胶凝材料学.ppt

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1、胶 凝 材 料 学,第二章 石 膏,目录,第一节 绪论第二节 石膏矿及石膏变种的性能与结构第三节 石膏脱水相的水化过程与机理第四节 石膏浆体硬化及其强度发展过程第五节 石膏硬化浆体的结构与性质,1、胶凝材料,胶凝材料(Binding material)通过物理化学作用将散粒材料或块状材料胶结成为一个整体，并产生强度的材料。气硬性胶凝材料(Air hardening binding material)只能在空气中硬化，保持并发展其强度的材料。水硬性胶凝材料（Hydraulic binding material)既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并发展其强度的材料。,石膏,石膏,石膏,石

2、膏,大型跨国公司：拉法基的主要产品之一,2、石膏,石膏是一种常用的气硬性胶凝材料医学领域、工艺品、机械模具生产水泥时作缓凝剂生产硅酸盐制品时作外加剂生产石膏制品制品特点质量轻、凝结快、耐火、隔音、绝热、装饰性强、易加工以及资源丰富石膏这种古老的材料又成为有发展前途的新型材料美国有80%的住宅用石膏板作内墙的吊顶在日本和欧洲，石膏板的应用也很普遍主要形式有：建筑石膏、模型石膏、高强石膏、无水石膏等,3、石膏历史,Gypsum,an ancient（古老）material Archaeologists（考古学家）have found vestiges（遗迹）of gypsum on walls d

3、ating back to 9000 B.C.in Turkey.Traces of gypsum have also been found in ancient Egypt and Greece.During the late Middle Ages,Islamic civilization（伊斯兰文明）use gypsum to sculpt(雕刻）delicate arabesques to decorate（修饰）mosques and palaces.Over the centuries,its fire-resistant qualities have made it an ind

4、ispensable building material.In 1667,1 year after the Great Fire of London,Louis XIV（路易十四）issued in France an edict（布告）requiring a coating of the material on the interior and exterior of buildings to reduce the risk of fire spreading.,石膏历史,The 19th century:gypsums golden age In the early 19th centur

5、y,small companies specializing in the production and use of gypsum began to appear.In France,the Parisian industry controlled more than 80%of the market.Of the 2 million tons of gypsum consumed in the country at the beginning of the century,the Paris basin produced over 1.7 million!,石膏历史,The advent

6、of plasterboard The forerunner of plasterboard was invented in the United States in 1894 by Augustine Sackett.The principle was that of a panel sandwich made up of a gypsum core with sheets of cardboard stuck to each side.Following the depression of the 1930s and the Second World War,industries in m

7、any Western countries found themselves in a difficult situation.They needed considerable quantities of materials,but their resources and techniques were obsolete.With support from the Marshall Plan,experts went in the United States to study new,rapid and productive building techniques.Plasterboard b

8、ecame an obvious choice.,第二节,石膏矿及石膏变种的性能与结构,石膏(Gypsum),石膏矿-分类,天然石膏矿（天然二水）石膏（CaSO42H2O）（软石膏）最常见的一种天然无水石膏（CaSO4）（硬石膏）,纯洁的石膏是透明无色或白色，但天然产出的石膏常含有砂、粘土、碳酸盐矿物以及氧化铁等各种杂质而呈灰、褐、赤色或灰黄色及淡红色等各种颜色。,中国石膏矿资源丰富，储量最多的为山东省，中国石膏矿石类型齐全，但优质矿石（纤维石膏）少。湖北应城潘家集石膏矿的纤维石膏质地纯优，矿石品位一般达98，为应城石膏矿的主要产品，是中国优质石膏的主要产地。中国的石膏主要用在水泥生产中作缓凝

9、剂，其次用来生产石膏墙板、胶凝材料以及在化工和轻工业中用于造纸、油漆、橡胶、食品、医药、陶瓷填料，以及在农业上作土壤调节剂和肥料等。中国正在开发目前国外十分普及的石膏墙板材料，石膏的消费结构也将发生变化。,纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。,纤维石膏,普通石膏,雪花石膏,氟铝石膏,石膏矿-分类,石膏矿常呈板状、叶片状、针状和纤维状晶形，少数呈柱状，有时也可见燕尾形的连生双晶。,石膏矿-组成,二水石膏(CaSO42H20)的化学组成为：CaO32.56%、SO346.51%、H2O20.93%晶胞尺寸为：a。5.76；b。15

