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第二章-无机胶凝材料

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第二章无机胶凝材料

第二章无机胶凝材料
B）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。
（2）石灰土（灰土）和三合土
如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三 合土（泥土、熟石灰、沙 ），二灰土（石灰、 粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉 灰、级配碎石）等。
石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用， 制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量 的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中 使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化 硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙 或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。
经过加工而成的半水石膏（
故又称熟石膏。
CaSO4.
1 2
H2O）
破碎、加热和磨细
（3）化学反应式：
天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度 和加热方式的不同，可以得到不同性质的
石膏产品。
二
107~1700
水
煅烧
石 膏
1250C，0.13MPa
蒸压锅蒸炼
性半水石膏
（建筑石膏）
性半水石膏
（高强石膏）
Ca(OH)2+水
（2） 石灰按氧化镁（MgO)含量分 类：
钙质生石灰： 氧化镁（MgO)含量<5%;
镁质生石灰： 氧化镁（MgO)含量>5%;
3 石灰的熟化
称生为石石灰灰（的C熟aO化)加或水消生解成过C程a。(OH)2过程，
C H a 2 O O C ( O a ) 2 H 6 .8 4 K 5 /m J
硅酸钾 : K2O.nSiO2等 其中n称为水玻璃的模数，n=1.5~3.5
2 水玻璃的应用
（１）用作涂料;涂刷材料表面直接将液体水玻璃 涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、 水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强 度、抗渗性、耐水性均得到提高。

无机胶凝材料

无机胶凝材料
所以施工时根据实际需要，往往加入适量的缓凝剂
24
2.2.3 建筑石膏的性质与技术要求
• 建筑石膏在性质上有如下的特点
凝结硬化快 体积微膨胀
强度较高 可加彩色 保温性好 耐水性差 防火性好
7h抗压强度可为8～12MPa 保色性好
内部大量毛细孔，孔隙率达50%～60%
软化系数只有0.2～0.3，不耐水 但具有一定的调湿功能 导热系数小，传热慢 二水石膏遇火脱水，产生的 水蒸汽能有效阻止火势蔓延
4、其他用途
生产某些硅酸盐制品时的增强剂 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，否则将使石膏制品的质量下降！
30
31
2.3 水玻璃
• 水玻璃组成 水玻璃分为钠水玻璃和钾水玻璃两类，俗称泡花碱 土木工程中主要使用钠水玻璃，Na2O•nSiO2 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 石英粉
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
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• 石灰的特性有：可塑性＿＿、硬化＿＿、 硬化时体积＿＿和耐水性＿＿等
好 • 胶凝材料 浆体变为坚固的石状体，并将其他材料胶结成整 体，且具有一定强度的材料 缓慢 收缩大 差
• 气硬性胶凝材料
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3.1 硅酸盐水泥的生产和基本组成
•硅酸盐水泥的基本组成
1、硅酸盐水泥熟料
硅酸三钙(C3S) 硅酸二钙(C2S) 铝酸三钙(C3A) 铁铝酸四钙(C4AF) 36%~60% 15%~37% 7%～15% 10%～18%
其它矿物组成
游离氧化钙、氧化镁
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土木工程材料第2章 无机气硬性胶凝材料

土木工程材料第2章 无机气硬性胶凝材料

生石灰的熟化反应为放热反应， 生石灰的熟化反应为放热反应，熟化 体积增大1 2.5倍 煅烧良好的CaO与水 时体积增大1～2.5倍。煅烧良好的 与水 接触时几秒钟内即反应完毕。 接触时几秒钟内即反应完毕。 几秒钟内即反应完毕
陈伏： 陈伏：
为了消除过火石灰的危害， 为了消除过火石灰的危害，生石灰 熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以 熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以 上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏” 这一过程称为石灰的“陈伏” 陈伏” 期 石灰浆表面应保有一层水分 保有一层水分， 间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔 以免碳化。 绝，以免碳化。
六、 石灰的应用
（1）石灰乳和石灰砂浆 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， 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。 内墙和天棚刷白， 增加室内美观和亮度。我国农村 也用于外墙。 也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料可使色彩 丰富。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰， 丰富。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰 ，可 提高其耐水性，调入氯化钙或明矾， 提高其耐水性，调入氯化钙或明矾， 可减少涂层粉 化现象。 化现象。 石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成， 石灰砂浆是将石灰膏 、砂加水拌制而成 ，按其用 分为砌筑砂浆和抹面砂浆。 途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
第一节
一、石灰的生产
石
灰
以天然碳酸岩类岩石（石灰石、白云石等， 主要成分为碳酸钙）经高温煅烧，生成的以CaO CaO为 CaO 主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：
CaCO3 → CaO + CO2
900o C
生石灰（堆积密度为800~1000 kg/m3 )一般为白 色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。

