石膏胶凝材料.pptx

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1、 简介 3.1 石膏胶凝材料的原料 生产石膏的原料 （1） 2 的等级（品位）： （1） 按二水硫酸钙含量评定 等级 一 二 三 四 五 CaSO4 2H2O% 95 9485 8475 7465 6455 杂质：石灰石、白云石碳酸盐类 石英、长石、云母、蒙脱石等粘土类 氯化物、黄铁矿、有机质等其它少量 生产高强建筑石膏 生产普通建筑石膏 硫值含量（%） 2.15 含量（%） SO CaSO233342SOSOMM H O（1） 二水硫酸钙含量的计算方法 按CaO含量推算（钙值）： 按SO3含量推算（硫值）： 按结晶水含量推算（水值）： 水值结晶水含量（%） 4.78 结晶水含量（%）2 H

2、O CaSO2242MMH O钙值含量（%） 3.07 含量（%） CaO CaSO422CaOCaOMM H O的等级（品位）： 注意：钙值硫值水值，取三值中最小值为二水石膏含量 是指化工生产过程中所生成的以CaSO4 2H2O或CaSO4 2H2O与CaSO4混合物为主要成分的化工副产品。 ，是用萤石与硫酸制取氟化氢的副产品，主要成分是CaSO4，含有少量的CaF2、硫酸和氢氟酸，呈酸性，一般要用石灰进行中和。足够水分下，三个月左右几乎全部转化为CaSO4 2H2O （2） CaF2+H2SO4=CaSO4+2 HF 晶形：结晶细小、发育不完整 加热 ，在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固

3、体废渣，其主要成分CaSO4 2H2O，此外还含有五氧化二磷、氟及游离酸等有害物质。 （2） Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O=3H3PO4+5CaSO4 2H2O+HF 晶形：菱形板状、长板状、燕尾双晶 ，是电厂采用湿式石灰石石灰一石膏法烟气脱硫时产生的副产品。它的主要成分是CaSO4 2H2O，由烟气中的 SO2和 CaCO3或CaO发生反应而得。 （2） 二水石膏的受热脱水过程 3.2 石膏的各种变体 二水石膏的受热脱水过程 （1）建筑石膏（半水石膏） 将二水石膏加热脱水制成的产品，由于其脱水工艺不同，所形成的半水石膏类型也不同。其中在蒸压环境中加热（蒸炼）可得型半水石膏，

4、在回转窑或炒锅中进行直接加热（煅烧）可得型半水石膏。 高强建筑石膏 普通建筑石膏 3.2 石膏的各种变体 （1）建筑石膏（半水石膏） 将二水石膏加热脱水制成的产品，由于其脱水工艺不同，所形成的半水石膏类型也不同。其中在蒸压环境中加热（蒸炼）可得型半水石膏，在回转窑或炒锅中进行直接加热（煅烧）可得型半水石膏。 二水石膏的受热脱水过程 高强建筑石膏 普通建筑石膏 白色粉未，是土木工程中应用最多的石膏材料。可用于室内抹灰和粉刷、制造石膏板材和装饰饰品等。 3.2 石膏的各种变体 （1）建筑石膏（半水石膏） 将二水石膏加热脱水制成的产品，由于其脱水工艺不同，所形成的半水石膏类型也不同。其中在蒸压环境中

5、加热（蒸炼）可得型半水石膏，在回转窑或炒锅中进行直接加热（煅烧）可得型半水石膏。 二水石膏的受热脱水过程 高强建筑石膏 普通建筑石膏 白色粉未，具有较高的强度和粘结能力，多用于要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板；加入防水剂后还可制成高强度耐水石膏，加入少量有机胶结材料可使其成为无收缩的胶粘剂。 3.2 石膏的各种变体 密度（kg m-3） 松堆积密度（kg m-3） 内比 表面积（m2 kg-1） 晶粒平均粒径（nm） 结晶形态 宏观特性 型 27302750 10001200 19300 94.0 结晶较完整，致密、粗大的原生颗粒，常呈短柱状 水化较慢，水化热较低，需水量小，硬化体的强度较

6、高 型 26202640 8001000 47000 38.8 结晶度较差，常为细小的纤维状或片状的不规则单个晶粒组成的聚集体（次生颗粒） 水化较快，水化热较高，需水量大，硬化体的强度较低 （1）建筑石膏（半水石膏） 3.2 石膏的各种变体 （1）建筑石膏（半水石膏） 3.2 石膏的各种变体 190 230 370 190半水石膏脱水变成无水石膏 230 370 无水石膏变成无水石膏 -半水石膏转变为无水石膏的温度比-半水石膏低 （2）硬石膏（无水石膏） 半水石膏在200左右时转变成脱水半水石膏，其结构不稳定，在潮湿条件下易转变成相应的半水石膏。当温度继续升高时可转变成可溶性硬石膏（CaSO4

