建筑材料石膏

1、建筑材料,周永啟 主講,2,第三章 氣硬性膠凝材料,概 述 膠凝材料（結(jié)合料） ——經(jīng)物理、化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)為整體的材料。,3,,無機膠凝材料（以無機化合物為基本成分）,有機膠凝材料 （天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分）,（瀝青、樹脂）,按凝結(jié)硬化條件分類,氣硬性膠凝材料——只在空氣中硬化 （石灰、石膏）,水硬性膠凝材料——空氣、水中皆可硬化（水泥）,,,,,4

2、,3.1 石 灰 3.1.1 石灰的生產(chǎn) 1.原料 ——以CaCO3為主要成分的巖石(石灰石、白堊等),,富含CaCO3 部分MgCO3,5,2.煅燒,塊狀生石灰的特點：正火石灰：質(zhì)優(yōu)、色白、結(jié)構(gòu)疏松。欠火石灰：溫度過低/時間不夠/石灰石不能充分燒透,存在硬心過火石灰：溫度過高/時間過長/顏色深（褐、黑）,,塊狀生石灰,100,56,44,6,,注意,過火石灰可以使用，但應(yīng)陳伏半個月,工程實例

3、在放置不久的新建房內(nèi)墻壁抹灰層中，表面出現(xiàn)“鼓泡”或“開裂”現(xiàn)象，試分析原因。,7,3.1.2 石灰分類,2.石灰的存在形式 塊狀生石灰 ——煅燒直接獲得 生石灰粉 ——塊狀生石灰磨細 熟石灰粉 ——生石灰+適量水 石灰膏/乳 ——生石灰+過量水,鈣質(zhì)石灰（MgO≤5％）,鎂質(zhì)石灰（MgO>5％）,,1.按MgO含量分類,CaO,Ca(OH)2,,,8,3.1.3 石灰的熟化與硬化 1. 石灰的熟化（

4、消化） CaO + H2O —— Ca(OH)2 + Q（64.9KJ）,注意：,熟化安全 措施：分層熟化,9,2.硬化 1）干燥硬化： 石灰漿體中的水分蒸發(fā)，使氫氧化鈣達到飽和，從溶液中析出晶體，同時干燥使?jié){體緊縮而產(chǎn)生強度。,,2）碳化硬化： Ca（OH）2＋CO2＋nH2O —— CaCO3 +(n+1)H2O 碳化強度,,10,石灰的生產(chǎn)、熟化、硬

5、化小結(jié),過火石灰存在,陳伏半個月左右 ——常見實例：陳伏時間不夠，引起房屋抹面層凸起開裂熟化為石灰膏/乳的注意點 ——水層隔絕空氣，避免發(fā)生碳化熟化安全 ——分層熟化，熱量較快散失,11,3.1.4 石灰的技術(shù)要求,根據(jù)我國建材行業(yè)標準JC/T479-92《建筑生石灰》與JC/T480-92《建筑生石灰粉》、JC/T481-92《建筑消石灰粉》的規(guī)定，按照技術(shù)指標分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個等級。,生石灰、生

6、石灰粉及消石灰的技術(shù)指標見表3.1、3.2。,建筑工程中所使用的石灰通常分為三個品種：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。,,12,表3.1 生石灰的技術(shù)標準,13,表3.2 生石灰粉的技術(shù)標準,14,工程實例 某工地要使用一種生石灰粉，現(xiàn)取試樣，應(yīng)如何判 該石灰的品質(zhì)？ 1.檢測石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,細度。 2.根據(jù)MgO含量，判定該石灰的類別(屬鈣質(zhì)/鎂質(zhì)石灰) 3.根據(jù)

7、表3.1判定該石灰的等級。,15,3.1.5 石灰的應(yīng)用 1.石灰乳 、涂料 2.砂漿、石灰砂漿、石灰水泥混合砂漿 3.石灰土和三合土,石灰＋粘土 —— 石灰土(灰土)：用于道路的底基層、基層,拌和,按比例5%～12%,石灰＋粘土＋砂（爐渣/石膏）——三合土：應(yīng)用歷史悠久 主要用于建筑物的地基、基礎(chǔ)，也用于道路的基層、墊層,,16,第三章 氣硬性膠凝材料,3.2 石 膏 石膏——CaSO4為主要成分。

