第5讲气硬性胶凝材料

第2章气硬性胶凝材料

概述

胶凝材料（结合料）

——经物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，能将散粒状或块状材料粘结为整体的材料。1无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）（沥青、树脂）

按凝结硬化条件分类

气硬性胶凝材料——只在空气中硬化

（石灰、石膏）

水硬性胶凝材料——空气、水中皆可硬化（水泥）

2气硬性胶凝材料

一、石灰1.石灰的生产生产石灰的原材料包括天然石灰石和化工副产品。主要成分为CaCO3。生产工艺——煅烧

石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。

CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2900℃700℃生石灰为主3制备工艺与产品石灰石1000～1200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时，

欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时，过火石灰减轻或消除过火石灰的危害4

2.煅烧块状生石灰的特点：

CaO质量几乎下降一半,但体积缩小很少,故优质生石灰应为白色疏松结构。欠火石灰：温度过低/时间不够/石灰石不能充分烧透,存在硬心过火石灰：温度过高/时间过长/颜色深（褐、黑）块状生石灰1005644注意过火石灰可以使用，但应陈伏半个月5

3、石灰分类2.石灰的存在形成

块状生石灰——煅烧直接获得生石灰粉——块状生石灰磨细

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+过量水钙质石灰（MgO≤5％）镁质石灰（MgO>5％）特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。1.按MgO含量不同生石灰分为CaOCa(OH)264.

石灰的熟化与硬化

1）石灰的熟化熟化的过程生石灰+水熟石灰

熟化过程的特点

放出大量的热；体积膨胀1～2.5倍。熟化过程的注意事项熟石灰在使用前必须陈伏14d以上——防止过火石灰的危害；(陈伏：指石灰乳或石灰膏在储灰坑中放置14d以上的过程）在储灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。

MgO+H2O==Mg（OH）2

CaO+H2O==Ca（OH）2+64.9KJ/mol7石灰浆体氢氧化钙晶体碳酸钙晶体石灰凝胶体石灰碳化体水孔隙水分损失碳化结晶作用生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。提高耐久性。

2）硬化

85、石灰的性质1）可塑性和保水性好（石灰浆、石灰砂浆）2）硬化较慢、强度低（硬化只能在空气中进行）石灰砂浆（1：3）28天强度仅为0.2-0.5MPa3）硬化时体积收缩大（原因？）4）耐水性差（不宜在潮湿的环境中使用）5）吸湿性强（生石灰防潮且不宜久存）9表3.1生石灰的技术标准

项目钙质生石灰

镁质生石灰

优等品一等品合格品优等品一等品合格品

CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）/%≯5101551015产浆量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.010表3.2生石灰粉的技术标准项目钙质生石灰

镁质生石灰

优等品一等品合格品优等品一等品合格品

CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012细度0.90mm筛筛余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余/%≯7.012.018.07.012.018.011表3.3消石灰粉的技术标准项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游离水/%0.4～２体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.90mm筛筛余/%≯000.5000.5000.50.125mm筛筛余%≯31015310153101512表3.4路面基层用石灰的技术标准项目钙质生石灰镁质生石灰钙质消石灰镁质消石灰等级ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢCaO+MgO含量/%≮858075807570656055605550未消化残渣含量

/5mm圆孔筛余/%≯71117101420含水量/%≯444444细度0.71mm筛筛余/%≯—11—110.125mm筛筛余%≯1320—1320—MgO含量/%≤5＞5≤4＞413

6、石灰的应用

1）石灰砂浆。石灰浆（膏）、水泥石灰混合砂浆2）石灰土和三合土石灰＋粘土——石灰土(灰土)

拌和

按比例5%～12%

石灰＋粘土＋砂（炉渣/石膏）——三合土应用历史悠久主要用于建筑物的地基、基础，也用于道路的基层、垫层14

3）制作硅酸盐制品硅酸盐制品：磨细的石灰硅质材料胶凝材料＋少量石膏蒸汽养护或蒸压养护以水化硅酸钙为主要产物人造材料如粉煤灰煤矸石等常用的硅酸盐制品：蒸压灰砂砖、蒸压加气混凝土砌块或板材等。15灰砂砖

5）制作无熟料水泥

石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥磨细生石灰纤维状填料（或轻质骨料）混合搅拌成型通入高浓度CO2(12-24h)轻质板4）碳化石灰板171.过火石灰有什么危害？应如何消除？

答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？

答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。181.石膏的组成与结构石膏的矿物组成：

CaSO4·xH2OX为结晶水H2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏胶凝材料(Gypsumbinder

)的组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌二、石膏192.生产工艺与产品的组成CaSO42H2O

120~180C干燥空气125~180C水蒸气-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C

200~360C

400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶

800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成202、建筑石膏的凝结硬化特点：极快,全过程约7～12min。凝结硬化

凝结：自由水水化和蒸发，石膏浆体可塑性减小，浆体变稠

硬化：晶体逐渐长大，浆体产生强度，直到干燥水化21凝结硬化的物理化学过程石膏浆体半水石膏颗粒二水石膏晶体石膏胶体石膏硬化体水孔隙水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体22半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多半水石膏全部水化成二水石膏所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！23

3.建筑石膏的特性

1)凝结硬化快（拌合后3~5min失去可塑性）。

2)凝结硬化时体积微膨胀。

3)孔隙率大，表现密度小。

4)保温、隔热、吸声性好。

5)调温、调湿、装饰性好。

6)防火性能良好。

7)耐水性、抗渗性、抗冻性差。24

4.建筑石膏的技术性质和要求

国家标准GB/T9776-2008《建筑石膏》规定

强度主要技术指标细度凝结时间

按原材料种类分为天然建筑石膏（代号N）脱硫建筑石膏（代号S）磷建筑石膏（代号P）等级：按2天的抗折强度分为：3.0、2.0、1.6三个等级25五、建筑石膏的应用建筑石膏是一种很好的绿色建材！应用中扬长避短，正确应用！建筑上的主要应用有：建筑石膏制品：各种板材：墙板、天花板等艺术装饰品粉刷石膏：墙面粉刷雕饰各种墙板德国一所教堂的外墙面雕饰室内墙面和天花板的雕饰261.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，？

答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点？答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。273.为什么石膏制品的耐水性差？答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.30~0.45；另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低

。4、如何改善石膏制品的耐水性?

答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。285、为什么石膏制品的防火性好?

答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。6、进一步思考的问题:警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？如何在土木工程建设