熟化，放出大量的熱量，產(chǎn)生體積膨脹，使得表面凸起，開裂，或局部脫落而影響施工的質(zhì)量。故工地上使用石灰時先進(jìn)行熟化處理。,例3 某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。,解： 引發(fā)的原因很多，但最主要的原因

8、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(jié)果。 墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，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(xiàn)上述現(xiàn)象。,C 石灰的性質(zhì),建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)有細(xì)度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。并按技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體技術(shù)要求

9、見：2004-2009最新國家標(biāo)準(zhǔn) ,石灰的技術(shù)性質(zhì)（1）可塑性好:在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。(2)硬化慢、強(qiáng)度低從石灰漿體的硬化過程可以看出，由于空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化后，形成緊密外殼，不利于碳化作用的深入，也不利于內(nèi)部水分的蒸發(fā)，因此石灰是硬化緩慢的材料。 同時，石灰的硬化只能在空氣中進(jìn)行，硬化后的強(qiáng)度也不高。受潮后石灰溶解，強(qiáng)度更低，在水中還會潰散。如石灰砂漿（1：3）2

10、8天強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下作用，也不宜用于重要建筑物基礎(chǔ)。,（3）硬化時體積收縮大石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。,（4）耐水性差，不易貯存塊狀類石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜

11、貯存過久。最好運(yùn)到后即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙?。由于生石灰受潮熟化時放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運(yùn)輸生石灰時，還要注意安全。,D,石灰的應(yīng)用（1）石灰乳和石灰砂漿A）石灰乳：將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂專蔀槭胰?，是一種廉價的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。我國農(nóng)村也用于外墻。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調(diào)入少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調(diào)入氯化鈣或明礬，可減

12、少涂層粉化現(xiàn)象。B）石灰砂漿：是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。,,（2）石灰土（灰土）和三合土 如建筑物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。 石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合使用，制成石灰土或石灰與工業(yè)廢料的混合料，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中使石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，

13、生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，適于在潮濕環(huán)境中使用。比如高速公路的底層,常常用此方法來提高基層強(qiáng)度.,灰土的作用,1、在地基處理工程中，灰土不僅作為一般基礎(chǔ)的墊層材料，也有用作擠密樁，加固地基的土壤，稱灰土樁。2、用灰土做游泳池四壁的襯里能防止池水滲漏。3、三合土混合貼附于墻體外側(cè),既是一種建筑材料又可以起裝飾作用。不僅 取材方便,而且具有冬暖夏涼、隔音效果好和耐.,,（3）灰砂磚和硅酸鹽制品 石灰與天然

14、砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水?dāng)嚢? 經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度。 如灰砂磚(解釋)、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。,蒸壓灰砂磚是以石灰和砂為主要原料(砂90%、石灰10%左右),摻入一定顏料和外加劑,經(jīng)坯料制備、壓制成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)而成的實(shí)心或空心灰砂磚。墻體建筑材料,,例4 既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土

15、或三合土卻可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？,解：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(jīng)碾壓或夯實(shí)，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(yīng)，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(qiáng)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，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)，使灰土或三合土的密實(shí)度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少

16、。因此灰土或三合土可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。,4.2 建筑石膏,本節(jié)內(nèi)容:1\了解建筑石膏的構(gòu)成2\了解建筑石膏的性質(zhì)3\掌握建筑石膏的的應(yīng)用,1,建筑石膏的構(gòu)成石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時可形成多種性能不同的石膏。,2、建筑石膏的特性,1）凝結(jié)硬化快 ：在常溫下一般幾分鐘（>6分鐘）即可初凝，30分鐘內(nèi)終凝；這一特征是石膏的顯著特征.2）微膨脹性：石膏硬化過程中體積略有

17、膨脹，因此，澆注成型時可以得到尺寸精確、表面光滑致密的構(gòu)件，或裝飾圖案；3）孔隙率大：輕質(zhì)、隔熱、吸聲性好；但是強(qiáng)度低、吸水率大；,,4）耐水性、抗凍性差： 軟化系數(shù)為0.2~0.3，不宜用于室外5）抗火性好：建筑石膏硬化后的主要成分為CaSO4.2H2O，遇火時，其中的結(jié)晶水脫出能吸收熱量，而且生成的無水石膏是良好的熱絕緣體。6）塑性變形大：石膏制品有明顯的塑性變形性能，因此，一般不能用于承重構(gòu)件；,建筑石膏及其制品為

18、什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外使用？,解： 建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)：（1）  石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)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(jié)硬化時產(chǎn)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(zhǔn)確、細(xì)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）

