建筑气硬性胶凝材料---水玻璃
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气硬性无机胶凝材料—石膏、水玻璃、菱苦土胶凝材料能将散粒材料或块状材料粘结成为整体,并具有所需的强度。
胶凝材料按成分分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类,前者以天然或合成的有机高分子化合物为基本成分,如沥青、树脂等;后者则以无机化合物为主要的成分。
无机胶凝材料按硬化条件不同,也可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,也只能在空气中继续保持或发展其强度,如建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。
水硬性胶凝材料则不仅能在空气中,而且能更好地在水中硬化,保持并发展其强度,如各种水泥。
气硬性胶凝材料一般只适用于地上干燥环境,而水硬性胶凝材料则可在地上、地下或水中使用。
人类发现和利用胶凝材料,有着悠远的历史,从新石器时代的前陶器时代人们就开始使用胶凝材料,最早的胶凝材料就是天然的粘土,但粘土基本不具备水稳性。
在巴比伦人们开始使用粘土层中的纯度高硬度小的CaCO3结石,是最早具备初步水稳性的胶凝材料,石灰的发明产生了最早的人造胶凝材料,在9000年前的以色列地区就已经使用了石灰骨料的地板。
公元前2500-3000年,人们就开始学会利石灰和石膏砂桨,如古代埃及的金字塔和许多建筑都是采用石膏和石灰作为胶结材料砌筑的,公元初期,人们又学会了应用石灰—火山灰水硬性材料,用石灰和火山灰或凝灰岩制备的胶凝材料既有水硬性也具备足够的水稳性和强度。
例如古罗马的“庞贝”古城的遗址、斗兽场以及罗马神庙等都是采用石灰—火山灰材料砌筑的。
第一次工业革命时期,英国工程师发明了用普通水硬性石灰代替石灰—火山灰的做法,经过长时间的改良形成现代用的水泥。
上次课我们讲了气硬性胶凝材料的石灰,本次课程我们开始讲解建筑中常用的石膏、水玻璃和菱苦土。
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料,其制品具有一系列的优良性质,在建筑中得到广泛的应用。
生产建筑石膏的主要原料是天然二水石膏、又称生石膏,二水石膏经锻烧、磨细可得建筑石膏即熟石膏,建筑石膏主要有以下性质。
建筑材料常见问题解答第4章气硬性胶凝材料1.什么是胶凝材料、气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料?答:是指能将块状、散粒状材料粘结为整体的材料。
根据硬化的条件不同分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结、硬化,保持和发展强度的胶凝材料;水硬性胶凝材料是指则既能在空气中硬化,更能在水中凝结、硬化,保持和发展强度的胶凝材料。
2.建筑工程上常用气硬性胶凝材料有哪三种?答:建筑工程上常用的的石灰、石膏和水玻璃三种气硬性胶凝材料。
3.石灰的主要成分是什么?建筑用石灰有哪几种形态?答:石灰的主要成分是氧化钙(CaO),其次为氧化镁(MgO)。
建筑用石灰有:生石灰(块灰),生石灰粉,熟石灰粉(又称建筑消石灰粉、消解石灰粉、水化石灰)和石灰膏等几种形态。
4.什么是石灰的熟化?石灰熟化的特点如何?生石灰熟化的方法有哪两种?答:石灰的熟化是指生石灰(CaO)加水之后水化为熟石灰[Ca(OH)2]的过程。
其反应方程式如下:CaO+H2O = Ca(OH)2石灰熟化的特点:(1)生石灰具有强烈的消解能力,水化时放出大量的热(约950KJ/㎏),其放热量和放热速度都比其它胶凝材料大得多。
(2)生石灰水化时体积增大1-2.5倍。
煅烧良好、氧化钙含量高、杂质含量低的生石灰(块灰),其熟化速度快、放热量大、体积膨胀也大。
生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。
5.什么是过火石灰?什么是欠火石灰?它们各有何危害?答:当入窑石灰石块度较大,煅烧温度较高时,石灰石块的中心部位达到分解温度时,其表面已超过分解温度,得到的石灰石晶粒粗大,遇水后熟化反应缓慢,称其为过石灰。
若煅烧温度较低,大块石灰石的中心部位不能完全分解,此时称其为欠火石灰。
过火石灰熟化十分缓慢,其可能在石灰应用之后熟化,其体积膨胀,造成起鼓开裂,影响工程质量。
欠火石灰则降低了石灰的质量,也影响了石灰石的产灰量。
6.什么是石灰的陈伏?陈伏期间石灰浆表面为什么要敷盖一层水?答:为了消除过火石灰在使用中造成的危害,石灰膏(乳)应在储灰坑中存放半个月以上,然后方可使用。
三种气硬性胶凝材料应用注意事项气硬性胶凝材料主要包括石灰、石膏、水玻璃以及镁质胶凝材料等。
气硬性胶凝材料,顾名思义,即只能在空气中硬化,只能在空气中保持或继续提高其强度,故气硬性胶凝材料一般只适用于地上或干燥环境,不适宜于潮湿环境和水中。
(一)建筑工程中的石灰,包括建筑生石灰、生石灰粉和消石灰等。
他以碳酸钙为主要成分的石灰岩为原料,在低于烧结温度下煅烧而成,是一种古老的建筑材料。
