《建筑材料》课件第2章

项目二气硬性胶凝材料任务一石灰任务二石膏任务三水玻璃

教学要求

了解：胶凝材料的概念和分类，石膏、石灰的原料及品种，石灰、石膏、水玻璃的生产工艺及对性能的影响。

掌握：气硬性胶凝材料的概念，石灰的熟化、陈伏及硬化过程，水玻璃的性质和应用。

重点：建筑石膏、石灰的组成、性质与应用。

难点：石膏、石灰和水玻璃的应用，建筑石膏硬化过程的物理、化学变化。

【走进历史】

从《石灰吟》和金字塔看胶凝材料

石灰是一种古老的建筑材料，由于其原料分布广、生产工艺简单、成本低、使用方便，因此被广泛用于建筑工程。例如：组成最为经典、古老的复合胶凝材料(石灰＋糯米汁＋桐油)被广泛用于万里长城、明城墙、苏州古盘门和古埃及金字塔等世界文化遗产。石灰吟

—于谦[明代]

千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲；粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。

这是一首托物言志诗。作者以石灰作比喻，表达自己为国尽忠、不怕牺牲的意愿和坚守高洁情操的决心。但是这四句诗也表明了石灰的物理、化学变化过程。

千锤万凿出深山：石灰石，物理变化，因为是直接开采出来的；

烈火焚烧若等闲：碳酸钙，石灰石的主要成分，在烈火下可分解：CaCO3→CaO+CO2↑；

粉身碎骨浑不怕：生石灰，为CaCO3受热分解的产物CaO，表明它受热不分解；

要留清白在人间：熟石灰，表明它是粉刷墙壁用的物质；生石灰遇水潮解，立即形成熟石灰[消石灰Ca(OH)2]，熟石灰溶于水后可调浆，在空气中易硬化，用于粉刷。古埃及人发现尼罗河流域盛产的石膏可以制作成很好的黏结材料。他们发现，把开采出来的石膏碾碎磨细，再加上少量黏土一起煅烧，就会使石膏失去一部分结晶水而成为熟料。熟料加水，调成糊状，过不了多久又会重新变硬，而且石膏糊黏性甚好。由此埃及人发明了与水泥相似的石膏黏结剂，还用它创造了世界建筑史上的奇迹—金字塔。

到目前为止，埃及尚存的金字塔有近80座左右，其中规模最大的一座距今已有4500多年的历史，可见该石膏复合胶凝材料具有良好的耐久性。

在建筑工程中，把经过一系列的物理、化学作用后，能将浆体变成坚硬的固体，并能将散粒材料(如砂、石等)或块状材料(如砖、石块等)胶结成一个整体的物质，称为胶凝材料。胶凝材料品种繁多，按其化学组成可分为有机胶凝材料(亦称矿物胶凝材料，如沥青、树脂等)和无机胶凝材料(如石灰、水泥等)。

无机胶凝材料按硬化条件又可分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料两类。任务一石灰所谓气硬性胶凝材料，是指只能在空气中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃等。气硬性胶凝材料一般只适合用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如水泥。水硬性胶凝材料既适用于地上，也适用于地下或水中。

石灰是建筑工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。由于其原料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉，具有其特定的工程性能，因此至今仍广泛应用于建筑工程中。2.1.1石灰的生产

1.原料

生产石灰的原料有两种：一是天然原料，凡是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰岩、白奎、白云质石灰岩、贝壳等，都可用来生产石灰；一是化工副产品，如电石渣(是碳化钙制取乙炔时产生的，其主要成分是氢氧化钙)。主要原料是天然的石灰岩。

2.生产过程

将主要成分为碳酸钙和碳酸镁的岩石经高温煅烧(加热至900℃以上)，逸出CO2气体，得到的白色或灰白色的块状材料即为生石灰，其主要化学成分为氧化钙和氧化镁。

CaCO3 CaO+CO2↑

在上述反应过程中，CaCO3、CaO、CO2的质量比为100∶56∶44，即质量减少44%，而在正常煅烧过程中，体积只减少约15%，所以生石灰具有多孔结构。在石灰的生产过程中，对质量有影响的因素有煅烧的温度和时间、石灰岩中碳酸镁的含量及黏土杂质含量。碳酸钙在900℃时开始分解，但分解速度较慢，所以，煅烧温度宜控制在1000℃～1100℃