19、0; 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(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(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)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, 所以不適用于室外使用.,,分析討論：其原因有兩

20、個方面，可有針對性地解決。 建筑石膏拌水后一般于數(shù)分鐘至半小時左右凝結(jié)，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差?？蓳饺刖從齽?，延長凝結(jié)時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。 在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼。或者在粘結(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強(qiáng)的粘結(jié)劑(如108膠,YJ302膠等).,3.建筑石膏的應(yīng)用,石膏用途1：室內(nèi)抹灰及粉刷 特別適用

21、于砼頂板、加氣砼墻面各種保溫材料的表面抹灰。 與普通水泥砂漿比較,粉刷石膏的特點(diǎn): 1，是黏結(jié)力強(qiáng),不易脫落,克服了傳統(tǒng)的水泥砂漿經(jīng)常出現(xiàn)的空鼓、開裂現(xiàn)象; 2，是具有呼吸功能,可調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度。 3，是無毒無味,其配料注重健康環(huán)保; 4，是凝結(jié)度快,體質(zhì)輕,減少了樓層重量; 5，是為新型的綠色生態(tài)建材,防火性能良好; 6，是施工工序簡便,落地灰少,操作快捷。,用途2：裝飾制品－如石膏

22、像等；,用途3：建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等.如上圖的石膏板造型天花 主要有紙面石膏板、石膏空心條板、石膏裝飾板、纖維石膏板等；,4.3 水 玻 璃,1. 定義 2.應(yīng)用1、水玻璃就是硅酸鈉水溶液。主要是做粘合劑 ，2、帶型基礎(chǔ)也叫條型基礎(chǔ)，一般在墻下深入地面后逐漸擴(kuò)大厚度，增加受力面積，保證墻體穩(wěn)定。,1 定義： 水玻璃是堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的能夠溶解于水的一種硅酸鹽材料

23、最常用的堿金屬氧化物：Na2O, K2O 最常用的水玻璃：硅酸鈉 ： Na2O.nSiO2 硅酸鉀 : K2O.nSiO2等 其中n稱為水玻璃的模數(shù)，n=1.5~3.5,2 水玻璃的應(yīng)用,（１）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(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。 原因:這是因?yàn)樗Ａc

24、材料中的Ｃa（OH）2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。（2）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(lán)礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１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(nèi)凝結(jié), 適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。,（3）加固土壤 將模數(shù)為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓

25、入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(jié)。用這種方法加固的砂土，抗壓強(qiáng)度可達(dá)３～６ＭＰａ。( 4 ) 配制水玻璃砂漿。 將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補(bǔ)墻體裂縫。（５）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

26、玻璃耐熱混凝土。,4.4菱苦土---鎂質(zhì)膠凝材料,1 主要成分：MgO 白色或黃色粉末； 特性:拌和后凝結(jié)速度快，硬化強(qiáng)度高。菱苦土的應(yīng)用:地板：保溫性，無噪聲，耐磨，是民用建筑和紡織車間的地板材料；內(nèi)墻、天花板和隔墻；一般用于機(jī)械設(shè)備的 包裝構(gòu)件，可節(jié)約大量的木材；耐水性差，不宜使用于易受潮的部位；,,,1、建筑石膏凝結(jié)硬化時，最主要的特點(diǎn)是 。A、體積膨脹大 B、體積收縮大 C、放出大量的熱

27、D、凝結(jié)硬化快2、由于石灰漿體硬化時 ，以及硬化強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，所以不宜單獨(dú)使用A、吸水性大 B、需水量大 C、體積收縮大 D、體積膨脹大3、建筑石膏在使用時，通常摻入一定量的動物膠，其目的是為了 A、緩凝 B、提高強(qiáng)度 C、促凝 D、提高耐久性,在下列膠凝材料中， 在硬化過程中體積有微膨脹性，使此材料可獨(dú)使用。A、石灰 B、石膏 C、水泥 D、水

28、玻璃化后的水玻璃不僅耐酸性好，而且 也好。A、耐水性 B、耐堿性 C、耐熱性 D、耐久性石灰膏在儲灰坑中陳伏的主要目的是________。A、充分熟化　　 B、 增加產(chǎn)漿量　　C、 減少收縮　　D、降低發(fā)熱量．石灰是在________中硬化的。A、干燥空氣　　 B、 水蒸氣    　C、 水　　  D、與空氣隔絕的環(huán)境,某工地急需配制石灰砂漿。當(dāng)時有消石灰粉、