气硬性胶凝材料

第四章气硬性胶凝材料教学目标与要求：掌握胶凝材料的定义和分类掌握石灰的生产、硬化与熟化、技术性质与应用掌握石膏的生产、硬化、技术性质与应用了解水玻璃的应用重点：石灰和石膏的技术性质及应用胶凝材料的定义经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等通称为“水泥”气硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在枯燥空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或开展其强度。通称为“水泥〞。第一节石灰一、石灰的原料及生产二、石灰的熟化三、石灰的硬化四、石灰的技术要求和标准五、石灰的应用及储存优点：①原料来源广泛，②生产工艺简单，③本钱低廉，④胶接性能较好。至今仍广泛应用于建筑中。一、石灰的原料及生产缺点：①生产过程中排出大量的二氧化碳气体，造成空气污染〔每生产1吨建筑石灰，要排放出1.18吨CO2〕。②矿产资源的浪费和生态环境的破坏，所以从改善生存环境及可持续开展来考虑，要给与科学管理和宏观调控。石灰是建筑上使用最早的矿物胶凝材料之一。1、原料

石灰的原料为含碳酸钙为主的天然原料。贝壳石灰石白云石白垩2、化学反响CaCO3==CaO+CO2MgCO3==MgO+CO2900℃生石灰生石灰钙质石灰镁质石灰MgO≤5%MgO＞5%900℃700℃煅烧时间过长或温度过高→过火石灰；温度过低或煅烧时间缺乏→欠火石灰→降低产量。过火石灰：灰黑色，外表出现裂纹，有玻璃体的外壳。含SiO2、Al2O3杂质，块体容重大，熟化慢。欠火石灰：未分解的石灰石，废品，利用率很低，不能消化，降低石灰浆的产量。正火石灰：煅烧正常，质量轻，无裂缝，密度3.1-3.4g/cm3，表观密度800-1000kg/m3。3.温度和时间的控制1、石灰的熟化生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。其反响式如下：石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀倍，熟化后的产物氢氧化钙称为熟石灰或消石灰。二、石灰的熟化生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。淋灰法：生石灰中均匀参加70%左右的水〔理论值31.2%〕便可得到颗粒细小、分散的熟石灰粉。工地上调制熟石灰粉时，每堆放半米高的生石灰块，淋60%-80%的水，再堆放再淋，使之成粉且不结块为止。化灰法：生石灰中参加适量的水〔约为块灰质量的3～4倍〕，通过筛网，得到石灰乳浆体，石灰乳沉淀后除去表层多余水分后得到石灰膏。生石灰熟化：淋灰法化灰池储灰池滤网排水口化灰法生石灰熟化流程图为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置半个月以上，这一过程称为石灰的“陈伏〞。“陈伏〞期间，石灰浆外表应覆盖一层水，与空气隔绝，以免石灰浆外表碳化。石灰膏2.石灰的品种生石灰〔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。石灰膏：块灰参加足量的水，熟化而成〔膏状〕。石灰乳〔石灰水〕：石灰膏用水冲淡而成〔浆液状〕。三、石灰的硬化石灰的硬化包括三个同时进行的过程：〔1〕枯燥硬化石灰浆体中形成有大量彼此相通的孔隙网，孔隙内自由水产生的毛细管压力使石灰粒子紧密连接，获得强度。强度值不高，遇水强度丧失。〔2〕结晶硬化石灰膏中的游离水分一局部蒸发掉，一局部被砌体吸收。由于饱和溶液中水分的减少，微溶于水的氢氧化钙以胶体析出，随着时间的增长，胶体逐渐变浓，局部氢氧化钙结晶，逐渐结合成固体，使强度增加。遇水会引起强度降低。〔3〕碳化硬化石灰膏体外表的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用，反响生成碳酸钙，不溶于水的碳酸钙由于水分的蒸发而逐渐结晶。使得石灰硬化，强度提高。反响式如下：碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反响生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的状态下进行。上述硬化过程是同时进行的。在内部，对强度增长起主导作用的是结晶硬化。枯燥硬化也起到一定的附加作用。碳化硬化进行的非常慢且放出较多的水，不利于枯燥和结晶硬化。由于石灰的这种硬化机理，故它不宜用于长期处于潮湿或反复受潮的地方。掺入填充材料，如掺入砂子配成石灰砂浆，可减少收缩并加速硬化。参加纤维材料，如添加麻刀配成石灰麻刀灰可防止收缩裂缝。麻刀石灰石和生、熟石灰之间的相互关系