8、 分為建筑石膏和高強度石膏兩種。,石膏的存在形式,,天然二水石膏化工石膏天然無水石膏建筑石膏高強石膏,,CaSO4·H2O,,CaSO4·H2O與CaSO4混合廢渣,,CaSO4·H2O，硬,,β-CaSO4·1/2H2O,,α-CaSO4·1/2H2O,17,3.2.1 建筑石膏的水化,特點：極快,全過程約7～12min。,3.2.2 建筑石膏的凝結(jié)硬化 自由水

9、水化和蒸發(fā)，石膏漿體可塑性減小，漿體變稠——凝結(jié) 晶體逐漸長大，漿體產(chǎn)生強度，直到干燥——硬化,18,3.2.3 建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)和要求 1.技術(shù)性質(zhì) 密度和堆積密度小，屬輕質(zhì)材料 凝結(jié)硬化快 凝結(jié)硬化時體積略膨脹 硬化后孔隙率高 防火性能好 耐水性和耐凍性差,19,2.技術(shù)要求,20,3.2.4 建筑石膏的應(yīng)用 制備石膏砂漿和粉刷石膏——石膏表面堅硬、光滑細膩、不起灰，

10、便于再裝飾， 常用于室內(nèi)高級抹灰和粉刷。 石膏板及裝飾件——石膏板質(zhì)輕、保溫隔熱、吸聲防火、尺寸穩(wěn)定、便于施工， 廣泛用于高層建筑和大跨度建筑隔墻。 常用制品：紙面石膏板、纖維石膏板、空心石膏板、穿孔 石膏板、裝飾石膏板、石膏角線等裝飾件。,21,第三章 氣硬性膠凝材料,3.3 水硬性膠凝材料 水泥——即能在水中凝結(jié)，又能在空氣中 凝結(jié)的膠凝材料。,22,3.3.1 水

11、泥分類,硅酸鹽水泥鋁酸鹽水泥硫酸鹽水泥鐵鋁酸鹽水泥,(2) 按性能和用途分類,通用水泥專用水泥特性水泥,⑴ 按化學(xué)成分,?,?,23,3.3.2 硅酸鹽水泥,1. 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述 2. 硅酸鹽水泥的組成材料 3. 硅酸鹽水泥的水化和硬化 4. 硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) 5. 硅酸鹽水泥的技術(shù)標準 6. 硅酸鹽水泥石的腐蝕與防止,▲,▲,▲,24,1. 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述 （1）生產(chǎn)工藝

12、 兩磨一燒——生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨三個過程 （2）生產(chǎn)原料,石灰石質(zhì)原料——石灰石、白堊等粘土質(zhì)原料——粘土、頁巖等,,校正原料（少量）——鐵粉,,CaO,SiO2、Al2O3、Fe2O3,,,Fe2O3,25,2. 硅酸鹽水泥的組成材料,（1）硅酸鹽水泥熟料 （2）石膏 （3）混合材料,26,（1）硅酸鹽水泥熟料（簡稱為熟料）,1）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成,硅酸三鈣,,主要礦物組成,分子式,

13、分子簡式,3CaO·SiO2,C3SC2SC3AC4AF,2CaO·SiO2,3CaO·Al2O3,4CaO·Al2O3·Fe2O3,硅酸二鈣,鋁酸三鈣,鐵鋁酸四鈣,名 稱,27,注 意,水泥中的其它成分：,原因：,煅燒水泥中反應(yīng)：,危害：影響水泥體積安定性,石灰石質(zhì)原料富含,,潛在危害非常嚴重,,28,2）硅酸鹽水泥熟料礦物組成的反應(yīng)特性,29,實 例快硬水泥：3d抗

14、壓強度高，熟料中C3A、C3S含量高。 適用于緊急搶修工程、軍事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折強度高，耐磨、抗沖擊、抗凍和抗硫酸性好、　　　　　干縮性小。 C4AF、C2S含量高。 適用于道路路面、機場道面、城市廣場等工程。,大壩水泥：簡稱中熱水泥低熱礦渣水泥：加入礦渣,,適用于大壩工程、大型構(gòu)筑物、大型房屋的基礎(chǔ)等大體積工程。,,水化放熱較低，C2S含量高

