第三章气硬性胶凝材料

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1 第 三 章 气 硬 性 胶 凝 材 料 教 学 要 求 1 熟 悉 四 种 常 用 气 硬 性 胶 凝 材 料 的 性 质, 以 及 如 何 在 工 程 中 合 理 使 用 2 对 于 石 膏 和 石 灰 石, 要 了 解 其 原 料 生 产 凝 结 硬 化 及 质 量 要 求, 掌 握 其 性 质 与 应 用 3 水 玻 璃 与 菱 苦 土 要 着 重 了 解 其 性 质 和 应 用 特 点 内 容 提 要 1 石 膏 (1) 石 膏 的 原 料 生 产 及 种 (2) 建 筑 石 膏 的 凝 结 硬 化 (3) 建 筑 石 膏 的 性 质 技 术 要 求 及 应 用 2 石 灰 (1) 石 灰 的 原 料 与 生 产 (2) 石 灰 的 熟 化 与 硬 化 (3) 石 灰 的 性 质 技 术 要 求 及 应 用 3 水 玻 璃 水 玻 璃 的 组 成 水 玻 璃 的 硬 化 水 玻 璃 的 性 质 与 应 用 4 菱 苦 土 菱 苦 土 的 组 成 硬 化 及 性 质 特 点 重 点 难 点 重 点 : 石 膏 和 石 灰 的 生 产 凝 结 硬 化 及 质 量 要 求 及 其 性 质 与 应 用 难 点 : 石 灰 水 玻 璃 菱 苦 土 的 凝 结 与 硬 化 胶 凝 材 料 是 指 能 将 其 他 材 料 胶 结 成 整 体, 并 具 有 一 定 强 度 的 材 料 这 里 指 的 其 他 材 料 包 括 粉 状 材 料 ( 石 粉 等 ) 纤 维 材 料 ( 钢 纤 维 矿 棉 玻 纤 聚 酯 纤 维 等 ) 散 粒 材 料 ( 砂 子 石 子 等 ) 块 状 材 料 ( 砖 砌 块 等 ) 板 材 ( 石 膏 板 水 泥 板 等 ) 等 胶 凝 材 料 通 常 分 为 有 机 胶 凝 材 料 和 无 机 胶 凝 材 料 两 大 类 1. 有 机 胶 凝 材 料 有 机 胶 凝 材 料 是 指 以 天 然 或 人 工 合 成 高 分 子 化 合 物 为 基 本 组 成 的 一 类 胶 凝 材 料 最 常 用

2 的 有 沥 青 树 脂 橡 胶 等 2. 无 机 胶 凝 材 料 无 机 胶 凝 材 料 是 指 以 无 机 氧 化 物 或 矿 物 为 主 要 组 成 的 一 类 胶 凝 材 料 最 常 用 的 有 石 灰 石 膏 水 玻 璃 菱 苦 土 和 各 种 水 泥 有 时 也 包 括 沸 石 粉 粉 煤 灰 矿 渣 火 山 灰 等 活 性 混 合 材 料 根 据 凝 结 硬 化 条 件 和 使 用 特 性, 无 机 胶 凝 材 料 通 常 又 分 为 气 硬 性 和 水 硬 性 两 类 第 一 节 石 灰 一 石 灰 的 种 与 生 产 1. 石 灰 的 种 种 : 生 石 灰 生 石 灰 粉 熟 石 灰 粉 和 石 灰 膏 等 生 产 石 灰 的 原 料 主 要 是 含 碳 酸 钙 为 主 的 天 然 岩 石, 如 石 灰 石 白 垩 等 将 这 些 原 料 在 高 温 下 煅 烧, 即 得 生 石 灰, 主 要 成 分 为 氧 化 钙 正 常 温 度 下 煅 烧 得 到 的 石 灰 具 有 多 孔 结 构, 内 部 孔 隙 率 大, 晶 体 粒 小, 体 积 密 度 小, 与 水 作 用 快 2. 石 灰 的 生 产 石 灰 的 生 产, 实 际 上 就 是 将 石 灰 石 在 高 温 下 煅 烧, 使 碳 酸 钙 分 解 成 为 CaO 和 CO2,CO2 以 气 体 逸 出 反 应 式 如 下 : 生 产 所 得 的 CaO 称 为 生 石 灰, 是 一 种 白 色 或 灰 色 的 块 状 物 质 生 石 灰 的 特 性 : 遇 水 快 速 产 生 水 化 反 应, 体 积 膨 胀, 并 放 出 大 量 热 煅 烧 良 好 的 生 石 灰 能 在 几 秒 钟 内 与 水 反 应 完 毕, 体 积 膨 胀 两 倍 左 右 注 意 : 生 产 时, 由 于 火 候 或 温 度 控 制 不 均, 常 会 含 有 欠 火 石 灰 或 过 火 石 灰 欠 火 石 灰 中 含 有 未 分 解 的 碳 酸 钙 内 核, 外 部 为 正 常 煅 烧 的 石 灰, 它 只 是 降 低 了 石 灰 的 利 用 率, 不 会 带 来 危 害 温 度 过 高 得 到 的 石 灰 称 为 过 火 石 灰 过 火 石 灰 的 结 构 致 