10、15；c。6.28；115.56,石膏矿-二水石膏的结晶结构,双层的结构层:010面完全解理Ca 2离子联结SO42四面体H2O分子则分布在双层结构层之间Ca2的配位数为8与相邻的四个SO42四面体中的六个O2相联结与二个H2O分子联结,石膏矿-二水石膏的结晶结构,二水石膏属单斜晶系一般向a轴和c轴发展 形成对010晶面发育的板状晶体有时也只向c轴生长延长 形成拄状或针状晶体。由于二水石膏的010晶面发育好，010面解理完全，所以在显微镜下常看到菱形薄板状，柱板状或针状晶体。,石膏矿-二水石膏性质及特征,物理性质:通常呈白色，无色透明晶体称透石膏；玻璃光泽，解理面显珍珠光泽，纤 维状集合体呈

11、丝绢光泽。硬度2；解理平行010极完全，平行 100和011中等，比重2.302.37。鉴定特征:以其硬度低和具有010极完全解理为鉴 定特征。,工业副产品,磷石膏氟石膏排烟脱硫石膏,If the industrial waste with gypsum，we can change it as resource.,石膏相的形成,石膏胶凝材料的制备-脱水将二水石膏脱水成为半水石膏或其它类型的脱水石膏石膏制品的制备过程-水化、凝结、硬化将半水石膏或其它脱水石膏与适当的水溶液拌和成为石膏浆，由于水化硬化作用再生成二水石膏晶体，使石膏浆体硬化并形成具有一定外形和强度的石膏制品本质描述二水石膏(加热脱水

12、)半水石膏或其它脱水石膏脱水石膏（加水水化硬化）二水石膏结晶结构的硬化体,石膏相的形成,石膏胶凝材料的制备过程-实验室理想条件,石膏相五种形态、七个变种,返回,石膏相的形成,石膏胶凝材料的制备过程-工业生产条件,石膏相的形成,二水石膏加热脱水时，由于加热的程度的条件不同，脱水石膏的结构和特性也不同石膏相的组成和晶型：二水石膏CaSO42H2O 单斜晶系半水石膏CaSO41/2H2O 单斜晶系 型半水石膏 普通建筑石膏型半水石膏高强建筑石膏；晶粒粗、结构致密硬石膏CaS04 斜方晶系,建筑石膏的性质、结构与特征,型半水石膏与型半水石膏宏观性能差别浆体的标准稠度需水量型半水石膏一般为3545型一般

13、为6080强度型半水石膏的强度要高得多原因：半水石膏完全水化所需要的水仅为18.6%,多余的水分在石膏硬化体内留下大量的孔隙,使密实度和强度大降低降低半水石膏的需水量的措施：加入糖蜜（与石灰混合使用）、亚硫酸酒精废液及水解血等稀释剂）。凝结时间，型半水石膏的凝结时间更快。,？,建筑石膏的性质、结构与特征,半水石膏的性能比较,建筑石膏的性质、结构与特征,建筑石膏按技术要求（强度、细度和凝结时间）分为三个等级优等品一等品合格品密度约为2.60-2.75g/cm3，堆积密度约为8001000Kg/m 3 优等品抗压强度不小于4.9 MPa高强石膏3h抗压强度可达924MPa，7d 可达1540Mpa

14、。,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析-扫描电镜SEM分析(偏光显微镜)型半水石膏-原生晶粒：致密、完整、粗大型半水石膏-由细小晶粒组成的次生颗粒：片状、不规则,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析-扫描电镜SEM分析(偏光显微镜)型半水石膏-原生晶粒：致密、完整、粗大型半水石膏-由细小晶粒组成的次生颗粒：片状、不规则,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析-小角度X-ray分析,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析-差热分析DSC,放热,190吸热峰：半水石膏 型硬石膏,230、370 放热峰：型硬石膏 型硬石膏,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析-X-ray分析,型半

15、水石膏特征峰强度略高，说明结晶度更完整,晶体结构相同，但结晶完整度不同,谱线基本一致，但衍射峰强度差异大,建筑石膏的性质、结构与特征,结晶形态分析表明二者在微观结构即原子排列精细结构上区别不大但在亚微观-晶粒形态、大小、分散度等方面有区别,型半水石膏型半水石膏,结晶度低、分散度低、片状微晶结晶度高、分散度高、粗大晶体,？,化学组成:CaSO4 结构特点:正交晶系。晶体结构中,在(100)和(010)面上Ca2+和SO42-分布成层，而在(001)面上SO42-则成不平整的层。Ca2+居于四个SO42-之间而为八个O2-所包围，配位数为8。每个O2-则与一个S6+和两个Ca2+相连接，故配位为3

16、。晶体形态:单晶体呈等轴状或厚板状。集合体呈块状或粒状，有时呈纤维状。物理性质:纯净者透明，无色或白色，常因含杂质而呈暗灰色，有时微带红色或蓝色；玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。硬度33.5；解理平行010和100完全，平行001中等，比重2.93.0。鉴定特征:硬石膏可以二组相互垂直解理作为鉴定特征。,硬石膏 CaSO4(Anhydrite),第三节 石膏脱水相的水化 过程与机理,石膏脱水相的水化过程与机理石膏脱水相的水化动力学特征半水石膏的水化过程与机理影响半水石膏水化过程的主要因素硬石膏的水化,3 石膏脱水相的水化过程与机理,石膏脱水相的水化动力学特征采用量热计测定脱水相在水化反应过程中的热

