资源简介

(共33张PPT)
第4章 气硬性胶凝材料
4.1　石灰
4.2　石膏
4.3　水玻璃
4.1　石　灰
4.1.1　石灰的原料及生产
　　石灰是建筑工程中应用最早的气硬性胶凝材料，以碳酸钙为主要成分的天然岩石均可用来煅烧石灰，主要化学变化为
　　氧化钙和氧化镁是生石灰的主要成分。根据氧化镁含量的多少，将生石灰分为钙质石灰（MgO含量<5%）和镁质石灰（MgO含量≥5%）。
表4－1　建筑生石灰的技术指标
生石灰的质量与煅烧温度和煅烧时间有直接关系：当煅烧温度过低或煅烧时间不足时，生石灰中残留有未分解的石灰岩残渣，即欠火石灰；当煅烧温度过高时，由于石灰岩中的易熔成分熔融，所形成的生石灰结构致密，并被熔物包裹，即过火石灰。
　　欠火石灰无胶凝性能，从而降低了石灰的质量和利用率；过火石灰则难于水化，给工程应用带来不便。
　　原料纯净，煅烧正常的生石灰是白色或灰白色块状体，质轻色匀，呈松软多孔结构。生石灰的密度约为3.2g/cm3，表观密度为（800～1000）kg/m3。
4.1.2　生石灰的熟化和硬化
　　块状生石灰使用前，通常加水熟化成石灰膏或消石灰粉，其化学反应为
CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9KJ
　　该反应迅速，其主要特点是：体积膨胀达(1～2.5)倍，生石灰品质越好膨胀越厉害；水化放热量很高，为建筑石膏水化放热量的10倍，水泥水化放热量的9倍。
　　在建筑工地上，石灰多在化灰池中熟化成石灰膏。欠火石灰是含碳酸钙的硬块,不能熟化成为渣子。过火石灰则因其熟化缓慢，当用于建筑抹灰以后，可能继续熟化而产生膨胀，使平整的抹灰面表面鼓包、开裂或局部脱落。为消除过火石灰的危害，必须将生石灰在化灰池内放置2周以上（称陈伏），使其充分熟化后方可使用。
　　石灰在空气中逐渐硬化，是由两个同时进行的过程来完成的：
　　（1）结晶过程。石灰浆体中水分蒸发或被砌体吸收，氢氧化钙逐渐从过饱和溶液中析出，形成结晶。
　　（2）碳化过程。氢氧化钙与空气中二氧化碳和水化合，生成不溶于水的碳酸钙结晶，释放出水分：
Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O
由于空气中二氧化碳浓度很低，碳化过程十分缓慢，因此同时进行的碳化与结晶过程，以结晶作用为主，使得石灰浆逐渐凝结而硬化。
　　生石灰与少量的水作用会形成消石灰粉（熟石灰），使用时加水调剂成石灰浆。国家建材行业标准《建筑消石灰粉》（JC/T481—92）将消石灰粉按其种类划分为优等品、一等品和合格品三个质量等级。
4.1.3　石灰的技术性质
　　石灰作为胶凝材料，其技术性质如下：
　　(1)塑性好。生石灰熟化成石灰浆时，能形成颗粒极细的微粒（约1μm），该颗粒在浆体中可吸附水膜，使浆体可塑性明显改善。故在砌砖结构的水泥砂浆中，常掺入一定量的石灰膏。
　　(2)硬化慢，强度低。硬化慢主要是碳化过程缓慢所致。1∶3的石灰砂浆28天强度约(0.2～0.5)MPa，所以石灰不能用作结构材料。
　　(3)体积收缩小。石灰浆体硬化过程中，由于蒸发大量水分而导致体积明显收缩，一般不能单独使用，必须掺入适量的骨料或加筋材料（如麻刀、纸筋）。
　　（4）耐水性差。未硬化的石灰浆处于潮湿环境中，由于水分不能很好地蒸发而难于硬化；已硬化的石灰浆长期受潮或受水浸泡，由于Ca(OH)2晶体溶解而导致强度下降甚至溃散。
4.1.4　石灰的应用
　　(1)石灰与黏土可配成灰土，再加入砂或碎砖、炉渣可配成三合土，经夯实，具有一定强度和耐水性，可用于建筑物的基础、垫层以及路基等。
　　（2）配制水泥石灰砂浆和石灰砂浆。用熟化好的石灰膏和水泥、砂配制成的混合砂浆是目前用量最大、用途最广的砂浆品种；用石灰膏和砂或麻刀、纸筋配制成的石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰则广泛用作内墙和顶棚的抹灰材料。
