第1章 材料基本性质

«建筑材料»

贺智敏建筑工程与环境学院2010年8月本章主要内容第三章气硬性胶凝材料1、阐述石膏、石灰、水玻璃以及菱苦土等四种气硬性胶凝材料的原材料生产、凝结硬化过程及其基本性能特征2、四种气硬性胶凝材料的工程应用技术几个基本概念1、胶凝材料：凡是经过一系列物理化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒材料（如砂、石）或块状材料胶结成整体的物质胶凝材料有机胶凝材料：沥青、树脂无机胶凝材料：石灰、水泥气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料2、气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度第一节石灰一、石灰的原料及煅烧1、原料以CaCO3为主要成分的天然岩石都可生产石灰，石灰的粘土杂质要求含量小于8%，超过时值的石灰为水硬性石灰石灰可分为气硬性石灰和水硬性石灰，建筑工程上常用的是气硬性石灰2、煅烧实际煅烧温度在1000~12000C，温度控制对于石灰的质量有很大的影响

MgO含量大于5%的石灰，称为镁质石灰，

MgO含量小于5%的石灰，称为钙质石灰二、石灰的熟化（消解）石灰在使用时一般先加水，消解成熟石灰，这个过程称为石灰的熟化石灰膏消石灰粉磨细生石灰消解水量的不同消解的理论用水量为32%石灰在消解过程中，为消除过火石灰的危害，须在消解池中保存14d以上，然后进行应用，这个过程称为陈伏三、石灰的硬化结晶作用碳化作用硬化水分的蒸发石灰浆体硬化后，由两种晶体组成：CaCO3

和Ca(OH)2四、石灰的技术性质1、凝结硬化慢2、强度低，耐水性差3、石灰膏可塑性好4、硬化收缩大，因而石灰浆不宜单独使用主要技术要求见书p27表2-3~2-5五、石灰的应用1、石灰乳和石灰砂浆2、石灰土和三合土3、生产硅酸盐制品4、碳化石膏板5、无熟料水泥石灰砂浆的裂纹

请观察图3-1中A、B两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，并讨论其成因。

A

图3-1两种石灰砂浆

B

石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，反应式如下：

CaCO3→CaO(生石灰)+CO2↑凸出放射性裂纹网状干缩性裂纹在煅烧过程中：1）若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将会生成“欠火石灰”。2）如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。

石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。内外墙粉刷层爆裂

上海某新村四幢六层楼1989年9～11月进行内外墙粉刷，1990年4月交付甲方使用。此后陆续发现内外墙粉刷层发生爆裂。至5月份阴雨天，爆裂点迅速增多，破坏范围上万平方米。爆裂源为微黄色粉粒或粉料。该内外墙粉刷用的“水灰”，系宝山某厂自办的“三产”性质的部门供应，该部门由个人承包。

经了解，粉刷过程已发现有“水灰”中有一些粗颗粒。对爆裂采集的微黄色爆裂物作X射线衍射分析，证实除含石英、长石、CaO、Ca(OH)2、CaCO3外，还含有较多的MgO、Mg(OH)2以及少量白云石。

该“水灰“含有相当数量的粗颗粒，相当部分为CaO与MgO，这些未充分消解的CaO和MgO在潮湿的环境下缓慢水化，分别生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，固相体积膨胀约2倍，从而产生爆裂破坏。还需说明的是，MgO的水化速度更慢，更易造成危害。

使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危害人民利益。

石灰的选用

某工地急需配制石灰砂浆。当时有消石灰粉、生石灰粉及生石灰材料可供选用。因生石灰价格相对较便宜，便选用，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝，请分析原因。

石灰砂浆的膨胀性裂缝

该石灰的陈伏时间不够。数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。

因工程时间紧张，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉或生石灰粉。消石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，克服了过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害，故可不必陈伏可直接使用。且生石灰粉熟化时放出的热可大大加快砂浆的凝结硬化，加水量亦较少，硬化后的砂浆强度亦较高。第二节石膏一、石膏的原材料原材料丰富生产能耗低不污染环境强度较低、不耐水石膏建材的优点与不足天然二水石膏(CaSO4.2H2O)，生石膏天然无水石膏(CaSO4)，硬石膏含硫酸钙成分的工业废料，磷石膏、硼石膏、芒硝石膏以及制盐石膏二、石膏的生产主要工序：破碎加热磨细CaSO4.2H2O650C时开始脱水107~1700C，-CaSO4.1/2H2O,建筑石膏170~2000C，CaSO4Ⅲ,可溶硬石膏400~7500C，CaSO4Ⅱ,不溶硬石膏＞8000C，CaSO4、CaO,地板石膏125~1500C，加压蒸养，-CaSO4.1/2H2O,高强石膏加热三、建筑石膏的凝结与硬化建筑石膏+水饱和溶液二水石膏晶粒析出浆体变稠凝结硬化四、建筑石膏的性质气硬性胶凝材料，白色，密度为2.5～2.7g/cm3,可溶于水主要质量指标：强度、细度、凝结时间制品轻质多孔，孔隙率大，表观密度小，强度低，隔热性好，吸声性好建筑石膏硬化后主要成分为带结晶水的二水石膏，防火性能较好体积弱有膨胀，装饰艺术效果好凝结硬化快耐水性和抗冻性较差，软化系数仅有0.3～0.45。建筑石膏与石灰的凝结硬化对比

