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
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