左右。温度较低、煅烧时间不足、石灰岩原料尺寸过大、装料过多等因素，会产生欠火石灰。欠火石灰中CaCO3尚未完全分解，未分解的CaCO3没有活性，从而降低了石灰的有效成分含量；温度过高或煅烧时间过长，则会产生过火石灰。因为随煅烧温度的提高和时间的延长，已分解的CaO体积收缩，毛体积密度增大，质地致密，熟化速度慢。若原料中含有较多的SiO2和Al2O3等黏土杂质，则会在表面形成熔融的玻璃物质，从而使石灰与水反应的速度变得更慢(需数天或数月)。过火石灰如用于工程上，其细小颗粒会在已经硬化的浆体中吸收水分，发生水化反应而使体积膨胀，引起局部鼓泡或脱落，影响工程质量。

在石灰的原料中，除碳酸钙外，常含有碳酸镁，煅烧过程中碳酸镁分解出氧化镁，存在于石灰中。

MgCO3 MgO+CO2↑根据石灰中氧化镁含量的多少，可将石灰分为钙质石灰、镁质石灰。镁质石灰熟化较慢，但硬化后强度稍高。用于建筑工程中的多为钙质石灰。

根据成品加工方法的不同，可有以下五种成品石灰：

(1)块状生石灰：由石灰石锻烧成的白色疏松结构的块状物，主要成分为CaO。

(2)磨细生石灰：由块状生石灰磨细而成，水化时间短，直接加水即可，可以提高工效，但成本较高，不易储存。

(3)消石灰粉：是将生石灰用适量的水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2，也称为熟石灰。

(4)石灰膏：

将消石灰用水(用水量约为生石灰体积的3～4倍)消化而成的具有一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水。

(5)石灰乳：是将消石灰用过量水消化而成的一种乳状液体，主要成分为Ca(OH)2和水，常用于粉刷墙面。2.1.2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，其反应式如下：

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.88J

生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法，如图2-1所示。

(1)淋灰法：生石灰中均匀加入70%

左右的水(理论值为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，先淋60%～80%的水后，再堆放、再淋，使之成粉且不结块为止。

图2-1生石灰熟化方法(a)淋灰法；(b)化灰法

(2)化灰法：生石灰中加入适量的水(约为块灰质量的2.5～3倍)，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。

生石灰的熟化过程有两个显著的特点：一是体积膨胀大(约1～2.5倍)；二是放热量大，放热速度快。煅烧良好、氧化钙含量高、杂质含量小的生石灰，其熟化速度快，放热量和体积增大也多。此外，熟化速度还取决于熟化池中的温度，温度高，熟化速度快。在生石灰的煅烧过程中产生过火石灰是难免的。由于过火石灰的表面包覆着一层玻璃状釉状物，熟化很慢，通常在石灰浆硬化后才开始水化，水化时体积膨胀引起石灰硬化体隆起、鼓包和开裂。为消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上，目的是使过火石灰充分熟化，这个过程称为陈伏。陈伏期间，石灰膏表面应保留一层水，或用其他材料覆盖，避免石灰膏与空气接触而导致碳化。一般情况下，1kg的生石灰约可化成1.5L～3L的石灰膏。石灰膏可用来拌制砌筑砂浆、抹面砂浆，也可以掺入较多的水制成石灰乳液用于粉刷。磨细生石灰粉不需要陈伏。因为过火石灰被磨细，表面积增大，水化速度加快，几乎可同步熟化，同时将局部大膨胀变成了均匀分布的微小膨胀，从而消除了大的局部膨胀应力。2.1.3石灰的硬化