密, 孔 隙 率 小, 体 积 密 度 大, 并 且 晶 粒 粗 大, 表 面 常 被 熔 融 的 黏 土 杂 质 形 成 的 玻 璃 物 质 所 包 覆 因 此 过 火 石 灰 与 水 作 用 的 速 度 很 慢, 须 数 天 甚 至 数 年, 这 对 石 灰 的 使 用 极 为 不 利 为 避 免 过 火 石 灰 在 使 用 以 后, 因 吸 收 空 气 中 的 水 蒸 气 而 逐 步 熟 化 膨 胀, 使 已 硬 化 的 砂 浆 或 制 产 生 隆 起 开 裂 等 破 坏 现 象, 在 使 用 以 前 必 须 使 过 火 石 灰 熟 化 或 将 过 火 石 灰 去 除 常 采 用 的 方 法 是 在 熟 化 过 程 中, 利 用 筛 网 除 掉 较 大 尺 寸 过 火 石 灰 颗 粒, 而 较 小 的 过 火 石 灰 颗 粒 在 储 灰 坑 中 至 少 存 放 二 周 以 上, 使 其 充 分 熟 化, 此 即 所 谓 的 陈 伏 陈 伏 时 为 防 止 石 灰 炭 化, 石 灰 膏 的 表 面 须 保 存 有 一 层 水 二 石 灰 的 熟 化 和 硬 化 1. 石 灰 的 熟 化 生 石 灰 CaO 加 水 反 应 生 成 Ca(OH)2 的 过 程 称 为 熟 化 生 成 物 Ca(OH)2 称 为 熟 石 灰

3 反 应 式 如 下 : 熟 化 过 程 的 特 点 : (1). 速 度 快 煅 烧 良 好 的 CaO 与 水 接 触 时 几 秒 钟 内 即 反 应 完 毕 (2). 体 积 膨 胀 CaO 与 水 反 应 生 成 Ca(OH)2 时, 体 积 增 大 1.5~2.0 倍 (3). 放 出 大 量 的 热 1 克 分 子 CaO 熟 化 生 成 1 克 分 子 Ca(OH)2 约 产 生 64.9kJ 热 量 煅 烧 温 度 过 高 或 时 间 过 长, 将 产 生 过 火 石 灰, 这 在 石 灰 煅 烧 中 是 十 分 难 免 的 由 于 过 火 石 灰 的 表 面 包 覆 着 一 层 玻 璃 釉 状 物, 熟 化 很 慢, 若 在 石 灰 使 用 并 硬 化 后 再 继 续 熟 化, 则 产 生 的 体 积 膨 胀 将 引 起 局 部 鼓 泡 隆 起 和 开 裂 为 消 除 上 述 过 火 石 灰 的 危 害, 石 灰 膏 使 用 前 应 在 化 灰 池 中 存 放 2 周 以 上, 使 过 火 石 灰 充 分 熟 化, 这 个 过 程 称 为 陈 伏 现 场 生 产 的 消 石 灰 粉 一 般 也 需 要 陈 伏 但 若 将 生 石 灰 磨 细 后 使 用, 则 不 需 要 陈 伏 这 是 因 为 粉 磨 过 程 使 过 火 石 灰 表 面 积 大 大 增 加, 与 水 熟 化 反 应 速 度 加 快, 几 乎 可 以 同 步 熟 化, 而 且 又 均 匀 分 散 在 生 石 灰 粉 中, 不 至 引 起 过 火 石 灰 的 种 种 危 害 2. 石 灰 的 硬 化 石 灰 在 空 气 中 的 硬 化 主 要 包 括 结 晶 和 碳 化 两 个 过 程 结 晶 作 用 指 的 是 石 灰 浆 中 多 余 水 分 蒸 发 或 被 砌 体 吸 收, 使 Ca(OH)2 以 晶 体 形 态 析 出, 石 灰 浆 体 逐 渐 失 去 塑 性, 并 凝 结 硬 化 产 生 强 度 的 过 程 碳 化 作 用 指 的 是 空 气 中 的 CO2 遇 水 生 成 弱 碳 酸, 再 与 Ca(OH)2 发 生 化 学 反 应 生 成 CaCO3 晶 体 的 过 程 生 成 的 CaCO3 自 身 强 度 较 高, 且 填 充 孔 隙 使 石 灰 固 化 体 更 加 致 密, 强 度 进 一 步 提 高 其 反 应 式 如 下 : 石 灰 凝 结 硬 化 过 程 的 特 点 : 1. 速 度 慢 水 分 从 内 部 迁 移 到 表 层 被 蒸 发 或 被 吸 收 的 过 程 本 身 较 慢, 若 表 层 Ca(OH) 2 被 碳 化, 生 成 的 CaCO3 在 石 灰 表 面 形 成 更 加 致 密 的 膜 层, 使 水 分 子 和 CO2 的 进 出 更 加 困 难 因 此, 石 灰 的 凝 结 硬 化 过 程 极 其 缓 慢, 通 常 需 要 几 周 的 时 间 加 快 硬 化 速 度 的 简 易 方 法 有 加 强 通 风 和 提 高 空 气 中 CO2 的 浓 度 2. 体 积 收 缩 大 容 易 产 生 收 缩 裂 缝 三 石 灰 的 技 术 要 求 1. 建 筑 生 石 灰 根 据 MgO 含 量 分 为 钙 质 石 灰 和 镁 质 石 灰 ; 又 根 据 CaO 和 MgO 总 含 量 及 残 渣 CO2 含 量 和 产 浆 量 分 为 优 等 一 等 和 合 格 三 个 等 级 见 表 表 建 筑 生 石 灰 的 技 术 指 标