15、， C3A含量低,30,（2）石 膏,作用：緩凝劑 水泥熟料磨成細粉與水相遇會很快凝結(jié)，無法施工。加入適量的石膏會延緩凝結(jié)時間，同時還有利于提高水泥早期強度、降低干縮變形等性能。 石膏品種：主要采用天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏。,31,（3）混合材料,1）活性混合材料 2）非活性混合材料,32,1）活性混合材料,——系指具有火山灰性或潛在水硬性的混合料。,煉鋼廠冶煉生鐵時的副產(chǎn)品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有較

16、高的化學(xué)潛能，但穩(wěn)定性差。,?；郀t礦渣 山灰質(zhì)混合材料 粉煤灰,火力發(fā)電廠煤粉燃料排出的細顆粒廢渣。主要成分：較多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有較高的活性。,,天然的人工的,,,主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起膠凝作用。,,,33,2）非活性混合材料,定義： 在水泥中主要起填充作用，本身不具有 （或具有微弱的）潛在的水硬性或火山灰性。 目的： 調(diào)節(jié)水泥強

17、度，增加水泥產(chǎn)量，降低水化熱。 常用種類：磨細的石灰石、石英巖、粘土、慢冷礦渣、 高硅質(zhì)爐灰等。,34,五大品種硅酸鹽水泥,硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥,不摻混合材+少量混合材（≤水泥量5%）,硅酸鹽水泥熟料+ 適量石膏,,,,+多量混合材,P·Ⅰ,P·Ⅱ,,+少量混合材（水泥量6%～15%）,,P·O,?；郀t礦渣,P&

18、#183;P,P·F,P·S,,,,火山灰,粉煤灰,35,3.硅酸鹽水泥的水化硬化 （1）水 化,①,②,③,水化速度快,④,長纖維狀,短纖維狀,,六方板結(jié)晶,緩凝機理：,同上,,,,針狀結(jié)晶,立方板狀結(jié)晶,,,36,第一階段： 大約在水泥拌水起至初凝時止，C3S迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2。石膏和C3A反應(yīng)生成鈣礬石晶體。 水泥漿呈塑性狀態(tài)。第二階段： 大約從初凝起至24h止，

19、水泥水化加速，生成較多的Ca(OH)2、鈣礬石晶體、水化硅酸鈣凝膠。 水化產(chǎn)物大量生成，水泥凝結(jié)。第三階段： 指24h以后直到水化結(jié)束。所有水化產(chǎn)物生成，數(shù)量不斷增加，結(jié)構(gòu)更加致密，強度不斷提高。,（2）水泥的硬化,37,水泥硬化研究理論 水化過程在不同的情況下會有不同的水化機理；不同的礦物在不同的階段，水化機理也會不完全相同。,38,4、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) （1）化學(xué)性質(zhì) ① 不溶物

20、——主要指煅燒過程中存留的殘渣，不溶物的含量會 影響水泥的粘結(jié)質(zhì)量。 ② 燒失量——水泥煅燒不理想或者受潮后，會導(dǎo)致燒失量增加 因此，燒失量是檢驗水泥質(zhì)量的一項指標。 ③ 氧化鎂,第4章 無機膠凝材料,水化慢、體積膨脹,影響安定性,④ 三氧化硫,⑤ 堿——限制發(fā)生堿-集料反應(yīng)，按（Na2O+0.658 K2O）值計。,,39,（2）物理力學(xué)性質(zhì) ① 細度

21、,,0.08mm方孔篩篩余量: % ——負壓篩法（適用于其它水泥）,比表面積：m2/kg，cm2/g——勃氏法（適用于硅酸鹽水泥）,a.指標,▲,40,b.試驗方法,1.篩析試驗前：調(diào)節(jié)負壓至 4000～6000Pa范圍內(nèi)。 2.稱取試樣25g，置于負壓篩， 篩析2min。 3.篩畢，稱量篩余物ms。 4.結(jié)果計算(1)水泥試樣篩余百分數(shù)：,篩余結(jié)果的修正:,C——修正系數(shù)，0.80～1.20,41,② 凝結(jié)