17、动力学变化研究石膏脱水相的水化过程试验结果如下,石膏脱水相的水化动力学特征,6样品陈化后的放热曲线5为型无水石膏的放热曲线4为3#样品陈化后的放热曲线3为型无水石膏水化放热曲线2为样品1#陈化(在相对湿度70的20C空气中放置10天)后的水化放热曲线1为半水石膏水化时的放热曲线,三种脱水相水化动力学特征有很大差别,石膏脱水相的水化动力学特征,半水石膏(曲线1)加水后立即溶解并在溶液中发生水化反应，数分钟后反应加快，放热量增大并出现了放热高峰，约1h水化反应基本结束。型无水石膏(曲线3)与水混合时即发生强烈的水化反应，水化放热峰形尖锐，随着水化的进一步发展，又产生了第二个较缓慢的放热过程。型无水

18、石膏(曲线5)的结构致密，水化很慢，因此放热量极小。,石膏脱水相的水化动力学特征,曲线2和曲线6表明，半水石膏和型无水石膏在陈化过程中基本保持原相不变相同：陈化样品的放热过程也与原样品相似不同：水化速度略延迟原因：由于陈化后的样品吸附了空气中水分，外型较致密，比表面积降低,陈化后,石膏脱水相的水化动力学特征,型无水石膏(曲线3)陈化后水化放热特征(曲线4)改变了与半水石膏的水化放热特征相似(曲线1)表明CaS04在空气中很容易转变为半水石膏。,陈化后,第三节 石膏脱水相的水化 过程与机理,石膏脱水相的水化过程与机理石膏脱水相的水化动力学特征半水石膏的水化过程与机理影响半水石膏水化过程的主要因素

19、硬石膏的水化,半水石膏的水化过程与机理,半水石膏的水化过程：半水石膏转变为二水石膏的过程水化过程研究半水石膏含的结合水为6.2%，而二水石膏含的结合水为20.93。因此，当半水石膏与水拌和以后，每隔一定时间测定结合水的含量，可以定量地描述半水石膏的水化过程半水石膏的水化过程是一个放热过程。因此，用微热量热计测定放热过程的热量变化情况也可以反映出半水石膏的水化过程,半水石膏的水化过程与机理,结合水的测定方法在欲测结合水的那个时刻，立即将试样放在无水酒精中终止其水化作用然后将终止水化的试样先用酒精，再用醚加以洗涤，以便除去未参与水化的多余水分接着在40 温度下干燥至恒重并称其质量然后将该试样煅烧至

20、完全脱水后再称其重量最后通过计算便可确定出结合水的含量,半水石膏的水化机理,半水石膏的水化机理归纳起来主要有溶解析晶理论（溶解沉淀理论）-普遍承认局部化学反应理论（胶体理论）溶解析晶理论首先由Le Chatelier于1887年提出,溶解析晶理论,半水石膏与水拌和后，首先是半水石膏在水溶液中的溶解半水石膏的饱和溶解度(在20 时为8.85gL)二水石膏的平衡溶解度(在20 时为2.04gL)二水石膏晶核在半水石膏溶液中会自发地形成和长大由于二水石膏的析出，便破坏了原有半水石膏溶解的平衡状态，这时半水石膏会进一步溶解，以补偿二水石膏析晶而在液相中减少的硫酸钙含量如此不断进行的半水石膏的溶解和二水

21、石膏的析晶，直到半水石膏完全水化为止。,溶解析晶理论,影响水化物晶体成核和生长的最重要的因素是-液相的过饱和度只有在过饱和状态的母液中，晶体的形成和生长才有可能。热力学：过饱和度可以用化学势差表示,式中 c过饱和溶液的浓度；c新相的饱和浓度；R气体常数；T绝对温度。,溶解析晶理论,分析：当温度一定时，溶液的过饱和度可以用溶液的浓度及新相的饱和浓度之比(c/c)来衡量对于半水石膏水体系来说，过饱和度的形成是由于半水石膏溶解时，形成了对二水石膏是过饱和的溶液石膏浆体的过饱和度表示半水石膏的溶解度与该条件下二水石膏的平衡溶解度之比（Cmax/C）试验表明：上述溶解度及过饱和度均随温度而变化,溶解析晶

