胶凝材料学.docx
《胶凝材料学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《胶凝材料学.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
胶凝材料学
胶凝材料学
历史回顾：
古埃及人发现尼罗河流域盛产的石膏可以做成很好的粘结材料。
他们发现，把开采出来的石膏碾碎磨细，再加上少量粘土一起煅烧，就会失去一部分结晶水成为熟料。
熟料中加水，调成糊状，过不了多久又会重新变硬，而且石膏糊粘性甚好。
由此，埃及人发明了与水泥相似的石膏粘结剂，并用它创造了世界建筑史上的奇迹——金字塔。
这些金字塔是由巨大的石块以石膏复合胶凝材料粘结而成的具有良好的耐久性。
一、石灰
1.石灰的生产及分类：
生石灰粉：
石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，生石灰粉是由块状生石灰磨细而成。
消石灰粉：
将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca（OH）2,称为消石灰粉。
石灰膏：
将块状生石灰用过量水（约为生石灰体积的3～4倍）消化，或将消石灰粉和水拌和，所得的一定稠度的膏状物，主要成分为Ca（OH）2和水。
2.石灰的熟化与硬化：
a.石灰的熟化
生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。
石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。
为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。
陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置14d以上的过程。
b.石灰浆体的硬化
石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。
（1）干燥结晶硬化过程
石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密并使Ca（OH）2从饱和溶液中逐渐结晶析出。
（2）碳化过程
Ca（OH）2与空气中的CO2和水反应，形成碳酸钙。
由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCO3膜层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。
3.石灰的性质与技术要求
石灰的性质是可塑性好；硬化较慢，强度低，硬化时体积收缩大，耐水性差，吸湿性强。
建筑生石灰技术指标
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
CaO+MgO含量不少于（％）
90
85
80
85
80
75
CO2含量不大与（％）
5
7
9
6
8
10
未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）不大于（％）
5
10
15
5
10
15
产浆量，不少于（L/kg）
2.8
2.3
2.0
2.8
2.3
2.0
4.石灰的应用
a.石灰乳
将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水搅拌稀释，成为石灰乳。
主要用于内墙和天棚刷白，石灰乳中加入各种耐碱颜料，可形成彩色石灰乳。
b.配制砂浆
由于石灰膏和消石灰粉中氢氧化钙颗粒非常小，调水后具有很好的可塑性。
因而，常可用石灰膏或消石灰粉配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆。
c.石灰土和三合土
石灰与粘土拌合后称为灰土或石灰土，再加砂或炉渣等即成为三合土。
用于建筑物的地基和道路工程的基层、垫层。
d.制作硅酸盐制品
以磨细的石灰与硅质材料为胶凝材料，必要时加入少量石膏，经蒸汽养护或蒸压养护制作硅酸盐制品。
工程实例：
a.内外墙粉刷层爆裂
现象：
上海某新村四幢六层楼1989年9-11月进行内外墙粉刷，1990年4月交付甲方使用。
此后陆续发现内外墙粉刷层发生爆裂。
至5月份阴雨天，爆裂点迅速增多，破坏范围上万平方米。
爆裂源为微黄色粉粒或粉料。
该内外墙粉刷用的“水灰”，系宝山某厂自办的“三产”性质的部门供应，该部门由个人承包。
经了解，粉刷过程已发现“水灰”中有一些粗颗粒。
对采集的微黄色爆裂物作X射线衍射分析，证实除含石英、长石、CaO、Ca（OH）2、CaCO3外，还含有较多的MgO、Mg（OH）2以及少量白云石。
原因分析：
该“水灰”含有相当数量的粗颗粒，相当部分为CaO与MgO，这些未充分消解的CaO和MgO在潮湿的环境下缓慢水化，分别生成Ca（OH）2和Mg（OH）2，固相体积膨胀约2倍，从而产生爆裂破坏。
还需说明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。
使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危害人民利益。
b.石灰的选用
现象：
工地急需配制石灰砂浆。
当时有消石灰粉、生石灰粉及生石灰三种材料可供选用。
因生石灰价格相对较便宜，便选用，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。
使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝。
原因分析：
该石灰的陈伏时间不够。
数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。
因工期紧，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉或生石灰粉。
消石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，克服了过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。
故可不必陈伏可直接使用，且生石灰熟化时放出的热可大大加快砂浆的凝结硬化，加水量亦较少，硬化后的砂浆强度亦较高。
二、石膏
1.石膏的种类
a.天然二水石膏（CaSO4•2H2O）
天然二水石膏又称生石膏或软石膏。
它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。
b．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，如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。
c．天然无水石膏（CaSO4）
天然无水石膏结晶紧密，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。
天然硬石膏一般作为生产水泥的原料。
d．建筑石膏（β-CaSO4•H2O）