第2章无机胶凝材料解读

第2章无机胶凝材料解读
6
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
170-200oC 200-250oC 400-750oC 大于850oC
05:37
半水石膏继续脱水，生成可溶性硬 石石膏膏，中与残水留拌很合少后的仍水能分很，快这凝种结石硬膏 化 凝石。结膏硬完化全很失慢水。，失去凝结硬化能力， 成部为分不石溶膏性分硬解石生膏成(死的烧氧石化膏钙)具。有催 化作用，所得产品有重新具有凝胶 硬化性能，高温煅烧石膏。
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
凡是能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状 体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称 为胶凝材料。
有机胶凝材料 ：沥青、各种树脂
胶凝材料
气硬性 ：石灰、石膏、水玻璃 无机胶凝材料 ：石灰、石膏、水玻璃、各种水泥
水硬性 ：各种水泥
05:37
1
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
1.石灰的生产及分类
2.石灰的熟化与硬化
3. 石灰的性质与技术要求 4. 石灰的应用
05:37
4
土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
天然二水石膏 化工石膏
（CaSO4·2H2O）矿石是生产石膏 是胶凝指材含料有的C主aS要O原4·2料H2，O纯与二C水aS石O4膏混 合矿物石呈的无化色工透副明产或品白及色废。渣。例如磷
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土木工程材料 第2章 无机胶凝材料
建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，但 浆体很快失去塑性并产生强度，这种现象成为石膏的凝结硬化。
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
CaSO4
2H
2O
二水石膏在水中的溶解度为半水石膏的1/5左右，二水石膏易 饱和析出，浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体变稠 而失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。而后随 着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降， 直至消失，称为石膏的终凝。终凝时间一般不超过30 min。

2气硬性无机胶凝材料

2气硬性无机胶凝材料

§2-1 石 膏
1. 原料 生产石膏的原料主要是天然二水石膏（CaSO4·2H2O），还有天然无水石膏 (CaSO4）以及含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品。 天然二水石膏，又称软石膏或生石膏，是以二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)为主 天然二水石膏 要成分的矿石。纯净的石膏呈无色透明或白色，但天然石膏常因含有杂质而 呈灰色、褐色、黄色、红色、黑色等颜色。 天然无水石膏(CaSO4)又称天然硬石膏，质地较二水石膏硬，一般为白色， 天然无水石膏 若有杂质，则呈灰红等颜色。只可用于生产无熟料水泥。 含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品，也可用作生产 石膏胶凝材料的原料，常称之为化工石膏 化工石膏。如磷石膏，是生产磷酸和磷肥时 化工石膏 所得的废料；硼石膏是生产硼酸时所得到的废料；氟石膏是制造氟化氢时的 副产品等。
§2-1 石 膏
石膏的耐水性较差，为了改善其板材的耐水性能，可如前所述掺入水泥 、粒化高炉矿渣、石灰、粉煤灰或有机防水剂，也可同时在石膏板表面 采用耐水护面纸或防水高分子材料面层，它可用于厨房、卫生间等潮湿 的场合，扩大了其应用范围。 另外，通过调整石膏板的厚度、孔眼大小、孔距、空气层厚度，可制成 适应不同频率的吸声板。在石膏板表面贴上不同的贴面，如木纹纸、铝 箔等，可起到一定的装饰等作用。 石膏板具有长期徐变的性质，在潮湿的环境中更严重，所以不宜用于承 重结构。 目前我国生产的石膏板类型主要有纸面石膏板、空心石膏板、纤维石膏 板和装饰石膏板。主要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。 3）装饰制品 ） 建筑石膏配以纤维增强材料、胶粘剂等还可制成石膏角线、线板、角花 、灯圈、罗马柱、雕塑等艺术装饰石膏制品。
§2-2 石 灰

建筑材料 第2章-无机胶凝材料-石灰+石膏

建筑材料 第2章-无机胶凝材料-石灰+石膏

建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶 水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩， 而且还稍有膨胀（0.2%~1.5%），这种膨 胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的 表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避 免了普通材料干燥时的开裂。
（３）硬化后的多孔性，重量轻，但
强度低 建筑石膏在使用时，为获得良好 的流动性，常加入的水分要比水化所 需的水量多，因此，石膏在硬化过程 中由于水分的蒸发，使原来的充水部 分空间形成孔隙，造成石膏内部的大 量微孔，使其重量减轻，但是抗压强 度也因此下降。通常石膏硬化后的表 观密度约为８00kg／ｍ 3 ～1000 kg／ ｍ3，抗压强度约为３ＭPa～5ＭPa。