22、理论,过饱和度随着温度的提高而减少化学势也随温度的提高而降低 半水石膏的水化速度降低,溶解析晶理论,CaSO41/2H2O和CaS042H2O的溶解度曲线半水石膏的溶解度随温度的升高而减少，相应的过饱和度也随之减少当温度达到100 左右时，根本不能建立起液相的过饱和度。,溶解析晶理论,结晶理论-半水石膏凝结硬化的二必要条件建立较高的过饱和度维持足够的时间,局部化学反应理论,局部化学反应理论在半水石膏水化过程的某一中间阶段，半水石膏与水分子生成某种吸附络合物或某种凝胶体（中间产物）然后这些中间产物再转化为二水石膏水化机理分为三个阶段：水分子在半水石膏表面上的吸附；所吸附水分子的溶解；新相的形成。

23、目前中间阶段的存在还缺乏有说服力的试验证明Triollter等人(1976)曾经用扫描电镜观察型半水石膏在水蒸气中水化得到的二水石膏,影响半水石膏水化过程的主要因素,影响半水石膏水化速度的因素主要有：煅烧温度是否有硬石膏的存在粉磨细度 比表面积及活化点结晶形态型半水石膏的水化速度大于型半水石膏在常温下，型半水石膏达到完全水化的时间为7-12min在常温下，型半水石膏达到完全水化的时间17-20min半水石膏水化速度愈快，则浆体凝结也愈快石膏浆体水化和凝结过快时，可以采用加入外加剂缓凝剂的办法来调整水化速度和凝结时间。杂质水化条件等,影响半水石膏水化过程的主要因素,缓凝剂按作用方式分为三类：分子

24、量大的物质，其作用如胶体保护剂，降低了半水石膏的溶解速度，阻止晶核的发展。如骨胶、蛋白胶、淀粉渣、糖蜜渣、畜产品水解物、氨基酸与甲醇的化合物、单宁酸等。降低石膏溶解度的物质，如丙三醇、乙醇、糖、柠檬酸及其盐类、硼酸、乳酸及其盐类等。改变石膏结晶结构的物质，如醋酸钙、碳酸钠、磷酸盐等。不同缓凝剂有不同的缓凝效果。单独使用缓凝剂虽能延长凝结时间，但有时不同程度的引起强度降低。试验证明，同时使用缓凝剂和减水增强剂可以获得较好效果。,硬石膏的水化,化学纯无水硫酸钙(无水石膏)单独水化非常慢，但加入1的纯明矾作活化剂，其水化速度大大加快。天然硬石膏磨成细粉，在没有活化剂的情况下，也能较缓慢地水化硬化，在

25、干燥条件(室温2530C)，28d抗压强度14.317.1MPa差热分析和X射线分析：约有20左右的硬石膏水化生成二水石膏，原因：天然硬石膏往往含有其他成分，可能有活化作用磨细过程能使硬石膏部分活化，促进水化能力。,硬石膏的水化,硬石膏在活化剂的作用下，水化硬化能力增强，凝结时间缩短，强度提高。活化剂分类根据性能硫酸盐活化剂：Na2SO4、NaHSO4、K2SO4、KHSO4、Al2(SO4)3、FeSO4、KAl(SO4)212H2O等碱性活化剂：石灰25、煅烧白云石58、碱性高炉矿渣1015、粉煤灰1020等。,硬石膏的水化,几种活化剂的加入，都得到相似的水化率曲线线型，即1d之内水化较快

26、，3d之后水化较慢。在活化剂中以KAl(SO4)2、煅烧明矾石、明矾和NaHSO4，效果较好，其硬石膏净浆试件的7d干燥强度都在60.0MPa以上。经济和实用角度：煅烧明矾石,硬石膏的水化,当掺有硅酸盐水泥熟料、石灰等碱性活化剂时，除上述活化作用外，硫酸盐与矿渣玻璃反应，结果能生成水化硫铝酸钙，当反应速度控制适当时，可使硬化石膏浆体强度进一步提高，抗水性也有所增强。,3 CaOAl2O36H2O+H2O+CaSO42H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O(高硫型)水化硫铝酸钙,硬石膏的水化反应动力学,诱导期加速期减缓期,硬石膏在悬浮体条件下水化反应动力学研究,硬石膏的水化反应动力学,

27、诱导期水化反应速度很慢，为晶核生成控制阶段。长短变化较大，决定初凝时间的长短。影响因素：硬石膏品种、温度、活化剂浓度、水灰比等。加入少量二水石膏晶种，可以缩短诱导期，加速凝结,硬石膏在悬浮体条件下水化反应动力学研究,硬石膏的水化反应动力学,加速期反应速度迅速增加是上阶段晶核生成达到临界尺寸后很快结晶的阶段水化率直线上升,硬石膏在悬浮体条件下水化反应动力学研究,硬石膏的水化反应动力学,减缓期最活泼的反应阶段结束，反应速度逐渐减慢晶体继续生成，但由于反应物浓度下降，溶液中离子浓度较低总的反应速度下降较快，并逐渐趋于平稳,硬石膏在悬浮体条件下水化反应动力学研究,第四节,石膏浆体的硬化及其强度发展过程