石灰的硬化包含干燥、结晶和碳酸化三个交错进行的过程。

1.干燥硬化

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，从而获得强度。干燥硬化的强度值不高，遇水后水灰强度丧失。

2.结晶硬化

石灰膏中的游离水分一部分蒸发掉，另一部分被砌体吸收。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，部分氢氧化钙结晶，这样，晶体胶体逐渐结合成固体。同样，膏体遇水会引起强度降低。

3.碳酸化硬化

石灰膏体表面的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用，反应生成碳酸钙，不溶于水的碳酸钙由于水分的蒸发而逐渐结晶。反应式如下：

Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O

碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。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。干燥硬化也起到一定的辐助作用。碳化硬化进行得非常慢且会放出较多的水，不利于干燥和结晶硬化。由于石灰具有这种硬化机理，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，则可减少收缩并加速硬化；加入纤维材料或纸筋配成石灰麻刀灰或石灰纸筋灰可避免出现收缩裂缝。例：在维修古建筑时，发现古建筑中的石灰砂浆坚硬、强度较高，有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰，此观点对否？为什么？

这种观点是不对的，因为碳化作用只限于表层，在长时间内碳化过程充分，厚度增加，故强度高。2.1.4石灰的分类

1.根据成品加工方法不同分

根据成品加工方法不同，石灰可分为以下几种：

(1)块状生石灰：原料经煅烧而得到的块状白色原成品(主要成分为CaO)。

(2)生石灰粉：以块状生石灰为原料，经研磨制得的生石灰粉(主要成分为CaO)。

(3)消石灰粉：以生石灰为原料，经水化和加工制得的消石灰粉(主要成分为Ca(OH)2)。

2.按化学成分(MgO含量)分

根据石灰中MgO的含量，可将其分为钙质石灰与镁质石灰，见表2-1。

表2-1MgO含量3.按熟化速度分

熟化速度是指石灰从加水开始到达到最高温度所经过的时间，按其长短可将石灰分为以下几种：

(1)快熟石灰：熟化速度在10min以内。

(2)中熟石灰：熟化速度在10min～30min。

(3)慢熟石灰：熟化速度在30min以上。

熟化速度不同，所采用的熟化方法也不同，如快熟石灰应先在池中注好水，然后慢慢加入生石灰，以免池中温度过高，既影响熟化石灰的质量，又易对施工人员造成伤害。慢熟石灰则应先加生石灰，再慢慢向池中注水，以保持池中有较高的温度，从而保证石灰的熟化速度。2.1.5石灰的技术性能及标准

建筑生石灰根据有效氧化钙和有效氧化镁的含量、二氧化碳含量、未消化残渣含量以及产浆量可划分为优等品、一等品和合格品。各等级的技术要求见表2-2。

表2-2建筑生石灰的技术指标(JC/T479—1992)建筑生石灰粉根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量及细度的不同可划分为优等品、一等品和合格品。各等级的技术要求见表2-3。

表2-3建筑生石灰粉的技术指标(JC/T480—1992)建筑消石灰粉根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、游离水量、体积安定性及细度的不同可划分为优等品、一等品和合格品。各等级的技术要求见表2-4。

表2-4建筑消石灰粉的技术指标(JC/T481—1992)2.1.6石灰的性能

石灰与其他胶凝材料相比具有以下特性。

1.保水性、可塑性好

生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细、呈胶体分散状态的氢氧化钙，由于其表面吸附了一层较厚的水膜，因此保水性能好，且水膜层也大大降低了颗粒间的摩擦力。因此，用石灰膏制成的石灰砂浆具有良好的保水性和可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰膏，可使砂浆的保水性和可塑性显著提高。

2.硬化慢、强度低

石灰浆体硬化过程的特点之一就是硬化速度慢。原因是空气中的二氧化碳浓度低，且碳化是由表及里，在表面形成较致密的壳，使外部的二氧化碳较难进入其内部，同时内部的水分也不易蒸发，所以硬化缓慢，硬化后的强度也不高。如1∶3石灰砂浆28天的抗压强度通常只有0.2MPa～0.5MPa。

