建筑材料学论文

石膏在建筑工程中的应用及其注意点 姓名:姜佑丰 班级:12级建筑学班 学号:1208070012 内容摘要 随着人类社会活动的不断深化和对地球物质的不断探索,发展之中,人类社会生产力和技术水平在不同时期有不同程度的提高和发展的现象是一种必然。人类最早的居住形式是穴居巢处,随着社会活动的深入丶社会生产力的发展,人类相继经历了能制造简单工具的石器时代和铁器时代。之后,人类借助出现的工具,开始挖土,例如,凿石为洞,就地取材伐木搭竹为棚。当时主要利用的建造材料皆为天然材料,只是对原材料在外形上进行简单加工便用于建造活动,但是此时人类的居住形式已经较早期有了一定的发展。随着人类发展阶段的推移,到了人类能够用粘土烧制砖瓦,用岩石烧制石灰和石膏之后,人类的建造材料才由天然取材阶段逐渐转入人工生产阶段,材料的社会生产方式为建造规模的扩大创造了基本条件,同时,随着人工生产材料的不断深化发展,建造技术也随之大踏步前进。到18~19世纪,资本主义的萌芽,工商业及交通运输业的蓬勃发展,建造材料又进入一个全新的发展时期。进入20世纪后,源于社会生产力的飞速发展,以及相关学科的形成和发展,建造材料不但在性能和质量上不断得到改进,并且品种也在不断增加。因此,通过以上铺垫,本人的主要研究方向是当今材料,主要研究对象为胶凝材料里的石膏材料。基于研究的全面性考虑,本文主要分为三个部分: 第一,理论引入。第1篇结合物理和化学层面,阐述胶凝材料的概念;简要分析胶凝材料类型,以及各类胶凝材料的大致物理和化学性质; 第二,突出主要研究方向。第2篇从材料类别方向,阐述几种主要气硬性胶凝材料,并对其各自基本技术性能进行简要介绍; 第三,强调主要研究对象。第3篇从用途方面,主要阐述石膏在当今建筑工程中的应用,并且分析其在建造过程中的注意点。 关键词:胶凝材料;气硬性胶凝材料;基本技术性能;建筑工程;应用;注意点 I 目录 内容摘要...............................................................................................................................I 第1篇胶凝材料 (1) 1.1 胶凝材料的概念 (1) 1.2 胶凝材料的分类及性质 (1) 1.2.1 从化学组成层面分类 (1) 1.2.2 从硬化条件层面分类 (1) 1.2.3 气硬性胶凝材料的性质 (1) 1.2.4 水硬性胶凝材料的性质 第2篇气硬性胶凝材料 (2) 2.1 石灰 (2) 2.1.1 石灰的原材料和生产简述 (2) 2..1.2 石灰的熟化和硬化 (2) 2.1.2 石灰的基本技术性能 (3) 2.2 石膏 (3) 2.2.1 石膏的原料及生产 (3) 2.2.2 建筑石膏的硬化机理及特点 (4) 2.2.3 石膏的基本技术技能 (4) 2.2.4 其他品种石膏介绍 (4) 2.3 水玻璃 (5) 2.3.1 水玻璃的原料和生产 (5) 2.3.2 水玻璃的硬化 (5) 2.3.3 水玻璃的基本技术性能 (5) 第3篇石膏的用途及注意点 (6) 3.1 石膏在建筑工程中的应用 (6) 3.2 使用石膏在建筑工程中的注意点 (6) 文章 (7) 参考文献 (8) 第1篇胶凝材料 1.1 胶凝材料的概念 一般将经过一系列物理丶化学作用,能由液体或半固体(泥膏状)变为坚硬的固体,并可将松散物质粘结成整体的材料的总称。我们把有这类性质的材料称为胶凝材料。 1.2 胶凝材料的分类及性质 1.2.1 从化学组成层面分类 胶凝材料一般由多种化学材料组成,故据此可将胶凝材料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。 1.2.2 从硬化条件层面分类 这里主要对无机胶凝材料分类,也是本次的研究主要对象范围。在不同环境条件下,某些胶凝材料达到硬化的水平是不一样的。