CaCO3石灰石≠碳酸鈣

Ca(OH)2熟石灰高溫煅烧碳化

CO2加水〔熟化〕

CaO氧化鈣.(生)石灰石灰砂浆的裂纹

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

石灰砂浆B答案石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间缺乏，制使其中局部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枯燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多，易产生此类裂纹。四、石灰的技术要求和标准1.石灰的技术要求有效氧化钙和氧化镁含量：决定石灰粘结能力的大小，是评价石灰品质的首要指标。生石灰产浆量和未消化残渣含量：产浆量是单位质量生石灰经消化后形成石灰浆的体积，产浆量越高，质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后未被消化而存留在5mm圆孔筛上残渣占试样的百分率，越小越好。二氧化碳含量:“欠火石灰〞CO2含量越高，表示未分解的碳酸盐越多，那么有效成分CaO+MgO的含量相对降低。消石灰粉游离水含量：游离水是化学结合水以外的含水量。生石灰消化时多余的水残留于Ca(OH)2中，蒸发后，留下的空隙加剧消石灰的碳化，故影响质量。细度：称取试样50g，倒入0.900mm、0.125mm套筛内进行筛余百分率控制。2.石灰的技术标准建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限

品种名称钙质消石灰粉镁质消石灰粉白云石消石灰粉氧化镁含量/％≤44≤MgO<2424≤MgO<30建筑生石灰〔粉〕按氧化镁含量的分类界限钙质生石灰〔粉〕镁质生石灰〔粉〕MgO≤5%MgO＞5%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/%，不小于908580858075未消化残渣含量(5mm圆孔筛筛余量)/%,不大于5101551015CO2/％，不大于5796810产浆量/(L/kg),不小于2.82.32.02.82.32.0(1)生石灰

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，%，不小于858075807570CO2／％，不大于791181012细度0.90mm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(2)生石灰粉

项目钙质生石灰粉镁质生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/％0.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～2体积安定性合格合格-合格合格-合格合格-细度0.9mm筛余％，≯000.5000.5000.50.125mm筛余/％，≯310153101531015(3)消石灰粉

工程实例

某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判别该石灰的品质？1.检测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.根据表判定该石灰的等级。

五、石灰的应用及储存1.石灰的特点〔1〕可塑性和保水性：生石灰熟化为石灰浆时，氢氧化钙粒子呈胶体分散状态，颗粒极细，外表吸附较厚的水膜。数量很多，总外表积很大，这是它保水性良好的主要原因。同时水膜层降低了颗粒间的磨擦力，使得可塑性增强。〔2〕凝结硬化慢、强度低：由于空气中二氧化碳稀薄，而且外表碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。同时，石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如〔1：3〕石灰砂浆28天强度仅为。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用。〔3〕硬化时体积收缩大：石灰在硬化过程中，蒸发大量的水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，一般不宜单独使用。常在其中掺入砂、麻刀等以减少收缩防止开裂。〔4〕耐水性差：石灰浆体未硬化前处于潮湿环境中会阻碍硬化；已硬化的石灰中Ca〔OH〕2易溶于水，可导致硬化的石灰溃散。故石灰不宜在潮湿环境下作用。〔5〕吸湿性强：生石灰吸湿性强，保水性好，是传统的枯燥剂。〔6〕化学稳定性差：石灰为碱性材料，容易遭受酸性物质的腐蚀，处于潮湿空气中易“碳化〞。〔1〕制作石灰乳：