28、影响石膏浆体结构强度发展的因素,石膏浆体的硬化及其强度发展过程,石膏浆体的硬化及其强度发展过程,石膏胶凝材料水化过程形成水化产物浆体并不一定能形成具有强度的人造石水化物晶体互相连生形成结晶网硬化并形成具有强度的人造石石膏浆体的硬化过程就是结晶结构网的形成过程浆体结晶结构网的形成过程一定伴随着强度发展,石膏浆体的硬化及其强度发展过程,塑性强度Pm表征浆体的结构强度塑性强度Pm：浆体结构的极限剪应力当浆体在外力作用下产生的剪应力等于或大于极限剪应力时，浆体将产生可以觉察到的流动，其形变随时间而变化剪应力小于极限剪应力，则浆体表现出固体的性质。极限剪应力越大塑性强度Pm值越大浆体的结构强度也越大,石

29、膏浆体结构强度的发展过程,塑性强度发展的第1阶段（5min以前）浆体的塑性强度Pm很低且增长相当慢第2阶段（530min）强度迅速增大，并发展到最大值第3阶段处于正常的干燥状态下，则其强度将保持相对稳定-虚线1硬化浆体在潮湿的条件下养护，强度逐渐下降-曲线2,石膏浆体结构强度的发展过程结构特性,第一阶段形成凝聚结构石膏浆体中的微粒彼此之间存在水膜粒子之间通过水膜以范德华分子引力互相作用 强度低凝聚结构特性：触变复原性-在结构遭到破坏后，能够逐渐自动恢复,石膏浆体结构强度的发展过程结构特性,第二阶段结晶结构网形成和发展水化物晶核的大量生成、长大以及晶体之间互相接触和连生在整个石膏浆体中形成一个结

30、晶结构网，它具有较高的强度。结构特性-不再具有触变复原的特性。,石膏浆体结构强度的发展过程 结构特性,第三阶段结晶接触点的特性正常干燥条件下，已形成的结晶接触点保持相对稳定 结晶结构网完整 所获得的强度相对恒定,处于潮湿状态，则强度下降原因-由于结晶接触点的热力学不稳定性引起：在结晶接触点，晶格发生歪曲和变形它与规则晶体比较，具有高的溶解度产生接触点的溶解和较大晶体的再结晶,结构强度不可逆降低,第四节,石膏浆体的硬化及其强度发展过程影响石膏浆体结构强度发展的因素,石膏浆体的硬化及其强度发展过程,影响石膏浆体结构强度发展的因素,石膏浆体在其自身的硬化过程,最本质的因素与过饱和度有关,结构的形成,

31、结构的破坏,温度、水固比等因素,影响石膏浆体结构强度发展的因素温度的影响,曲线1表示浆体结构发展过程(Pmt)曲线2表示水化过程(wt)w是以测定结合水的方法表示的水化物的相对含量，即w=(W/Wmax)%,影响石膏浆体结构强度发展的因素温度的影响,硬化浆体的最大塑性强度:60 高于20 硬化浆体产生初始结构强度所需的水化物:60 时为25，20 时仅为10左右20 时，硬化浆体达到最大塑性强度的时间(t1)早于水化过程结束的时间(t2)60 时，t1、t2基本一致,温度影响原因讨论,过饱和度与结晶结构网的关系：过饱和度较高（20 过饱和度为3.44）时，液相中形成的晶核多，生成的晶粒较小，因

32、而产生的结晶接触点也多，容易形成结晶结构网形成初始结构所消耗的水化物也少（20 时为10左右）过饱和度较小（60 过饱和度为2.50）时，液相中形成的晶核要少，形成的晶粒较大，因而结晶接触点也较少，因此在同样条件下形成同等结构网时所消耗的水化物较多（60 为25）,原因讨论结构网强度,结构网强度形成与破坏石膏浆体硬化温度为20 时的最大塑性强度低于硬化温度为60 时的最大塑性强度的原因初始结构形成后，水化物继续生成，可以使结构网进一步密实而起到强化作用+当达到某一限度值后，水化物再继续增加，就会对已经形成的结构网产生一种内应力结晶应力-当结构密实以后，形成的水化物结晶体越多，结晶应力也就越大-

33、当结晶应力大于当时结构所能承受的限度时，就会导致结构破坏，使最终的塑性强度降低,原因讨论结构网强度,结构网强度形成与破坏过饱和度大 产生结晶应力而使结构强度减弱 达到最高强度的时间较水化结束的时间要早。过饱和度小 结晶结构形成后水化物不足以产生结晶应力，或不足以引起结构的破坏 达到最高强度的时间和水化终了的时间一致,影响石膏浆体结构强度发展的因素水固比的影响,水固比较小(水固比=0.4)时硬化温度60 时较20 的塑性强度高原因：温度高 过饱和度降低减少了结晶应力减少结构破坏具有较高强度,水固比=0.4,水固比=0.8,影响石膏浆体结构强度发展的因素水固比的影响,60 时的结构强度低于20，原