因而,我们又可将无机胶凝材料分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两大类别。 1.2.3 气硬性胶凝材料的性质 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,也仅能在空气中保持或继续发展它的强度,例如石灰丶石膏丶菱苦土等。这类材料不适宜用于潮湿环境下,一般用于地面以上的干燥环境下。 1.2.4 水硬性胶凝材料的性质 水硬性胶凝材料硬化条件较为宽松,不仅可以在空气中实现硬化,而且能更好地在水中硬化,保持和发展其强度,如各种水泥。这类材料既可用于地面工程,也可很好的利用于地 下以及水中工程。 第2篇气硬性胶凝材料 2.1 石灰 2.1.1 石灰的原材料和生产简述 石灰的主要原料来源有两个:第一个是来源以碳酸钙CaCO3为主要成分的矿物丶岩(比如方解石丶大理石等)或者贝壳,经过一系列煅烧得到生石灰CaO;第二来源是化工副产品,比如用碳化钙CaC(俗称电石)制取乙炔时产生的电石渣,电石渣的主要组成成分是氢氧化钙Ca(OH)2,也就是熟石灰,或者用氨碱法制碱所得的残渣,它的主要成分是CaCO3。 制石灰原料在适当的温度下煅烧,使碳酸钙分解,释放出二氧化碳气体,留下并得到以氧化钙为主要成分的生石灰。在石灰生产的过程中,严格控制煅烧温度,有利于提高石灰品质。在实际生产中,一般较适宜的煅烧温度区间为1000~1200摄氏度。煅烧温度过高或者过低对建筑工程都是不利的,煅烧温度过低,产生欠火石灰现象,不仅会使石灰的产浆量降低,而且应用于建筑工程有效成分过低。致使粘结力不足,影响工程质量;当煅烧温度过高,就会产生过火石灰的现象,过火石灰内部结构致密,不仅导致与水反应速度过缓,而且其中的细小颗粒可能在石灰浆硬化之后才与水发生后续反应,使已经硬化的砂浆产生崩裂隆起现象,严重破环工程质量。 2.1.2 石灰的熟化和硬化 石灰的熟化,也称作消化。消化过程伴随大量放热以及体积增大。石灰熟化的常用方法一般为两种:石灰浆法和消石灰粉法。两者熟化原理大同小异,需要注意的是:考虑生产成本,消石灰粉法一般采用机械加工的生产方式。两者都需将处理后的生石灰放置一段时间,使其能充分熟化,以弥补在煅烧期间出现的生产控制不足。 石灰的硬化,即就是石灰浆在空气中发生一系列物理及化学反应,之后逐渐硬化的过程。 主要涉及的是结晶作用和碳化作用,碳化作用较缓慢,原因是:碳化过程由空气与熟石灰作用,是一个由及里的过程。 2.1.3 石灰的基本技术性能 建筑工程中所用石灰大致可分为三种:建筑生石灰,建筑生石灰粉以及建筑消石灰粉。据土木工程材料行业标准《建筑生石灰》(JC/T 479----1992)丶《建筑生石灰粉》(JC/T 480----1992)丶《建筑消石灰粉》(JC/T 481----1992)规定,根据有效成分氧化钙和氧化铝含量及杂质的相对含量,均可将钙质石灰和镁质石灰分为优等品丶一等品及合格品。各基本技术性能可参阅以上三部文献,这里不做列举。 2.2 石膏 2.2.1 石膏的原料和生产 石膏是一种以硫酸钙为主要成分的一种气硬性胶凝材料,有着很悠久的发展历史,并且具有良好的建筑性能。不同条件下产生的石膏类型可分为:建筑石膏,无水石膏水泥,高温煅烧石膏,以及高强石膏等。生产石膏的主要原材料是天然二水石膏(CaSO4.2H2O),俗称软石膏;还有天然无水石膏CaSO4,俗称软石膏;以及含硬石膏或软石膏与硬石膏混合物的化工副产品,俗称化工石膏。石膏生产原料按矿物含量分级可分为优等品,一等品以及合格品。具体分级标准请参阅《石膏和硬石膏》(GB/T 5438----1996)。 生产石膏胶凝材料的主要流程为破碎丶加热与磨细。由于生产条件的不同,比如生产过程中加热方式和加热温度的不同,可以得到不同性质的石膏产品。下面例举几种石膏产品: (1)建筑石膏。将天然二水石膏在常压下在炉窑中煅烧,在温度区间107摄氏度到170摄氏度生成此类石膏产品。 (2)阿尔法半水石膏。