7、）（该反应为可逆反应），其微观结构与半水石膏相似，性质变化不大，也能很快地从空气中吸收水分而水化，且强度较低。 二水石膏的受热脱水过程 可溶性硬石膏 3.2 石膏的各种变体 （2）硬石膏（无水石膏） 可溶性硬石膏在4001180范围煅烧转变成不溶性硬石膏(CaSO4)，其结构体变得紧密和稳定，密度大于2.99 g/cm3，难溶于水，凝结很慢，它是硬石膏胶凝材料的主要成份。只有加入某些激发剂（如碱性粒化高炉矿渣、石灰等）后，才能使其具有一定的水化和硬化能力；不溶性硬石膏与适量激发剂混合磨细后可制成硬石膏水泥，主要用于制作石膏灰浆、石膏板和其他石膏制品，适宜于室内使用。 不溶性硬石膏 二水石膏的受

8、热脱水过程 3.2 石膏的各种变体 （3）高温煅烧石膏（过烧石膏） 煅烧温度大于1180，CaSO4开始部分分解，称为煅烧石膏，其主要成分为CaSO4和少量石灰，能凝结硬化，强度高，该反应为可逆反应。 二水石膏的受热脱水过程 煅烧石膏 CaSO4CaOSO2+O2 在1600以上，CaSO4全部分解成石灰。 3.2 石膏的各种变体 3.3.1 建筑石膏的水化 水化是半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。 CaSOH OH OCaSO2H O17.17 19.26kJ232142242 20CaSO42.05g/L,7.06g/L,8.16g/L ） CaSO4 2H2O -CaSO4 1/2H2

9、O 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 3.3.2 建筑石膏的凝结与硬化 按照结晶理论（溶解沉淀理论，1887年，H.Le-Chatelier），建筑石膏的凝结硬化过程可分为三个阶段，即: 水化作用的化学反应阶段 结晶作用的物理变化阶段 硬化作用的强度增强阶段 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 3.3.2 建筑石膏的凝结与硬化 （1）水化和结晶（浆体内部的化学变化结果） 半水石膏和水反应生成二水石膏晶体的过程。 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 3.3.2 建筑石膏的凝结与硬化 （1）水化和结晶（浆体内部的化学变化结果） 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 U. Ludwig通过测定半水石膏水化过

10、程中电导率和温升变化的方法研究半水石膏的水化，结论如下：（1）二水石膏的结晶过程是一个受控制的成核过程；（2）只有在某一过饱和度下，产生晶核的能量达到一临界值时，晶核才能增长到临界值，晶体才能自发长大。 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 3.3.2 建筑石膏的凝结与硬化 （2）凝结 可塑性浆体失去可塑性，开始产生强度的过程。 的形成阶段浆体中的微粒间通过水膜以范德华分子引力互相作用，仅具有微小的强度，该结构具有触变复原的特性。 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 3.3.2 建筑石膏的凝结与硬化 （3）硬化 失去可塑性浆体强度增加的过程。 的形成与发展阶段整个石膏浆体形成一个结晶结构网，具有较高

11、的强度，不再具有触变复原的特点。 3.3.3 石膏硬化浆体结构的影响因素 3.3 建筑石膏的水化过程与机理 半水石膏完全水化的理论需水量是18.6% 普通建筑石膏（型半水石膏）水化时的实际用水量一般为6080。因此，未参与水化的多余水分蒸发后在石膏硬化体内会留下大量的孔隙，从而使其密实度和强度都大大降低。通常其强度只有7.010.0MPa。 高强石膏(型半水石膏)，由于其水化时的用水量较低（为3545），只是建筑石膏用水量的一半，因此其硬化体结构较密实，强度也较高（可达24.040.0MPa）。 3.3.3 石膏硬化浆体结构的影响因素 孔隙对石膏硬化浆体强度的影响 3.3 建筑石膏的水化过程与