4 项 目 钙 质 生 石 灰 镁 质 生 石 灰 优 等 一 等 合 格 优 等 一 等 合 格 CaO+MgO 含 量 (%, 不 小 于 ) 未 消 化 残 渣 含 量 (5mm 圆 孔 筛 余,%, 不 大 于 ) 二 氧 化 碳 (%, 不 大 于 ) 产 浆 量 (L/kg, 不 小 于 ) 建 筑 生 石 灰 粉 与 生 石 灰 一 样 分 为 钙 质 和 镁 质 生 石 灰 粉 ; 又 根 据 CaO 和 MgO 总 含 量 CO2 含 量 和 细 度 分 为 优 等 一 等 和 合 格 见 表 表 建 筑 生 石 灰 粉 的 技 术 指 标 项 目 钙 质 生 石 灰 镁 质 生 石 灰 优 等 一 等 合 格 优 等 一 等 合 格 CaO+MgO 含 量 (%, 不 小 于 ) 二 氧 化 碳 (%, 不 大 于 ) mm 筛 筛 余 (%, 不 大 于 ) 细 度 0.125mm 筛 筛 余 (%, 不 大 于 ) 建 筑 消 石 灰 粉 根 据 MgO 含 量 分 为 钙 质 (MgO<4%) 镁 质 (4% MgO<24%) 和 白 云 石 消 石 灰 粉 (24% MgO <30%) 三 类, 并 根 据 CaO 和 MgO 总 含 量 体 积 安 定 性 和 细 度 分 为 优 等 一 等 和 合 格 见 表 表 建 筑 消 石 灰 粉 的 技 术 指 标 钙 质 消 石 灰 镁 质 消 石 灰 白 云 石 消 石 灰 项 目 优 等 一 等 合 格 优 等 一 等 合 格 优 等 一 等 合 格 CaO+MgO 含 量 (%, 不 小 于 ) 游 离 水 (%) 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 体 积 安 定 性 合 格 合 格 - 合 格 合 格 - 合 格 合 格 细 0.90mm 筛 筛 余 (%, 不 大 于 ) 度 0.125mm 筛 筛 余 (%, 不 大 于 ) 四 石 灰 的 技 术 性 质 和 应 用 1. 石 灰 的 主 要 技 术 性 质 (1) 保 水 性 与 可 塑 性 好

5 Ca(OH)2 颗 粒 极 细, 比 表 面 积 很 大, 每 一 颗 粒 均 吸 附 一 层 水 膜, 使 得 石 灰 浆 具 有 良 好 的 保 水 性 和 塑 性 因 此, 土 木 工 程 中 常 用 来 改 善 水 泥 砂 浆 保 水 性 和 塑 性 差 的 缺 陷 (2) 凝 结 硬 化 慢 强 度 低 石 灰 浆 凝 结 硬 化 时 间 一 般 需 要 数 周, 硬 化 后 的 强 度 一 般 小 于 1MPa 如 1:3 的 石 灰 砂 浆 强 度 仅 为 0.2~0.5MPa 但 通 过 人 工 碳 化, 可 使 强 度 大 幅 度 提 高 如 碳 化 石 灰 板 及 其 制 (3) 耐 水 性 差 石 灰 浆 在 水 中 或 潮 湿 环 境 中 没 有 强 度, 在 流 水 中 还 会 溶 解 流 失 但 固 化 后 的 石 灰 制 经 人 工 碳 化 处 理 后, 耐 水 性 大 大 提 高 (4) 干 燥 收 缩 大 石 灰 浆 体 中 游 离 水, 特 别 是 吸 附 水 蒸 发, 引 起 硬 化 时 体 积 收 缩 开 裂 碳 化 过 程 也 引 起 体 积 收 缩 因 此, 石 灰 一 般 不 宜 单 独 使 用, 通 常 掺 入 砂 子 麻 刀 纸 筋 等 以 减 少 收 缩 或 提 高 抗 裂 能 力 2. 