建筑土木材料 石膏与石灰

第4章石膏与石灰本章提要本章讲述了建筑工程中常用的石膏、石灰这两种气硬性胶凝材料。要求掌握各种材料的特性及应用，熟悉其生产、凝结硬化原理以及储运、使用中应注意的问题。胶凝材料基本概念胶凝材料是指能够将散粒材料（如砂、石子等）、块状材料（如砖、石块等）或者纤维材料（如玻璃纤维、植物纤维等）粘结成为整体，并经过物理、化学作用后可由塑性浆体（液态、半固态）逐渐硬化而成为人造石材（坚硬的固体状态）的材料。胶凝材料的分类胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料基本成分为天然的或合成的有机高分子化合物，如沥青、树脂。基本成分为无机化合物。气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展强度如：石膏、石灰、水玻璃等。耐水性差。能在空气和水中硬化、保持和发展强度。如：水泥。耐水性好。§4.1

建筑石膏石膏制品欧式风情建筑（哈尔滨中央大街）1石膏的分类天然石膏：天然石膏是以天然石材形式开采获得的石膏矿物，又可分为天然二水石膏（）和天然硬石膏（）。化学石膏：化学石膏是指化工生产过程中所形成的以二水石膏（）和半水石膏（）为主要成分的副产品。天然二水石膏

在系统中公认的石膏相有5种形态、7个变种。二水石膏α型与β型半水石膏α与βⅢ型硬石膏Ⅱ型硬膏石Ⅰ型硬石膏，只在1180℃以上才存在。为建筑石膏，又称熟石膏。

为高强石膏。

2石膏的生产

建筑石膏是以β型半水石膏为主要成分，不加任何外加剂的白色粉状胶结料。由天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。（1）建筑石膏（2）高强石膏（3）硬石膏主要成分为α型半水石膏。主要成分为无水石膏。3建筑石膏的凝结与硬化析出的二水石膏晶粒之间通过接触点和化学键相互作用形成结晶结构，浆体的塑性下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降直至消失，这种现象为石膏的终凝。之后晶粒仍不断长大并交错共生直至水分完全蒸发，其强度不断增大，这一过程称为石膏的硬化。凝结和硬化交叉进行。1－半水石膏；2－二水石膏胶粒；3－二水石膏晶体；4－交错的晶体胶化结晶开始结晶长大与交错4建筑石膏的技术性质（1）建筑石膏的技术要求

建筑石膏按产品名称、抗折强度及标准号的顺序进行产品标记，例如，抗折强度为2.5MPa的建筑石膏表示为：建筑石膏2.5GB9776。建筑石膏技术指标技术指标优等品一等品合格品抗折强度，MPa，≥2.52.11.8抗压强度，MPa，≥5.04.03.0细度（0.2mm方孔筛筛余，%），≤5.010.015.0凝结时间

初凝时间≥6min；终凝时间≤30min。凝结硬化快。常温下完全水化的时间为7～12min，终凝时间不超过30min，7d左右完全硬化。这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。（2）建筑石膏的技术特性硬化后孔隙率大强度较低。半水石膏水化，理论需水量18.6%，实际加水量约为60~80%，多余水分硬化后蒸发，留下孔隙，孔隙率达到40%~60%。因此硬化后，强度较低，表观密度较小，导热性较低，吸声性较好。

体积稳定。建筑石膏凝结硬化过程中，其体积会略有膨胀（0.05%~0.15%），这种膨胀避免了普通材料干燥时的开裂，使石膏制品表面较为光滑饱满、尺寸精确，棱角清晰完整，从而制成图案花型复杂的装饰构件、模型和雕塑。有良好的装饰性和可加工性。石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉、可钻、可粘。具有良好的可加工性。耐水性差。潮湿条件→晶粒间的结合力减弱，强度下降；水中浸泡→水化物二水石膏晶体逐渐溶解而破坏；吸水受冻→空隙中水分会结冰膨胀破坏。提高石膏的耐水性加入水硬性材料，如水泥、矿渣。加入有机防水材料，如沥青、石蜡防火性好。受到高温作用时或遇火后会脱出结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。（1）粉刷石膏4建筑石膏的应用粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑石膏与无水石膏二者混合后，再掺入外加剂、填料等制成的气硬性胶凝材料。按其用途不同可分为三种：面层粉刷石膏、底层粉刷石膏和保温层粉刷石膏。（2）石膏板石膏板的品种很多，常见的有纸面石膏板、纤维石膏板、石膏空心条板等。纸面石膏条板石膏空心条板纤维石膏板石膏板顶面装饰（3）石膏装饰品石膏板用于墙面和顶面石膏线角石膏构件于谦[明]

