无机气硬性胶凝材料.pptx
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1、Chap 2 Chap 2 无机无机 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料胶凝材料的定义和分类胶凝材料:在一定条件下通过自身的一系列变化而能把其它材料胶结成具有强度的整体的材料。有机胶凝材料:沥青、橡胶、环氧树脂、胶水等无机胶凝材料:气硬性胶凝材料:只能在空气中硬化且保持并发展其强度,如石灰、石膏、水玻璃等水硬性胶凝材料:不仅能在在空气中硬化且保持并发展其强度,而且能更好地在水中在空气中硬化且保持并发展其强度,即水泥。胶凝材料分类胶凝材料分类气硬性:石膏、石灰、水玻璃、菱苦土 胶凝材料有机胶凝材料:沥青、树脂等 无机胶凝材料 水硬性:水泥 以高分子化合物为主要成分的胶凝材料气硬性胶凝材料只适用于地上或
2、干燥环境;水硬性胶凝材料适用于地上、地下或水中环境。第一节第一节 建筑石灰建筑石灰北京修复明长城遗址拒绝水泥北京修复明长城遗址拒绝水泥 始建于明代的北京古城墙,采用石灰和石膏为主要原料的黏合剂配以巨大的城砖砌成。为确保“修旧如旧”效果,要求新修复的城墙在用料和工艺上都与老城墙相同,所以黏合剂选择灰白色的石灰膏。经过了600多年的风风雨雨,这些残墙依然岿然不倒。石灰石灰 石灰的生产 石灰的硬化 石灰的技术性质 石灰的熟化 石灰的应用 石灰的发展一、石灰的原料与生产 石灰主要是以碳酸钙为主要成分的石灰石石灰石(粘土杂质含量小于8)、白垩等为原料,在低于烧结温度下煅烧所得的产物,其主要成分是氧化钙(
3、CaO)。也可通过电石渣水化得到。化学反应式如下:煅烧正常的块状石灰,疏松多孔,白色微黄。燃烧温度过高过低,或燃烧时间过长过短,都会影响石灰的质量。CaCO3900 1000CaO+CO2-178kJ/molCaC2+2H2OC2H2+Ca(OH)2柴达木贝壳山日产120吨的一组节能型石灰立窑 过烧石灰的内部结构致密,CaO晶粒粗大,表面由于融化常形成一层玻璃釉状物质,所以与水反应的速率极慢。当石灰浆中含有这类过烧石灰(呈黄褐色)时,它将在石灰浆硬化以后才发生水化作用,于是会因产生膨胀而引起崩裂或隆起等现象。欠火石灰呈青灰色,不能与水反应,产浆量低,降低了石灰的利用率。正火石灰呈白色微黄,结构
4、疏松,体积膨胀大,产浆量高。因石灰浆的陈伏时间不足,使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化,将导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2,产生体积膨胀,从而形成凸出放射状膨胀裂纹。二、生石灰的熟化(水化、消化、消解)生石灰与水发生水化反应,生成Ca(OH)2的过程。生石灰的消化反应为放热反应,消化时不但水化热大,而且放热速率也快。水化过程中体积增大。块状生石灰消化过程中其外观体积可增大1.5-2倍,这一性质易在工程中造成事故。熟化反应:CaOH2O Ca(OH)265.9KJ/mol 为了使得生石灰中的过火石灰充分熟化,消除过火石灰的危害,通常将生石灰在储灰坑中静置两个星期以上,称为“
5、陈伏”。放出大量热量,体积膨胀1.52倍 陈伏期间,石灰浆表面要保有一层水分,防止发生碳化。这种传统方法熟化时间长,硬化速度慢,硬化后强度低。近年工地大量使用磨细生石灰粉,不必预先消解和陈伏。生石灰熟化成石灰粉,常采用淋灰的方法即每堆放半米高的生石灰块,60%-80%的水,分层堆放再淋水,以能充分消解而又不过湿成团为度,消石灰粉在使用以前,也应有类似石灰浆的陈伏时间。三、石灰的硬化 1.干燥结晶过程由于水分蒸发,使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。2.碳化过程 Ca(OH)2和空气中的CO2和水反应,形成不溶于水的碳酸钙晶体,析出的水分则逐渐被蒸发。碳化反应长期局限于表层,速度慢。Ca(
6、OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O四、石灰的技术性质可塑性好生石灰消化为石灰浆时,能形成颗粒极细(粒径约lm)呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子,表面吸附一厚层的水膜,使颗粒间的摩擦力减小,因而其可塑性好。利用这一性质,将其掺入水泥砂浆中,配制成混合砂浆,可显著提高砂浆的保水性 硬化时体积收缩大生石灰消化时的理论需水量为32.1,但考虑到可塑性,同时考虑到水分容易因消化时水化热大而被蒸发,故实际用水量很大,达到100%。由于石灰浆中存在大量的游离水,而且硬化缓慢,所以大量水分蒸发,导致内部毛细管失水紧缩,引起显著的体积收缩变形,容易使硬化石灰体产生收缩裂纹。硬化缓慢 石灰浆的硬