建筑石膏凝结过程很快，终凝时间不超过30min；而石灰凝结慢。石灰硬化后体积收缩，而石膏则略有膨胀，膨胀率为0.05％～0.15％，此性质使石膏制品干燥时不开裂，光滑饱满。石膏硬化后多孔，故强度较低。石灰水化形成Ca(OH)2，强度也不高，碳化后强度才能提高，但这是一个缓慢的过程。建筑石膏及石灰均为耐水性差的气硬性胶凝材料，且石膏吸湿、吸水性大。

建筑石膏粉的质量问题请观察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘结或制作石膏制品。

从图3-3可见该建筑石膏粉已吸潮结粒，对凝结硬化性能及强度均有影响，已不宜使用。

由于建筑石膏粉易吸潮，影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉存贮时必须防潮，储存时间不得过长，一般不得超过三个月。

图3-3石膏粉吸潮结粒硬化石膏的结构与性能请观察图3-5中硬化石膏的结构特点，分析硬化石膏的结构与性能的关联。从图3-5中可见建筑石膏制品的结构特点是多孔。

①取其隔热吸声性良好。因多封闭的细微孔，导热系数也就较低，且其大是微孔，尤为表面微孔会使声音反射或传导的能力显著下降从而有好的吸声性能。

②防火性能好。③具一定的阻湿阻温性。

④耐水性及防冻性差。⑤加工性能好。图3-5建筑石膏制品石膏饰条粘贴失效

某工人用建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。①建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。

②在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。石膏制品发霉变形

某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析原因。厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。

建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂亦可改善石膏制品的耐水性。五、建筑石膏的应用粉刷石膏建筑石膏制品面层粉刷石膏底层粉刷石膏保温曾粉刷石膏石膏砌块纸面石膏板纤维石膏板空心石膏条板装饰石膏制品石膏的主要应用

此外，石膏还可用来生产水泥、硅酸盐制品第三节水玻璃水玻璃俗称泡花碱，能溶于水的硅酸盐，化学组成为常用的有硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃一、水玻璃的生产干法和湿法两种水玻璃的模数：氧化硅和氧化钠的分子之比，一般在1.5~3.5，模数越大水玻璃的耐读和粘结力愈大常用水玻璃的模数为2.6~3.0，密度为1.3~1.5g/cm3二、水玻璃的硬化由于空气中二氧化碳含量较少，因而硬化过程较慢在实际当中常加入促硬剂，如Na2SiF6,用量为水玻璃质量的12~15%三、水玻璃的性质与使用水玻璃的技术特点胶结性好，能填充孔隙，具有防水作用耐热性和耐酸性好耐碱性和耐水性差水玻璃的用途配制建筑涂料增强硅酸盐制品、水泥混凝土强度和耐久性配制快凝防水剂制作耐酸混凝土及砂浆制作耐热混凝土及砂浆加固地基第四节菱苦土一、原材料与生产以天然菱镁矿（主要成分为MgCO3)为主要原材料，经过煅烧后再磨细得到以氧化镁为主要成分的气硬性胶凝材料二、菱苦土的主要特性白色或浅黄色粉末，密度为3.1~3.4g/cm3,堆积密度为800~900kg/m3

与水拌合生成疏松无胶凝性的氢氧化镁，放热，凝结硬化慢，强度低,因而常加入氯化镁作为调和剂，且要求其标准稠度净浆得初凝不得早于20min，终凝不得迟于6h,体积安定性合格，硬化24h抗拉强度不小于1.5MPa

吸湿性大，耐水性差，应用时需添加改性剂和活性混合材三、菱苦土的应用与植物纤维和矿物纤维粘结性好，可制成板材，或是地板可引气制成泡沫菱苦土，作保温隔热材料制作氯氧镁水泥，菱镁混凝土机电产品的代木包装材料不能用于受潮和酸侵蚀的环境中水玻璃与铝合金窗表面的斑迹某些建筑物的室内墙面装修过程中我们可以观察到，使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外表形成有损美观的斑迹。试分析原因，应采取什么措施避免这类现象。

①铝合金制品不耐酸碱；

②水玻璃呈强碱性。

当含碱涂料与铝合金接触时，引起铝合金窗表面发生腐蚀反应：

Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H