（2）硬化慢、强度低
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。
同时，石灰的硬化只能在空气中 进行，硬化后的强度也不高。受 潮后石灰溶解，强度更低，在水 中还会溃散。如石灰砂浆（1：3） 28天强度仅为0.2-0.5MPa。所以， 石灰不宜在潮湿的环境下作用， 也不宜用于重要建筑物基础。
此反应实际上也是半水石膏的溶解和
二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石 膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多， 所以此反应总体表现为向右进行，二水 石膏以胶体微粒自水中析出。
随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生
结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗 粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆 体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的 初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结 力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消 失，这种现象为石膏的终凝。

（3）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。

第二章 胶凝材料

第二章 胶凝材料
熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间；
混合材：调节水泥的强度等级；
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
40 矿物组成：
第二章 无机胶凝材料
本章主要内容
石膏
石灰
水玻璃
硅酸盐水泥
掺混合材的硅酸盐水泥
其它品种水泥
概念
胶凝材料：凡是自身经过物理、化学作 用，能够由浆体变为石状体，并能将松 散材料胶结成整体的物质。
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
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）
凝结与硬化
胶凝材料+ 水(或溶液) 可塑性 浆体 开始失去 可塑性 开始失去 可塑性
凝结阶段
硬化阶段
初凝时间
终凝时间
§2-1 石膏
一、石膏的种类
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏（半水石膏）
高强石膏
天然二水石膏
天然二水石膏（CaSO4· 2O）矿石是生 2H 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。
项目 晶粒 标稠需水量 特点 % 粗大 完整 连生 细小 片状 0.40-0.45 凝结 硬化 慢 抗压强 比表面积 度 /m2.g-1 /MPa 24-40 19.3
α半水 石膏 β半水 石膏
0.70-0.80

复合材料概论-无机胶凝材料

复合材料概论-无机胶凝材料
抗水性差
干燥状况 饱和水状态
6.0～10.0MPa 强度损失可达70％甚至更大
溶解度
半水石膏的水化产物与其它水硬性胶凝材 料的水化物相比，具有大得多的溶解度。
二水石膏的溶解度：6×10-3mol/L
水化硅酸钙(托贝莫来石)的溶解度：1.8×l0-4mol/L
结晶接触点的性质与数量
石膏硬化浆体中结晶接触点具有重大的溶解度
白云石中加入发泡剂或泡沫， 经成型硬化后成为轻质多孔 的隔热制品。
作业
1. 什么是无机胶凝材料？简述其分类 2. 镁质胶凝材料抗水化差的原因是什么？ 解决措施有哪些？
3.3 石 膏
我国石膏资源：我国石膏矿储存量居于世界首位，有： （1）南京石膏矿 （2）大汶口石膏矿—山东 （3）平邑石膏矿—山东 （4）大量的化学（副产品）石膏，如磷石膏、脱硫石膏。 据统计我国化学副产品石膏已经达到4000万吨，燃煤电
3.2.3 镁质胶凝材料的凝结硬化
MgO + H2O
凝结硬化特点
Mg(OH)2 + Q
速度慢、体积收缩大、而且强度很低
常用固化剂
氯化镁溶液，硫酸镁(MgSO4·7H2O)、氯化铁 (FeCl3)或硫酸亚铁(FeSO4·H2O)等盐类的溶液。
氯化镁溶液
mMgO + nMgCl2 + 6H2O
mMgO nMgCl2 6H2O
2. 苛性白云石(主要成分MgO和CaCO3)：白云石 碳酸镁与碳酸钙的复盐，CaCO3·MgCO3 理论摩尔组成：CaCO3 : MgCO3=1 : 1; 质量组成： CaCO3 54.2%；MgCO3 45.8% 石灰石：MgCO3 0~5% 镁质石灰石： MgCO3 5~10% 白云质石灰石：MgCO3 10~25% 白云石： MgCO3 >25%

