第05章气硬性胶凝材料.docx

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第05章气硬性胶凝材料

第五章气硬性胶凝材料

胶凝材料（BindingMaterial,CementingMaterial）

胶凝材料的分类

气硬性胶凝材料：

石灰、石膏等

无机胶凝材料（矿物胶凝材料）

水硬性胶凝材料：

各种水泥

有机胶凝材料（沥青材料及树脂等）

胶凝材料的发展历史

粘土时代：

始于4000~10000年前的新石器时期

其中发现天然姜石

石膏、石灰时代：

约在公元前2000~3000年开始

石灰+火山灰：

公元初

石灰+人工烧粘土材料：

水硬性石灰、罗马水泥及天然水泥：

18世纪后半期

硅酸盐水泥（波特兰水泥）的诞生：

19世纪初期

（1810~1825年）

Joseph.Apsdin首先获得专利权：

1824年

糯米、红糖、植物粘液等都作为胶凝材料在建筑中使用过。

第一节石灰（Lime）

万里长城

万里长城

古埃及金字塔

石灰吟

于谦[明代]

千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；

粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。

一、生产工艺（建筑生石灰的生产）

（一）原料

（二）生产工艺

原料：

以碳酸钙为主的天然原料：

石灰岩（limestone）、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。

原料：

石灰石

白云质石灰石

白垩

贝壳

生产：

石灰窑（Limekiln）

900℃

CaCO3CaO+CO2↑

　　（块状生石灰）

土窑

立窑

河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑

回转窑

武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑

竖窑

唐山三丰集团2003年10月建成投产4×140m3气烧石灰竖窑

生石灰——CaO（QuickLime）

正火（烧）石灰（Normallyburntlime）

欠火（烧）石灰（Underburntlime）

过火（烧）石灰（Verburntlime）

镁质石灰（High-magnesiumlime）MgO>5%、熟化和硬化较慢，但强度较高

钙质石灰（Siliceouslime）MgO<5%

二、（生）石灰的熟化（消解）

（Limeslaking）

CaO+H2O——→Ca（OH）2+64.9KJ

（熟石灰、消石灰）

（ LimeHydrate，Slakedlime）

1.熟化特点

（1）放热量大：

（2）体积膨胀：

1~2.5倍

熟石灰（（slakedlime）—Ca（OH）2

2.熟化方法

（1）消石灰粉法

（2）石灰浆（膏）法（limeemulsion）

石灰熟化示意图

陈伏：

石灰浆在储灰坑内陈伏2周以上。

三、熟石灰的硬化（Hardening）

1.硬化过程

1）    结晶过程：

石灰浆：

Ca（OH）2+H2O

析晶蒸发（吸收）

2）    碳化过程

Ca（OH）2+CO2+nH2O=CaCO3+（n+1）H2O

慢！

石灰的技术性质

1）硬化收缩大，易产生裂缝；

2）硬化石灰石体的孔隙率大、密实度小、强度低；

3）耐水性差。

4）可塑性好，与砂浆混合砌砖。

生熟石灰和石灰石的三角关系

CaCO3

碳酸鈣.石灰石

Ca（OH）2

氢氧化钙.熟石灰

加高溫

加CO2

加水

CaO

氧化鈣.（生）石灰

四、建筑石灰产品

石灰产品技术指标

《建筑生石灰》CaO+MgO含量、未消化残渣含量、CO2、产浆量

（JC/T479-92）

《建筑生石灰粉》CaO+MgO含量、CO2、细度

（JC/T480-92）

《建筑消石灰粉》CaO+MgO含量、游离水、体积安定性、细度

（JC/T481-92）

根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。

生石灰技术指标（JC/T479-92）

生石灰粉的技术指标（JC/T480-92）

建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限

建筑消石灰粉的技术指标

五、石灰的应用

1.  石灰乳涂料：

2.  配制砂浆：

3.  消石灰配制石灰土或三合土；

4. 磨细生石灰粉制作硅酸盐制品及无熟料水泥、灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等

5.  磨细生石灰制作碳化石灰板——做隔墙板、天花板

磨细生石灰+纤维状填料或轻质骨料搅拌成型人工碳化

各类石灰的用途

讨论：

请观察图中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。

石灰砂浆A石灰砂浆B

石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，制使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca（OH）2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。