1.生产时,由于火候或温度控制不均,常会含有欠火石灰或过火石灰。
欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核,外部为正常煅烧的石灰,它只是降低了石灰的利用率,不会带来危害。
温度过高得到的石灰称为过火石灰。
过火石灰的结构致密,孔隙率小,体积密度大,并且晶粒粗大,表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆。
因此过火石灰与水作用的速度很慢,须数天甚至数年,这对石灰的使用极为不利。
为避免过火石灰在使用以后,因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀,使已硬化的砂浆或制品产生隆起、开裂等破坏现象,在使用以前必须使过火石灰熟化或将过火石灰去除。
常采用的方法是在熟化过程中,利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒,而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上,使其充分熟化,此即所谓的“陈伏”。
陈伏时为防止石灰炭化,石灰膏的表面须保存有一层水。
2.生石灰在运输或贮存时,应避免受潮,以防止生石灰吸收空气中的水分而自行熟化,然后又在空气中谈话而失去胶结能力。
3.石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。
4.石灰在硬化过程中,要蒸发掉大量的水分,引起体积显著收缩,易出现干缩裂缝。
所以,石灰不宜单独使用,一般要掺人砂、纸筋、麻刀等材料,以减少收缩,增加抗拉强度,并能节约石灰。
(二)建筑石膏,不仅是一种有悠久历史的古老的胶凝材料,而且也是一种有发展前途的新型建筑材料。
作为气硬性胶凝材料的石膏,通常是由天然二水石膏经过低温煅烧、脱水、磨细制成。
1.建筑石膏在实际应用时,为了保证可塑性,实际加水量通常为百分之六十到八十。
第一章水泥1.1胶凝材料(1)有机胶凝材料是指以天然或人工合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料。
最常用的有沥青、树脂、橡胶等。
(2)无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类1、水硬性胶凝材料和水成浆厚,既能在空气中硬化,又能在水中硬化,保持和继续发展其强度的称水硬性材料。
这类材料通称为水泥。
2、气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性材料,如石灰、石膏和水玻璃等,气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中,而不宜用于潮湿环境,更不可用于水中。
1、水玻璃能风化。
在100℃时失去6分子结晶水。
易溶于水,溶于稀氢氧化钠溶液,不溶于乙醇和酸。
熔点40~48℃。
低毒。
2、石灰石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构,颗粒极细(粒径约为1μm),比表面积很大(达10~30 m2/g),其表面吸附一层较厚的水膜,可吸附大量的水,因而有较强保持水分的能力,即保水性好。
将它掺入水泥砂浆中,配成混合砂浆,可显着提高砂浆的和易性。
石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化,由于空气中的二氧化碳含量低,且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透,也妨碍水分向外蒸发,因而硬化缓慢,硬化后的强度也不高,1:3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有0.2~0.5 MPa。
在处于潮湿环境时,石灰中的水分不蒸发,二氧化碳也无法渗入,硬化将停止;加上氢氧化钙易溶于水,已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。
因此,石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。
石灰在硬化过程中,要蒸发掉大量的水分,引起体积显着收缩,易出现干缩裂缝。
所以,石灰不宜单独使用,一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料,以减少收缩,增加抗拉强度,并能节约石灰。
石灰具有较强的碱性,在常温下,能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应,生成有水硬性的产物,产生胶结。
因此,石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。
3、石膏石膏胶凝材料是一种以硫酸钙(CaSO4)为主要成分的气硬性无机胶凝材料。
建筑气硬性胶凝材料---水玻璃
1、水玻璃的分类与组成
水玻璃俗称泡花碱,是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。