05无机胶凝材料

05无机胶凝材料
12
2.3
建筑石膏的技术要求 建筑石膏的技术要求有强度、细度和 凝结时间。并按强度和细度分为优等 品、一等品和合格品。具体技术要求 见 GB9776-1988 。 ” 土 木 工 程 材 料 “P61表3-4） 建筑石膏的标记顺序为：产品名称， 抗折强度值，标准号。 如抗折强度为2.6MPa的建筑石膏记为： 建筑石膏2.5GB9776
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（3）硬化后的多孔性，重量轻，但
强度低 建筑石膏在使用时，为获得良好 的流动性，常加入的水分要比水化所 需的水量多，因此，石膏在硬化过程 中由于水分的蒸发，使原来的充水部 分空间形成孔隙，造成石膏内部的大 量微孔，使其重量减轻，但是抗压强 度也因此下降。通常石膏硬化后的表 观密度约为８00kg／ｍ3～1000 kg／ ｍ3，抗压强度约为３ＭPa～5ＭPa。
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一.石灰的熟化和硬化
1.石灰的熟化和“陈伏” 工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之 消解为熟（消）石灰—氢氧化钙，这个过程称为石 灰的“熟化”，又称“消化”：（特点见P54）
CaO + H2O === Ca(OH)2 + 64.9KJ/mol
为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆 应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的 “陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层 水分，与空气隔绝，以免碳化。
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（４）良好的隔热和吸音和“呼吸”功能
石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显
著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏 的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导 或反射的能力也显著下降，使其具有较强 的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开 口孔结构， 使石膏具有呼吸水蒸气的功能。
17
（５）防火性好，但耐水性。抗冻性差

第2章 无机胶凝材料

第2章 无机胶凝材料
表2.4 建筑石膏的技术指标
等级 3.0 2.0 1.6
细度 （0.2mm 方孔筛筛 余）/%
≤10%
凝结时间/mm 初凝 终凝
2h强度/MPa 抗折强度 ≥3.0 抗压强度 ≥6.0 ≥4.0 ≥3.0
18
≥3
≤30
≥2.0 ≥1.6
第2章 无机胶凝材料 （5）建筑石膏的应用 ① 制备粉刷石膏 ② 制作各种石膏板材 ③ 装饰制品 （6）建筑石膏的运输与贮存 建筑石膏在运输和储存过程中不得受潮和混入 杂物；在正常运输与储存条件下，储存期为三个月， 超过三个月以后，强度明显降低。
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第2章 无机胶凝材料
（1）水玻璃的生产 湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠 溶液置于压蒸釜内用蒸汽加热，并加以搅拌，使之 直接生成液体水玻璃，其反应式如下： 2NaOH+ nSiO2→Na2O· nSiO2+H2O 干法是将石英砂和碳酸钠磨细，按一定比例混 合均匀，在熔炉内加热熔化，冷却后为固体水玻璃， 其反应式如下： Na2CO3+ nSiO2→Na2O· nSiO2+ CO2
6
第2章 无机胶凝材料
②消石灰粉法 将生石灰加适量的水熟化成消石
灰粉。 消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化 后使用。 消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化 不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。
7
第2章 无机胶凝材料
（3）石灰的硬化(Hardening) ① 结晶过程(Crystallization)：游离水分蒸发， 氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。 ② 碳化过程(Carbonation)：氢氧化钙与空气中 的二氧化碳化作用，生成碳酸钙晶体，释放水分并 蒸发。即 Ca(OH)2+CO2+ nH2O→CaCO3+（n+1）H2O

无机胶凝材料

无机胶凝材料

第2章 无机胶凝材料胶凝材料：经过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料胶 结起来成为整体的材料，称为胶凝材料分类：无机胶凝材料：又分为水硬性和非水硬性胶凝材料 有机胶凝材料发展历史：公元前2000~3000年，人们开始学会利用石膏和石灰砂 浆，如古代埃及的金字塔。

公元初，开始应用石灰—火山灰水硬性材料，如古罗马“庞 贝”城以及罗马圣庙。

1824年，英国泥瓦工约瑟夫.阿普斯丁（Joseph Aspdin)取得 波特兰水泥专利权。

胶凝材料进入人工配制水硬性胶凝材料 的新阶段。

第2章 无机胶凝材料在我国，早在公元前新石器时代的仰韶文化时期，我们的祖先就懂 得用“白灰面”涂抹山洞，此后又学会用黄泥浆砌筑土坯墙， 至公元前7世纪，开始出现了石灰。