　　石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。

尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。

分析：

引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。

墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。

这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。

从而出现上述现象。

第二节石膏

石膏及石膏制品概况

一、石膏的化学成分及分类

二、建筑石膏的技术特性

三、建筑石膏的等级

四、石膏装饰制品

石膏的种类

⑴天然二水石膏

⑵化工石膏

⑶天然无水石膏

⑷建筑石膏（半水石膏）

⑸高强石膏

⑴天然二水石膏

天然二水石膏（CaSO4·2H2O）矿石是生产石膏胶凝材料的主要原料，纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。

⑵化工石膏

化工石膏是指一些含有CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣，也可作为生产石膏的原料，例如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、黄石膏、钛石膏等。

⑶天然无水石膏

天然无水石膏（CaSO4）结晶紧密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏。

天然硬石膏密度为2.9～3.1g/cm3，一般作为生产水泥的原料。

⑷建筑石膏（半水石膏）

以β半水石膏（β-CaSO4·1/2H2O）为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。

主要是由天然二水石膏在107～170℃的干燥条件下加热脱水而成的。

二水石膏在温度为65～75℃时脱水，至107～170℃时生成β型半水石膏（β-CaSO4·1/2H2O），其反应式为：

CaSO4·2H2O→β-CaSO4·1/2H2O＋3/2H2O

建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而强度较低。

⑸高强石膏

若将二水石膏置于具有0.13MPa、124℃的过饱和蒸汽条件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的α型半水石膏（α-CaSO4·1/2H2O），这就是高强石膏。

高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小，因而强度较高。

二、 建筑石膏的技术特性

1.       水化作用快，凝结硬化快。

CaSO4.1/2H2O+3/2H2OCaSO4.2H2O

建筑石膏初凝仅需5min，终凝20~30min，一周后即完全硬化。

需要加缓凝剂：

骨胶、皮胶、纸浆废液、硼砂等。

建筑石膏凝结硬化示意图

１——半水石膏；２——二水石膏胶体微粒；３——二水石膏晶体；４——交错的晶体

二、 建筑石膏的技术特性

2.       硬化后孔隙率较大，强度较低。

建筑石膏的强度指标

硬化石膏的结构

3.       硬化后具有保温隔热和吸声性能

4.       水化硬化时体积膨胀

5.       石膏制品具有良好的防火性

6.       石膏制品耐水性差

7.       石膏制品有良好的可加工性

8.       石膏制品装饰性好

三、建筑石膏的等级

建筑石膏按技术要求分为优等品、一等品和合格品三个等级。

技术要求包括强度、细度和凝结时间.