建筑常用的为硅酸钠(Na2O·nSiO2)的水溶液,又称钠水玻璃。
要求高时也使用硅酸钾(K2O.nSiO2)的水溶液,又称钾水玻璃。
水玻璃为青灰色或淡黄色黏稠状液体。
二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔数的比值n,称为水玻璃的模数。
水玻璃的模数越高,越难溶于水;水玻璃的密度和强度越大、硬化速度越快,硬化后的黏结力与强度、耐热性与耐酸性越高;水玻璃的浓度太高,则强度太大,不利于施工操作,难以保证施工质量。
建筑中常用的水玻璃模数为2.6~3.0。
水玻璃的浓度一般用密度来表示。
常用水玻璃的密度为(1.3~1.5)g/cm3。
水玻璃的密度太大或太小时,可用加热浓缩或加水稀释的办法来改变。
2、水玻璃的硬化
水玻璃在空气中吸收二氧化碳,析出二氧化硅凝胶,并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化,即:Na2O.nSiO2+CO2+mH,O→nSiO2.mH2O+Na2CO2由于空气中二氧化碳的浓度较低,故上述过程很慢,为加速水玻璃的硬化常加入氟硅酸钠(Na2SiF)作为促硬剂,加速二氧化硅凝胶的析出,其反应如下2Na2O.nSiO2+Na2SiF.+mH2O→(2n+1)SiO2.mH2O+6NaF氟硅酸钠的适宜掺量为12%~15%,掺量少,则硬化慢,且硬化不充分,强度和耐水性均较低;但掺量过多,则凝结过速,造成施工困难,且强度和抗渗性均降低。
加入氟硅酸钠后,水
玻璃的初凝时间可缩短到(30~60)min,终凝时间可缩短到(240~360)min,7d基本上达到最高强度。
3、水玻璃的性质
水玻璃在凝结硬化后,具有以下特性:
(1)黏结力强、强度较高。
水玻璃在硬化后,其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅,因而具有较高的黏结力和强度,用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达(15~40)MPa。
(2)耐酸性好。
由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅,所以其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸,可用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆等。
(3)耐热性好。
硬化后形成的二氧化硅网状骨架,在高温下强度下降不大,用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆等。
(4)耐碱性和耐水性差。
水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化,仍然有一定量的水玻璃Na2O.nSiO2。
由于SiO2和Na2O.nSiO2均可溶于碱,且Na2O.nSiO2可溶于水,所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。
为提高耐水性,常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。
4 、水玻璃的应用
(1)涂刷材料表面,提高抗风化能力。
以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷砌块砖、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料,可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。
这是因为水玻璃与空气中的二氧化碳反应生成硅酸凝胶,同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙
反应生成硅酸钙凝胶,两者填充于材料的孔隙,使材料致密。
不能用水玻璃涂刷或浸渍石膏制品,因为硅酸钠会与硫酸钙反应生成硫酸钠,在制品孔隙中结晶,体积显著膨胀,从而导致制品破坏。
水玻璃还可用于配制内墙涂料或外墙涂料。
(2)配制速凝防水剂。
水玻璃加两种、三种或四种矶即可配置成砚、三砚、四矶速凝防水剂。
此类防水剂与水泥浆调合,可堵塞建筑物的漏洞、缝隙。
(3)修补砖墙裂缝。
将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌和后,直接压入砖墙裂缝,可起到黏结和补强作用。
(4)加固土壤。
将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中,生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结,从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。
水玻璃应在密闭条件下存放。
长时间存放后,水玻璃会产生一定的沉淀,使用时应搅拌均匀。