　　（3）生产碳化石灰板。将磨细的生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料按比例混合搅拌成型，再通入CO2进行人工碳化从而制成碳化石灰板。该制品表观密度小，导热系数低，主要用作非承重的隔墙板、天花板等。
　　（4）加固含水的软土地基。生石灰可用来加固含水的软土地基，如石灰桩是在桩孔内灌入生石灰块，利用生石灰吸水熟化时体积膨胀的性能产生膨胀压力，从而使地基?加固。
4.2　石　膏
4.2.1　石膏的原料及生产
　　石膏及其制品在建筑工程中应用广泛，生产建筑石膏的主要原料是天然石膏岩（二水石膏CaSO4·2H2O）和一些含有CaSO4·2H2O的化工业副产品及废渣（称为化工石膏）。相同的原料，煅烧条件不同，得到的石膏品种会不同，其结构性质也不同。常见的有建筑石膏、模型石膏、高强石膏和无水石膏。
　　天然二水石膏在107℃～170℃加热煅烧即得建筑石膏，其化学反应如下：
4.2.2　建筑石膏的凝结与硬化
　　建筑石膏与适量水拌和后，成为可塑的浆体，但很快就失去塑性、产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体，这种现象称为凝结硬化。这是由于浆体内部发生了一系列的物理化学变化。首先，半水石膏溶解于水，与水反应生成二水石膏，即
　　由于二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏溶解度的1／5左右，所以半水石膏的饱和溶液对于二水石膏已成为过饱和溶液，二水石膏将从溶液中沉淀析出胶体微粒。二水石膏的析出，破坏了原来半水石膏溶解浓度的平衡，因此半水石膏会进一步溶解和水化。如此循环进行，直到半水石膏全部耗尽。在此过程中，二水石膏胶体微粒的数量不断增多，浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，同时因为胶体微粒比半水石膏颗粒细小得多，粒子的总表面积增大使其吸附了更多的水分，所以浆体的稠度逐渐增大，颗粒之间的摩擦力和黏结力逐渐增加，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”。其后，浆体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体，然后晶体逐渐长大、共生和相互交错，使浆体产生强度，并不断增长，这就是石膏的“硬化”。石膏的凝结硬化过程实质上是一个连续进行的过程，在整个过程中既有物理变化又有化学变化。
4.2.3　建筑石膏的技术特性
　　(1)凝结硬化快。建筑石膏加水拌和数分钟内，便开始失去塑性，初凝仅需5min，终凝为(20～30)min，一周后即完全硬化。这一性质不利于制品成型，为此常掺入缓凝剂，如硼砂、柠檬酸、亚硫酸盐纸浆废液、骨胶等，以延缓其水化时间，方便生产。
　　(2)凝结硬化过程中体积略为膨胀，其膨胀量约0.5%～1.0%，所以石膏在使用中不会因不均匀收缩而开裂，作为装饰材料使用时表面光滑细腻，形体饱满，尺寸准确。
　　(3)质轻多孔。建筑石膏水化反应的理论需水量为18.6%，但在实际生产中，为了成型方便，实际用水量常达60%～80%，超出理论需水量的水分在制品成型后慢慢蒸发而成为孔隙，孔隙率约为50%～80%。因此，石膏制品质轻而多孔，具有良好的绝热性能和吸声性能。但强度较低，吸水率高，抗冻性差。
　　(4)防火性能良好。建筑石膏硬化后成为二水石膏，其中结晶水约占20.9%。当石膏制品受到高温作用时，结晶水蒸发而形成“气幕”，具有阻止火热蔓延的作用。
　　(5)耐水性差。在潮湿条件下，石膏的强度显著降低，所以石膏制品一般不宜用于相对湿度70%以上的环境中。
　　(6)良好的加工性能。建筑石膏硬化后可锯、可刨、可钉、可钻，这为安装施工提供了很大的方便。
　　(7)装饰性好。石膏制品在成型时易做成各种复杂的图案花纹及造型，颜色洁白，质感细腻，用于室内装饰显得宁静高雅。近几年来国内外建筑物普遍采用石膏装饰制品作为室内墙面和顶棚的装修和装饰材料。
