1、材料學各論1-1膠凝材料的概念石灰北京建筑工程學院建筑與城市規(guī)劃學院房志勇2022年5月材料學各論1膠凝材料的概念膠凝材料的概念1、概念1）概念1 在土木工程中，一般將土木工程材料中，凡是能經(jīng)過一系列物理、化學作用，將散粒狀材料、塊狀材料粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料膠凝材料的概念1、概念2）概念2 在一定的物理和化學作用下，能夠從漿體變?yōu)閳怨痰氖癄铙w、并能將其他材料結(jié)合成為具有一定機械強度的復合固體材料的物質(zhì)o 2、意義1）膠凝材料是土木工程材料中的基本材料之一2）膠凝材料是土木工程中的基本材料之一膠凝材料的概念膠凝材料的概念2、分類1）按照組成膠凝材料有機膠凝材料無機膠凝材料天然高分子膠

2、凝材料合成高分子膠凝材料膠凝材料的概念2、分類2）按照硬化條件膠凝材料非水硬性膠凝材料水硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料其他膠凝材料膠凝材料的概念2、分類其他膠凝材料溫度硬化型膠凝材料多組分硬化型膠凝材料高溫硬化型膠凝材料高溫高壓硬化型膠凝材料膠凝材料的概念3、性質(zhì) 1）氣硬性膠凝材料 只能夠在空氣中固化，并發(fā)展和保持其強度的材料膠凝材料的概念3、性質(zhì) 2）水硬性膠凝材料 不僅能夠在空氣中固化，并發(fā)展和保持其強度，而且能夠更好地在水中固化，并發(fā)展和保持其強度的材料膠凝材料的概念3、性質(zhì) 3）有機膠凝材料 以天然的或者合成的有機高分子化合物作為基本成分的膠凝材料膠凝材料的概念3、性質(zhì) 4）無機膠凝材料

3、 以無機化合物或者無機高分子化合物作為基本成分的膠凝材料材料學各論2-1石灰石灰1、基本概念 在土木工程中較早使用的一種礦物膠凝材料 原料分布很廣 生產(chǎn)工藝簡單 成本低廉 在土木工程中應用十分廣泛石灰2、生產(chǎn)1）原料 生產(chǎn)石灰的原料，主要有白云石、石灰石、白堊、貝殼等等石灰2、生產(chǎn)2）原理 生產(chǎn)石灰的原料的主要成分是碳酸鈣，經(jīng)煅燒后，碳酸鈣分解成為氧化鈣，得到塊狀生石灰石灰2、生產(chǎn)2）原理CaCO3 CaO + CO2 10001100生石灰石灰2、生產(chǎn)3）提示 生產(chǎn)石灰時，為了加速原料的分解過程，煅燒溫度常常提高到1000-1100度 生產(chǎn)石灰的原料中，通常都含有碳酸鎂（鎂與鈣是伴生礦物），

4、經(jīng)煅燒后，分解成為氧化鎂石灰3、石灰的熟化 1）概念 生石灰（氧化鈣）與水作用生成熟石灰（氫氧化鈣）的過程石灰3、石灰的熟化 2）反應機理反應原理 CaO+H2O Ca(OH)2+64.8J要點a)放出大量熱量 b)體積增加 2.5 倍石灰3、石灰的熟化 3）熟化方式化灰池由：石灰在化灰池熟化成為石灰漿-篩網(wǎng)過濾-石灰漿在儲灰坑沉淀-除去上層水分-石灰膏其他方式如：三合土、消石灰粉石灰3、石灰的熟化4）補充說明石灰土：石灰土：消石灰粉+粘土三合土：三合土：消石灰粉+粘土+沙石 消石灰粉+粘土+爐渣石灰3、石灰的熟化4）補充說明消石灰粉：消石灰粉：工業(yè)化產(chǎn)品消石灰粉：消石灰粉：自制自制消石灰粉要