12、机理 3.4.1 -半水石膏的形成机理及制备方法 3.4 建筑石膏的生产 一次生成机理 较高的水蒸汽压力下 二次生成机理 较低的水蒸汽压力或真空条件下 将二水石膏在干燥空气中加热至110170煅烧脱去部分结晶水，并磨细制得的-半水石膏，称为（普通）建筑石膏。 生产工艺流程：矿石储存破碎均化煅烧脱水陈化粉磨与混合包装，用炒锅煅烧时先磨粉后煅烧。 水蒸汽压、纯度 3.4 建筑石膏的生产 3.4.2 -半水石膏的形成机理及制备方法 3.4 建筑石膏的生产 加压水蒸汽有液态水存在或有某种盐溶液存在的条件下由溶解析晶过程形成 初期按局部化学反应机理进行，后期按溶解析晶机理进行 CaSO4H2O体系的溶解

13、度曲线 低温缓慢析出的-半水石膏比高温快速析出的-半水石膏致密度大、产品需水量小、硬化体强度高。 3.4 建筑石膏的生产 将二水石膏用湿法煅烧（加压蒸汽热处理）或水热法（水溶液中的常压或高压热处理）形成-半水石膏，经干燥磨细制成的称为高强（建筑）石膏。 加压水蒸汽法 水溶液法 23cm原料，120130，58h热处理 -半水石膏 58cm原料，150160，1.53h热处理 常压水溶液法结晶度较差，脱盐、干燥较困难，尚未工业化生产。 加压水溶液法水溶液中加入晶型转换剂，在120140密闭容器中，饱和水蒸汽压下保持一段时间，二水石膏即转变为-半水石膏。 晶型转换剂：加水分解呈水溶性的蛋白质；琥珀

14、酸、马来酸、枸橼酸及碳原子数在2以上的羧酸及其盐；碳原子数在15以上的脂肪酸的水溶性碱金属盐。 3.4 建筑石膏的生产 3.5.1 建筑石膏 （1）技术要求 （普通）建筑石膏按强度、细度和凝结时间分为三级。 建筑石膏技术要求 （GB977688） 技 术 指 标 优等品 一等品 合格品 抗折强度（MPa）不小于 2.5 2.1 1.8 抗压强度（MPa）不小于 4.9 3.9 2.9 细度（%），0.2mm方孔筛筛余不大于 5.0 10.0 15.0 凝 结 时 间（min） 初凝时间不早于6min，终凝时间不迟于30min 3.5 石膏的应用 高强（建筑）石膏按强度分为五个标号。 高强石膏的

15、标号与强度 标号 抗压强度（MPa） 抗折强度（MPa） 3（h） 7（d） 3（h） 7（d） 150 9.0 15.0 1.8 2.5 200 12.0 20.0 2.2 3.0 250 15.0 25.0 2.5 3.5 300 18.0 30.0 2.8 4.0 400 24.0 40.0 3.3 5.0 3.5 石膏的应用 细度要求：64孔/厘米2筛的筛余不大于2%，900孔/厘米2筛的筛余不大于8%。 凝结时间：初凝时间3min，5min终凝时间30min。 3.5.1 建筑石膏 （2）技术性质 。建筑石膏水化迅速，常温下完全水化所需时间712min，初凝数分钟，终凝30min以内

16、，完全硬化约一星期，适合于大规模连续生产。在使用石膏浆体时，若需延长凝结时间，可掺加适量缓凝剂。缓凝剂有时会引起强度降低，可同时使用减水增强剂以获得较好的效果。 建筑石膏硬化后孔隙率可高达5060，表观密度较小(400900kg/m3)，导热系数较小(0.1210.205W（m K）) 。较高的孔隙率使得石膏制品的强度较低。掺减水剂可以使用水量大大降低，从而减小孔隙率和提高强度。 3.5 石膏的应用 是否可以使用提高石膏细度的方法大幅提高石膏制品的强度？ 建筑石膏凝结硬化过程中体积不收缩，还略有膨胀，一般膨胀率为0.5%1.5%，硬化后不出现裂缝。所以可以不掺加填料而单独使用，并能很好填充模型

17、。 石膏制品本身不可燃，而且具有抵抗火焰靠近的能力。 石膏制品热容量大，内部的大量毛细孔隙对空气中水分具有较强的吸附能力，在干燥时又可释放水分。 石膏洁白、细腻。 3.5 石膏的应用 可锯，可刨，可钉，便于施工 。 。石膏的软化系数仅为0.30.45。若长期浸泡在水中还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏；若吸水后受冻，还会因孔隙中水分结冰膨胀而引起崩溃。因此，石膏的耐水性、抗冻性都较差，不宜用于潮湿环境。加入含有活性氧化硅、氧化铝的材料，可提高其抗水性。 在温度过高环境中使用（超过65），二水石膏脱水分解，造成强度降低，不宜用于温度过高环境。 制备加筋石膏制品时，因石膏浆体pH值较低（6.6）