在公元5世纪的南北朝时 代，出现了一种名叫“三合土”的建筑材料。

清末的“洋务运 动”中，军事工业和民用工业建设需要大量水泥，促使中国民 族水泥工业兴起。

2003年，水泥年产量已达8．6亿吨，约占 世界总产量的40％ ，雄居世界第一位。

?建筑石膏根据结晶水数量分类：无水石膏：CaSO4半水石膏：CaSO4⋅1 2H2O二水石膏： CaSO4·2H2O建筑石膏的生产：107~170℃CaSO4 ⋅2H2Oβ− CaSO4⋅1 2H 2O+3 2H2Oβ−CaSO4⋅1 2H2O+3 2H2Oα−CaSO4⋅1 2H2O+3 2H 2O建筑石膏建筑石膏的水化与硬化：水化CaSO4⋅1 2H2O+3 2H2OCaSO4 ⋅2H2O凝结硬化 初凝时间、终凝时间建筑石膏的特性与技术要求：特性：1）密度和堆积密度； 2）凝结硬化快3）硬化时体积膨胀； 4）硬化后孔隙率高、强度低，导热 系数小，吸声性好，易加工5）防火性能好；6）耐水性和抗冻性差运输与储存：注意防潮，一般储存3个月后，强度下降30%，应重 新质检、确定等级。

建筑石膏技术要求：等级优等品 一等品 合格品GB 9776-1988 建筑石膏技术要求2h强度/MPa细度 （0.2mm方 孔筛余）凝结时间/min抗压强度抗折强度不大于/%初凝，不小 终凝，不大于于4.92.553.92.1102.91.815630建筑石膏建筑石膏的应用粉刷石膏 石膏板1）纸面石膏板 2）纤维石膏板 3）空心石膏板 4）吸声用穿孔石膏板 5）装饰石膏板石膏装饰件石灰石灰分类：按加工方法：块状生石灰、生石灰粉、消石灰、石灰浆 按性质：气硬性石灰、水硬性石灰（粘土杂质>8%） 按MgO含量：低镁石灰 MgO≤5%镁质石灰 MgO=5~20% 白云石质石灰 MgO=20~40% 按消化速度：快速、中速、慢速。

第二章无机胶凝材料07755

第二章无机胶凝材料07755
以可塑性好。） – （4）收缩明显，不宜单独使用。
2020/5/26
四、石灰的技术性质和技术标准
• 2、技术要求 • （1） 有效氧化钙和氧化镁含量 • （2） 生石灰产浆量和未消化残渣含量 • （3） 二氧化碳含量 • （4） 消石灰粉游离水含量 • （5） 体积安定性 • （6） 细度
2020/5/26
建筑石膏 -半水石膏
压蒸锅
1.3大气压 127 C
高强石膏 -半水石膏
β型半水石膏结晶细小、分散度高、其中杂质含量少 ，白度较高，常用于制作模型合花饰，称模型石膏，在陶 瓷工业中用做成型的模型。
α型半水石膏结晶粗大，生成的半水石膏是粗大而密 实的晶体，水化后具有较高强度，故称高强石膏。
2020/5/26
二、建筑石膏的水化与硬化
1、水化反应方程式：
CaSO4•½H2O+1½H2O=CaSO4•2H2O
2、浆体的凝结硬化过程：
半水石膏溶解于水以后，很快成为饱和溶液。二水 石膏在水中的溶解度小于半水石膏，达到饱和后形成 胶体微粒并不断转变为晶体析出，破坏溶液的平衡， 使半水石膏不断溶解，同时水分不断减少，浆体逐渐 变稠，晶体逐渐长大，共生和相互交错，这个过程使 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。
2020/5/26
一、石膏的生产
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成
分的气硬性胶凝材料
原材料：天然二水石膏（CaSO4•2H2O)与
无水石膏( CaSO4)，其中无水石膏只能生 产无水石膏水泥。
生产：主要工序破碎、加热与磨细。
2020/5/26
一、石膏的生产
天然 二水石膏
65～75C