生产条件是具有0.13兆帕,125摄氏度过饱和蒸汽条件下的蒸压中蒸炼得到。 (3)可溶性石膏。常压,加热温度为区间170~200摄氏度时生成。 (4)不溶性石膏。常压,加热温度超过400摄氏度时生成。 (5)煅烧石膏。常压,温度超过800摄氏度时生成。 2.2.2 建筑石膏的硬化机理及特点 (1)硬化机理 建筑石膏与水拌合后,可调制成可塑性浆体,经过一段时间反应后,将失去塑性,并凝结硬化成具有一定强度的固体的过程。其中建筑石膏的凝结和硬化主要是由于半水石膏与水相互作用的过程。反应主要进行方向是半水石膏分子和1.5水分子不断作用,不断产生二水石膏,此过程中独立水分子不断减少,二水石膏从过饱和溶液中以胶体微粒析出;因此,进一步促进了半水石膏的溶解,浆体稠度逐渐增大,可塑性逐渐降低,此时达到初始凝结条件,;随着浆体继续变稠,胶体微粒逐渐凝成为晶体状,晶体逐渐长大丶彼此交错粘结,致使浆体产生强度,并且随凝结时间不断增长,达到初始硬化临界条件。综上可知,石膏的凝结和硬化是一个连续的丶复杂的物理化学变化过程。 (2)建筑石膏特点 建筑石膏是一种白色粉末状的气硬性胶凝材料,密度为2.6~2.75克/每立方厘米,堆积密度为800~1000千克/每立方米。建筑石膏的特点主要包括六个方面:凝结硬化快;硬化时体积微膨胀;硬化后孔隙率较大,表观密度和强度较低;防火性能好;具有一定的调温和调湿作用;耐水性,抗冻性和耐热性差。 2.2.3 石膏的基本技术性能 石膏的技术性能的分级指标为强度丶细度以及凝结时间,据此可分为优等品,一等品,以及合格品,具体如下: (1)优等品。当抗折强度不小于2.5兆帕,抗压强度不小于4.9兆帕;0.2mm方孔筛筛余不大于5%;初凝时间不小于6min,终凝时间不大于30min。 (2)一等品。抗折强度不小于2.1兆帕,抗压强度不小于3.9兆帕;0.2mm方孔筛筛余不大于10%;初凝时间不小于6min,终凝时间不大于30min。 (3)合格品。抗折强度不小于1.8兆帕,抗压强度不小于2.9兆帕;0.2mm方孔筛筛余不大于15%;初凝时间不小于6min,终凝时间不大于30min。 2.2.4 其他品种石膏介绍 除以上的石膏胶凝材料外,还有高强石膏,无水石膏水泥,高温煅烧石膏以及石膏板。 2.3 水玻璃 2.3.1 水玻璃的原料和生产 水玻璃,俗名泡花碱,是一种贱金属硅酸盐。目前生产水玻璃的主要原料为纯碱和石英砂。生产方法一般为将纯碱和石英砂磨细拌匀,继而在1300~1400摄氏度的熔炉中熔融,之后冷却生成块状或颗粒状的固体水玻璃。固态水玻璃在一定条件下溶于水,即得到液体水玻璃。纯净水玻璃液为无色透明液体,因含杂质故呈现青灰或黄绿等颜色。 2.3.2 水玻璃的硬化 水玻璃的硬化主要是水玻璃溶液暴露于空气中与二氧化碳发生缓慢的化学作用,产生碳酸钠以及硅酸。随着反应的深入,水分逐渐被消耗,硅酸逐渐凝聚成硅酸凝胶而析出,产生凝结和硬化。水玻璃硬化的过程自然条件下较缓慢;因此,实际使用过程中,常将水玻璃惊醒加热处理或者掺加促硬剂,以达到加快水玻璃硬化的作用。 2.3.3 水玻璃的基本技术性能 水玻璃的技术性能指标主要由水玻璃的硅酸盐模数决定。其中,水玻璃的组成成分中,氧化硅和氧化钠的分子比为水玻璃的硅酸盐模数,一般用n表示。n值一般在区间1.5~3.5.它的大小决定着水玻璃的品质及其应用性质。根据n值,大致可分为一下等级: (1)n值为1。水玻璃能溶于常温的水中。 (2)n值为1~3。水玻璃只能溶于热水中。 (3)n值大于3。要在气压值为4个以上大气压下的蒸气中才能溶解。 综上可知,模数与胶体组分的量成正比例关系,进而影响其粘结能力。 第3篇石膏的用途及注意点 3.1 石膏在建筑工程中的应用 这里主要研究建筑石膏.建筑石膏具有许多优良的性能,因而在建筑中得以被广泛发展和应用。大致用途有:制成石膏抹面灰浆作为室内墙装饰;制成各种石膏板丶各种建筑艺术配饰和建筑装饰丶以及彩色石膏制品等。