2.石灰的应用将消石灰粉或熟化好的石灰膏参加多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和顶棚刷白，增加室内美观和亮度，有些地方也用于外墙。将石灰膏、砂加水拌制而成的石灰砂浆可用于墙面、顶棚的抹灰层，也可用作要求不高的砌筑砂浆。石灰膏掺入水泥砂浆中配成水泥混合砂浆，可提高水泥砂浆的保水性和砌筑、抹灰质量，节省水泥。〔2〕制作砂浆：石灰砂浆抹灰〔3〕配制灰土和三合土：消石灰粉与粘土拌合后称为灰土，再参加砂或炉渣或石屑等就称为三合土。石灰与粘土混合使用，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土外表的活性氧化硅或氧化铝反响，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙。适于在潮湿环境中使用，故广泛用于建筑物根底和道路垫层。灰土筑路〔4〕生产灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌,经压制形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反响速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等墙体材料。灰砂砖硅酸盐砌块〔5〕制作碳化石灰板：将生石灰粉与纤维材料或炉渣加水拌合，然后通过人工碳化的方法制成碳化石灰板材，它质量轻，导热系数小，保温绝热好，可做非承重内隔墙板和天花板等。石灰空心板(6)作土壤固化剂：在软土地基中打入生石灰桩，可以利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反响使周围的土固结，从而到达加固地基的目的。早在古希腊时期人们已经懂得利用石灰改进筑路用土，到20世纪40年代初，土壤稳定和固化技术迅速开展。有多种土壤固化剂广泛应用于固化公路、机场跑道的底基层等。新疆引额济乌是由国家投资的从额尔济斯河到乌鲁木齐的一条引水工程，其间要穿过古尔班通古特沙漠腹地，沙漠渠全长168.4km，按一般处理地基的方法费用太高，后采用固化剂将当地特细的砂固化，就地取材，加固渠床，节省了工程造价。

土壤固化剂应用于引额济乌水利工程

3.石灰的储存生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化〞。不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。防止受潮，以防止生石灰吸收空气中的水分而自行熟化，然后与空气碳化而失去胶结能力。熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。练习题1、填空：石灰的特性有：可塑性____、硬化速度____、硬化时体积____和耐水性____等。2、填空：石灰熟化时放出大量___、体积发生显著___；石灰硬化时放出大量___和体积发生显著___。3、判断：石灰陈伏是为了降低熟化时的放热量。4、判断：石灰是气硬性胶凝材料，因此所有参加了石灰的材料都只能在空气中硬化并保持和开展强度。简答题1.过火石灰有什么危害？应如何消除？答：过火石灰密度较大，且颗粒外表有玻璃釉状物包裹，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？使用时应如何防止？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，防止单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝等。第二节石膏一、建筑石膏的原料及生产二、建筑石膏的水化、凝结硬化三、建筑石膏的技术性质及特性四、建筑石膏的应用石膏的存在形式天然二水石膏天然无水石膏化工石膏建筑石膏高强石膏CaSO4·2H2OCaSO4·H2O与CaSO4混合废渣CaSO4β-CaSO4·1/2H2Oα-CaSO4·1/2H2O石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。β-半水石膏(熟石膏)和α-半水石膏(高强石膏)在宏观性能上的差异，主要是由于微观上即晶粒的型态、大小以及聚集状态等方面的差异。α型与β型半水石膏区别结晶度较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比外表积较大。结晶比较完整，常呈短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比外表积较小，致密，有一定的结晶形状。天然石膏矿纤维状晶体二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌一、建筑石膏的原料及生产建筑石膏的原料主要是天然二水石膏，也可用化工石膏。主要生产工序是破碎和煅烧。天然二水石膏经破碎后在窑炉中加热到107～170℃的温度，可得到β型半水石膏，磨细后即为建筑石膏，白色粉末状材料。二、建筑石膏的水化、凝结硬化将建筑石膏粉末与适量水均匀混合，成为具有一定流动性和可塑性的石膏浆，发生水化反响如下：水化产物二水石膏的溶解度比β-半水石膏小得多，促使水化反响一直向右进行。随着水化进行，水分减少，稠度增大，塑性开始降低称为初凝，继续进行，塑性直至消失称为终凝。最后逐渐变成坚硬的固体称为硬化。水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反响进行二水石膏晶体增多石膏硬化体中晶体堆积体半水石膏的溶解→溶液过饱和→二水石膏晶体的析出；浆体水分的蒸发和晶体的生成→浆体变稠失去塑性→石膏凝结；晶体连生、搭接，形成结晶结构网→逐渐产生强度成为坚硬的固体→石膏硬化。石膏的水化、凝结硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程。三、建筑石膏的技术性质及特性等级强度/MPa细度0.2mm方孔筛筛余/%≯凝结时间/min抗压抗折初凝终凝优等品4.92.55.0≮6≯30一等品3.92.110.0合格品2.91.815.01.建筑石膏的技术指标①凝结硬化快。建筑石膏水化迅速，常温下完全水化所需时间仅为7～12min。适于大规模连续生产。在使用石膏浆体时，假设需要延长凝结时间，可掺加适量缓凝剂。②硬化后体积微膨胀。建筑石膏凝结硬化过程中体积不收缩，而是略有膨胀，一般膨胀率为0.05%～0.15%。2.建筑石膏的特性③孔隙率大、质量轻、强度较低。

