第3章-气硬性胶凝材料

第3章气硬性胶凝材料本章内容

3.1石灰3.2石膏3.3水玻璃3.4菱苦土凡能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把散粒材料（如砂、石）或块状材料（如砖和石块）胶结成为一个整体的材料称作胶凝材料。胶凝材料有机胶凝材料如沥青、树脂等无机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃各种水泥气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保材或发展其强度。水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。石灰水泥

3.1石灰3.1.1石灰的原料及生产石灰的主要原料是石灰岩，其主要成分是碳酸钙，其次为碳酸镁，石灰岩经高温煅烧分解释放出CO2，生成以CaO为主要成分（少量MgO）的块状生石灰，其反应式如下：此外，还可以利用化学工业副产品作为石灰的生产原料，如用碳化钙制取乙炔时所产生的主要成分为氢氧化钙的电石渣等。

在实际生产中，若煅烧温度过低，煅烧时间不足，或料块过大，碳酸钙不能完全分解，石灰中含有未烧透内核，这种石灰称为“欠火石灰”。欠火石灰的产浆量较低，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时粘结力不足，质量较差。若煅烧温度过高，煅烧时间过长，则易生成内部结构致密的过火石灰。过火石灰与水反应速度十分缓慢，若用于建筑工程，则其中的细小颗粒可能在石灰浆硬化以后才发生水化作用，产生体积膨胀，使已硬化的砂浆产生“崩裂、隆起”等现象，严重影响工程质量。

3.1.2石灰的消化与硬化1、石灰的消化石灰的熟化或称消化，是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的水化过程，其反应式如下：生石灰的熟化过程伴随着剧烈放热与体积膨胀现象（1.5~3.5倍），易在工程中造成事故，因此，在石灰熟化过程中应注意安全。块状生石灰必须充分熟化后方可用于工程中。若使用将块状生石灰直接破碎、磨细制得的磨细生石灰粉，则可不预先熟化而直接应用。

熟化方法熟化时根据加水量的多少，可得到消生灰粉和石灰膏。

（1）熟化为消生灰粉：将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。

（2）熟化为石灰膏：将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。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两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。

2、石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（1）干燥硬化与结晶硬化石灰浆在干燥过程中，随着水分蒸发，使得氢氧化钙颗粒相互靠拢、搭接，获得一定的强度，同时氢氧化钙逐渐从过饱和溶液中结晶析出，形成结晶结构网，使强度继续增加。（2）碳化硬化氢氧化钙与潮湿空气中的CO2反应生成碳酸钙晶体而使石灰浆硬化，强度有所提高。碳化作用在有水分存在的条件下才能进行，反应式如下：3.1.3石灰的品种与技术要求1.石灰的品种根据成品加工方法不同建筑石灰分成五大类：(1)块灰：由石灰石直接煅烧所得块状生石灰，主要成分为CaO。

(2)消石灰粉：由生石灰加适量水消化所得的粉末，其主要成分为Ca(OH)2。

(3)石灰膏：由生石灰加3-4倍水消化而成的膏状可塑性浆体，主要成分为Ca(OH)2和H2O。

(4)石灰乳：由生石灰加大量水消化或石灰膏加水稀释而成的一种乳状液体，主要成分为Ca(OH)2和H2O。

(5)磨细生石灰：将块状生石灰破碎、磨细而成的细粉，主要成分为CaO。2.石灰的技术要求（1）有效氧化钙和氧化镁含量石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁,它们的含量决定了石灰粘结能力的大小，因此，它是评价石灰品质的首要指标。（2）生石灰产浆量和未消化残渣含量产浆量是单位质量（1kg）的生石灰经消化后，所产生石灰浆的体积，生石灰产浆量愈高，则表示质量愈好。未消化残渣含量是生石灰消化后未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。

（3）二氧化碳（CO2）含量生石灰或石灰粉中CO2含量指标，是为了控制石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐增多。CO2含量越高，表示未分解的碳酸盐含量越高，则有效成分（CaO+MgO）含量相对降低。（4）消石灰粉游离水含量游离水含量是指化学结合水以外的含水量。生石灰消化时多加的水残留于氢氧化钙中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化现象的产生，因而影响其使用质量。

（5）细度细度与石灰的质量有密切关系，现行标准以0.900mm和0.125mm筛余百分率控制。试验方法是，称取试样50g，倒入0.900mm、0.125mm套筛内进行筛余，分别称量筛物，按原试样计算其筛余百分率。

3.石灰的技术标准建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》(JC／T479一92)、《建筑生石灰粉》(JC／T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC／T481—92)规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。见表3-1。表3-1钙质石灰和镁质石灰中氧化镁含量(%)界限石灰种类生石灰生石灰粉消石灰粉钙质石灰≤5≤5<4镁质石灰>5>5≥4（1）生石灰技术标准根据氧化镁含量按上表分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后再按有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，见表3-2

。表3-2建筑生石灰技术指标

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1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于9085808580752.未消化残渣含量(5mm圆孔筛筛余量)(％)不大于51015510153.C02(％)

不大于57968104.产浆量(L／kg)不小于2.82.32.02.82.32.0（2）生石灰粉技术标准根据氧化镁含量分为钙质石灰和镁质石灰两类，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和细度等项目指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，见表3-3。表3-3建筑生石灰粉技术指标