石 灰 的 应 用 (1) 石 灰 乳 涂 料 和 抹 面 石 灰 乳 通 常 采 用 石 灰 浆 ( 膏 ) 加 入 大 量 水 调 制 成 稀 浆, 用 于 要 求 不 高 的 室 内 粉 刷 目 前 已 很 少 使 用 石 灰 膏 掺 入 麻 刀 或 纸 筋 作 为 墙 面 抹 面 材 料, 也 称 之 为 黄 灰, 过 去 较 常 用 目 前 主 要 采 用 石 灰 膏 与 水 泥 砂 或 直 接 与 砂 配 制 成 混 合 砂 浆 或 石 灰 砂 浆 抹 面 (2) 石 灰 混 合 砂 浆 石 灰 水 泥 和 砂 按 一 定 比 例 与 水 配 制 成 混 合 砂 浆, 用 于 砌 筑 和 抹 面 (3) 石 灰 土 和 三 合 土 消 石 灰 粉 和 粘 土 拌 合 后 称 为 石 灰 土 石 灰 土 中 再 加 入 砂 和 石 屑 炉 渣 等 即 为 三 合 土 由 于 Ca(OH)2 能 和 粘 土 中 少 量 的 活 性 SiO2 和 Al2O3 反 应 生 成 具 有 水 硬 性 的 产 物, 使 密 实 度 强 度 和 耐 水 性 得 到 改 善 因 此 广 泛 用 于 建 筑 物 的 基 础 和 道 路 垫 层 如 石 灰 桩 加 固 地 基 等 但 是, 目 前 更 常 用 的 方 法 是 石 灰 粉 煤 灰 和 石 子 混 合 成 三 合 土 作 为 道 路 垫 层, 其 固 结 强 度 高 于 粘 土 ( 因 粉 煤 灰 中 活 性 SiO2 和 Al2O3 的 含 量 高 ), 且 利 用 废 渣 (4) 用 于 生 产 硅 酸 盐 制 硅 酸 盐 制 主 要 包 括 粉 煤 灰 混 凝 土 粉 煤 灰 砖 硅 酸 盐 砌 块 灰 砂 砖 加 气 混 凝 土 等 等 它 们 主 要 以 石 英 砂 粉 煤 灰 矿 渣 炉 渣 等 为 原 料, 其 中 的 SiO2 Al2O3 与 石 灰 在 蒸 汽 养 护 或 蒸 压 养 护 条 件 下 生 成 水 化 硅 酸 钙 和 水 化 铝 酸 钙 等 水 硬 性 产 物, 产 生 强 度 若 没 有 Ca(OH) 2 参 与 反 应, 则 强 度 很 低 生 石 灰 块 和 粉 料 在 运 输 和 储 存 过 程 中 应 注 意 密 封 防 潮, 否 则 吸 水 潮 解 后 与 空 气 中 CO2 作 用 生 成 碳 酸 钙, 使 石 灰 胶 结 能 力 下 降

6 第 二 节 石 膏 一 石 膏 的 生 产 与 种 1. 石 膏 的 生 产 将 生 石 膏 在 107~170 条 件 下 煅 烧 脱 去 部 分 结 晶 水 而 制 得 的 半 水 石 膏, 称 为 建 筑 石 膏, 又 称 为 熟 石 膏, 分 子 式 为 其 反 应 式 如 下 : 生 石 膏 在 加 热 过 程 中, 随 着 温 度 和 压 力 不 同, 其 产 的 性 能 也 随 之 变 化 上 述 条 件 下 生 产 的 为 型 半 水 石 膏, 也 是 最 常 用 的 建 筑 石 膏 若 将 生 石 膏 在 MPa 压 力 的 蒸 压 锅 内 蒸 炼, 则 生 成 型 半 水 石 膏, 其 晶 粒 较 粗, 拌 制 石 膏 浆 体 时 的 需 水 量 较 小, 因 此, 硬 化 后 强 度 较 高, 故 称 为 高 强 石 膏 当 煅 烧 温 度 升 高 到 170~300 时, 半 水 石 膏 继 续 脱 水, 生 成 可 溶 性 硬 石 膏 (CaSO4-Ⅲ), 凝 结 速 度 比 半 水 石 膏 快, 但 需 水 量 大, 强 度 低 温 度 继 续 升 高 到 400~1000, 则 生 成 慢 溶 性 硬 石 膏 (CaSO4-Ⅱ) 这 种 石 膏 难 溶 于 水, 只 有 当 加 入 某 些 激 发 剂 后, 才 具 有 水 化 硬 化 能 力, 但 强 度 较 高, 耐 磨 性 能 较 好 将 CaSO4-Ⅱ 与 激 发 剂 混 磨 后 的 产 称 为 硬 石 膏 水 泥 2. 石 膏 的 种 生 产 石 膏 的 原 料 主 要 为 含 硫 酸 钙 的 天 然 石 膏 ( 又 称 生 石 膏 ) 或 含 硫 酸 钙 的 化 工 副 产 和 磷 石 膏 氟 石 膏 硼 石 膏 等 废 渣, 其 化 学 式 为 CaSO4.2H2O, 也 称 二 水 石 膏 将 天 然 二 水 石 膏 在 不 同 的 温 度 下 煅 烧 可 得 到 不 同 的 石 膏 种 ( 建 筑 石 膏 模 型 石 膏 高 强 度 石 膏 硬 石 膏 ) 如 将 天 然 二 水 石 膏 在 107~170 0 c 的 干 燥 条 件 下 加 热 可 得 建 筑 石 膏 二 建 筑 石 膏 的 凝 结 与 硬 化 将 建 筑 石 膏 加 水 后, 它 首 先 溶 解 于 水, 然 后 生 成 二 水 石 膏 析 出 反 应 式 如 下 : 随 着 水 化 的 不 断 进 行, 生 成 的 二 水 石 膏 胶 体 微 粒 不 断 增 多, 这 些 微 粒 比 原 先 更 加 细 小, 比 表 面 积 很 大, 吸 附 着 很 多 的 水 分 ; 同 时 浆 