7、化只能在空气中进行,由于空气中CO2含量少,使碳化作用进行缓慢,加之已硬化的表层对内部的硬化起阻碍作用,所以石灰浆的硬化过程较长。硬化后强度低石灰的碳化反应速度慢,产物以Ca(OH)2为主;而且石灰消化时掺入大量的水分多余水分,使硬化石灰体密实度小,所以强度很低。耐水性差 由于石灰浆硬化慢、强度低,当其受潮后,其中尚未碳化的Ca(OH)2易产生溶解,硬化石灰体遇水会产生溃散,故石灰不宜用于潮湿环境。含过火石灰膨胀裂纹石灰收缩裂纹五、石灰产品的种类五、石灰产品的种类块状生石灰磨细制成生石灰粉熟石灰粉(消石灰粉)(6080水)石灰浆(膏)(3-4倍水)石灰乳生石灰粉生石灰粉:石灰在制备过程中,采用
8、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生成。消石灰粉消石灰粉: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。石灰膏石灰膏:将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的34倍)消化,或将消石灰粉和水拌合,所得的一定稠度的膏状物,主要成份为Ca(OH)2和水。建筑工程中所用的石灰常分三个品种:建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。我国建材行业标准JC/T479-92 建筑生石灰、JC/T480-92建筑生石灰粉与JC/T481-92 建筑消石灰粉分别对生石灰、生石灰粉及消石灰粉的主要技术指标作出相关的规定。根据JC/T
9、 47992建筑生石灰规定,按氧化镁含量的多少,建筑石灰可分为钙质和镁质两类。当石灰中MgO含量小于或等于5时,称钙质石灰;当MgO含量大于5时,称为镁质石灰。六、石灰的应用1.广泛用于建筑室内粉刷 建筑室内墙面和顶棚采用消石灰乳进行粉刷。由于石灰乳是一种廉价的涂料,施工方便,且颜色洁白,能为室内增白添亮,因此,建筑中应用十分广泛。消石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成,消石灰粉和浆则由生石灰消化而得。2.大量用于拌制建筑砂浆 消石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥起配制成砂浆,前者称石灰砂浆,后者称混合。石灰砂浆可用作砖墙和混凝土基层的抹灰,混合砂浆则用于砌筑,也常用于抹灰。我国砌筑砂浆配
10、合比设计规程(JGJ982000)和砌体工程施工质量验收规范(GB502032002)都明确规定,“消化石灰粉不得直接用于拌制建筑砂浆”。消化石灰粉之所以不能用于建筑砂浆,除了颗粒太粗因素之外,一个主要原因是石灰中“过火”或“欠火”现象严重,表现为有效氧化钙含量低,一般在7085,达不到90。而且过火石灰容易导致抹灰层的爆灰、开裂和起壳等质量通病。由于石灰属气硬性材料,因此石灰膏混合砂浆不能用于0.000m以下的基础工程。石灰的生产要消耗大量能源和产生大量二氧化碳,为保护环境,应当尽量减少石灰的使用量。因此在推行商品砂浆中,禁止采用石灰膏作为保水增稠材料。3.加固含水的软土地基 生石灰块可直接
11、用来加固含水的软土地基(称为石灰桩)。它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.生产硅酸盐制品 以石灰和硅质材料(如石英砂、粉煤灰等)为原料,加水拌合,经成型,蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料,统称为硅酸盐制品。如蒸压灰砂砖,主要用作墙体材料。5.配制三合土和灰土 三合土是采用生石灰粉(或消石灰粉)、粘土和砂子按1:2:3的比例,再加水拌和夯实而成。灰土是用生石灰粉和粘土按1:24的比例,再加水拌和夯实而成。三合土和灰土在强力夯打之下,密实度大大提高,而且粘土中的少量活性氧化硅和氧化铝与石灰粉水化产物Ca(OH)2作用,生成了水硬性矿物,因
12、而具有一定抗压强度、耐水性和相当高的抗渗能力。三合土和灰土主要用于建筑物的基础、路面或地面的垫层。6.生产轻质碳酸钙。7.用作无声爆破剂。第二节 建筑石膏生产水化硬化 技术性质 应用应用石膏石膏一、原材料和生产 生产建筑石膏的原料主要有天然二水石膏,或含有二水石膏或含有二水石膏与无水石膏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,此外还有氟石膏、盐石膏、硼石膏、黄石膏、钛石膏等)。石膏泛指软石膏和硬石膏两种矿物。软石膏为二水硫酸钙(CaSO42H2O),又称二水石膏。硬石膏为无水硫酸钙(CaSO4)。建筑石膏:晶粒较细,需水量较大,强度较低。高强石膏:晶粒粗大,需水量较小,强度较高。
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