5、點：a) 理論需水量：32.1%b) 實際需水量：60-80%c) 分層澆水，每層厚度為50cmd) 同樣需要陳伏期石灰3、石灰的熟化5）陳伏期 石灰在使用前，一般應該存放兩周以上，該時間稱為：陳伏期陳伏期石灰3、石灰的熟化6）過火石灰和欠火石灰的影響 欠火石灰的影響 欠火石灰降低石灰的利用率石灰3、石灰的熟化6）過火石灰和欠火石灰的影響 過火石灰的影響 過火石灰在石灰已經(jīng)硬化后，才開始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起開裂、隆起等問題石灰3、石灰的熟化6）過火石灰和欠火石灰的影響 過火石灰影響產(chǎn)生的原因 過火石灰表面常常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。石灰3、石灰的熟化 7）關(guān)于石灰膏的

6、一些數(shù)據(jù)表觀密度：13001400kg/m3熟化比：1（kg）：1.53（升）石灰砂漿的配合比計算，應該按照石灰膏的體積進行計算石灰4、石灰的硬化 1）結(jié)晶作用 游離水蒸發(fā)，Ca(OH)2由飽和溶液中析晶石灰4、石灰的硬化 2）碳化作用 Ca(OH )2 + CO2 + nH2O CaCO3 + (n + 1)H2O石灰4、石灰的硬化 3）關(guān)于碳化作用的解釋 碳化作用的實質(zhì)：碳化作用的實質(zhì)：二氧化碳與水反應生成碳酸，然后與氫氧化鈣反應，生成碳酸鈣 碳化作用的條件：碳化作用的條件：不能沒有水 碳化作用的速度：碳化作用的速度： 很慢石灰4、石灰的硬化 4）關(guān)于石灰硬化后結(jié)構(gòu)的解釋 碳化作用：由表及

7、里。在很長時間里，都僅僅限于表層，隨著時間延長，碳化層厚度不斷增加 結(jié)晶作用：由內(nèi)向外。即結(jié)晶作用主要是在內(nèi)部發(fā)生石灰4、石灰的硬化 4）關(guān)于石灰硬化后結(jié)構(gòu)的解釋碳化層碳化層晶體層石灰5、石灰的技術(shù)性質(zhì) 1）良好的可塑性 2）保水性好 3）凝結(jié)硬化慢 4）強度低石灰5、石灰的技術(shù)性質(zhì) 5）耐水性差 6）體積收縮比較大石灰6、技術(shù)標準 技術(shù)標準簡介a)建筑生石灰技術(shù)標準（JC/T479-92)b)建筑生石灰粉技術(shù)標準（JC/T480-92)c) 建筑消石灰粉技術(shù)標準（JC/T481-92)石灰6、技術(shù)標準 生石灰粉的分類a)MgO5%鈣石灰b)MgO5%鎂石灰石灰6、技術(shù)標準 消石灰粉的分類a)

8、MgO4%鈣質(zhì)消石灰粉b)MgO4%；24%鎂質(zhì)消石灰粉c)MgO24%白云石質(zhì)消石灰粉石灰6、技術(shù)標準 等級劃分a) 生石灰的等級劃分 根據(jù)產(chǎn)品中氧化鈣、氧化鎂的含量、產(chǎn)漿量等指標，分為：優(yōu)等品、一等品、合格品石灰6、技術(shù)標準 等級劃分b) 生（消）石灰粉的等級劃分 根據(jù)產(chǎn)品中氧化鈣、氧化鎂的含量、細度等指標，分為：優(yōu)等品、一等品、合格品石灰6、技術(shù)標準 等級劃分c) 根據(jù)等級劃分確定的石灰應用范圍I. 優(yōu)等品、一等品，可以用于飾面層和中間涂層II. 合格品僅僅用于砌筑工程石灰7、石灰在建筑中的主要應用 1）砌筑材料 2）用于制作：硅酸鹽制品 3）制作石灰砂漿 4）制作三合土 5）制作石灰土