体 中 的 自 由 水 分 由 于 水 化 和 蒸 发 而 不 断 减 少, 浆 体 的 稠 度 不 断 增 加, 胶 体 微 粒 间 的 黏 结 逐 步 增 强, 颗 粒 间 产 生 摩 擦 力 和 黏 结 力, 使 浆 体 逐 渐 失 去 可 塑 性, 即 浆 体 逐 渐 产 生 凝 结 继 续 水 化, 胶 体 转 变 成 晶 体 晶 体 颗 粒 逐 渐 长 大, 使 浆 体 完 全 失 去 可 塑 性, 产 生 强 度, 即 浆 体 产 生 了 硬 化 这 一 过 程 不 断 进 行, 直 至 浆 体 完 全 干 燥, 强 度 不 在 增 加, 此 时 浆 体 已 硬 化 人 造 成 石 材 建 筑 石 膏 凝 结 硬 化 过 程 最 显 著 的 特 点 为 : 1. 速 度 快 水 化 过 程 一 般 为 7~12min, 整 个 凝 结 硬 化 过 程 只 需 20~30min 2. 体 积 微 膨 胀 建 筑 石 膏 凝 结 硬 化 过 程 产 生 约 1% 左 右 的 体 积 膨 胀 这 是 其 它 胶 凝 材 料

7 所 不 具 有 的 特 性 浆 体 的 凝 结 硬 化 过 程 是 一 个 连 续 进 行 的 过 程 从 加 水 开 始 拌 合 一 直 到 浆 体 开 始 失 去 可 塑 性 的 过 程 称 为 浆 体 的 初 凝, 对 应 的 这 段 时 间 称 为 初 凝 时 间 ; 从 加 水 拌 合 开 始 一 直 到 浆 体 完 全 失 去 可 塑 性, 并 开 始 产 生 强 度 的 过 程 称 为 浆 体 的 硬 化, 对 应 的 时 间 称 为 终 凝 时 间 三 建 筑 石 膏 的 技 术 要 求 建 筑 石 膏 为 粉 状 胶 凝 材 料, 堆 积 密 度 800~1000kg/m3, 密 度 约 为 2.5~2.8g/cm3 根 据 GB 规 定, 建 筑 石 膏 按 照 强 度 细 度 和 凝 结 时 间 划 分 为 优 等 一 等 和 合 格 见 表 其 中 各 等 级 建 筑 石 膏 的 初 凝 时 间 均 不 得 小 于 6min; 终 凝 时 间 不 得 大 于 30min 表 中 所 列 强 度 指 标 为 2h 的 强 度 值 表 建 筑 石 膏 的 质 量 指 标 等 级 优 等 一 等 合 格 抗 折 强 度 抗 压 强 度 ~2.9 细 度 0.2mm 方 孔 筛 筛 余 (%), 不 大 于 四 石 膏 的 性 质 与 应 用 1. 石 膏 的 性 质 (1) 凝 结 硬 化 快 建 筑 石 膏 加 水 拌 合 后 10min 内 便 失 去 塑 性 而 初 凝,30min 内 即 终 凝 硬 化, 并 产 生 强 度 由 于 初 凝 时 间 短 不 便 施 工 操 作, 使 用 时 一 般 均 加 入 缓 凝 剂 以 延 长 凝 结 时 间 常 用 的 缓 凝 剂 有 : 经 石 灰 处 理 的 动 物 胶 ( 掺 量 0.1%~0.2%) 亚 硫 酸 酒 精 废 液 ( 掺 量 1%) 硼 砂 柠 檬 酸 聚 乙 烯 醇 等 等 掺 缓 凝 剂 后, 石 膏 制 的 强 度 将 有 所 降 低 (2) 强 度 较 高 建 筑 石 膏 的 强 度 发 展 快, 一 般 7h 即 可 达 最 大 值 抗 压 强 度 约 为 8~12MPa (3) 体 积 微 膨 胀 建 筑 石 膏 凝 结 硬 化 过 程 的 体 积 微 膨 胀 特 性, 使 得 石 膏 制 表 面 光 滑 体 形 饱 满 无 收 缩 裂 纹, 特 别 适 用 于 刷 面 和 制 作 建 筑 装 饰 制 (4) 色 白 可 加 彩 色 建 筑 石 膏 颜 色 洁 白 杂 质 含 量 越 少, 颜 色 越 白 可 加 入 各 种 颜 料 调 制 成 彩 色 石 膏 制, 且 保 色 性 好 (5) 保 温 性 能 好 由 于 石 膏 制 生 产 时 往 往 加 入 过 量 的 水, 蒸 发 后 形 成 大 量 的 内 部 毛 细 孔, 孔 隙 率 达 50%~60%, 表 观 密 度 小 (800~1000kg/m3), 导 热 系 数 小, 故 具 有 良 好 的 保 温 绝 热 性 能, 常 用 作 保 温 材 料, 并 具 有 一 定 的 吸 声 效 果