无机胶凝材料

无机胶凝材料

无机胶凝材料
无机胶凝材料（inorganic grouting materical）是一种由特定混和原料经烘焙制备
而成的细颗粒状硬质填料。

它不同于常见砂、砂石骨料，具有相对细小的固形粒子尺寸，
其大部分粒径为0.05～0.6mm，最大粒径不超过3mm。

无机胶凝材料一般以水泥、石灰、
膨润土磨粉等熟料及各种添加剂为主要原料，烘烤制备。

组合形式有水泥基胶凝材料、氯
化钾基胶凝材料和复合胶凝材料。

无机胶凝材料的主要特点是具有良好的流动性和抗压强度。

当与水混合时，比重、粘度、流变性和其它技术指标都良好，它能在混凝土结构体中形成强稳定的结构。

无机胶凝
材料之所以具有良好的黏结和保护性能，是因为它具有凝胶化的过程，当湿体入水时，胶
凝混合强度的提高甚至可以达到最大值，在孔隙边界上形成一层“牢固的膜”。

另外，它
也有一定的防水性和保温性能，能够抗渗透和蒸汽的传导能力，因此易于保护地下结构，
改善结构的耐久性和使用寿命。

无机胶凝材料具有良好的环境友好性，能够无毒、无害地利用，其废弃物也能够安全
排出，不会对大气产生污染，无有毒有害气体排放，是一种安全、绿色的施工材料。

此外，它也容易与周围的结构连接，具有良好的抗冲击性，不易被应力传递而形成裸露的缝隙，
能够在坚硬的基础上起到良好的固定作用。

最后，由于无机胶凝材料具有优良的隔音、防
潮性能和低温特性，有助于地下工程的正常使用。

第2章无机胶凝材料(广州大学)

第2章无机胶凝材料(广州大学)

无机胶凝材料
概 述
胶凝材料（结合料）
—— 胶凝材料是指土木工程材料中，经过
一系列物理作用、化学作用，能将散粒状 或块状材料粘结成整体的材料。
2
第2章
无机胶凝材料
无机胶凝材料
气硬性胶凝材料 按凝结硬化 条件分类 ——只在空气中硬化
（石灰、石膏）
（以无机化合物为基本成分）
水硬性胶凝材料
——空气、水中皆可硬化
6
2.1.2建筑石膏的水化硬化
2.建筑石膏的凝结硬化
石膏的凝结过程
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。
凝结可以分为
初凝
终凝
7
2.1.3 建筑石膏的技术性质和要求
1.技术性质

