道路工程材料第34章-石灰

3.1建筑石灰3.2建筑石膏3.3水玻璃3.4思考题目录基本概念：胶凝材料引言凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结散粒、块状物料，成为具有一定机械强度的整体的物质，统称为胶凝材料。既能在空气中凝结硬化也能在水中凝结硬化胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料石膏、石灰水玻璃、菱苦土水泥沥青、树脂气硬性水硬性只能在空气中凝结硬化引言石灰石灰的生产石灰的消化石灰的硬化技术标准石灰的应用石灰的特性3.1建筑石灰3.1.1石灰的生产原料：以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。石灰的制备：石灰石的热分解反应：

CaCO3CaO＋CO2制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨(消解)制备工艺与产品石灰石1000～1200

C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MgO含量小于或等于5％时，称钙质石灰当MgO含量大于5％时，称为镁质石灰石灰的分类气硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等石灰的分类3.1.2石灰的消化

熟化反应CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.9×103J

现象：放出大量热量，体积膨胀用于加固含水的软土地基配制三合土和灰土深层搅拌石灰桩加固软土地基石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解答要点：潮湿环境中石灰与黏土表面的活性二氧化硅或活性氧化铝反应。石灰的可塑性好，与黏土等拌合后经压实或夯实。问题问题过火石灰的熟化是否需要经过特殊处理？如何处理？陈伏解决两个问题：1，陈伏方式？2，陈伏时间？判断题:（？）石灰的陈伏是为了获得工作性能好的石灰浆，以保证施工质量。3.1.3石灰的硬化石灰浆体

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干燥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。Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O石灰浆体在碳化过程中的反应式表示为Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O问题可塑性好用于改善浆体的流动性用作水泥混合砂浆硬化速度慢网状干缩性裂纹网状干缩性裂纹石灰膨胀裂纹石灰熟化时释放大量______，体积发生显著_____，石灰硬化时产生大量______，体积产生明显______。石灰浆体在硬化过程中，_______。A，体积明显缩小B，放出大量热C，体积膨胀D，与CO2作用形成CaCO33.1.4石灰的特性和技术标准可塑性好生石灰消化为石灰浆时，能形成颗粒极细呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一厚层的水膜，使颗粒间的摩擦力减小，因而其可塑性好。利用这一性质，将其掺入水泥砂浆中，配制成混合砂浆，可显著提高砂浆的保水性。硬化后强度低

生石灰消化时的理论需水量为生石灰重量的32．13％，但为了使石灰浆具有一定的可塑性便于应用，同时考虑到一部分水因消化时水化热大而被蒸发掉，故实际消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸发，留下大量孔隙，使硬化石灰体密实度小，强度低。硬化缓慢

石灰浆的硬化只能在空气中进行，由于空气中CO2含量少，使碳化作用进行缓慢，加之已硬化的表层对内部的硬化起阻碍作用，所以石灰浆的硬化过程较长。硬化时体积收缩大

由于石灰浆中存在大量的游离水，硬化时大量水分蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩变形，使硬化石灰体产生裂纹，故石灰浆不宜单独使用，通常工程施工时常掺入一定量的骨料(砂子)或纤维材料(麻刀、纸筋等)。耐水性差

由于石灰浆硬化慢、强度低，受潮后其中尚未碳化的Ca(OH)2易产生溶解，硬化石灰体遇水产生溃散，故石灰不宜用于潮湿环境。

石灰的技术标准：

根据我国建材行业标准JC/T479-92《建筑生石灰》与JC/T480-92《建筑生石灰粉》、JC/T481-92《建筑消石灰粉》的规定，按照技术指标分为优等品、一等品、合格品三个等级。生石灰、生石灰粉及消石灰的技术指标见表3.1、3.2、3.3。

建筑工程中所使用的石灰通常分为三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。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/%≮908580858075C02含量/%≯

5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）/%≯5101551015

产浆量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.0末消化残渣中包括“生烧”石核，“死烧’’灰核及煤瘤等杂物。根据其量的增减，可断定出窑炉热热工程序是否正常等。未消化残渣含量也是建筑用户比较关注的指标，因为它和单位工程石灰耗用量，残渣外排量及施工环境污染程度密切相关。因此减少未消化残渣含量，可以降低工厂成本和满足用户要求。所以在标准中对生石灰的未消化残渣含量指标作了规定。

CO2指标是为了控制石灰石生烧,造成产品中未分解完全的碳酸盐增多.CO2含量高,则未分解完全的碳酸盐含量越高,(CaO十MgO)含量则降低,影响产品胶凝性能。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/%≮858075807570C02含量/%≯

791181012细度0.90mm筛筛余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余/%≯7.012.018.07.012.018.0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%≯310153101531015

游离水：指外在水分，不包括化学结合水部分。残余水分过多蒸发后，留下孔隙，会加剧消石灰粉碳化现象的产生,而影响工程质量。另外，过多的残余水使包装袋不实,危害用户利益。

大于0.125mm“死烧”石灰颗粒，在建筑使用前的处理过程中不可能消解，仍以颗粒状被抹到墙上，数日之后，因吸水逐渐消解体积膨胀，这时在墙面上出现“麻点”，破坏了墙面的平整美观。此外，筛余残渣中的不消化物，如石粒、煤、灰渣等的存在，影响产品的粘度和白度，降低了使用价值。