4.2.4　建筑石膏制品
　　1．装饰石膏板
　　装饰石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入适量纤维加筋材料和聚乙烯醇外加剂与水一起搅拌成均匀的料浆，注入带有图案花纹的硬质模具内成型，再经硬化、干燥而成的不带图护面纸的装饰板材。其主要特征是表面具有各层图案花纹，可获得良好的装饰效果。有的产品在生产时，可在其表面粘贴一层聚氯乙烯装饰面层，以一次完成装饰工序。当用作吊顶板材时考虑兼有吸声效果，则可将板材穿以圆形或方形的盲孔或全穿孔，通常将孔呈图案布置，以增加板材的装饰效果。
　　装饰石膏板按板材耐湿性能分为普通板和防潮板两类。每类按其板面特征又分为平板、孔板和浮雕板三种。具体分类及代号如表4－2所示。
表4－2　装饰石膏板分类及代号
表4－3　装饰石膏板技术性能指标
表4－4　装饰石膏板断裂荷载值
装饰石膏板具有轻质、强度较高、绝热、吸声、阻燃、抗震、耐老化、变形小、能调节室内湿度等特点，且加工性能好，施工方便。
　　普通装饰吸声石膏板适用于宾馆、礼堂、会议室、招待所、医院、候机室等用作吊顶板材以及安装在这些室内四周墙壁的上部，也可用在住宅的顶棚和墙面装饰。
　　高效防水装饰吸声石膏板主要用于对装饰和吸声有一定要求的建筑物室内顶棚和墙面装饰。特别适用于环境湿度>70%的工矿车间、地下建筑、人防工程及对防水有特殊要求的建筑工程。
　　吸声石膏板适用于各种音响效果要求高的场所，如影剧院、播音室等。
　　2．纸面石膏板
　　纸面石膏板包括普通纸面石膏板、耐火纸面石膏板和装饰吸声纸面石膏板三种。它们是以建筑石膏为主要原料，掺入适量纤维和外加剂等制成芯板，再在其表面贴以厚质护面纸而制成的板材。板材因厚纸护面，所以抗折强度较高，挠度变形比无护面纸的石膏板小得多。
　　普通纸面石膏板和耐火纸面石膏板为矩形，板长有1800mm、2100mm、2400mm、2700mm、3000mm、3300mm和3600mm等几种，宽度有900mm和1200mm两种，厚度有9mm、12mm、15mm、18mm等几种（耐火板还有21mm和25mm两种厚度）。一般情况下均采用9mm和12mm厚的板。
　　装饰吸声纸面石膏板的主要形状为正方形，常用尺寸有500mm×500mm和600mm×600mm两种，板厚有9mm和12mm两种。用作活动式装配吊顶时，选用9mm厚的板材为宜。
　　3．嵌装式装饰石膏板
　　嵌装式装饰石膏板也是以建筑石膏为主要原料，掺入适量的纤维增强材料和外加剂，与水搅拌成均匀的料浆，经浇注成型、硬化、干燥而成的不带护面的板材。板材背面凹入而四周边加厚，并制有嵌装企口，板材正面为平面或带有一定深度的浮雕花纹图案，也可以穿以盲孔，这种板称为穿孔嵌装式装饰石膏板。当采用该种板作饰面板时，在其背面复合吸声材料，使板具有一定的吸声特性，称为嵌装式装饰吸声石膏板。
　　嵌装式装饰石膏板为正方形。其棱边形式有直角形和倒角形。规格为：600mm×600mm，边厚大于28mm，以及500mm×500mm，边厚大于25mm。
　　4．艺术装饰石膏制品
　　艺术装饰石膏制品主要包括浮雕艺术石膏线角、线板、花角、壁炉、罗马柱、花饰等。这些制品均采用优质建筑石膏为基料，配以纤维增强材料、黏结剂等，与水拌匀制成料浆，经浇注成型、硬化、干燥而成。
　　这些制品表面光洁、颜色洁白，花型和线条清晰、尺寸稳定，强度高、无毒、阻燃等特点，并且拼装容易，可加工性好，主要用于室内装饰。
4.3　水　玻　璃
4.3.1　水玻璃的分类与组成
　　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)的水溶液，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。水玻璃为青灰色或淡黄色黏稠状液体。