18、，远小于钢筋锈蚀界限（pH10），且石膏制品具有较大孔隙率，透气性强、不隔潮，需注意防锈问题， 3.5 石膏的应用 （3） 应用 1. 将建筑石膏加水调成浆体， 可用作室内粉刷材料。 将石膏粉加水调成具有良好 和易性、黏稠适中、易批嵌 的浆体，可用作内墙腻子和 嵌缝料。 3.5 石膏的应用 （3） 应用 2. 将建筑石膏加水、砂拌合成石膏基砂浆，可用于室内抹灰、自流平砂浆和保温砂浆。 3.5 石膏的应用 3. : 3. : 3. 为熟石膏的多相混和物，其中半水石膏约占80%左右，加入胶料（一种改性淀粉）、防水增稠剂、保水增强剂、缓凝剂等制成。具有粘结力强（一般为1MPa）、施工方便、成本低廉等

19、特点，并可用于加气混凝土、泡沫砌块等不易粉刷的基层刷浆。 4. 可用于调节水泥凝结时间。 3.5 石膏的应用 增强粉刷聚苯板保温系统 （4） 贮存 建筑石膏容易受潮吸湿，凝结硬化快，因此在运输、贮存的过程中，应注意避免受潮。石膏长期存放强度也会降低。一般贮存三个月后，强度下降30%左右。所以，建筑石膏贮存时间不得过长，若超过三个月，应重新检并确定其等级。 3.5 石膏的应用 粉磨 3.5.2 硬石膏 硬石膏胶凝材料是由天然或人工制取的所组成的粉末材料，主要有（硬石膏胶结料）和（水硬石膏）。 3.5 石膏的应用 （1）硬石膏水泥 天然硬石膏 人工硬石膏（600700煅烧） 硬石膏水泥 硫酸盐活化

20、剂：Na2SO4、NaHSO4、K2SO4、KHSO4、Al2(SO4)3、FeSO4、KAL(SO4)2 12H2O等 碱性硬化活化剂：石灰25%、煅烧白云石58%、碱性高炉矿渣1015%、粉煤灰1020%等 or +活化剂 3.5.2 硬石膏 3.5 石膏的应用 （1）硬石膏水泥 3.5.2 硬石膏 3.5 石膏的应用 （1）硬石膏水泥 水化机理 硬石膏具有组成络合物的能力，在有水和盐存在时，硬石膏表面生成不稳定的复杂水化物，然后此水化物分解为含水盐类和二水石膏。二水石膏不断结晶，使浆体凝结硬化。 适宜的硬化条件：潮湿养护干燥养护 3.5.2 硬石膏 （1）硬石膏水泥 性能 标准稠度用水量

21、较小（与建筑石膏相比），凝结时间较长（初凝30min，终凝12h），强度较高，具有较好的耐水性，可以在一般潮湿环境中应用。加入硅酸盐水泥熟料、石灰、碱性高炉矿渣、偏高岭土等碱性活化剂时，抗水性可进一步提高。 应用：宜用于室内，主要用作石膏板和其他制品、灰浆。 较高的耐火性与抵抗酸碱腐蚀的能力。 可作储存化学药品的仓库、用于原子反应堆及热核试验室的护墙等建筑中。 抗拉强度 抗压强度 抗拉强度 抗压强度 50 0.5 2.5 200 2.0 11.0 100 1.2 7.0 250 2.2 14.0 150 1.5 9.0 300 2.4 18.0 7MPa 快速煅烧、急速冷却 （8001000煅

22、烧） 磨细 3.5.2 硬石膏 3.5 石膏的应用 （2）高温煅烧石膏（地板石膏） 高温煅烧石膏在不另加活化剂的情况下也具有水化硬化能力的原因： 温度的提高，虽然会使CaSO4晶粒进一步密实，但另一方面由于石膏的部分分解又造成内部结构的疏松； 新相CaO的出现，使石膏在水化时具有高碱性的环境，可以对石膏的水化起活化作用。 天然二水石膏 天然硬石膏 or 高温煅烧石膏 温度尽量低 （CaSO4+3% f-CaO） 3.5.2 硬石膏 3.5 石膏的应用 （2）高温煅烧石膏（地板石膏） 高温煅烧石膏凝结缓慢，但抗水性好，耐磨性高，宜作地板，故亦称地板石膏。在地板石膏中加入少量石灰和半水石膏，或加入NaHSO4、明矾及其它一些盐类，均能提高其溶解度，从而加速凝结过程。