建筑石膏孔隙率高达40％～60％。水化时为满足施工要求，实际加水量远远超过理论需水量，凝结硬化后多余的水蒸发，导致孔隙率大，于是质量减轻、强度降低。④具有良好的保温隔热和吸音性能。

石膏中含有大量的微细孔隙，故导热系数小，隔热保温性能好。同时，微孔对声音传导和反射能力下降，故具有吸音功能。⑤具有一定调湿作用。石膏制品内部的大量毛细孔隙对空气中水分具有较强的吸附能力，在枯燥时又可释放水分。故可调节室内温度湿度。⑥防火性能良好。石膏制品本身不可燃，石膏硬化后的CaSO4·2H2O遇火时，结晶水蒸发，吸收热量且在外表形成蒸汽幕，故具有抵抗火焰靠近的能力。⑦耐水性差。因孔隙率大，软化系数仅为0.3～0.5。假设长期浸泡在水中会因二水石膏晶体溶解而引起溃散；假设吸水后受冻，还会因孔隙中水结冰膨胀而引起崩裂。故石膏的耐水性、抗冻性都较差。另外，石膏颜色洁白、质地细腻，具有良好的装饰性和加工性。该建筑石膏粉是否宜于作粘结或制作石膏制品。观察与讨论答案

由图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，储存时间不可过长，一般不超过三个月。

工程案例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。

案例一：石膏饰条粘贴失效分析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；或者分屡次配制石膏浆，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，可对外表进行打刮，以利粘贴。或者，在粘结的石膏浆中掺入局部粘结性强的粘结剂。工程案例

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。案例二：石膏制品发霉变形分析

厨房、厕所、浴室等一般较潮湿，普通石膏制品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿环境中，晶体间粘结力削弱，强度下降、变形，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，可在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。1.室内抹灰及粉刷建筑石膏加砂、缓凝剂和水拌和成石膏砂浆，用于室内抹灰和粉刷，其外表光滑、细腻、洁白、美观。这种抹灰墙具有绝热、阻火、吸声及施工方便、凝结硬化快、粘结牢固等特点，为室内高级粉刷和抹灰材料，也可填平墙面的凹凸不平。四、建筑石膏的应用2.石膏板以模型石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和添加剂，加水搅拌成石膏浆体，浆体注入各种模具中，可获得把戏、形状不同的石膏装饰制品。主要指各种石膏装饰板，具有色彩鲜艳、品种多样、造型美观、轻质、隔热保温、吸声、不燃以及施工方便等优点，是公共建筑物和顶棚常用的装饰制品。

〔1〕普通纸面石膏板主要适用于室内隔断和吊顶，而且要求环境枯燥。不适用于厨房、卫生间以及空气相对湿度大于70%的潮湿环境。〔2〕装饰石膏板可以用于宾馆、商场、音乐厅、会议室、幼儿园、住宅等建筑的墙面和吊顶装饰。〔3〕石膏空心条板是一种有开展前景的轻板，对室内温度和湿度有一定的调节作用，主要用于隔墙。〔4〕吸声用穿孔石膏板主要用于音乐厅、会议室以及对音质要求高的或对噪音限制较严的场所，作为吊顶、墙面等吸声装饰材料。饰面不再处理的，其基板应选装饰石膏板，需要处理的其基板可以选用纸面石膏板。3.各种浮雕和装饰品梁托线条拐角、线条艺术镜框天花板装饰花石膏雕塑习题1、填空：建筑石膏凝结硬化速度___、硬化时体积___、硬化后孔隙率___、表观密度___、强度___、保温性___、吸声性能___、防火性能___等。2、判断：石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。〔〕3、判断：建筑石膏为β型半水石膏，高强石膏为α型半水石膏。〔〕4、判断：和石灰一样，建筑石膏硬化后体积也要收缩。〔〕第三节水玻璃水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，是一种可溶性的碱金属硅酸