8 (6) 耐 水 性 差 但 具 有 一 定 的 调 湿 功 能 建 筑 石 膏 制 的 软 化 系 数 只 有 0.2~0.3, 不 耐 水 但 由 于 毛 细 孔 隙 较 多, 比 表 面 积 大, 当 空 气 过 于 潮 湿 时 能 吸 收 水 分 ; 而 当 空 气 过 于 干 燥 时 则 能 释 放 出 水 分, 从 而 调 节 空 气 中 的 相 对 湿 度 提 高 石 膏 耐 水 性 的 主 要 措 施 有 掺 加 矿 渣 粉 煤 灰 等 活 性 混 合 材, 或 者 掺 加 防 水 剂 表 面 防 水 处 理 等 (7) 防 火 性 好 建 筑 石 膏 制 的 导 热 系 数 小, 传 热 慢, 比 热 又 大, 更 重 要 的 是 二 水 石 膏 遇 火 脱 水, 产 生 的 水 蒸 汽 能 有 效 阻 止 火 势 蔓 延, 起 到 防 火 作 用 但 脱 水 后 制 强 度 要 下 降 2. 建 筑 石 膏 的 应 用 建 筑 石 膏 在 土 木 工 程 中 用 作 室 内 抹 灰 粉 刷, 建 筑 装 饰 制 和 石 膏 板 (1) 室 内 抹 灰 及 粉 刷 灰 指 的 是 以 建 筑 石 膏 为 胶 凝 材 料, 加 入 水 和 砂 子 配 成 石 膏 砂 浆, 作 为 内 墙 面 抹 平 用 由 建 筑 石 膏 特 性 可 知, 石 膏 砂 浆 具 有 良 好 的 保 温 隔 热 性 能, 调 节 室 内 空 气 的 湿 度 和 良 好 的 隔 音 与 防 火 性 能 由 于 不 耐 水, 故 不 宜 在 外 墙 使 用 粉 刷 指 的 是 建 筑 石 膏 加 水 和 适 量 外 加 剂, 调 制 成 涂 料, 涂 刷 装 修 内 墙 面 表 面 光 洁 细 腻 色 白, 且 透 湿 透 气, 凝 结 硬 化 快 施 工 方 便 粘 结 强 度 高, 是 良 好 的 内 墙 涂 料 (2) 建 筑 装 饰 制 以 杂 质 含 量 少 的 建 筑 石 膏 ( 有 时 称 为 模 型 石 膏 ) 加 入 少 量 纤 维 增 强 材 料 和 建 筑 胶 水 等 制 作 成 各 种 装 饰 制 也 可 掺 入 颜 料 制 成 彩 色 制 (3) 石 膏 板 这 是 土 木 工 程 中 使 用 量 最 大 的 一 类 板 材 包 括 石 膏 装 饰 板 空 心 石 膏 板 蜂 窝 板 等 作 为 装 饰 吊 顶 隔 板 或 保 温 隔 声 防 火 等 使 用 ( 详 见 本 书 第 七 章 和 第 十 三 章 ) (4) 其 他 用 途 建 筑 石 膏 可 作 为 生 产 某 些 硅 酸 盐 制 时 的 增 强 剂 如 粉 煤 灰 砖 炉 渣 制 等 也 可 用 作 油 漆 或 粘 贴 墙 纸 等 的 基 层 找 平 建 筑 石 膏 在 运 输 和 储 存 时 要 注 意 防 潮, 储 存 期 一 般 不 宜 超 过 3 个 月, 否 则 将 使 石 膏 制 的 质 量 下 降 第 三 节 水 玻 璃 一 水 玻 璃 的 组 成 水 玻 璃 分 为 钠 水 玻 璃 和 钾 水 玻 璃 两 类, 俗 称 泡 花 碱 钠 水 玻 璃 为 硅 酸 钠 水 溶 液, 分 子 式 为 钾 水 玻 璃 为 硅 酸 钾 水 溶 液, 分 子 式 为 土 木 工 程 中 主 要 使 用 钠 水 玻 璃 当 工 程 技 术 要 求 较 高 时 也 可 采 用 钾 水 玻 璃 优 质 纯 净 的 水 玻 璃 为 无 色 透 明 的 粘 稠 液 体, 溶 于 水 当 含 有 杂 质 时 呈 淡 黄 色 或 青 灰 色

9 钠 水 玻 璃 分 子 式 中 的 n 称 为 水 玻 璃 的 模 数, 代 表 Na2O 和 SiO2 的 分 子 数 比, 是 非 常 重 要 的 参 数 n 值 越 大, 水 玻 璃 的 粘 性 和 强 度 越 高, 但 水 中 的 溶 解 能 力 下 降 当 n 大 于 3.0 时, 只 能 溶 于 热 水 中, 给 使 用 带 来 麻 烦 n 值 越 小, 水 玻 璃 的 粘 性 和 强 度 越 低, 越 易 溶 于 水 故 土 木 工 程 中 常 用 模 数 n 为 2.6~2.8, 既 易 溶 于 水 又 有 较 高 的 强 度 我 国 生 产 的 水 玻 璃 模 数 一 般 在 2.4~3.3 之 间 水 玻 璃 在 水 溶 液 中 的 含 量 ( 或 称 浓 度 ) 常 用 密 度 或 者 波 美 度 表 示 土 木 工 程 中 常 用 水 玻 璃 的 密 度 一 般 为 1.36~1.50g/cm3, 相 当 于 波 美 度 38.4~48.3 密 度 越 大, 水 玻 璃 含 量 越 高, 粘 度 越 大 