第4章无机气硬性胶凝材料报告.docx
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第4章无机气硬性胶凝材料报告
4无机气硬性胶凝材料
引言：
一、胶凝材料的定义和分类：
定义：
能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把散粒材料（如砂、石）或块状材料（砖和石块）胶结成为一个整体的材料称为胶凝材料。
分类：
气硬性石灰石膏水玻璃
无机胶凝材料（按硬化条件划分）
根据化学成分划分水硬性：
水泥
有机胶凝材料：
沥青、树脂、橡胶
二、特点
1、气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，保持或发展其强度。
（在水中不能硬化也就不具有强度，其已经硬化的制品在水的长期作用下强度会显著下降以至破坏）
2、水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。
4．1石灰
教学目的：
了解石灰的原料与生产，理解石灰水化、硬化规律，掌握石灰的技术性质和用途。
重点难点：
石灰水化、硬化
石灰的早期发现与应用：
考古学家认为，石灰石烧成石灰是偶然发现。
其中有些石块受热失去强度，遇水后裂为白色粉末（应用生石灰却需要一定知识才行）。
石灰石——埃及的齐阿普斯金字塔；希腊人雕刻石像等。
石灰稳定地基——罗马人修筑道路，中国建造的西藏佛教塔和万里长城都已加以应用。
石灰一般是不同化学组成和物理形态的生石灰，消石灰，水硬性石灰的统称。
他是建筑上使用较早的一种胶凝材料之一。
以为其原料分布广泛生产工艺简单成本低廉使用方便，所以一直得到广泛应用。
4.1.1石灰的原料及生产（建筑生石灰的生产）
1、原料：
以碳酸钙为主的天然岩石：
石灰岩、白垩、白云质石灰岩、贝壳等。
2、生产：
℃
欠火石灰：
煅烧温度过低或煅烧时间不足，或料块过大，则碳酸钙不能完全分解,石灰中含有未烧透的的内核，这种石灰称为欠火石灰。
欠火石灰中氧化钙和氧化镁含量低，使用时粘结力不足质量较差。
过火石灰：
若煅烧温度过高，煅烧时间过长，则易生成内部结构致密的过火石灰。
由于原料中有粘土成分，SiO2，在温度升高的情况下，变成玻璃质物质包裹在CaO外边，导致水与石灰反应速度十分缓慢。
若将过火石灰用于建筑工程，则其中的细小颗粒可能在石灰浆硬化后才发生水化作用。
产生体积膨胀，使已经硬化的砂浆产生崩裂、隆起等现象，严重影响工程质量。
4.1.2石灰的消化（消化）
烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。
化学反应式：
CaO+H2OCa（OH）2+64.9kJ
目的：
使生石灰具有粘性和塑性。
特点：
放热和膨胀（1～2.5倍）
石灰膏：
加水，体积是生石灰体积的3-4倍制成。
为消除过火石灰的危害，保证石灰完全熟化，石灰膏必须在坑中保存两周以上，这个过程称为“陈伏”。
消石灰粉：
块状石灰加（60%-80%）的水制成。
磨得细的石灰，可不预先熟化、陈伏而直接使用。
原因：
4.1.3石灰的硬化
1干燥硬化和结晶硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：
石灰浆的干燥硬化与结晶硬化。
自由水蒸发或被周围砌体吸收，使石灰粒子密实，蒸发后使Ca（OH）2溶液饱和，析出结晶，数量少，强度不高（缓慢）。
2碳化硬化
氢氧化钙与潮湿空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。
只有在有水的条件下才能进行。
Ca（OH）2+CO2+nH2OCaCO3+（n+1）H2O
结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。
碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。
原因：
由于空气中CO2的浓度很低，石灰的碳化作用主要发生在与空气接触的表面，而且，碳化生成致密的碳酸钙后，阻止CO2继续深入内部，同时又使内部的水分无法蒸发，使Ca（OH）2结晶速度变慢。
因此，石灰浆体的硬化过程是非常缓慢的。
4.1.4石灰的技术要求和技术性质
1、石灰的技术要求
1）有效氧化钙和氧化镁含量
石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。
它们的含量是评价石灰质量主要指标，其含量愈多，活性愈高，质量也愈好。
2）生石灰产浆量和未消化残渣含量
产浆量是单位质量（1Kg）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。
石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。
未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。
其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
3）二氧化碳（CO2）含量
CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则（CaO+MgO）含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。
实验方法：
生石灰试样1g放于坩埚内，在高温电炉中于580±20℃灼烧结晶水，再将试样950～1000℃高温1h，冷却至室温。
以试验前后试样质量的差与原试样质量的百分比计算CO2含量。
4）消石灰游离水含量
游离水含量，指化学结合水以外的含水量。
生石灰消化时加入的水比理论需水量多很多，多加的水残留于氢氧化钙中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，因而影响其使用质量。
实验方法：
取试样100g，在100～105℃烘箱中烘干至恒重，冷却至室温。
以试验前后试样质量的差与原试样质量的百分比计算游离水含量。
5）细度
细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘结性。
现行标准《建筑生石灰粉》（JC／T480—92）和《建筑消石灰粉》（JC／T481—92）以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制。
石灰种类
生石灰
生石灰粉
消石灰粉
钙质石灰
≤5
≤5
<4
镁质石灰
>5
>5
≥4
试验方法是，称取试样50g，倒入0.9mm、0.125mm套筛内进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。