9、 6）制作石灰乳 7）其他應用：制作無熟料水泥、制作膨脹劑等等石灰8、石灰在工程應用上必須注意的問題 1）應用于吸水性大的基面時，應先將基面充分濕潤 2）不宜單獨作為建筑材料使用 3）不宜單獨作為裝飾材料使用石灰9、利用石灰制作硅酸鹽制品 1）概念 以磨細生石灰與硅質(zhì)材料加水拌合，必要時加入少量石膏，經(jīng)成型、蒸養(yǎng)等形成的建筑材料石灰9、利用石灰制作硅酸鹽制品 2）機理 Ca(OH)2+SiO2+H2O CaO.SiO2.2H2O石灰9、利用石灰制作硅酸鹽制品 3）分類a) 按照密實度：密實、多孔b)按照是否使用集料：有集料、無集料c) 按照生產(chǎn)方式：普通、加氣石灰9、利用石灰制作硅酸鹽制品 4

10、）應用a) 密實、有集料的硅酸鹽制品，一般可以用于生產(chǎn)墻板、砌塊、砌墻磚等等b)無集料、多孔、加氣的硅酸鹽制品，一般可以用于生產(chǎn)加氣混凝土制品、輕質(zhì)墻板、輕質(zhì)砌塊、各種保溫隔熱材料材料學各論1-2石膏水玻璃北京建筑工程學院建筑與城市規(guī)劃學院房志勇2022年5月17日材料學各論1-2石膏石膏1、基本概念： 石膏膠凝材料是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料 常用的石膏種類：建筑石膏高強石膏無水石膏石膏2、石膏的生產(chǎn)：原料原料a)主要原料：天然二水石膏，CaSO4 2H2Ob)其他原料：化工石膏，是指含有二水石膏的化工副產(chǎn)品和廢渣c)特種原料：天然無水石膏，CaSO4，此種原料只可用于生產(chǎn)無水石膏此

11、種原料只可用于生產(chǎn)無水石膏石膏2、石膏的生產(chǎn)：生產(chǎn)工藝簡介生產(chǎn)工藝簡介 石膏膠凝材料生產(chǎn)的主要工序，是：石膏膠凝材料生產(chǎn)的主要工序，是：破碎、加熱煅燒、磨細破碎、加熱煅燒、磨細 提示：提示：根據(jù)加熱方式、煅燒溫度的根據(jù)加熱方式、煅燒溫度的不同，生產(chǎn)出來的石膏膠凝材料的性質(zhì)不同，生產(chǎn)出來的石膏膠凝材料的性質(zhì)也不相同也不相同石膏2、石膏的生產(chǎn)：基本原理基本原理CaSO4 2H2O CaSO4 H2O + 1 H2O 21煅燒21石膏3、生產(chǎn)原理：概念 主要成分為二水石膏的天然二水石膏、或者主要成分為二水石膏的化工石膏，在加熱條件下，發(fā)生分解作用，放出一部分水，得到半水石膏石膏3、生產(chǎn)原理：分類a)

12、型半水石膏 燒成溫度為107170。燒成條件是在非封閉的窯爐中加熱脫水。將此種熟石膏磨細以后得到的產(chǎn)品，就是建筑石膏。特點：顆粒細；強度低石膏3、生產(chǎn)原理：分類b)型半水石膏 燒成溫度為107170。燒成條件是在過飽和蒸汽條件下蒸煉脫水。稱為：高強石膏。特點：顆粒粗，強度高，需水量比較小石膏3、生產(chǎn)原理：分類c)可溶性石膏 燒成溫度為170200。凝結(jié)硬化速度快石膏3、生產(chǎn)原理：分類d)高溫煅燒石膏 燒成溫度為800。凝結(jié)硬化速度快石膏3、生產(chǎn)原理：分類e)其他石膏 燒成溫度為200-750。該類石膏或者凝結(jié)硬化速度非常慢，或者完全不能硬化，習慣上稱為：死燒石膏石膏4、凝結(jié)硬化原理：反應原理反