工程实例

某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？

过程：

1.检测石灰中CaO和MgO的含量、二氧化碳的含量、细度。

2.根据MgO含量，判定该石灰的类别（钙质/镁质石灰）

3.根据表3.1判定该石灰的等级。【工程实例】

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。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“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水化速度更慢，更易造成危害。【原因分析】3.1.5石灰的应用用于建筑室内粉刷用于拌制建筑砂浆加固含水的软土地基生产硅酸盐制品配制三合土和灰土生产轻质碳酸钙1，石灰浆体在空气中硬化是由

和___两个过程来完成的。2，选择：要保持石灰膏不变质，应把它置于___。

a)水中b)干燥的空气中

c)潮湿空气中d)含二氧化碳空气中3，简答：何谓欠火石灰、过火石灰，它对石灰质量有何影响? 思考题回顾煅烧温度过火石灰处理方式特殊性能实际用途石灰3.2建筑石膏生产水化硬化应用技术性质石膏3.2.1概述石膏二水石膏无水石膏问题：建筑中使用的是哪种石膏？3.2.2建筑石膏的生产CaSO4

2H2O120~180C干燥空气125~180C水蒸气-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(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随着煅烧温度升高：二水石膏转变为-型半水石膏

-型转变可溶性无水石膏可溶性转变为难溶性无水石膏难溶性转变为不溶性无水石膏1.水化：半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。

由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（约四倍），所以二水石膏处于过饱和状态，不断从溶液中析晶，水解反应不断右移，直至半水石膏全部转变成二水石膏。3.2.3建筑石膏的水化与硬化

2.凝结：可塑性浆体失去可塑性，开始产生强度的过程。生成二水石膏用水吸附水水分蒸发溶液中的自由水浆体变稠摩擦力粘结力失去可塑性3.硬化：失去可塑性浆体强度增加的过程。

石膏晶体数量增加，晶体长大，彼此连生，相互交错，形成结晶网，产生强度。以上三个过程是相互交错，连续进行的。

建筑石膏凝结硬化示意图１——半水石膏；２——二水石膏胶体微粒；３——二水石膏晶体；４——交错的晶体

3.2.4建筑石膏的技术性质按抗折强度指标分为3.0,2.0,1.6三个等级；按原材料种类分为天然建筑石膏(N)，脱硫建筑石膏(S)，和磷建筑石膏(P)。建筑石膏N2.0GB/T9776-2008建筑石膏产品标记顺序为：产品名称、代号、等级、标准号。例如:等级为2.0的天然建筑石膏，其标记为：等级细度/%凝结时间/min2h强度/MPa初凝终凝抗折抗压3.0≤10≥3≤30≥3.0≥6.02.0≥2.0≥4.01.6≥1.6≥3.0凝结硬化快建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低建筑石膏硬化时体积略有膨胀，装饰性好建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好耐水性和抗冻性差防火性能良好具有一定的调湿调温性石膏制品可加工性能好3.2.4建筑石膏的技术性质学会分析、思考和回答问题！1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？

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Which？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。学会分析、思考和回答问题！3.为什么石膏制品的耐水性差Why？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。学会分析、思考和回答问题！4、如何改善石膏制品的耐水性How?

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。二水石膏晶体解理面学会分析、思考和回答问题！5、为什么石膏制品的防火性好Why?

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。学会分析、思考和回答问题！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中正确地使用或选用石膏，为什么？调湿作用红线条表示室内湿度变化蓝线条表示室外湿度变化3.2.5建筑石膏的应用纸面石膏板空心石膏条板纤维石膏板石膏砌块装饰石膏制品纸面石膏条板轻钢龙骨石膏板墙体体系(简称QST)具有以下优点：

(1)质轻，强度较高。(2)尺寸稳定。

(3)抗震性好。(4)自动调湿性好。

(5)装饰方便。(6)占地面积少。

(7)便于管道及电线等埋设。(8)施工简便，进度快。石膏空心条板主要包括浮雕艺术石膏角线、线板、角花、灯圈、壁炉、罗马柱、灯座、雕塑等。这些制品均系采用优质建筑石膏为基料，配以纤维增强材料、胶粘剂等，与水拌制成料浆，经注模成型、硬化、干燥而成。这类石膏装饰件用于室内顶棚和墙面，使楼堂馆所富丽堂皇，气势宏伟；居室雍容华贵，温馨典雅。建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外?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。

案例分析分析答案分析：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。

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。案例分析分析答案分析：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。

填空：建筑石膏的化学成分是

，高强度石膏化学成分是

。填空：普通建筑石膏水化反应理论需水量为

，实际加水量为

。选择：下列物质中，

不是气硬性胶凝材料。

A)石膏B)石灰C)水泥D)水玻璃判断：石膏凝结速度快，因此硅酸盐水泥掺适量的石膏是为了加快硅酸盐水泥的凝结速度。？（该问题以后解答）习题3.3水玻璃

水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。水玻璃的硬化