水 玻 璃 通 常 采 用 石 英 粉 (SiO2) 加 上 纯 碱 (NaCO3), 在 1300~1400 的 高 温 下 煅 烧 生 成 固 体, 再 在 高 温 或 高 温 高 压 水 中 溶 解, 制 得 溶 液 状 水 玻 璃 产 二 水 玻 璃 的 硬 化 水 玻 璃 在 空 气 中 的 凝 结 固 化 与 石 灰 的 凝 结 固 化 非 常 相 似, 主 要 通 过 碳 化 和 脱 水 结 晶 固 结 两 个 过 程 来 实 现, 反 应 式 如 下 : Na2 O SiO2 + mho 2 + CO2 NaCO nsio2 mho 2 随 着 碳 化 反 应 的 进 行, 硅 胶 ( ) 含 量 增 加, 接 着 自 由 水 分 蒸 发 和 硅 胶 脱 水 成 固 体 SiO2 而 凝 结 硬 化, 其 特 点 是 : 1. 速 度 慢 由 于 空 气 中 CO2 浓 度 低, 故 碳 化 反 应 及 整 个 凝 结 固 化 过 程 十 分 缓 慢 2. 体 积 收 缩 3. 强 度 低 为 加 速 水 玻 璃 的 凝 结 固 化 速 度 和 提 高 强 度, 水 玻 璃 使 用 时 一 般 要 求 加 入 固 化 剂 氟 硅 酸 钠, 分 子 式 为 其 反 应 式 如 下 : 氟 硅 酸 钠 的 掺 量 一 般 为 12%~15% 掺 量 少, 凝 结 固 化 慢, 且 强 度 低 ; 掺 量 太 多, 则 凝 结 硬 化 过 快, 不 便 施 工 操 作, 而 且 硬 化 后 的 早 期 强 度 虽 高, 但 后 期 强 度 明 显 降 低 因 此, 使 用 时 应 严 格 控 制 固 化 剂 掺 量, 并 根 据 气 温 湿 度 水 玻 璃 的 模 数 密 度 在 上 述 范 围 内 适 当 调 整 即 : 气 温 高 模 数 大 密 度 小 时 选 下 限, 反 之 亦 然 三 水 玻 璃 的 性 质 黏 结 力 强 强 度 较 高 ; 耐 酸 性 好 ; 耐 热 性 好 ; 耐 碱 性 和 耐 水 性 差 (1) 粘 结 力 和 强 度 较 高 水 玻 璃 硬 化 后 的 主 要 成 分 为 硅 凝 胶 ( ) 和 固 体, 比 表 面 积 大, 因 而 具 有 较 高 的 粘 结 力 但 水 玻 璃 自 身 质 量 配 合 料 性 能 及 施 工 养 护 对 强 度 有 显 著 影 响 (2) 耐 酸 性 好 可 以 抵 抗 除 氢 氟 酸 (HF) 热 磷 酸 和 高 级 脂 肪 酸 以 外 的 几 乎 所 有 无 机 和 有 机 酸

10 (3) 耐 热 性 好 硬 化 后 形 成 的 二 氧 化 硅 网 状 骨 架, 在 高 温 下 强 度 下 降 很 小, 当 采 用 耐 热 耐 火 骨 料 配 制 水 玻 璃 砂 浆 和 混 凝 土 时, 耐 热 度 可 达 1000 因 此 水 玻 璃 混 凝 土 的 耐 热 度, 也 可 以 理 解 为 主 要 取 决 于 骨 料 的 耐 热 度 (4) 耐 碱 性 和 耐 水 性 差 因 和 均 溶 于 碱, 故 水 玻 璃 不 能 在 碱 性 环 境 中 使 用 同 样 由 于 NaF Na2CO3 均 溶 于 水 而 不 耐 水, 但 可 采 用 中 等 浓 度 的 酸 对 已 硬 化 水 玻 璃 进 行 酸 洗 处 理, 提 高 耐 水 性 四 水 玻 璃 的 应 用 用 作 耐 酸 和 耐 热 材 料 ; 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 强 裂 缝 (1) 涂 刷 材 料 表 面, 提 高 抗 风 化 能 力 水 玻 璃 溶 液 涂 刷 或 浸 渍 材 料 后, 能 渗 入 缝 隙 和 孔 隙 中, 固 化 的 硅 凝 胶 能 堵 塞 毛 细 孔 通 道, 提 高 材 料 的 密 度 和 强 度, 从 而 提 高 材 料 的 抗 风 化 能 力 但 水 玻 璃 不 得 用 来 涂 刷 或 浸 渍 石 膏 制 因 为 水 玻 璃 与 石 膏 反 应 生 成 硫 酸 钠 (Na2SO4), 在 制 孔 隙 内 结 晶 膨 胀, 导 致 石 膏 制 开 裂 破 坏 (2) 加 固 土 壤 将 水 玻 璃 与 氯 化 钙 溶 液 交 替 注 入 土 壤 中, 两 种 溶 液 迅 速 反 应 生 成 硅 胶 和 硅 酸 钙 凝 胶, 起 到 胶 结 和 填 充 孔 隙 的 作 用, 使 土 壤 的 强 度 和 承 