建筑石膏的标记顺序为：

产品名称，抗折强度及标准号。

如抗折强度为2.5MPa的建筑石膏标记为：

建筑石膏2.5GB9776

出厂检验项目包括细度、标准稠度用水量，强度及凝结时间四项。

四、 石膏装饰制品

（一）装饰石膏板

（二） 纸面石膏板

（三） 石膏空心条板

（四） 纤维石膏板

（五）艺术装饰石膏制品

（一）装饰石膏板（GB9777-88）

生产：

——搅拌——注模成型——硬化——干燥

建筑石膏

少量玻璃纤维增强材料

聚乙烯醇外加剂

水

1．分类、代号及形状规格

装饰石膏板分类及代号

1.分类、代号及形状规格

正方形，棱边形状有直角形和倒角形两种，常用规格有四种：

300×300×8（mm）；400×400×8（mm）

500×500×10（mm）；600×600×10（mm）

此外厚度还有9、11、12等规格。

产品标记顺序：

产品名称、板材分类代号、板材边长、标准号。

如：

装饰石膏板FK500GB9777。

2．主要技术性能

装饰石膏板的主要技术性能

３．主要品种及规格

根据功能不同，可以分为：

普通装饰吸声石膏板

高效防水装饰吸声石膏板

吸声石膏板

４．特点及应用

（1）   装饰性好；

（2）   性能优异；

（3）   加工性能好；

（4）   施工方便，工效高。

（二）纸面石膏板（GB9775-88）

以建筑石膏为主要原料，掺入纤维和外加剂构成芯材，并与护面纸牢固地结合在一起的建筑板材称为纸面石膏板。

由于其两面贴以特制的厚纸护面，抗折强度高，挠度变形要比无护面纸的石膏板小的多。

品种有：

普通纸面石膏板、

耐火纸面石膏板、

耐水纸面石膏板、

装饰吸声纸面石膏板

1.     规格及产品标记

形状规格：

普通纸面石膏板：

根据棱边形状分为五种——矩形（代号PJ）、45°倒角形（PD）、楔形（PC）、半圆形（PB）、圆形（PY）

耐火纸面石膏板：

分别为：

HJ、HD、HC、HB、HY

尺寸规格：

长度为1800、2100、2400、2700、3000、3300、3600毫米；

宽度为900、1200毫米；

厚度为9、12、15、18毫米

产品标记顺序：

产品名称、板材棱边形状代号、板宽×板厚、标准号

如：

普通纸面石膏板PC900×12GB9775

装饰吸声纸面石膏板：

正方形，常用尺寸有边长500mm和600mm两种，板厚有9mm和12mm两种。

2.     特点

质轻、抗弯强度高、防火、隔热、隔声、抗震性能好，收缩率小、可调节室内湿度。

普通纸面石膏板和耐火纸面石膏板幅宽平整，易于加工，劳动强度小，工效高。

（三）嵌装式装饰石膏（GB9778-88）

不带护纸板，板材背面中间凹入而四周边嘉后，并制有嵌装企口，板材正面为平面或者带有一定深度的浮雕花纹图案，也可穿以盲孔。

1．形状规格

正方形，棱边形状有直角形和45度倒角形。

边长常用的有500mm和600mm两种，厚度分别为25mm、28mm以上。

2．特点与应用

特点：

质轻、强度较高、吸声、防潮、防火、阻燃、不变形、可调节室内湿度。

装饰性好，施工安装方便。

可锯、刨、钉、粘贴。

应用：

室内顶棚装饰及某些部位的墙面装饰。

（四）艺术装饰石膏制品

1．浮雕艺术石膏线角、线板、花角

2．浮雕艺术石膏灯圈

3．装饰石膏柱、石膏壁炉

4．石膏花饰

观察与讨论

（1）请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。

可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。

　　由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。

分析：

从图可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。

　　由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。

第三节建筑胶粘剂

建筑胶粘剂是具有良好的黏结性能，可以把两种材料牢固胶结的物质，主要用于非结构连接。

胶粘剂又称粘合剂、粘结剂，是一种具有优良粘合性能的物质。