22、時間 a.定義：水泥加水拌和起至水泥漿失去可塑性所需的時間, 稱為凝結(jié)時間。,初凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿剛剛失去可塑性 所需的時間——初凝時間。終凝狀態(tài)：水泥加水起至水泥漿完全失去可塑性 所需的時間——終凝時間。,c.凝結(jié)時間的測定：,,b.兩種狀態(tài),,（1）采用凝結(jié)時間測定儀（維卡儀）；（2）采用水泥標準稠度凈漿。,42,d.水泥標準稠度凈漿,1.目的：試驗結(jié)果具

23、有可比性， 用于測定凝結(jié)時間和安定性。 2.測定： 試驗儀器：維卡儀 試驗方法：標準法/調(diào)整水量法,3.標準稠度凈漿標準: 試桿距底板距離為 6mm±1mm。4.標準稠度用水量: 達到標準稠度凈漿時的用水量。,43,初凝時間： 試桿距底板距離為4mm±1mm。 終凝時間： 當試針沉入試體0.5mm時，即 環(huán)形附件開始不能在試體上 留下痕跡時。,e.凝結(jié)時間測定,44,③ 安定性

24、 a.定義:指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。 b.安全性不良的因素：,（1）MgO過量；（2）石膏摻量過多；（3）水泥中游離過多CaO。,c.試驗方法:,試餅法,,雷氏法,▲,——發(fā)生爭議以雷氏法為主,45,d.雷氏法,（1）雷氏夾試件的成型：標準稠度水泥凈漿。（2）測量 A取下試件，測量雷氏夾指針尖端間的距離A。（3）沸煮（4）測量 C沸煮后，冷卻，取出試件測量雷氏夾指針尖端的距離C。（5）結(jié)果判定當兩

25、個試件煮后增加距離C-A平均值≯ 5.0mm時，安定性合格；當兩個試件C-A值相差超過4.0mm時，應(yīng)重做一次試驗。再如此，則認為該水泥安定性不合格。,雷氏夾,46,④ 強度 a.檢驗方法（ISO法） 水泥:標準砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱體試件, 標準養(yǎng)護3d、28d，分別測定抗折強度、抗壓強度。,b.強度等級fce,k(1)以水泥28d抗壓強度確定(2)為強度范

26、圍的下限(3)水泥實際強度 fce=γc·fce,k γc——水泥富裕系數(shù)，1.0～1.5,c.分類：普通型、早強型,47,5. 硅酸鹽水泥的技術(shù)標準,（1）技術(shù)標準,48,（2）廢品水泥和不合格水泥 GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》規(guī)定： 凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合 本標準規(guī)定時，均為廢品。 凡細度、終凝時間中任一項不符合本標準規(guī)定或

27、混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度等級的指標時為不合格品。 水泥包裝標志中水泥品種、強度等級、生產(chǎn)者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。,49,6.硅酸鹽水泥石的腐蝕與防止（1）腐蝕 1）軟水侵蝕 溶出Ca(OH)2降低堿度 2）硫酸鹽腐蝕,3）鎂鹽腐蝕,4）一般的腐蝕 中和反應(yīng)5）碳酸腐蝕,6）強堿腐蝕,50,（2）防止 1）根據(jù)腐蝕環(huán)境特點合理選用水泥品種

28、2）提高水泥石的密實度 3）敷設(shè)耐蝕保護層 當腐蝕作用較強時，可在混凝土表面敷設(shè)一層耐腐蝕 不透水的保護層。 通?？刹捎媚退崾?、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或瀝青等。,51,第4章 無機膠凝材料,4.3.3 其他通用水泥,1.技術(shù)性質(zhì) 物理力學(xué)性質(zhì)同硅酸鹽水泥,技術(shù)指標基本相同，但細度試驗方法不同，采用負壓篩析法。,52,2.技術(shù)標準,（1）普通水泥的技術(shù)標準,53,2.技術(shù)標準,（1）礦查水泥、粉