　　二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔数的比值n，称为水玻璃的模数。水玻璃的模数越高，越难溶于水；水玻璃的密度和强度越大、硬化速度越快，硬化后的黏结力与强度、耐热性与耐酸性越高；水玻璃的浓度太高，则强度太大，不利于施工操作，难以保证施工质量。建筑中常用的水玻璃模数为2.6~3.0。水玻璃的浓度一般用密度来表示。常用水玻璃的密度为（1.3~1.5）g／cm3。水玻璃的密度太大或太小时，可用加热浓缩或加水稀释的办法来改变。
4.3.2　水玻璃的硬化
　　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，即：
　　由于空气中二氧化碳的浓度较低，故上述过程很慢,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，其反应如下：
　　氟硅酸钠的适宜掺量为12％~15％，掺量少，则硬化慢，且硬化不充分，强度和耐水性均较低；但掺量过多，则凝结过速，造成施工困难，且强度和抗渗性均降低。加入氟硅酸钠后，水玻璃的初凝时间可缩短到（30~60）min，终凝时间可缩短到（240~360）min，7d基本上达到最高强度。
4.3.3　水玻璃的性质
　　水玻璃在凝结硬化后，具有以下特性：
　　(1)黏结力强、强度较高。水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度，用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达（15~40）MPa。
　　（2）耐酸性好。由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，所以其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸，可用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆等。
　　（3）耐热性好。硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大，用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆等。
　　（4）耐碱性和耐水性差。水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。
4.3.4　水玻璃的应用
　　(1)涂刷材料表面，提高抗风化能力。以密度为1.35g／cm3的水玻璃浸渍或涂刷砌块砖、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。这是因为水玻璃与空气中的二氧化碳反应生成硅酸凝胶，同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，两者填充于材料的孔隙，使材料致密。不能用水玻璃涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠会与硫酸钙反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品破坏。水玻璃还可用于配制内墙涂料或外墙涂料。
　　（2）配制速凝防水剂。水玻璃加两种、三种或四种矾即可配置成矾、三矾、四矾速凝防水剂。此类防水剂与水泥浆调合，可堵塞建筑物的漏洞、缝隙。
　　（3）修补砖墙裂缝。将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌和后，直接压入砖墙裂缝，可起到黏结和补强作用。
　　（4）加固土壤。将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。
　　水玻璃应在密闭条件下存放。长时间存放后，水玻璃会产生一定的沉淀，使用时应搅拌均匀。

展开更多......

收起↑