文档介绍：第3章气硬性胶凝材料
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石膏
石灰
水玻璃
思考题
本章内容
在土木工程中,将散粒状材料(如砂和石子)或块状材料(如砖块和石块)粘结成整体的材料,统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学组成成分的不同,可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类,无机胶凝材料按硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种。相比较而言,无机胶凝材料在土木工程中的应用更加广泛。
气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化和增长强度,所以只适用于地上和干燥环境中,不能用于潮湿环境,更不能用于水中。如建筑石膏、石灰和水玻璃等。而水硬性胶凝材料不但能在空气中凝结硬化和增长强度,在潮湿环境甚至水中能更好地凝结硬化和增长强度,因此它既适用于地上,也能适用于潮湿环境或水中。如各种水泥。本章主要论述气硬性胶凝材料。
有机胶凝材料是以天然或人工合成高分子化合物为主要成分的胶凝材料。常用的有机胶凝材料主要有石油沥青、煤沥青和各种天然或人造树脂。
胶凝材料分类如下:
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。石膏胶凝材料及其制品是一种理想的高效节能材料,在建筑中已得到广泛应用。其制品具有质量轻、抗火、隔音、绝热效果好等优点,同时生产工艺简单,资源丰富。它不仅是一种有悠久历史的胶凝材料,而且是一种有发展前途的新型建筑材料。如美国目前80%的住宅用石膏板作内墙和吊顶,在日本、欧洲,石膏板的应用也很普遍。我国石膏板的应用正越来越多。
一、石膏的种类和建筑石膏的生产
1. 石膏的种类
根据硫酸钙所含结晶水数量的不同,石膏分为二水石膏(CaSO4•2H2O)、半水石膏•和无水石膏(CaSO4)。
二水石膏有两个来源,一是天然石膏矿,这种石膏又称为软石膏或生石膏;二是化工石膏,这种石膏是含有较大量CaSO4•2H2O的化学工业副产品,是一种废渣或废液,如磷化工厂的废渣为磷石膏,氟化工厂的废渣为氟石膏。此外,还有脱硫排烟石膏、硼石膏、盐石膏、钛石膏等。
无水石膏亦有两个来源,一是天然石膏矿,这种石膏又称为硬石膏;二是来源于二水石膏高温煅烧后的产物,这种石膏有三个形态()。
半水石膏是二水石膏加热后生成的产物()。
石膏
2. 建筑石膏的生产
生产建筑石膏的原材料主要是天然二水石膏,也可采用化工石膏。
纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色,但在含杂质时可呈灰色、褐色、黄色、红色等。根据CaSO4•2H2O的含量,天然二水石膏量分为五个等级(JC 16—82),如表3-1所示。
采用化工石膏时作为生产原料时应注意,如废渣(液)中含有酸性成分时,须预先用水洗涤或用石灰中和后才能使用。用化工石膏生产建筑石膏,可扩大石膏原料的来源,变废为宝,达到综合利用的目的。
表3-1 天然二水石膏的等级
石膏
等级
一
二
三
四
五
CaSO4·2H2O含量(%)
≥95
94~85
84~75
74~65
64~55
将CaSO4•2H2O在不同煅烧条件下、不同压力和温度下加热,可制得晶体结构和性质各异的多种石膏胶凝材料,。
二水石膏的加热变种
石膏
从上图可知,CaSO4•2H2O在干燥条件下经过低温煅烧,可得到β型半水石膏(β-CaSO4•1/2H2O),这种石膏磨细加工即为建筑石膏。建筑石膏为白色粉末,~,堆积密度约为800kg/m3~1 000kg/m3。
二、建筑石膏的水化与凝结硬化
建筑石膏与适量的水拌和后,最初形成可塑性良好的浆体,但很快就失去塑性而产生凝结硬化,继而发展成为固体。发生这种现象的实质,是由于浆体内部经历了—系列的物理化学变化。首先, 型半水石膏溶解于水,与水化合形成了二水石膏。水化反应按下式进行。

由于二水石膏在常温下的溶解度半水仅为半水石膏溶解度的1/5,故二水石膏胶体微粒就从溶液中结晶析出。这时溶液浓度降低,并且促使新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行,直到半水石膏全部耗尽,转化为二水石膏。在这个过程中,随着水化的进行,二水石膏生成量不断增加,水分逐渐减少,浆体开始失去可塑性,这称为初凝。而后浆体继续变稠,颗粒之间的摩擦力和粘结力增加,完全失去可塑性,并开始产生结构强度,称为终凝。
石膏终凝后,其晶体颗粒仍在不断长大并连生并互相交错,结构中孔隙率逐渐减小,石膏强度也不断增长,直至剩余水分完全蒸发后,强度才停止发展,形成硬化后的石膏结构。这就是建筑石膏的硬化过程()。
石膏
胶化(b) 结晶开始(c) 结晶长大与交错
建筑石膏凝结硬化示意图
半水石膏 2. 二水石膏胶体微粒 3. 二水石膏晶体
4. 交错的晶体
石膏
三、建筑石膏及其制品的技