它能在两种物体表面之间形成薄膜，使之粘结在一起，其形态通常为液态和膏状。

　　常用的主要有聚乙烯醇、醋酸乙烯、过氯乙烯、氯丁橡胶、苯－丙乳液及环氧树脂等。

　　随着技术的进步，胶粘剂由一般的胶粘特性向功能性胶种提高。

胶粘剂的组成与分类

胶粘剂一般多为有机合成材料，通常是由粘结料、固化剂、增塑剂、稀释剂及填充剂等原料经配制而成。

　　胶粘剂粘结性能主要取决于粘结物质的特性。

（1）粘结料

　　粘结料也称粘结物质，是胶粘剂中的主要成分，它对胶粘剂的性能，如胶结强度、耐热性、韧性、耐介质性等起重要作用。

胶粘剂中的粘结物质通常是由一种或几种高聚物混合而成，主要起粘结两种物件的作用。

　　一般建筑工程中常用的粘结物质有热固性树脂、热塑性树脂、合成橡胶类等。

胶粘剂的组成

（2）固化剂

　　固化剂是促使粘结料进行化学反应，加快胶粘剂固化产生胶结强度的一种物质，常用的有胺类或酸酐类固化剂等。

（3）增塑剂

　　增塑剂也称增韧剂，它主要是可以改善胶粘剂的韧性，提高胶结接头的抗剥离、抗冲击能力以及耐寒性等。

常用的增塑剂主要有邻苯二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯等。

（4）稀释剂

　　稀释剂也称溶剂，主要对胶粘剂起稀释分散、降低粘度的作用，使其便于施工，并能增加胶粘剂与被胶粘材料的浸润能力，以及延长胶粘剂的使用寿命。

　　稀释剂分为两大类：

一类为非活性稀释剂，俗称为溶剂，不参与胶粘剂的固化反应；另一类为活性稀释剂。

常用的有机溶剂有丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯、酒精等。

（5）填充剂

　　填充剂也称填料，一般在胶粘剂中不与其他组分发生化学反应。

其作用是增加胶粘剂的稠度，降低膨胀系数，减少收缩性，提高胶结层的抗冲击韧性和机械强度。

　　常用的填充剂有金属及金属氧化物的粉末，玻璃、石棉纤维制品以及其他植物纤维等，如石棉粉、铝粉、磁性铁粉、石英粉、滑石粉及其他矿粉等无机材料。

按固化条件可分为室温固化胶粘剂、低温固化胶粘剂、高温固化胶粘剂、光敏固化胶粘剂、电子束固化胶粘剂等。

粘结剂的分类

按固化条件分类

按粘结料性质可将胶粘剂分为有机胶粘剂和无机胶粘剂两大类，其中有机类中又可再分为人工合成有机类和天然有机类，即：

按粘结料性质分类

按状态可以分为溶液类胶粘剂、乳液类胶粘剂、膏糊类胶粘剂、膜状类胶粘剂和固体类胶粘剂等。

按状态分类

（1）结构型胶粘剂

（2）非结构型胶粘剂

　　（3）特种胶粘剂

按用途分类

聚醋酸乙烯酯胶粘剂是由醋酸乙烯单体经聚合反应而得到的一种热塑性胶。

该胶可分为溶液型和乳液型两种。

　　其中聚醋酸乙烯酯乳液又称白乳胶，广泛用于粘结墙纸、水泥增强剂、防水涂料、木材粘结剂。

　　这种胶粘剂具有如下特点：

（1）呈酸性。

聚醋酸乙烯酯类胶粘剂

（2）具有亲水性。

　　（3）在胶粘时可以湿粘，也可干粘。

　　（4）流动性好。

　　（5）内聚力低。

　　（6）干固温度不宜过高或过低。

　　（7）耐水性。

　　（8）可加入到建筑涂料和水泥浆中使用。

　　聚醋酸乙烯酯类胶粘剂的品种、特点如表14.3

聚醋酸乙烯酯类胶粘剂品种及特点

型号

名称

特点

生产厂家

KFT841

建筑胶水

昆明市建筑防水材料厂

SG701

建筑轻板胶粘剂

无毒、无臭、耐久、耐火

南京石膏板厂等

SJ－801

建筑用胶

无毒、无味、耐酸、耐碱

北京有机化工厂

17－88

聚乙烯醇

白色絮状

北京有机化工厂

106

106胶

粘结力强

哈尔滨市石膏板厂

424A

地板胶

干燥快、耐湿热、防潮

北京航空材料研究所

801

建筑胶水

武汉化工防腐材料厂

8402

多功能建筑用胶

无毒、无味、不燃、耐冻

上海中南建筑材料厂

中南牌

墙布粘结剂

无毒、无味、耐酸、耐碱

上海中南建筑材料厂

型号

名称

特点

生产厂家

白乳胶

粘结力强

重庆天然气化工厂

中南牌

马赛克粘结剂

无毒、无味

上海中南建筑材料厂

SG8104

壁纸粘结剂

粘结力强，对温度、湿度变化引起的胀缩适应性能好，不开胶

中建一局科研所

