土木工程材料 4 第三章 气硬性胶凝材料

土木工程材料

2011.5第三章气硬性胶凝材料第三章气硬性胶凝材料课题引入：在我国，室内装修、装饰、建筑物的基础工程等，都广泛应用石灰、石膏等。例如：墙体的砌筑、室内墙体抹灰或粉刷等。若干燥硬化后出现了墙皮开裂及局部脱落现象，也就影响了工程质量，这些都是因为使用材料不当，而造成的事故现象。因此，我们必须掌握气硬性胶凝材料的使用和鉴别，对它们的共性和各自的特性全面理解。所以本章详细介绍了石灰、石膏、水玻璃三种气硬性胶凝材料的生产、成分、特性和应用。（如图3-1为石膏板造型的天花板）

图3-1石膏板造型的天花板第三章气硬性胶凝材料第三章气硬性胶凝材料石灰石膏水玻璃本章主要内容第三章气硬性胶凝材料一、概述第一节石灰胶凝材料在土建工程中，能把散粒材料(如砂、石子)或块状材料(如砖、石、砌块)胶结成为整体的材料，统称为胶凝材料。分类有机胶凝材料无机胶凝材料化学成分气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料硬化特点只能在空气中硬化不仅能在空气中硬化，且在水中硬化更好（一）生产定义：它是以碳酸钙为主要成分的石灰岩为原料，在低于烧结温度下煅烧而成。

CaCO3

CaO+CO2↑（石灰石）（生石灰）（二）主要成分：氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)900～1100˚C第三章气硬性胶凝材料二、石灰的生产、成分和分类

第三章气硬性胶凝材料（三）分类：MgO含量镁质石灰（MgO＞5%）钙质石灰（MgO≤5%）煅烧程度欠火石灰过火石灰正火石灰三、石灰的消解(熟化)定义：生石灰与水化合生成氢氧化钙，此化学反应过程称为消解，工程上称为熟化，所产生的氢氧化钙称为消石灰或称熟石灰。

其化学反应：

CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ反应特点：放热反应、可逆反应、膨胀反应

第三章气硬性胶凝材料三、石灰的消解(熟化)分类（按熟化速度分）1、快熟石灰：可在10min内熟化完毕。2、中熟石灰：可在10～30min内熟化完毕3、慢熟石灰：在30min后才发现有熟化现象，熟化速度缓慢。

注意：

为了避免过火石灰的危害，在施工中对石灰必须正确使用。其措施有两种：一是将生石灰磨成细粉，即使用磨细生石灰粉；二是将生石灰洗灰人池，陈伏半月，使之充分熟化后再使用。第三章气硬性胶凝材料第三章气硬性胶凝材料洗灰陈伏的方法

对于运来工地的块灰，先用适量的水淋洒，使块灰吸水，部分熟化胀碎成小颗粒，再将其在洗灰池中加水搅拌成浆，通过3mm×3mm方孔的筛网，使细灰和细小颗粒流入贮灰池中，如图3-2所示，并在池中存放一段时间(一般为半个月)，使石灰充分熟化，这个过程称为“陈伏”。经过陈伏的石灰就成为细腻的石灰浆(又称石灰膏)，可用来拌制各种灰浆和砂浆图3-2贮灰池图3-2贮灰池

四、石灰浆的凝固硬化石灰浆体失水凝固并逐渐硬化，是由于下面两个作用相继进行而完成的。（一）结晶作用石灰浆中的游离水分被砌体吸收或蒸发，氢氧化钙从过饱和溶液中析出结晶。这一过程在砖砌体上进行得很快，使石灰浆体很快失去塑性，并具有微弱的强度，以后随着水分蒸发而不断硬化。（二）碳化作用潮湿的氢氧化钙与空气中的二氧化碳起化学反应，生成碳酸钙晶体，即：

Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3十(n+1)H2O注意：石灰浆硬化缓慢，强度增加也较慢，施工后的石灰浆体在较长时间内处于潮湿软弱状态，最终强度也不高。第三章气硬性胶凝材料