载 能 力 提 高 常 用 于 粉 土 砂 土 和 填 土 的 地 基 加 固, 称 为 双 液 注 浆 (3) 配 制 速 凝 防 水 剂 水 玻 璃 可 与 多 种 矾 配 制 成 速 凝 防 水 剂, 用 于 堵 漏 填 缝 等 局 部 抢 修 这 种 多 矾 防 水 剂 的 凝 结 速 度 很 快, 一 般 为 几 分 钟, 其 中 四 矾 防 水 剂 不 超 过 1min, 故 工 地 上 使 用 时 必 须 做 到 即 配 即 用 多 矾 防 水 剂 常 用 胆 矾 ( 硫 酸 铜, ) 红 矾 ( 重 铬 酸 钾,K2Cr2O7) 明 矾 ( 也 称 白 矾, 硫 酸 铝 钾 ) 紫 矾 等 四 种 矾 (4) 配 制 耐 酸 胶 凝 耐 酸 砂 浆 和 耐 酸 混 凝 土 耐 酸 胶 凝 是 用 水 玻 璃 和 耐 酸 粉 料 ( 常 用 石 英 粉 ) 配 制 而 成 与 耐 酸 砂 浆 和 混 凝 土 一 样, 主 要 用 于 有 耐 酸 要 求 的 工 程 如 硫 酸 池 等 (5) 配 制 耐 热 胶 凝 耐 热 砂 浆 和 耐 热 混 凝 土 水 玻 璃 胶 凝 主 要 用 于 耐 火 材 料 的 砌 筑 和 修 补 水 玻 璃 耐 热 砂 浆 和 混 凝 土 主 要 用 于 高 炉 基 础 和 其 他 有 耐 热 要 求 的 结 构 部 位 本 章 小 结 了 解 内 容 : 胶 凝 材 料 的 定 义 及 分 类

11 第 一 节 石 灰 了 解 内 容 :1 石 灰 的 熟 化 和 硬 化 过 程 石 灰 熟 化 的 两 种 形 式 : 石 灰 膏 和 消 石 灰 粉 硬 化 过 程 包 括 干 燥 硬 化 和 碳 化 硬 化 2 石 灰 的 应 用 : 石 灰 乳 涂 料 和 砂 浆 ; 灰 土 和 三 合 土 ; 硅 酸 盐 砼 及 其 制 重 点 内 容 :1 过 火 石 灰 : 煅 烧 温 度 过 高 得 到 的 石 灰, 此 石 灰 结 构 致 密, 表 面 常 被 熔 融 的 黏 土 杂 质 形 成 的 玻 璃 物 质 所 包 覆, 与 水 作 用 的 速 度 很 慢, 对 石 灰 的 使 用 极 为 不 利 2 陈 伏 : 时 间 为 两 周 以 上, 目 的 是 让 生 石 灰 完 全 熟 化 成 熟 石 灰 3 石 灰 的 特 性 : 保 水 性 和 可 塑 性 好 ; 凝 结 硬 化 慢 强 度 低 ; 耐 水 性 差 ; 干 燥 收 缩 大, 不 宜 单 独 使 用 第 二 节 石 膏 了 解 内 容 : 石 膏 的 生 产 原 料 为 天 然 二 水 石 膏, 建 筑 石 膏 为 半 水 石 膏 重 点 内 容 :1 建 筑 石 膏 的 凝 结 与 硬 化 2 建 筑 石 膏 的 特 性 :(1) 凝 结 硬 化 快 (2) 凝 结 硬 化 时 体 积 微 膨 胀 (3) 孔 隙 率 大 与 体 积 密 度 小 (4) 保 温 性 和 吸 声 性 好 (5) 强 度 教 低 (6) 具 有 一 定 的 调 温 和 调 湿 性 能 (7) 防 火 性 好, 但 耐 火 性 教 差 (8) 耐 水 性 抗 冻 性 和 抗 渗 性 差 3 应 用 : 主 要 用 于 室 内 抹 灰 粉 刷 和 生 产 各 种 石 膏 板 等 4 纸 面 石 膏 板 : 该 板 分 为 普 通 性 耐 水 性 和 耐 火 性 三 种, 主 要 用 于 室 内 隔 墙 墙 面 等, 耐 水 性 可 用 于 厨 房 卫 生 间 等 潮 湿 场 合, 耐 火 性 用 于 耐 火 性 要 求 高 的 场 合, 安 装 时 采 用 龙 骨 第 三 节 水 玻 璃 重 点 内 容 :1 组 成 : 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 2 硬 化 : 在 空 气 中 吸 收 二 氧 化 碳, 析 出 二 氧 化 硅 胶 凝, 并 逐 渐 干 燥 脱 水 成 为 氧 化 硅 而 硬 化 因 其 硬 化 速 度 慢, 故 常 加 入 氟 硅 酸 钠, 适 宜 掺 量 为 12% ~15% 3 性 质 : 黏 结 力 强 强 度 较 高 ; 耐 酸 性 好 ; 耐 热 性 好 ; 耐 碱 性 和 耐 水 性 差 4 应 用 : 用 作 耐 酸 和 耐 热 材 料 ; 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 强 裂 缝