千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。石灰吟

§4.1

建筑石灰石灰是石灰石（主要成分是碳酸钙）为原料，经高温煅烧所得的以氢氧化钙为主要成分的产品1石灰的生产石灰石白云质石灰石白垩贝壳土窑立窑温度正常和煅烧时间正常→正火石灰；温度过低或煅烧时间不足→欠火石灰；煅烧时间过长或温度过高→过火石灰。正火石灰：多孔结构，内部孔隙率大，表观密度小，晶粒细小，与水反应快。欠火石灰：内部有未分解的石灰石核心，与水反应时仅表面水化，石灰石核不能水化。过火石灰：因高温烧结收缩造成结构致密，表面覆盖玻璃状外壳或产生裂纹，与水反应很慢。2石灰的消化和硬化（1）石灰的消化

石灰的消化（熟化）是指生石灰加水后发生水化反应，并自动松散为粉末或浆体的过程。经过消化的石灰称为消石灰（熟石灰）。生石灰的消化方法有人工消化和机械消化。为了保证石灰的充分消化，须将石灰浆在储灰池中存储两周以上，这一个过程成为“陈伏”。“陈伏”期间浆体表面应覆盖2cm以上的隔离水层，避免消石灰与空气接触而被碳化。

石灰浆在干燥条件下会发生一系列物理化学变化，从而产生凝结与硬化。石灰产生硬化的机理包括干燥硬化、结晶硬化和碳酸化硬化。

结晶硬化：石灰浆使用时游离水分蒸发，氢氧化钙晶体从过饱和的石灰浆溶液析出。

碳酸化硬化：石灰浆体与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发。（2）石灰的硬化CaCO3碳酸鈣石灰石Ca(OH)2氢氧化钙熟石灰加高溫加CO2加水CaO

氧化鈣生石灰生熟石灰和石灰石的三角关系

3石灰的技术性质和标准消化时放热量大，体积膨胀大生石灰消化时释放大量热量，其固体体积可增大1-2.5倍。消石灰浆中的氢氧化钙为极细小的颗粒（直径1μ），呈胶体分散状态，表面吸附一层厚的水膜，颗粒间的摩擦力较小。因此具有其突出的优点是具有良好可塑性。可用于混合砂浆的增塑材料。保水性与可塑性好（1）石灰的技术性质石灰的硬化很慢，终凝需要一天以上，基本硬化需要数天。石灰硬化时强度较低，如石灰砂浆（1：3）28天强度仅为0.2-0.5MPa。不适用作为承重材料。硬化缓慢强度低耐水性差潮湿环境下石灰浆体不会凝结硬化，大部分尚未碳化的

氢氧化钙易溶于水，硬化时体积收缩大易开裂游离水分蒸发产生的毛细管力导致结构的大量体积收缩。收缩的不均匀性导致开裂。因此石灰浆不宜单独使用，施工时常加入骨料（如砂子）或纤维材料（如纸筋）。

石灰的分类按成品加工方法分:生石灰（块灰）：石灰石煅烧而成。生石灰粉（磨细生石灰）:块灰破碎、磨细而成。消石灰粉（熟石灰）：块灰淋水消解而得。石灰浆：生石灰消化而得的浆体。按化学成分分（MgO含量）：钙质石灰：生石灰（小于5%），熟石灰（小于4%）。镁质石灰：生石灰（大于5%），熟石灰（大于4%）。（2）石灰的技术标准和性能要求建筑生石灰产品标准：《建筑生石灰》（JC/T479-92）钙质生石灰（MgO≤5%），镁质生石灰（MgO＞5%）。建筑生石灰的技术指标项目钙质生石灰

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≥（%）908580858075CO2含量≤（%）5796810未消解残渣含量（5mm圆孔筛余）≤（%）5101551015产浆量≥（L/kg）2.82.32.02.82.32.0

石灰的技术标准建筑生石灰粉产品标准：《建筑生石灰粉》（JC/T480-92）；分类：钙质生石灰粉（MgO≤5%），镁质生石灰粉（MgO＞5%）。建筑生石灰粉的技术指标项目钙质生石灰粉镁质生石灰粉优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）

858070807570CO2含量≤,（%）791181012细度0.90mm筛的筛余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余≤（%）7.012.018.07.012.018.0

建筑消石灰粉

产品标准：《建筑消石灰粉》（JC/T481-92）；分类：钙质消石灰粉（MgO＜4%），镁质消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）。建筑消石灰粉的技术指标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筛的筛余≤(%)000.5000.5000.50.125mm筛的筛余≤(%)310153101531015

将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，主要用于内墙和天棚刷白。石灰乳可加入各种耐碱颜料获得各种装饰色彩。加入水硬性胶凝材料（如水泥、粉煤灰等），可提高其耐水性和粘结力。石灰砂浆是将石灰膏单独或与水泥一起加砂、水拌制而成，用于墙体抹面或砌体砌筑。3石灰的应用（1）石灰乳和石灰砂浆石灰与粘土混合使用，制成石灰土。若在石灰与粘土中再加入砂、碎石和工业废料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，制成三合土。在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