13、應原理CaSO4 H2O + 1 H2O CaSO4 2H2O 石膏4、凝結(jié)硬化原理：反應機理反應機理a)是水化反應過程是水化反應過程b)由由“凝結(jié)凝結(jié)”、“硬化硬化”兩個過程組成兩個過程組成c)凝結(jié)是指：漿體稠度增加、可塑性降低凝結(jié)是指：漿體稠度增加、可塑性降低d)硬化是指：晶體析出、長大、使石膏漿體產(chǎn)硬化是指：晶體析出、長大、使石膏漿體產(chǎn)生強度生強度石膏4、凝結(jié)硬化原理：關(guān)于反應原理的一些解釋：關(guān)于反應原理的一些解釋：a)二水石膏產(chǎn)生半水石膏，需要外界的能量，二水石膏產(chǎn)生半水石膏，需要外界的能量，比如：加熱比如：加熱b)二水石膏在水中的溶解度僅僅為半水石膏溶二水石膏在水中的溶解度僅僅為半水

14、石膏溶解度的解度的1/5左右左右c)二水石膏膠體粒子的尺寸比半水石膏粒子的二水石膏膠體粒子的尺寸比半水石膏粒子的尺寸小的多，所以總表面積大，造成凝聚尺寸小的多，所以總表面積大，造成凝聚d)其水化、膠化、凝結(jié)、結(jié)晶是在同一時間、其水化、膠化、凝結(jié)、結(jié)晶是在同一時間、以不同速度同時發(fā)生的以不同速度同時發(fā)生的石膏5、關(guān)于石膏的一些數(shù)據(jù) 密度：2.602.75g/cm3 表觀密度：8001000kg/m3 凝結(jié)硬化時間：幾十秒鐘到30分鐘 建筑石膏的凝結(jié)時間規(guī)定：初凝時間不小于6分鐘，終凝時間不大于30分鐘石膏6、技術(shù)性質(zhì) 凝結(jié)硬化快 石膏隨著煅燒火候、雜質(zhì)含量的不同，其凝結(jié)硬化速度也不相同。 在純自

15、然條件下，硬化過程大約需要一周的時間石膏6、技術(shù)性質(zhì) 強度高注意問題：a)相對概念b)影響因素很多。如：加水量（實際加水量常常是理論值的4倍）、孔隙率石膏6、技術(shù)性質(zhì) 表觀密度值小 體積有微膨脹性（0.5%-1%） 該性質(zhì)是石膏的一個特殊屬性，決定了石膏可以單獨使用，并且可以用作裝飾材料石膏7、技術(shù)性質(zhì) 有抗火性 吸濕性強此點決定石膏的耐水性、抗凍性均比較差 導熱性較差石膏8、技術(shù)標準 等級劃分 根據(jù)強度、細度、凝結(jié)時間，分為三個等級：優(yōu)等品、一等品、合格品石膏8、技術(shù)標準 調(diào)整凝結(jié)時間的方法 加入：緩凝劑 常用緩凝劑種類：動物膠、1%的亞硫酸酒精廢液、 其他緩凝劑種類：硼砂、檸檬酸等 石膏9

16、、石膏在工程應用上必須注意的問題 使用環(huán)境溫度不宜大于65以上 運輸與儲存：a)應注意防潮b)儲存期一般應小于3個月石膏10、石膏在建筑中的主要用途 石膏抹灰材料 制作各種墻體材料（如：石膏板） 作為裝飾材料（如：石膏浮雕花飾、石膏雕塑等）石膏11、石膏制品 紙面石膏板a)概念： 是以建筑石膏為主要原料，摻入纖維和外加劑構(gòu)成芯材，并與護面紙板牢固的粘結(jié)在一起的輕質(zhì)建筑板材石膏11、石膏制品 紙面石膏板b)工藝： 經(jīng)過：石膏攪拌、鋪下護面紙、澆注、成型、鋪上護面紙、凝結(jié)、切段、烘干、修邊等程序石膏11、石膏制品 紙面石膏板c) 規(guī)格：寬度：900；1200長度：1800；2100；2400；27

