第三章气硬性胶凝材料.ppt
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1、第三章 气硬性胶凝材料,北京建筑工程学院 土木与交通学院 材料工程系,2019/4/7,2,胶凝材料的定义与分类,在土木工程中,经过一系列的物理化学变化,可以将砂、石子等散状颗粒或砖等片、块材料粘结成一个整体,并具有机械强度的材料,统称为胶凝材料。,有机胶凝材料,无 机 胶 凝 材 料,气硬性 (非水硬性),水硬性,胶 凝 材 料,2019/4/7,3,有机胶凝材料,有机胶凝材料是以高分子化合物为主要成分的胶凝材料。如: 石油沥青; 煤沥青; 各种天然和人造树脂; ,2019/4/7,4,气硬性胶凝材料 只能在空气中硬化,适合于地上或干燥环境,不宜用于潮湿环境,更不可用于水中。 如:石灰、菱苦
2、土、水玻璃、石膏 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。既适用于地上,也适用于地下或水中。 如:各种水泥,无机胶凝材料,2019/4/7,5,3. 气硬性胶凝材料,3.1 石灰 3.2 建筑石膏 3.3 水玻璃,2019/4/7,6,北京修复明长城遗址拒绝水泥,始建于明代的北京古城墙,正是用这种以石灰、石膏为主要原料的黏合剂配以巨大的城砖砌成。新修复的城墙在用料和工艺上都与老城墙相同。,确保“修旧如旧”效果沿用明代古方城砖、黏合剂选择灰白色的石灰膏。,3.1 石灰(Lime),2019/4/7,7,经过了600多年的风风雨雨,这些残墙岿然不倒,就是石灰膏耐久性的明证,3.1
3、石灰(Lime),2019/4/7,8,石灰用途,3.1 石灰(Lime),2019/4/7,9,能耗高; 年耗标煤2000多万吨,是建材第三大耗煤大户。 (水泥、粘土砖) 生产水平低; 多为立窑 产品结构单一。 多为块状产品,中国石灰质量差的原因,石灰石块进口 CaCO3,块状生石灰出口 CaO,1000-1100,3.1 石灰(Lime),2019/4/7,10,石灰石 生石灰(石灰) 钙质石灰:石灰中MgO含量5% 镁质石灰:石灰中MgO含量5%,3.1.1 石灰的生产,CaCO3 CaO + CO2,2019/4/7,11,3.1.1 石灰的生产,2019/4/7,12,欠火石灰:烧成
4、温度低,分解不完全,产浆量低,减少了石灰的利用率。 过火石灰:烧成温度高,表面致密,延缓了产物熟化速度,其过烧成分可能在石灰应用后熟化,这时硬化的水泥浆中会产生膨胀而引起崩裂或隆起,直接影响工程质量。,3.1.1 石灰的生产,2019/4/7,13,CaO + H2O Ca(OH)2 + 64.9kJ 特点:体积增大12.5倍,同时放出大量热, 几个术语: 石灰乳 石灰膏 消石灰粉 生石灰粉 块状生石灰,消化或熟化,3.1.1 生石灰的熟化(消化),2019/4/7,14,3.1.1 生石灰的熟化(消化),2019/4/7,15,3.1.1 生石灰的熟化(消化),2019/4/7,16,化浆池
5、,过筛,储灰池,石灰浆,生石灰块,石灰浆在储灰池中需放置15天以上,消除过火石灰的危害,才能使用,这个过程叫陈伏。,3.1.2 石灰浆的调制,2019/4/7,17,石灰浆的可塑性和保水性,生石灰熟化后形成的石灰浆,是球状细颗粒高度分散的胶体,具有很强的吸附力,表面附有较厚的水膜,降低了颗粒之间的磨擦力,具有良好的塑性,易铺成均匀的薄层。在水泥砂浆中加入石灰浆,可使可塑性和保水性显著提高。,Ca(OH)2 水膜,3.1.2 石灰浆的调制,2019/4/7,18,石灰水化后的逐渐凝结硬化,主要包括下面两个同时进行的过程: 结晶过程: 石灰浆体在干燥过程中,游离水分蒸发,使Ca(OH)2从饱和溶液
6、中结晶析出。 碳化过程: Ca(OH)2 + CO2 + nH2O = CaCO3 + (n+1)H2O 碳化过程极为缓慢,3.1.3 石灰的硬化,2019/4/7,19,可塑性和保水性好 生石灰水化时水化热大,体积增大; 硬化缓慢; 硬化时体积收缩大:硬化过程中, 蒸发大量的游离水而引起显著收缩,促使制品开裂。 硬化后强度低; 耐水性差:氢氧化钙晶体易溶于水。 。,3.1.4 石灰的特性,2019/4/7,20,3.1.5 石灰在建筑上的应用,2019/4/7,21,3.1.5 石灰在建筑上的应用,石灰土(灰土) 消石灰粉 + 粘土 三合土 消石灰粉 + 粘土 + 砂(或石屑、炉渣等) 石灰
7、稳定土 生石灰量占土质量的8%10% 石灰粉煤灰土(二灰土) 石灰与粉煤灰的比例 1:21:4 二灰与细粒土的比例 20:8015:85,2019/4/7,22,坚固的三合土,2019/4/7,23,工程案例分析 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。 石灰砂浆抹面的干墙面上出现不规则的网状裂纹,引发原因很多,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的呈放射状的裂纹,是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中存在没有熟化的过火石灰,以致于在砂
8、浆硬中,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。,3.1.5 石灰在建筑上的应用,2019/4/7,24,3. 气硬性胶凝材料,3.1 石灰 3.2 建筑石膏 3.3 水玻璃,2019/4/7,25,3.2.1 建筑石膏的生产,1. 原料:天然生石膏和化工石膏,2019/4/7,26,2. 生产:二水石膏的脱水过程,二水石膏,- CaSO4H2O:建筑石膏 - CaSO4H2O:高强石膏,不熔性硬石膏、死烧石膏,高温煅烧石膏,3.2.1 建筑石膏的生产,2019/4/7,27,产品建筑石膏,建筑石膏为-CaSO4H2O,为二水石膏在常压下经过107-170脱水而形成
9、。 -CaSO4H2O的需水量60-80%,为-型的1倍左右。 硬化后由于多余水分蒸发,内部具有很大的孔隙率(约占总体积的50-60%)。 强度低,如1级石膏7d强度8-12MPa。,3.2.1 建筑石膏的生产,2019/4/7,28,产品高强石膏,高强石膏为-CaSO4H2O,为二水石膏在具有一定压力的密闭容器中在饱和蒸汽条件下蒸炼,或置于某些盐溶液中沸煮,可获得晶粒较粗、较致密的-CaSO4H2O。 -CaSO4H2O晶体粗于-CaSO4H2O,比表面积相对要小,需水量35-45%,硬化后具有较高的密实度和强度。 3h抗压强度9-24MPa,7d强度15-40 MPa,初凝3min,终凝5
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