密度和堆积密度小，属轻质材料 凝结硬化快
24
2.2.4石灰的熟化与硬化
2.石灰的硬化
(1)干燥硬化 干燥硬化：
石灰浆（石灰膏）毛细孔隙失水，使得毛细管产生负压力，
氢氧化钙颗粒间接触变得紧密，产生一定强度
结晶硬化： 干燥过程中氢氧化钙还会逐渐从饱和溶液中结晶析出
(2)碳化硬化 碳化：是指氢氧化钙与空气中的二氧化碳在有水的情 况下按下式反应生成碳酸钙晶体的过程。
34
2.2.7 石灰的应用
1.石灰乳 、涂料
2.砂浆、石灰砂浆、石灰水泥混合砂浆 3.石灰土和三合土 石灰＋粘土 —— 石灰土(灰土)：用于道路的底基层、基层
拌和 按比例 5%～12%
石灰＋粘土＋砂（炉渣/石膏）——三合土：应用历史悠久
主要用于建筑物的地基、基础，也用于道路的基层、垫层
35
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2,孔隙率较大在应用上,有哪些优点和缺点Which?
保温隔热性, 优点 保温隔热性 吸声隔声性好;质轻.可作为墙板, 答:优点—保温隔热性,吸声隔声性好;质轻.可作为墙板, 天花板,墙面粉刷砂浆等. 天花板,墙面粉刷砂浆等. 缺点—强度低 吸水率较大,耐水性差. 强度低, 缺点 强度低,吸水率较大,耐水性差.不能用作结 构材料,不宜用于潮湿环境等. 构材料,不宜用于潮湿环境等.
掺混合材料的硅酸盐水泥:混合材料. 掺混合材料的硅酸盐水泥:混合材料.普通硅酸
盐水泥. 矿渣硅酸盐水泥, 火山灰硅酸盐水泥, 盐水泥 . 矿渣硅酸盐水泥 , 火山灰硅酸盐水泥 , 粉 煤灰硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥的特点与应用. 煤灰硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥的特点与应用.
其它品种水泥: 快硬硅酸盐水泥, 其它品种水泥 : 快硬硅酸盐水泥 , 白色及彩色硅
石膏凝结硬化的影响因素
石膏的组成
加加 水水
凝结硬化速度的排序: 量量 可溶性无水石膏>半水石膏>难 溶性无水石膏>不溶性无水石膏%% 的的 石膏浆体的用水量 硬硬 用水量仞 石膏 体 化化 石石 凝结硬化 膏膏 的的 无 ( )可 晶晶 凝结硬化 ( 体体 (s) )可 凝结硬化 较较 度 可 石膏浆体的凝结硬化( a) 粗细 度 凝结硬化 24 50
表观密度较小:～ 表观密度较小:～1.0 :～ 孔隙率较大 强度较低 耐水性和抗冻性较差 防火性较好 隔热性和吸声性良好 装饰性
学会分析,思考和回答问题!
1. 石膏硬化体的表观密度小,孔隙率大,Why?
%,才能使浆体达到成型所需可 答:半水石膏需加水60～80%,才能使浆体达到成型所需可 半水石膏需加水 ～ %, 塑性;而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6%的水量; 塑性;而半水石膏全部水化成二水石膏只需 %的水量; 即,有40~60%多的水不能参与反应,硬化后多余水分的挥 %多的水不能参与反应, 发留下大量孔隙. 发留下大量孔隙.
调湿作用 学会分析,思考和回答问题! 5,为什么石膏制品的防火性好Why?
答:石膏制品的孔隙率大,隔热性较好;二水石膏晶体含 石膏制品的孔隙率大,隔热性较好; 有两个结晶水分子,在受热后,二水石膏晶体脱去水分子, 有两个结晶水分子,在受热后,二水石膏晶体脱去水分子, 红线条表示室 并蒸发吸收和带走热量;硫酸钙分子的分解温度很高, 并蒸发吸收和带走热量;硫酸钙分子的分解温度很高,因 内湿度变化 在高温下,主要发生脱水和烧结. 此,在高温下,主要发生脱水和烧结.
可 溶 无
200~360°C
CaSO42H2O
1
水 石 膏
CaSO4(Ⅱ) Ⅱ
800~1180°C
石膏
CaSO4 CaO
生产工艺与产品的组成
密 闭 蒸 炼 工 艺 及 其 产 品 组 成 400~800°C CaSO4(Ⅱ) 徵 Ⅱ 800~1180°C CaSO4(Ⅰ) 徵 CaO Ⅰ 品 400~800°C 成 组 α-CaSO4(Ⅲ) 徵 Ⅲ β-CaSO4(Ⅲ) 徵 Ⅲ 产 及 其 200~360°C 200~360°C 艺 工 α-CaSO40.5H2O β-CaSO40.5H2O 煅 烧 闭 125~180°C 水蒸气
6,进一步思考的问题:
警察在勘察犯罪野外现场时,用石膏翻版罪犯足印, 警察在勘察犯罪野外现场时,用石膏翻版罪犯足印,其原 蓝线条表示室 理是什么? 理是什么? 外湿度变化 试验证明石膏板有调节室内湿度的功能,为什么? 试验证明石膏板有调节室内湿度的功能,为什么? 如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏,为什么? 如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏,为什么?
天然石膏矿纤维状晶体
二,石膏的生产
原料:
天然二水石膏; 天然无水石膏; 工业副产物——磷石膏,氟石膏等.
生产工序:
原料(破碎) → 脱水 → 磨细
生产(脱水)的工艺:
非密闭煅烧(干燥空气中): 密闭蒸练(湿的水蒸气):
不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料
我 国 石 膏 矿 分 布 非 常 广 泛
非密闭煅烧脱水工艺及其产品
有机胶凝材料:沥青,树脂等. 无机胶凝材料:水泥,石膏 石膏,石灰等. 复合胶凝材料:牙齿水泥,酸-碱水泥.
按其硬化条件:
气硬性胶凝材料 石膏,石灰等; 水硬性胶凝材料 各种水泥等.
气硬性与水硬性胶凝材料的特点
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,并且在空气中 保持和发展其强度; 关键:干燥状态下,其硬化体才有较好的性能! 水硬性胶凝材料不仅能在空气中,而且能更好地在 水中硬化,保持并发展其强度. 关键:干燥或潮湿状态下,其硬化体均有很好的 性能!
第二章 无机胶凝材料
Inorganic Binders or Inorganic Cementitous materials