34、因：水固比较大时硬化体结构内部的孔隙率提高浆体充水空间大，在整个浆体内形成结晶结构网所需要的水化物数量增加硬化温度为60 时的过饱和度低形成的晶核数量较少，结晶接触点也较少60 时结构强度较低,水固比大(水固比=0.6)时,水固比=0.8,影响石膏浆体结构强度发展的因素水固比的影响,在石膏浆体结构形成的过程中小水固比浆体随着过饱和度的提高，结晶应力起着破坏作用大水固比浆体提高过饱和度及其持续时间，才能保持硬化浆体的结构正常发展,小结水固比影响,影响石膏浆体结构强度发展的因素半水石膏原始分散度的影响,图中所用石膏浆体的固相组成为30的半水石膏，70磨细石英砂，水固比为0.6在一定分散度范围内，最

35、高强度随分散度的提高而提高超过一定值后，强度就会降低,半水石膏原始分散度的影响原因讨论,半水石膏的溶解度与其原始分散度有关分散度越大溶解度越大过饱和度越大强度越高（曲线1-3）随着分散度的增加其过饱和度的增长超过一定的数值时，则会产生较大的结晶应力，这时硬化浆体的结构会产生破坏（曲线4）实际生产中，石膏的细度不可能很高工艺上难以达到，且不经济,影响石膏浆体结构强度发展的因素小结,胶凝材料的品质与用量原始胶凝材料的分散度工艺温度水固比溶液的介质条件,过饱和度,晶核形成的速度和数量,晶体结晶应力的大小,晶体生长和连生的条件,结晶结构形成,结晶结构破坏,目录,第一节 绪论第二节石膏矿及石膏变种的性能

36、与结构第三节石膏脱水相的水化过程与机理第四节石膏浆体硬化及其强度发展过程第五节 石膏硬化浆体的结构与性质,第五节石膏硬化浆体的结构与性质,石膏硬化浆体的强度石膏硬化浆体的耐水性,第五节石膏硬化浆体的结构与性质,石膏硬化浆体的强度石膏硬化浆体的耐水性,石膏硬化浆体的强度,强度是材料工程性质的一个重要指标。固体材料的理论强度通常都比实际强度大几百倍甚至几千倍岩盐和石英的理论抗拉强度分别接近于2000和10000MPa实际强度大都不大于5和100MPa。产生原因晶体中存在着表面裂纹和体积内部的微裂缝当这些材料受外力破坏时，在这些裂纹很窄的两侧附近，出现了很大的应力集中导致材料的破坏在大晶体中，存在缺

37、陷的概率比较大，因此大晶体的强度比小晶体低，这就是材料强度降低的尺寸效应。,石膏硬化浆体的强度,极限抗拉强度与晶体截面尺寸的关系晶体尺寸增大，强度显著下降石膏单晶体的直径为10m时，沿(001)方向的极限抗拉强度可达到175.0MPa2550m，石膏单晶体极限抗拉强度为3020MPa目前在实验室配制的石膏硬化浆体的抗拉强度常常只有2.0MPa左右。说明1提高石膏制品的强度的潜力是很大,石膏硬化浆体的强度,说明2决定石膏硬化浆体强度的结构因素与二水石膏的单晶体有关与孔隙率及孔分布特性有关此外，还与结晶接触点的性质和数量有关结晶接触点的性质又与数量主要与过饱和度有关控制适当的过饱和度，可以得到高的

38、强度,第五节石膏硬化浆体的结构与性质,石膏硬化浆体的结构石膏硬化浆体的强度石膏硬化浆体的耐水性,石膏硬化浆体的耐水性,材料的抗水性常用软化系数Kp表征 Kpf0f式中 f0水饱和试件的强度 f干燥试件的强度石膏硬化浆体的软化系数为0.20.3但是，如果在生产工艺上控制得好，可以使抗水性得到改善和提高主要措施保证石膏硬化浆体结晶结构的形成在保证一定强度的前提下，减少接触点的数量保证石膏浆体有较高的密实度，即减小孔隙率和孔径的尺寸减少结构裂隙等,石膏硬化浆体的耐水性,要从根本上解决石膏的抗水性，就必须从根本上改变石膏硬化体的结构。生成新的生化产物在石膏中加入一定数量的含有活性二氧化硅、三氧化二铝和