水性10号

塑料地板胶

无毒、无味、快干、粘结力强

北京特种材料厂

4115

塑料地板胶

粘结力强、防水、抗冻

北京市单店砖厂等

合成橡胶胶粘剂也称氯丁橡胶胶粘剂（简称氯丁胶），是以氯丁橡胶为基料，另加入其他树脂、增稠剂、填料等配制而成。

　　这类胶粘剂的主要优点是：

（1）主体材料本身具有弹性高、柔性好的特点。

（2）固化速度快，粘合后内聚力迅速提高，初粘力高。

合成橡胶胶粘剂

（3）氯丁胶由于极性强，对大多数材料都有良好的粘合力。

　　（4）具有较好的耐热性、耐燃性、耐油性、耐候性和耐溶剂性。

　　（5）为了进一步改善氯丁胶的粘附性和耐热性，常采用合成树脂对其进行改性。

氯丁胶品种、性能及生产厂家

型号

名称

特点

生产厂家

CX401

氯丁胶粘剂

北京椿树橡胶制品厂

LDN1~5

硬材料粘结剂

耐湿、耐老化

四川长寿化工厂

长城牌202

氯丁胶粘剂

干燥快、初粘强度大、胶膜柔软

上海制笔零件三厂

XY401

胶粘剂

无毒、粘性强

北京橡胶二十厂

804－S

PVC地板胶粘剂

无毒、无味、耐温、不燃

上海江海化工厂

801

强力胶

初粘强度高，耐冲击、耐油

上海新光化工厂

型号

名称

特点

生产厂家

CBJ－84

胶粘剂

初粘强度高，耐酸、耐碱

江苏常州新型建材厂

JY－7

压敏粘合剂

耐水、耐老化、耐酸碱

上海上联橡胶厂

8123

PVC地板胶粘剂

无毒、耐热、耐低温

上海汇丽化学材料总厂

塑料地板胶

无毒、耐热、耐低温

北京塑料十厂

家用胶粘剂

耐燃、耐候、耐油

河北邯郸粘结材料厂

这种胶的外观为无色透明胶体，是以聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中进行缩合反应而得的一种透明水溶性胶体。

（1）特性　无臭、无毒、不燃、粘度小、价格低廉、粘结性能好，其粘结强度≥0.9MPa。

（2）用途　主要用于墙布、墙纸与墙面的粘贴，室内涂料的胶料、外墙装饰的胶料及室内地面涂层胶料。

其它种类胶粘剂

聚乙烯醇缩甲醛（107胶）

酚醛树脂胶粘剂：

纤维板、非金属材料、塑料

环氧树脂类胶粘剂：

万能胶

聚氨脂胶粘剂：

橡胶、陶瓷等

其他工程常用胶粘剂

牛皮胶

骨胶

108胶

纤维素

墙纸粉

木胶粉

玻璃胶

FN—309胶

立时得

地板胶

TAS耐水瓷砖胶

。

。

。

。

。

。

补充：

水玻璃的组成和硬化

组成

俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。

建筑常用的为钠水玻璃（Na2O·nSiO2）；钾水玻璃（K2O·nSiO2）

液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。

硬化

水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。

由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠（Na2SiF6）作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。

水玻璃的性质与应用

水玻璃在凝结硬化后，黏结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。

利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：

涂刷材料表面，提高抗风化能力；

加固土壤；

配制速凝防水剂；

修补砖墙裂缝。

镁质胶凝材料

又称菱苦土或氯氧镁水泥；主要成分为MgO。

硬化后的主要产物为xMgO·yMgCl2·zH2O，其吸湿性大，耐水性差。

遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。

因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。

使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。