1、周次： 星期： 授课时间：【课 题】4 气硬性胶凝材料【教学目标】1. 了解石灰、石膏的分类，生产。2掌握石灰、石膏的硬化原理，性能及应用。【教学重点】石灰、石膏的硬化原理、性能及应用。【教学难点】石灰、石膏的硬化原理、性能及应用。【教学方法】讲授【时间分配】两课时（1）复习导入：5 分钟（2）讲授新课：85 分钟（3）小结作业：10 分钟【作业布置】【审 批】【后 记】【教学过程】4.1 石膏气硬性无机胶凝材料：只能在空气中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料。水硬性无机胶凝材料：不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料。土木工程中常用的气硬性无机胶凝材料主
2、要有：石膏、石灰、菱苦土和水玻璃。411 石膏胶凝材料的生产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。1、石膏的生产建筑石膏 （aSO412 H2O） ， 也称熟石膏或半水石膏。它是由生石膏(CaSO42H2O)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107170，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）412 建筑石膏的凝结硬化(1)、水化OHCaSOHCaSC
3、22417024 1 常 压aSaSC2241244 1压 蒸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。(2)、硬化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
4、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。413 建筑石膏的技术要求详见表 4。1414 建筑石膏的特性(1)、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(2)、孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声性能好（表
5、观密度 吸湿性 强度 抗冻性 保温隔热）（为什么：理论用水量和实际用水量差距大18.6-6080） 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 800kg31000 kg3，抗压强度约为3Mpa5Pa。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
6、气的功能。(3)、凝结硬化时的膨胀性（为什么：半水石膏二水石膏) （怎么样：固定 模型） 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。(4)、防火性好，但耐水性差（为什么：孔隙率大，二水石膏无水石膏） OHCaSOHCaS242241（怎么样：隔墙）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
7、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。415 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贮藏注意事项：防潮防水、贮存期不能过长4.2 石 灰421 生石灰的生产天然碳酸岩类岩石（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分 CaCO3 分解为以 CaO 为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：生石灰（堆积密度为 8001000 kg/m3 )一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。422 生石灰的消化(1)、石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生
8、石灰加水，使之消解为消（熟）石灰(CaOH2)，这个过程称为石灰的“消化” ，又称“熟化”：熟化：CaO H2O Ca(OH)2 热生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核（未分解的 CaCO2） ，这种石灰称为“欠火石灰”。第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂纹或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰” 。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应
9、在储灰坑中放两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏” 。 “陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。其反应式如下：CaO H2O Ca(OH)2 热423 石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：、结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。CaO H2O Ca(OH)2 结晶、碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发： 2103COaCaOC碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。424 石灰的品种及技术要求详见表 4.2、表 4.3
10、、表 4.4425 石灰的特性（1） 、可塑性好生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为 1）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。（2） 、硬化慢、强度低从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。同时，石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1：3）28 天强度仅为 0.2-0.5MPa
11、。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，也不宜用于重要建筑物基础。（3） 、硬化时体积收缩大石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。（4） 、耐水性差，不易贮存块状类石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。4.2.6 石灰的应用（1） 、石灰乳和石灰砂浆
12、将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。（2） 、石灰土（灰土）和三合土石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料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，适于在潮湿环境中使用。
13、如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰） ，二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。（3） 、灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌, 经压振或压制，形成硅OHnCaOnHCa 2322 )1()( 碳 化酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。4.2.7 石灰的储运注意事项：防潮，防水，防火，避免接触易燃易爆物体。4.3 镁质胶凝材料431 镁质胶凝材料的生产432 菱苦土的水化硬化433 菱苦土的应用44 水 玻 璃441 水玻璃的组成442 水玻璃的硬化443 水玻璃的性质444 水玻璃的应用小结：本章主要讲述气硬性胶凝材料：石灰石膏的生产原料和过程及其特性和应用。应了解石膏、石灰的原料生产及特性和应用 o 熟悉石膏、石灰的凝结硬化原理，气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别。掌握石膏、石灰的特性、要求、应用及保管。通过本章学习，应达到熟悉石膏、石灰凝结硬化的原理与其性质的联系，熟练运用性质合理选择和使用石灰、石膏。真正体会到用途是受材料的性质制约的。另外，石灰和石膏的凝结硬化不需要在此章讲得太细，放在水泥部分。