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1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于8580758075702.C02(％)不大于791181012细度0.9mm筛筛余(％)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余(％)不大于7.012.018.07.012.018.0（3）消石灰粉技术标准消石灰粉按氧化镁含量<4％时，称为钙质消石灰粉，4％≤氧化镁含量<24％时称为镁质消石灰粉，24％≤氧化镁含量<30％时称为白云石消石灰粉。按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，见表3-4。表3-4建筑消石灰粉技术指标

项目钙质生石灰

镁质生石灰

白云石消石灰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1．(CaO+Mgo)含量(％)

不小于7065606560556560552．游离水(％)

0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．体积安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.细度0.9mm筛筛余(％)

不大于000.5000.5000.50.125mm筛余(％)

不大于3101531015310153.1.4石灰的特性1.可塑性生石灰消解为石灰浆时生成的氢氧化钙，其颗粒极微细，呈胶体状态，比表面积大，表面吸附了一层较厚的水膜，因而保水性能好，同时水膜层也降低了颗粒间的磨擦力，可塑性增强。2.强度石灰是一种硬化很慢，强度较低的胶凝材料，通常1：3的石灰砂浆，其28抗压度强度只有0.2~0.5MPa。

3.耐水性在石灰硬化体中大部分仍是尚未碳化的Ca(OH)2，而Ca(OH)2是易溶于水的，所以石灰的耐水性较差。硬化后的石灰若长期受潮，会导致强度尚失，甚至引起溃散，故石灰不宜用于潮湿环境中。4.收缩性石灰在硬化过程中蒸发掉大量的水分，引起体积显著收缩，易产生裂纹。因此，石灰一般不宜单独使用，通常掺入一定量的骨料(砂)或纤维材料(纸筋、麻刀等)以提高抗拉强度，抵抗收缩引起的开裂。3.1.5石灰的应用及储存1.石灰的应用（1）制作石灰乳

将熟化好的石灰膏或消石灰粉，加入过量水稀释成的石灰乳是一种传统的室内粉刷涂料。

（2）制砂浆利用石灰膏配制的石灰砂浆、混合砂浆，广泛用于建筑物±0.00以上部位墙体的砌筑和抹灰。

（3）配制灰土与三合土消石灰粉与粘土拌合后称为灰土，若再加砂（或炉渣，石屑等）即成三合土。灰土和三合土广泛用于建筑物基础和道路垫层。（4）生产硅酸盐制品将生石灰粉与含硅材料（砂、炉渣、粉煤灰等）加水拌合，经成型、蒸养或蒸压处理等工序可制得各种硅酸盐制品，如蒸压灰砂砖、硅酸盐砌块等墙体材料。（5）制作碳化石灰板将生石灰粉与纤维材料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如炉渣）加水搅拌成型，然后用二氧化碳进行人工碳化可制成轻质的碳化石灰板材（如石灰空心板等），它的导热系数较小，保温绝热性能较好，宜做非承重内隔墙板、天花板等。2.石灰的储存生石灰吸水、吸湿性极强，应注意防潮存放。生石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以贮存生石灰，不宜贮存过久。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。

3.2石膏

3.2.1石膏的生产与分类生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏矿石。也可用一些含有CaSO4·2H2O或含有CaSO4·2H2O与CaSO4的混合物的化工副产品及废渣作为生产石膏的原料。

石膏胶凝材料通常是将二水石膏矿石在不同压力和温度下加热、脱水，再经磨细而制成的。由于加热方式和温度的不间，同一原料，可生产出不同结构、性质和用途的石膏胶凝材料品种。

(1)建筑石膏将天然二水石膏在非密闭的窑炉中加热，至107~170℃时，生成半水石膏，其反应式为：所生成以为主要成分的产品即为β型半水石膏，也就是建筑石膏。建筑石膏结晶较细，硬化后强度低。

(2)高强石膏将天然二水石膏置于具有0.13MPa、124℃过饱和蒸汽条件下蒸炼，或置于某此些盐溶液中沸煮，则二水石膏脱水生成α型半水石膏，该石膏晶粒粗大，硬化后强度高，故称高强石膏。

1.石膏的水化3.2.2建筑石膏的凝结与硬化

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，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。2.石膏的凝结硬化凝结：可塑性浆体失去可塑性，开始产生强度的过程。硬化：失去可塑性浆体强度增加的过程。3.2.3建筑石膏的技术要求根据GB/T9776-2008《建筑石膏》的规定，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）三类。按其凝结时间、细度及强度指标分为三级，见课本表3-5。3.2.4建筑石膏的特性凝结硬化快硬化后体积微膨胀孔隙率大、重量轻但强度低具有良好的保温隔热和吸音性能具有一定的调节温度、湿度的性能防火性能优良耐水性差有良好的装饰性和可加工性3.2.5建筑石膏的应用制成各种石膏制品用于建筑物的内隔墙、墙面和蓬顶的装饰装修制作建筑雕塑生产水泥和各种硅酸盐建筑制品

3.3水玻璃水玻璃俗称“泡花碱”，是一种碱金属硅酸盐，其化学通式为R2O.nSiO2，其中n为R2O与SiO2的摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。根据碱金属氧化物的不同，分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃等。建筑上通常使用的是硅酸钠水玻璃的水溶液，其常用模数为2.6~2.8。3.3.1水玻璃的组成硅酸钠水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱、或含碳酸钠的原料。将原料磨细，按比例配合，在玻璃炉内加热至1300~1400℃，熔融而生成硅酸钠，冷却后即为固态水玻璃，其反应式如下：将固态水玻璃在0.3~0.8Mpa的压蒸锅内加热溶解成无色、淡黄或青灰色透明或半透明的胶状玻璃溶液，即为液态水玻璃。3.3.