本章主要内容
石膏 石灰 水玻璃 硅酸盐水泥 掺混合材的硅酸盐水泥 其它品种水泥
教学大纲
石膏的生产与品种.建筑石膏的凝结与硬化. 石膏:石膏的生产与品种.建筑石膏的凝结与硬化. 建筑石膏的特性,质量要求与应用. 建筑石膏的特性,质量要求与应用. 石灰的原料与生产.石灰的熟化与硬化. 石灰:石灰的原料与生产.石灰的熟化与硬化.石灰 的特性,质量要求与应用. 的特性,质量要求与应用. 水玻璃:水玻璃的组成;水玻璃的硬化; 水玻璃:水玻璃的组成;水玻璃的硬化;水玻璃的性 水玻璃的应用. 质;水玻璃的应用. 硅酸盐水泥: 硅酸盐水泥: 硅酸盐水泥的生产过程与硅酸盐水泥熟 料的矿物组成.硅酸盐水泥的凝结与硬化. 料的矿物组成. 硅酸盐水泥的凝结与硬化. 硅酸盐水泥 的技术要求.水泥石的腐蚀与防止.硅酸盐水泥的性质, 的技术要求 . 水泥石的腐蚀与防止.硅酸盐水泥的性质 , 应用与存放. 应用与存放.
进一步研究开发的课题
先进纤维石膏基复合材料 高强石膏及其制品 提高石膏及其制品的耐水性 外墙保温砂浆及其装饰 钢结构防火涂层
石膏应用的历史
9000年前,叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹; 5000年前,埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏,然后破碎磨 成粉末,再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材 料——灰浆; 372-287 BC,古希腊人采用天然透明石膏(亚硒酸石膏) 做神庙得窗户; 古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊得雕塑. 十七世纪,法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆 (plaster)覆盖,以提高防火性能,因而,法国巴黎有"石 膏的首都(capital of plaster)之称. 石膏灰浆又称为"Plaster of Paris"它是半水硫酸钙 (CaSO4 H 2O),二水硫酸钙 (CaSO42H2O)称为 gypsum
凝结硬化机理——"溶解-沉淀理论" "溶解-沉淀理论" 凝结硬化机理
溶解 沉淀 硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石 膏(2.05g/L),因此,前者在水中不断溶解, 生成Ca2+,SO42-离子的饱和溶液 半水石膏的饱和溶液,对于二水石膏是 过饱和溶液,后者不断结晶沉淀. 二水石膏晶体不断生长,连生,交错, 构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网
二水石膏晶体形貌 半水石膏晶体形貌 一,石膏的组成与结构 石膏的矿物组成: : CaSO4xH2O
x=2,生石膏 (二水石膏)
X为结晶水 2O 为结晶水H 为结晶水
x=0,硬石膏 (无水石膏)
x=0.5 ,熟石膏(半水石膏)
石膏胶凝材料(Gypsum binder )的组成: : 或 CaSO4 0.5H2O或CaSO4 . 石膏是晶体结构
学会分析,思考和回答问题!
3. 为什么石膏制品的耐水性差Why? 二
答:石膏晶体是亲水性很强的离子晶体,而且晶体内有明 石膏晶体是亲水性很强的离子晶体, 水 显的解理面,层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合,因此, 显的解理面,层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合,因此, 石 水分子进入,降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力, 水分子进入,降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力,导 膏 致强度下降;其软化系数只有0.30~0.45; 致强度下降;其软化系数只有 ; 晶 另一方面,二水石膏在水中的溶解度较大, 另一方面,二水石膏在水中的溶解度较大,石膏制品 体 长期在水中的强度将更低 .
凝结硬化的物理化学过程
石 膏 硬
半水石膏颗粒 二水石膏晶体
水随 化着 初水
化 体 中 晶 体 堆 积
体石 晶水 石行 膏二 水进 应二 :反
期化
水 石膏 体 石膏 体
体
少晶
较膏
体 量 石膏硬化体
半水石膏在空气中,也会吸收空气中 的水分子水化成二水石膏晶体.
颗石 半 粒膏 水
,石膏 水,
表中, 颗石 面粒 膏 二表 全 水 部 石面 水 膏分 化 晶子 成 体首 二 不先 水 断水 石 增 膏 多化
建筑石膏的凝结与硬化
Setting and Hardening of Plastter
建筑石膏的性质
Properties of Plaster and its Articles
建筑石膏的应用
Utilization of Plaster and its Articles
Summary
性质——石膏是气硬性胶凝材料,建筑石膏的主要成分 是β-半水石膏CaSO40.5H2O; 生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 120~180 °C干燥下脱水制备; 凝结硬化机理——"溶解—沉淀"理论,即通过半水石膏 在水中不断溶解,二水石膏不断结晶,晶体不断生长, 相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化; 性能——浆体需水量较大,凝结硬化快,凝结时有微膨 胀,表观密度较小,孔隙率较大,强度低,耐水与抗冻 性差,容易吸水和吸潮,导热系数低,隔热与吸声性好, 耐火,对人体和环境无害. 应用——各种板材,粉刷砂浆,雕饰等.
学习要求—三问?

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