39、氧化钙的外加剂。当加入石灰、矿渣或粉煤灰等材料时，这些外加剂与石膏一起在水化与硬化过程中形成具有水硬性的水化硅酸钙或水化硫铝酸钙等，这些水化产物的强度与稳定性均比二水石膏的结晶结构网大得多，因此能大大改善抗水性能。憎水处理用沥青石蜡悬浮液以及其他水溶性聚合物对石膏制品进行改性，它一方面可以改进石膏硬化浆体的结构特征，另一方面也可以降低石膏的亲水，陛而提高其抗水性。有时为了使石膏板具有一定的防潮和防水特性，也可在其表面上涂刷防水层等。,石膏硬化浆体抗水性差的原因,半水石膏的水化产物与其他水硬性胶凝材料的水化物相比，具有大得多的溶解度如二水石膏的溶解度为6X10-3molL水化硅酸钙(托贝莫来石)

40、的溶解度为1.8X10-4molL石膏抗水性差是与溶解度大有一定关系抗水性差与其结晶接触点的性质与数量也有很大关系。石膏硬化浆体中结晶接触点具有更大的溶解度,石膏硬化浆体抗水性差的原因,多孔体的抗水性也与其在水介质作用下强度的吸附降低效应有关在固体材料内部，都存在一个微细裂缝网因而相应地存在一个庞大的内比表面积如果材料的孔隙为液体所饱和，则液体以吸附膜的形式渗入微裂缝的空间，并产生双向压力这时，还伴随着固体内表面的表面能降低，其降低值为=3.0-3.2 式中3.0真空“0”和固相“3”之间的表面能；3.2介质吸附层“2”与固相“3”之间的表面能。,石膏硬化浆体抗水性差的原因,双向应力的大小随的

41、增大而增大当微裂缝的宽度等于吸附剂双分子层的厚度时，吸附薄膜的移动就终止上述的双向应力在材料内部产生拉应力，导致材料强度的降低,建筑石膏的技术性质,根据国家标准建筑石膏(GB9766-88)：建筑石膏按凝结时间、细度和强度指标分为优等品、一等品、合格品。建筑石膏产品标记的顺序为：产品名称、抗折强度、标准号，例如抗折强度为2.5MPa的建筑石膏，其标记为：建筑石膏2.5GB97760。,1.凝结硬化快 建筑石膏的初凝时间不小于6min，终凝时间不大于30min，星期左右完全硬化。由于凝结快，在实际工程使用时往往需要掺加适量缓凝剂，如可掺0.1-0.2的动物胶或1亚硫酸盐酒精废液，也可掺0.1-0

42、.5的硼砂等。,2.装饰性好，可加工性能好 石膏硬化制品表面细腻平整，色洁白，具雅静感。可锯、可钉、可刨，便于施工。,石膏凝结,石灰凝结,4.建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。建筑石膏制品的导热系数较小，在潮湿条件下吸湿性强，水分削弱了品体粒子间的粘结力，故软化系数小，长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏。在建筑石膏中加入适量水泥、粉煤灰、磨细的粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性。,3.建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低。其硬化后的抗压强度仅35MPa，但它已能满足用作隔墙和饰面的要求。强度测定采用4cm4cm16cm三联试 模。先按标准稠度需水量(标准稠

43、度是指半水石膏净浆在玻璃板上扩展成180土5mm的圆饼时的需水量)加水于搅拌锅中，再将建筑石膏粉均匀撤入水中，并用手工搅拌、成型，在室温为20土5、空气相对湿度为55一75的条件下，从建筑石膏粉与水接触开始达2h时，测定其抗折强 度和抗压强度。,石膏粉吸潮后结块,6.建筑石膏硬化时体积略有膨胀 一般膨胀0.51.5，这种微膨胀性可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利了制造复杂图案花型的石膏装饰件。,5.防火性能良好,具有一定的调湿调温性 建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏，当其遇火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发时，在制品表面形成水蒸

44、汽幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大、防火性能越好。可调节室内湿度。,7.石膏制品加工性能好石膏制品可锯，可刨，可钉，可打眼，具有良好的可加工性能。,1.粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑石膏和CaSO4(400)二者混合后再掺入外加剂、细骨料等而制成的气硬性胶凝材料。粉刷石膏按用途可分为面层粉刷石膏(M)；底层粉刷石膏(D)和保温层粉刷石膏(W)二类。（JC/T517-93粉刷石膏按强度分为优等品(A)、一等品(B)与合格品(C)，粉刷石膏产品标记 的顺序为：产品名称、代号、等级、标准号。例如优等品面层粉刷石膏的标记为：粉刷石膏MAJC T517）。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光洁、防火

45、、保温，并且施工方便，可实现机械化施工，是一种高档抹面材料，可用于办公室、住宅等的墙面、顶棚等。,建筑石膏的应用,JC/T 517-93粉刷石膏按强度分为优等品()、一等品()、合格品()，各等级的强度应满足要求。2.5 mm筛和0.2 mm筛的筛余应分别不大于0和40。初凝时间应不小于1 h，终凝时间应不大于8 h。保温层粉刷石膏的体积密度应不大于600 kg/m3。,建筑石膏制品 我国目前生产的主要有纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块和装饰石膏制品等。纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入纤维、外加剂(发泡剂、缓凝剂等)和适量的轻质填料等，加水拌成料浆，浇注在行进中的纸面上，成