17、00；3000；3300；3600厚度：9、12、15、18石膏11、石膏制品 紙面石膏板d)性質(zhì)： 質(zhì)量輕、抗彎曲性能好、抗沖擊性能好、防火、保溫隔熱、抗震性好、加工性好、施工性能好石膏11、石膏制品 穿孔石膏板a)概念： 以裝飾石膏板、紙面石膏板作為基材，在其上設置孔眼而形成的輕質(zhì)建筑板材 石膏11、石膏制品 穿孔石膏板b)分類：分類依據(jù)：基板的種類、有無背覆材料（貼于石膏板背面的透氣性材料） 石膏11、石膏制品 穿孔石膏板c) 規(guī)格：板材：500*500；600*600板厚：9；12孔徑：6； 8； 10孔距：18-24mm穿孔率：5.7%-15.7% 材料學各論1-2水玻璃水玻璃1、概

18、念 基本概念：是一種能夠溶于水的硅酸鹽物質(zhì)，由堿金屬和二氧化硅組成，但是不同的水玻璃兩者之間的比例可以有很大差異 常用水玻璃：硅酸鈉水玻璃（Na2O.nSiO2) 俗稱：泡花堿水玻璃2、生產(chǎn)工藝 基本原理Na2CO3+nSiO2=Na2O.nSiO2+CO2 基本工藝a) 濕法生產(chǎn)：石英砂與苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)加熱，得到液體水玻璃b) 干法生產(chǎn)：石英砂與碳酸鈉在1300度以上熔化，得到固體水玻璃水玻璃3、硬化機理 硬化原理 在有促凝劑存在的前提下，硅酸鈉與二氧化碳、水發(fā)生作用，生成碳酸鈉和二氧化硅凝膠，二氧化硅凝膠再在脫水過程中轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?水玻璃3、硬化機理 反應原理Na2O nSiO2

19、+ CO2 + m H2O Na2CO3 + nSiO2 mH2O水玻璃3、硬化機理 促凝劑 由于水玻璃的凝結(jié)硬化反應過程很慢，通常需要加入促凝劑。最常用的促凝劑是：Na2SiF6水玻璃4、水玻璃的模數(shù) 1）概念 水玻璃中氧化硅與氧化鈉的分子比，稱為：水玻璃的模數(shù)。一般用“n”表示。其數(shù)值一般在1.53.5之間 注：上面定義中的準確概念，應該是氧化硅和堿金屬氧化物的分子比水玻璃4、水玻璃的模數(shù) 2）模數(shù)與水玻璃的性質(zhì)水溶性：a) “n”1時，水玻璃能夠溶解于常溫水中b)“n” 1時，水玻璃只能溶解于熱水中c)“n” 3時，只能在高溫、高壓條件下溶解水玻璃4、水玻璃的模數(shù) 2）模數(shù)與水玻璃的性質(zhì)

20、 粘接性：a) 不同模數(shù)的水玻璃：當模數(shù)提高時、膠體組分增多，粘接能力提高b) 相同模數(shù)的水玻璃：當濃度提高時，粘接能力提高水玻璃5、水玻璃的技術(shù)性質(zhì) 不燃燒 耐酸 具有很好的防滲透作用 良好的粘接性能 高溫下強度不降低（甚至有提高）水玻璃6、水玻璃的應用 涂刷材料表面，提高抗風化能力 用浸漬法處理多孔材料，提高其強度 用于配制防水劑 用于配制耐酸砂漿和混凝土 用于配制耐熱砂漿和混凝土 用于土壤加固討論題 問題問題1：MgO對于石灰的性能，會產(chǎn)生哪些影對于石灰的性能，會產(chǎn)生哪些影響？響？ 問題問題2：石灰的熟化過程為什么必須要有一定的：石灰的熟化過程為什么必須要有一定的陳伏期？陳伏期？ 問題問題3：石灰的碳化作用為什么不能在全干的狀：石灰的碳化作用為什么不能在全干的狀態(tài)下進行？態(tài)下進行？ 問