第三章气硬性胶凝材料五、石灰的品种和技术指标

（一）品种1、建筑生石灰(JC／T479—92）2、建筑生石灰粉(磨细生石灰)(JC／T480—92)3、建筑消石灰粉(熟石灰粉)(JC／T481—92)（二）技术指标：详见表3—1、3—2、3—3注：判定时，产品技术指标均达到要求中相应等级时判定为该等级，有一指标低于合格品要求时，判为不合格产品。表3—1建筑生石灰的技术指标(JC／T479—92)项目钙质生石灰（MgO≤5%）镁质生石灰（MgO＞5%）优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于908580858075未消化残渣含量（5mm圆孔筛余），%不大于5101551015CO2，%不大于5796810产浆量，L/kg不小于2.82.32.02.82.32.0第三章气硬性胶凝材料表3-2建筑生石灰粉的技术指标(JC／T480—92)项目钙质生石灰粉（MgO≤5%）镁质生石灰粉（MgO＞5%）优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于858075807570CO2含量，%不大于791181012细度0.9mm筛的筛余，%不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余，%不大于7.012.018.07.012.018.0第三章气硬性胶凝材料表3-3建筑消石灰粉的技术指标(JC／T481一92)项目钙质消石灰粉MgO含量＜4%镁质消石灰粉4%≤MgO含量＜24%白云石消石灰粉24%≤MgO含量＜30%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，%不小于706560656055656055游离水，%0.4～20.4～20.4～2体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.9mm筛的筛余，%不大于000.5000.5000.50.125mm筛的筛余，%不大于310153101531015第三章气硬性胶凝材料

六、石灰的特性和应用（一）石灰的特性

1．良好的保水性和可塑性

2．凝结硬化慢、强度低3．凝硬收缩大4．耐水性差（二）石灰的应用1．砂浆和石灰乳2．灰土和三合土3．硅酸盐建筑制品4．碳化制品5、加固软土地基

第三章气硬性胶凝材料第三章气硬性胶凝材料七、石灰的贮运保管

石灰在贮存、运输中应注意以下事项：

1．磨细生石灰粉应贮存于干燥的仓库内，不宜长期存贮。2．石灰在运输贮存过程中应采取防水措施，3．袋装消石灰粉应按类别、等级分别贮存，贮存期不宜过长。4．如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆、石灰膏并使表面隔绝空气以防碳化。野外存放时，石灰应堆放在高堆并用篷布和土覆盖，然后，边使用边揭盖。5、堆放于室外，但场地应平整、不积水，6．不得与易燃、易爆及液体物品混存、混运，以免引起火灾或爆炸事故。7．在进行施工及装卸石灰时，应披戴必要的防护用品。

八、铁路路基工程改良土用石灰的要求外掺石灰的品种、规格、质量应符合设计要求。

1、检验数量：施工单位对同一产地、厂家、品种且连续进场的石灰每4000t做一次有效氧化钙+氧化镁含量检验；监理单位在掺用量每10000t时，平行检验1组，且每分部工程不少于1组。2、检验方法：应符合《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2010）的有关规定。第三章气硬性胶凝材料第三章气硬性胶凝材料第二节石膏石膏的简介：特点应用轻质、隔热、声、抗火等良好性能

我国的石膏资源极其丰富，储量大、分布广。石膏及其制品，尤其是各种石膏板材，在建筑上广泛应用，并且发展迅速。第三章气硬性胶凝材料第二节石膏一、建筑石膏生产和成分：将纯净天然二水石膏破碎，在窑内加热至107～170℃(低温煅烧)，使部分结晶水脱去，可得到β型半水硫酸钙(半水石膏)，再磨成细粉，便得到建筑石膏。其化学反应如下：

CaSO4·2H2OCaSO4·H2O+H2O建筑石膏为白色粉末，俗称石膏粉，密度为2.5～2.8g／cm3，松散堆积密度为800～1000kg／m3。第三章气硬性胶凝材料

(一)建筑石膏的凝结硬化建筑石膏使用时需加水调制，成为具有一定可塑性的浆体，石膏浆在较短时间内就会失去塑性，继而产生强度，又较快发展成具有一定强度的固体，这个过程称为石膏的凝结硬化。半水石膏在水中发生溶解，很快形成饱和溶液，并与水发生水化反应，生成二水石膏。其反应如下：

CaSO4·H2O+H2O

CaSO4·2H2O第三章气硬性胶凝材料实际上石膏的凝结和硬化是一个连续的复杂的化学物理变化过程。如图3-3所示：二水石膏胶体颗粒二水石膏晶体交错的晶体半水石膏图3-3石灰浆的凝固硬化