46、型后再覆以上层面纸。纸面石膏板有普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板和耐火纸面石膏板三类。,石膏空心条板,纸面石膏条板,A.普通纸面石膏板普通纸面石膏板是以建筑石膏作为主要原料，掺入适量轻集料、纤维增强材料和外加剂构成芯材，并与护面纸板牢固地粘结在一起的建筑板材。护面纸板(专用的厚质纸)主要起到提高板材抗弯、抗冲击性能的作用。普通纸面石膏板具有质轻、抗弯和抗冲击性高、防火、保温隔热、抗震性好，并具有较好的隔声性和可调节室内湿度等优点。普通纸面石膏板的耐火极限一般为515 min。板材的耐水性差，受潮后强度明显下降，且会产生较大变形或较大的挠度。,B.耐水纸面石膏板耐水纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料

47、，掺入适量纤维增强材料和耐水外加剂等构成耐水芯材，并与耐水护面纸牢固地粘结在一起的吸水率较低的建筑板材。耐水纸面石膏板具有较高的耐水性，其他的性能与普通纸面石膏板相同。耐水纸面石膏板主要用于厨房、卫生间、厕所等潮湿场合的装饰。其表面也需进行饰面处理，以提高装饰性。,C.耐火纸面石膏板耐火纸面石膏板是以建筑石膏为主，掺入适量轻集料、无机耐火纤维增强材料和外加剂构成耐火芯材，并与护面纸牢固地粘结在一起的改善高温下芯材结合力的建筑板材。耐火纸面石膏板属难燃性建筑材料，具有较高的遇火稳定性，其遇火稳定时间大于2030 min。GB 50222-95规定，当耐火纸面石膏板安装在钢龙骨上时，可作为A级装饰

48、材料使用。其他性能与普通纸面石膏板相同。耐火纸面石膏板主要用作防火等级要求高的建筑物的装饰材料，如影剧院、体育馆、幼儿园、展览馆、博物馆、候机(车)大厅、售票厅、商场、娱乐场所及其通道、楼梯间、电梯间等的吊顶、墙面、隔断等。,石膏板技术要求根据国家标准GB/T 97751999纸面石膏板的规定，纸面石膏板的主要技术要求有：外观质量、尺寸偏差、对角线长度差、楔形棱边断面尺寸、断裂荷载、单位面积质量、护面纸与石膏芯的粘结、吸水率、表面吸水量和遇火稳定性。其中吸水率、表面吸水量仅适用于耐水纸面石膏板，板材的吸水率不大于10.0，表面吸水量不大于160 g/m3；遇火稳定性仅适用于耐火纸面石膏板，板材

49、遇火稳定时间不小于20 min。,石膏板的生产,轻钢龙骨石膏板墙体体系(简称QST)具有以下优点：(1)质轻，强度较高。纸面石膏板重811kg/m2：，抗弯强度达610MPa，组成轻钢龙骨石膏板墙体后重为3050kgm2，仅为同厚度红砖墙重的1/5。(2)尺寸稳定。胀缩变形不大于0.1。(3)抗震性好。因石膏板轻，且具有一定弹性，故地震时惯性力小，不易震坍。(4)自动调湿性好。当室内空气较潮湿时，石膏板会吸收一部分水分，反之，当室内空气很干燥时，石膏板又会放出一定量水分。(5)装饰方便。在纸面石膏板上可直接裱糊各种壁纸或进行涂装等饰面，墙上可随意钉挂镜框等饰物。同时，石膏易作成弧形墙体和圆拱门

50、等，有利灵活设计。,(6)占地面积少。轻钢龙骨石膏板墙体厚度小，有利于增加室内有效使用面积。(7)便于管道及电线等埋设。轻钢龙骨石膏板墙体空腔内可以设置各种管道及电线设施。且这些工程的安装可与龙骨安装施工交叉进行，有利缩短工期。(8)施工简便，进度快。施工不变季节影响，且为干法作业，有利减轻工人劳动强度。,轻钢龙骨纸面石膏板吊顶（平吊）,轻钢龙骨纸面石膏板吊顶（竖吊）,轻钢龙骨纸面石膏权隔墙,在沿边龙骨上涂以密封胶（龙骨）,沿顶龙骨安装后,再用一根竖向龙骨,沿竖向龙骨方向每1.5m设一个可耐福安装龙骨,将可耐福厚板水平向安装在C型竖向龙骨上,在双层C型竖向龙骨间放置岩棉,将另一侧的可耐福厚板水