无机胶凝材料之一石膏

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 无机胶凝材料之一石膏,教学重点：,1.,掌握气硬性胶凝材料的硬化机理、性质和应用,2.,了解石膏、水玻璃的结构和性质稳定，使用中或破坏时不会释放出有害气体，因此是理想的绿色建筑材料。,教学难点：,1.,石膏、水玻璃气硬性胶凝材料凝结硬化机理的特点及区别。,2.,石膏、水玻璃的性能特点及应用、保管的注意事项。,教学方法：多媒体,教学课时：,2,时,4.2,建筑石膏,石膏,是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。,2.1,石膏的原料、分类及生产,根据石膏中含有结晶水的多少不同可分为：,（,1,）,无水石膏,（,aSO,4,）：也称硬石膏，它结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。,（,2,）,天然石膏,（,aSO,4,2H,2,O,）：也称生石膏或二水石膏，大部分自然石膏矿为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。,（）,建筑石膏,（,aSO,4,1/2 H,2,O,）也称熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根据其内部结构不同可分为,型半水石膏和,型半水石膏：,建筑石膏通常是由天然石膏经压蒸或煅烧加热而成的。常压下煅烧加热到,107,170,，可产生,型建筑石膏：,（二水石膏）（,型半水石膏）,124,条件下压蒸（,1.3,大气压）加热可产生,型建筑石膏：,（二水石膏）（,型半水石膏）,型半水石膏与,型半水石膏,相比，结晶颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此又称为高强石膏。,当加热温度超过,170,时，可生成无水石膏，只要温度不超过,200,，此无水石膏就具有良好的凝结硬化性能。,2.2,建筑石膏的水化与硬化,建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。,建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：,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,。,石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。,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,。”建筑材料“,P28,表,4-4,）,建筑石膏的技术性质,（）凝结硬化速度快,建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为,10min,左右，终凝时间不超过,30min,，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等,（）凝结硬化时的膨胀性,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。,（）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,00kg,3,1000 kg,3,，抗压强度约为,Pa,5,Pa,。,（）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。,（）防火性好，但耐水性差,硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出,21%,左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。,由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。,（,6,）有良好的装饰性和可加工性,石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。,2.4,建筑石膏的应用,（,1,）,石膏砂浆及粉刷石膏,（,2,）,建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等,(3,）制作建筑雕塑和模型,4.3.,水玻璃,水玻璃,俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。,根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有,:,硅酸钠水玻璃（,Na,2,O,SiO,2,）、,硅酸钾水玻璃,2,SiO,2,）、,硅酸锂水玻璃（,i,2,O,SiO,2,）,等品种，最常用的是,硅酸钠水玻璃,。,（,称为水玻璃模数,）,根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（和“中性”水玻璃（,3,）。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。,3.1,水玻璃的生产,生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种。湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应生液体水玻璃。干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于,1300,1400C,温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。其反应式为：,3.2,水玻璃的硬化,液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化：,由于空气中,CO,2,浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠,Na,2,SiF,6,作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的,12,。,3.3,水玻璃的技术性质,（）粘结力强。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。,（）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是,iO,2,，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。但其不耐碱性介质侵蚀。,（）耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成,iO,2,空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。,3.4,水玻璃的应用,（）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。,这是因为水玻璃与材料中的,a,（,OH,）,2,反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。,反应式为：,同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于材料保护。选用不同的耐火填料，还可配制不同耐热度的水玻璃耐热涂料。,（,2,）配制防水剂,以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾,(,硫酸铜,),、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各份，溶于,60,份的沸水中，降温至,，投入,400,份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在,1min,内凝结,适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。,（,3,）加固土壤,将模数为,.,的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达,。,(4),配制水玻璃砂浆。,将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝。,（）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土,用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。,例,3-1,某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。,例,3-2,既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？,例,3-3,建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？,例,3-4,水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？,例,3-1,某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。,解 石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。,例,3-2,既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？,解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土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，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。,再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。,例,3-3,建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？,解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（,1,）,石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（,2,）,硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。,（,3,）,硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出,21%,左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。,（,4,）,建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。,在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差,所以不适用于室外使用,.,例,3-4,水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？,解通常使用的水玻璃都是,Na,2,OnSiO,2,的水溶液，即液体水玻璃。,一般而言，水玻璃的模数,n,越大时，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶,SiO,2,mH,2,O,较多。,水玻璃的模数,n,为氧化硅和氧化钠的分子比。同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分,Na,2,OnSiO,2,的含量越多，硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。,然而如果水玻璃的模数或密度太大，往往由于粘度过大而影响到施工质量和硬化后水玻璃的性质，故不宜过大。,