建筑石膏是以β半水石膏为主要成分，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。
e．高强石膏（α-CaSO4•H2O）
将二水石膏置于0.13MPa、124℃的过饱和蒸压条件下，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的α型半水石膏即高强石膏。
2.建筑石膏的水化硬化
石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠，这一过程称为凝结。
其后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体。
晶体逐渐长大，共生和相互交错，浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥。
晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。
这一过程称为建筑石膏的硬化。
石膏浆体的凝结和硬化是一个连续的过程。
凝结可以分为初凝和终凝两个阶段：
将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体初凝，从加水至初凝的这段时间称为初凝时间；浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝，从加水至终凝的时间称为终凝时间。
3.建筑石膏的性质与技术要求
a.建筑石膏的性质
建筑石膏凝结硬化快，其制品具有以下特性：
硬化时体积微膨胀；硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低；隔热、吸声性良好；防火性能良好；具有一定的调温调湿性；耐水性和抗冻性差；加工性能好。
b.建筑石膏的技术要求
根据GB9776-88《建筑石膏》规定，建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。
4.建筑石膏的应用
a.粉刷石膏
粉刷石膏是二水石膏或无水石膏经煅烧，产生的生成物（β-CaSO4·1/2H2O和Ⅱ型CaSO4）单独或两者混合后掺入外加剂，也可加入集料制成的胶结料。
粉刷石膏按用途分为面层粉刷石膏（Ｍ）、底层粉刷石膏（Ｄ）和保温层粉刷石膏（Ｗ）。
b.建筑石膏制品
建筑石膏制品的种类很多，如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙、内隔墙、吊顶及装饰。
工程实例：
a.石膏饰条粘贴失效
现象：
某工人用建筑石膏粉拌水，拌成一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴石膏饰条，前后半小时完工。
几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落。
原因分析：
1.建筑石膏拌水后一般数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条时石膏浆已初凝，粘结性能差。
可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。
2.在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。
或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。
b.石膏制品的发霉变形
现象：
某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。
使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。
原因分析：
厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。
建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。
欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其他含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料，如粉煤灰、石灰。
掺入有机防水剂亦可改善石膏制品的耐水性。
三、其他气硬性胶凝材料
1.水玻璃
a.水玻璃的组成和硬化
水玻璃俗称泡花碱，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。
建筑常用的为硅酸钠（Na2O·nSiO2）水溶液，又称钠水玻璃。
要求高时也使用硅酸钾（K2O·nSiO2）的水溶液，又称钾水玻璃。
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。
b.水玻璃的性质与应用
水玻璃在凝结硬化后，粘结力强,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。
2.菱苦土
菱苦土，又称镁质胶凝材料或氯氧镁水泥，其主要成分为MgO。
菱苦土硬化后的主要产物为xMg（OH）2；若加入氧化镁固化剂，硬化后主要为xMg（OH）2·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。
工程实例：
a.水玻璃表面处理
现象：
把水玻璃涂在粘土砖表面，可以提高抗风化能力；但涂在石膏制品表面则会使石膏制品破坏
原因分析：
水玻璃浸入粘土砖表面，可使材料更致密，提高风化能力；但浸入石膏制品，水玻璃与石膏反应生成硫酸钠晶体，在制品孔隙内产生体积膨胀，使石膏制品破坏。
b.水玻璃与铝合金窗表面的斑迹
现象：
某些建筑物的室内墙面装修过程中可以观察到，使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外表形成有损美观的斑迹。
原因分析：
1.铝合金制品不耐酸碱。
2.水玻璃呈强碱性。
当含碱涂料与铝合金接触时，引起铝合金窗表面发生腐蚀反应，使铝合金表面锈蚀而形成斑迹：
Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O
2Al+2H2O+2NaOH→2NaAlO2+3H2↑
防治措施：
1.避免使用酸碱性比较大的涂料。
2.铝合金表面涂塑保护。
3.精心、文明施工。
四、通用硅酸盐水泥的组成与技术要求
1.通用硅酸盐水泥的定义及生产概况
a.通用硅酸盐水泥的定义
通用硅酸盐水泥（CommonPortlandCement）是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。
通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
b.通用硅酸盐水泥的组成
名称
代号
组分
熟料
矿渣
火山灰质混合材料
粉煤灰
石灰石
硅酸盐水泥
P.I
100
—
—
—
—
P.Ⅱ
≥95
≤5
—
—
—
—
—
—
≤5
普通水泥
P.O
≥80且＜95
＞5且≤20a
—
矿渣水泥
P.S
≥30且＜80
＞20且≤50b
—
—
—
火山
升级会员 