2、石灰的技术标准
建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》（JC／T479一92）、《建筑生石灰粉》（JC／T480—92）和《建筑消石灰粉》（JC／T481—92）规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。
见下表：
钙质石灰和镁质石灰中氧化镁含量（%）界限
Ø生石灰技术标准
根据氧化镁含量按上表分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后再按有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表。
表4-1建筑石灰技术指标
项目
钙质生石灰
镁质生石灰
优等品
一等品
合格品
优等品
一等品
合格品
1.（CaO+Mg0）含量（％）不小于
90
85
80
85
80
75
2.未消化残渣含量（5mm圆孔筛筛余量）（％）不大于
5
10
15
5
10
15
3.C02含量（％）不大于
5
7
9
6
8
10
4.产浆量（L／kg）不小于
2.8
2.3
2.0
2.8
2.3
2.0
Ø消石灰粉技术标准
消石灰粉按氧化镁含量<4％时称为钙质消石灰粉，4％≤氧化镁含量<24％时称为镁质消石灰粉，24％≤氧化镁含量<30％时称为白云石消石灰粉。
按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，如下表。
表4-2建筑消石灰粉技术标准
项目
钙质生石灰
镁质生石灰
白云石消石灰
优等品
一等品
合格品
优等品
一等品
合格品
优等品
一等品
合格品
1．（CaO+Mgo）含量（％）
不小于
70
65
60
65
60
55
65
60
55
2．游离水（％）
0.4—2.0
0.4—2.0
0.4—2.0
3．体积安定性
合格
合格
--
合格
合格
--
合格
合格
--
4.细度
0.9mm筛筛余（％）
不大于
0
0
0.5
0
0
0.5
0
0
0.5
0.125mm筛余（％）
不大于
3
10
15
3
10
15
3
10
15
Ø生石灰粉技术标准
根据氧化镁含量分为钙质石灰和镁质石灰两类后，再按（CaO+MgO）含量、CO2含量和细度等项目的指标，分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表。
表4-3建筑生石灰粉技术指标
项目
钙质生石灰
镁质生石灰
优等品
一等品
合格品
优等品
一等品
合格品
1.（CaO+Mg0）含量（％）不小于
90
85
80
85
80
75
2.未消化残渣含量（5mm圆孔筛筛余量）（％）不大于
5
10
15
5
10
15
3.C02（％）不大于
5
7
9
6
8
10
4.产浆量（L／kg）不小于
2.8
2.3
2.0
2.8
2.3
2.0
4.1.5石灰的应用及储存
一石灰的特点
1可塑性好，保水性好
生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。
因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。
在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。
2强度低、硬化慢
从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。
而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此，石灰是硬化缓慢的材料，硬化后的强度也不高。
如1：
3石灰砂浆28天抗压强度仅为0.2-0.5MPa。
所以，石灰不宜用于重要建筑物的基础。
3耐水性差
氢氧化钙易溶于水，如果长期受潮或被水浸泡，会使已硬化的石灰溃散。
若石灰浆体在完全硬化之前就处于潮湿的环境中，石灰中的水分不能蒸发出去，其硬化就会被阻止，所以石灰不易在潮湿的环境中应用。
4硬化时体积收缩大
石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。
常在其中掺入骨料（砂）或纤维材料（纸筋等）以提高抗拉强度，抵抗收缩引起的开裂。
二石灰的应用：
砌筑工程和抹面装饰工程
将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。
石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
灰砂砖和硅酸盐制品
石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌，经压振或压制，形成硅酸
盐制品。
为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。
如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。
加固软土地基
在软土地基中打入生石灰桩，可以利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到地基承载力的目的。
用于道路工程的垫层
石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土，或与粘土、砂石、矿渣制成三合土，用于道路工程的垫层。
用于道路路面基层
在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石广泛用于路面基层。
三石灰的贮存
磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内，采取严格防水措施。
块状生石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。
所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。
最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。
由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。
项目三建筑装饰石膏及其制品
教学目的：
掌握石膏材料的种类、凝结硬化原理和技术性能；掌握建筑石膏及石膏制品的应用。
重点难点：
石膏的生产、
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