第三章气硬性胶凝材料(二)建筑石膏的特性和技术标准与石灰相比，建筑石膏具有一些更为优良的技术性能：

1．凝结硬化快2．凝硬过程体积微膨胀3．孔隙率大、体积密度小4．保温隔热、吸声性能好5．强度不高，但发展快6．耐水性差、抗冻性差7．耐火性好

第三章气硬性胶凝材料《建筑石膏》(GB9776—88)规定：建筑石膏根据其细度、凝结时间和2h的抗折强度和抗压强度等技术要求，分为优等品、一等品、合格品三个等级(见表3-4)。

注意：指标中有一项不符合者，应于降级或报废。表3-4建筑石膏的技术性质(GB9776—1988)技术指标优等品一等品合格品细度：孔径0.2mm筛，筛余量不超过（%）5.010.015.0抗折强度：从加水起2h,(MPa)不小于2.52.11.8抗压强度：从加水起2h,(MPa)不小于4.93.92.9凝结时间(min)初凝：不早于6终凝：不迟于30第三章气硬性胶凝材料

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(三)建筑石膏的应用和保管应用1.用于室内墙面、顶棚的高级抹灰饰面，具有色白细腻、光滑美观、没有裂纹等良好效果。2．制作成各种石膏板，用于建筑内的隔墙板、墙体的覆面板、顶棚板、吸音板等。3．掺入泡沫剂、加气剂，制成多孔石膏制品，或掺人膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、锯末等填充料，制成复合石膏制品，用作建筑物墙体的填充料，能改善墙体的保温、隔热、吸音的性能。

第三章气硬性胶凝材料保管1．建筑石膏一般采用袋装，可用能防潮且不易破损的纸袋或其它复合袋包装。2．在运输和贮存中应注意防水防潮，不同等级的建筑石膏应分别贮运。3．贮存期一般不超过三个月。

第三章气硬性胶凝材料二、其他品种的石膏

(一)高强石膏高强石膏是天然二水石膏在0.13MPa(1.3个大气压)、124℃的蒸压锅内蒸炼而得到的a型晶体的半水石膏。特点：石膏的晶体较粗，用水量较少，硬化后的石膏较为密实，强度较高。应用：（1）主要用于要求较高的室内抹灰、装饰制品和石膏板。（2）也可代替白色水泥使用于室内饰面。（3）常加入防水剂制成高强度耐水石膏，可用于较潮湿的环境中。

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(二)模型石膏(又称塑像石膏)模型石膏是选用较纯的二水石膏作原料，在190℃的温度下煅烧，再磨细而成。其主要成分是半水石膏和部分无水石膏（CaSO4·H2O+CaSO4)。特点：凝结硬化快，强度较高，它的制品表面色白、光洁、细腻、美观。应用：主要用来制作装饰浮雕、模型、工艺品、标本等，医疗上牙科、骨科也多用此石膏。第三章气硬性胶凝材料一、水玻璃的成分水玻璃又名泡花碱，主要成分为硅酸钠(Na2O·nSiO2)或硅酸钾（K2O·nSiO2)。通常为无色或淡黄色的、透明或半透明的粘稠液体。工程上主要用硅酸钠水玻璃。1、生产：水玻璃的生产有干法和湿法两种干法是以石英砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)磨细后均匀混合，高温煅烧至1300～1400℃，使其在熔融状态下发生反应，冷却后得到固体水玻璃，再在0.4MPa(4个大气压)的沸水中溶解成液态水玻璃。其化学反应为：

Na2CO3+nSiO2

Na2O·nSiO2+CO2↑第三节水玻璃第三章气硬性胶凝材料湿法是将石英砂与氢氧化钠溶液放入蒸压锅中通入0.2～0.3MPa(2～3个大气压)的高压蒸汽，在搅拌中直接生成液态水玻璃。其反应为：2NaOH十nSiO2Na2O·nSiO2+H2O

第三章气硬性胶凝材料2、水璃模数（n)水玻璃Na2O·nSiO2中的n为所含氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔比，称为水玻璃模数。工程上用水玻璃的n值一般为2.5～3.0。n值越大，说明SiO2的含量越多，水玻璃的粘度越大，粘结力越强，但对水的溶解度降低。同一模数的水玻璃，稠者密度大，粘结力强。但n值过大或水玻璃过稠均不便于施工。当水玻璃过稀或过稠时，可采用加热浓缩或加水稀释的方法来调整，使之粘度适宜。如果加入一些尿素，可不改变稠度，而提高粘结力。

第三章气硬性胶凝材料二、