此外,石膏可与其他建筑材料很好的实现混用,被作为一种外加剂,广泛应用于水泥丶硅酸盐制品等其他建筑材料中。下面对建筑石膏的应用做一下简要介绍: (1)制备粉刷石膏。应用理由:建筑石膏硬化时不收缩,因而使用时可不掺填料,直接可做抹面灰浆,也可以与石灰等填料很好的混合使用,制成内墙面抹面灰浆。 (2)石膏板材。目前石膏板材的发展方向是复合型石膏板材。因石膏板具有轻质丶保温绝热丶吸声丶不燃性和可锯可钉等优良物理化学性能。同时,还可一定程度上调节室内温度和湿度,并且原料来源广泛丶制作工艺简单丶成本低,是一种适宜发展的土木建筑功能材料,也是因此作为当今主要发展的轻质板材之一。目前,为满足市场的不断需求,对石膏板的改良措施有以下几方面: 1. 减轻自重,降低导热性。生产石膏板时,适当掺入锯末丶膨胀蛭石丶煤渣等轻质多孔填料,或者掺加泡沫剂丶加气剂等外加剂。 2. 提高石膏板的抗折强度和减少脆性。适当掺入纸筋丶麻丝丶石棉及玻璃纤维等纤维填料。 3. 提高耐火性能。一般掺加无机耐火纤维。 4. 改善石膏板材的耐水性能。在石膏板生产过程中掺加适量的水泥丶石灰或有机防水外加剂,这样有利于扩大石膏板材的使用范围,进一步扩大石膏板材的在建筑材料上的市场。 5.提高吸声性能。石膏可以很容易实现形上的变化,因此可以通过调整石膏板的厚度丶孔眼大小丶恐惧离以及空气层厚度,据此可以制出适应吸收不同频率声波的吸声板。 (3)装饰制品。建筑石膏在生产中配以纤维增强材料丶胶粘剂还可制成轻质石膏线脚丶线板丶角化丶雕塑等,配以色彩等美术元素,可以得到具有美观轻质效果的工艺装饰制品。 3.2 使用石膏在建筑工程中的注意点 石膏本身的性质决定了其在建筑工程使用上的薄弱点,使用者在使用中应该注意和避免,以达到减少,甚至杜绝材料浪费的现象。下面对石膏在建筑工程使用中的注意点做一个简要归纳: (1)石膏本身耐水性较差。故应该注意使用条件的限制,尽量避免或不在湿度过大的环境下使用石膏材料;若使用必要性到了不可替换的程度,则应该采取增加其耐水物理性质的措施,比如添加可以增强其耐水性的填料; (2)石膏制品现在应用在建筑工程中的形式一般是石膏板,而石膏板具有长期徐变的性质,在潮湿环境中这个性质表现尤为突出和严重;并且建筑石膏自身强度较低,因其化学性质呈微酸性,为防止其徐变对建筑结构造成致命破环,建筑石膏不可用于加强钢筋,故不宜适用于承重结构中; (3)石膏和其他建筑材料具有很好的兼容性。因此,使用者可以大胆应用填充方式对石膏的物理性质进行一定程度的后天加强,以达到建筑工程的预期材料效果; (4)石膏板具有方便的可加工性能。据此,我们可以通过改变其三维拼接方式达到相应的物理效果,比如对噪声的吸收效果,调节室温效果等等。 文章总结 建筑工程的基础源于材料,建筑技术发展直接的因素也是材料的改善。本文较综合的阐述了建筑材料中气硬性胶凝材料的类别,以及各类别的生产原料丶方式,以及基本的技术性能。本人结合一系列理论及实践活动,较深入分析了石膏这一胶凝材料的物理化学性质,生产分类,对其基本技术性能进行了简要的总结。最后,在结合其性质的大前提下,首先,对石膏在建筑工程中的应用做了较详实的分析,并就如何扩大使用范围做了简要前瞻性材料改进意见;其次,根据石膏的薄弱物理抗性提出使用注意点,及改进建议,使建造过程中浪费和未来建筑隐患降到尽量低的程度;文中,也注意到要发挥材料的自身优点,如文中对石膏例子的兼容性及加工性的分析,希望使用中不只是会避免其缺点,同时,应该注意发挥和放大材料的优点,要意识到材料中的优点在一定程度上是可以外延的,通过优点外延使其达到建造的使用预期效果。 参考文献 本文的理论有关的参考文献如下: 《建筑生石灰》(JC/T 479----1992) 《建筑生石灰粉》(JC/T 480----1992) 《建筑消石灰粉》(JC/T 481----1992) 《石膏和硬石膏》(GB/T 5438----1996) 《土木工程材料》(第二版);王阳春;北京大学出版社 《土木工程材料性能丶应用与生态环境》;施惠生;中国电力出版社