3.体积收缩大

体积收缩大是石灰在硬化过程中的另一特点，其原因一方面是由于蒸发大量的游离水而引起显著的收缩；另一方面碳化也会产生收缩。所以石灰除调成石灰乳液作薄层涂刷外，不宜单独使用，常掺入砂、纸筋等以减少收缩、限制裂缝的扩展。

4.耐水性差

石灰浆体在硬化过程中的较长时间内，主要成分仍是氢氧化钙(表层是碳酸钙)，由于氢氧化钙易溶于水，所以石灰的耐水性较差。硬化中的石灰若长期受到水的作用，会导致强度降低，甚至会溃散。

5.吸湿性强

生石灰极易吸收空气中的水分熟化成熟石灰粉，所以应在密闭条件下存放生石灰，并应防潮、防水。2.1.7石灰的应用

石灰的应用主要体现在以下一些方面。

1.拌制灰浆、砂浆

石灰膏中掺入适量的砂和水，即可配制成灰砂浆，可以应用于内墙、顶棚的抹灰层，也可以用于要求不高的砌筑工程。在水泥砂浆中掺入适量石膏后，即制得工程上应用量很大的混合砂浆，石灰膏能够提高砂浆的保水性、可塑性、保证施工质量还能节约水泥。

2.拌制灰土、三合土

可利用石灰与黏性土拌制成灰土；利用石灰、黏土与砂石或碎砖、炉渣等填料可拌制成三合土或碎砖三合土；利用石灰与粉煤灰、黏性土可拌制成粉煤灰石灰土；利用石灰与粉煤灰、砂、碎石可拌制成粉煤灰碎石土；等等。这些灰土和三合土大量应用于建筑物基础、地面、道路等的垫层，及地基的换土处理等。为方便石灰与黏土等的拌和，宜用磨细的生石灰或消石灰粉。磨细的生石灰还可使灰土和三合土具有较高的紧密度、强度及耐水性。

3.制成建筑生石灰粉

将生石灰磨成细粉，即为建筑生石灰粉。建筑生石灰粉加入适量的水拌成的石灰浆可以直接使用，主要是因为粉状石灰熟化速度较快，熟化放出的热促使硬化进一步加快。硬化后的强度要比石灰膏硬化后的强度高。

4.制作碳化石灰板材

碳化石灰板是将磨细的生石灰掺30%～40%的短玻璃纤维或轻质骨料加水搅拌，振动成形后，再利用石灰窑的废气碳化(12～24)小时而成的一种轻质板材。它能锯、能钉，适宜用作非承重内隔墙板、天花板等。

5.生产硅酸盐制品

将磨细的生石灰或消石灰粉与天然砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料配合均匀，加水搅拌，再经陈伏(使生石灰充分熟化)、加压成形和压蒸处理即可制成蒸压灰砂砖。灰砂砖呈灰白色，如果在其中掺入耐碱颜料，则可制成各种颜色的砂砖。它的尺寸与普通黏土砖相同，也可制成其他形状的砌块，主要用作墙体材料。2.1.8石灰的验收、储运及保管

生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月，要做到“随到随化”。

建筑生石灰粉、建筑消石灰粉一般采用袋装，可以采用符合标准规定的牛皮纸袋、复合纸袋或塑料编织袋包装，袋上应标明厂名、产品名称、商标、净重、批量编号。运输、储存时不得受潮和混入杂物。

石灰在保管时应分类、分等级存放在干燥的仓库内，不宜长期存储，运输过程中要采取防水措施。由于生石灰遇水发生反应并释放出大量的热，因此生石灰不宜与易燃、易爆物品共存、共运，以免酿成火灾。存放石灰时，可通过将其制成石灰膏密封或在上面覆盖砂土等方式来与空气隔绝，以防止硬化。

建筑生石灰粉有每袋净重40kg、50kg两种，每袋重量偏差值不大于1kg；建筑消石灰粉有每袋净重20kg、40kg两种，每袋重量偏差值分别不大于0.5kg、1kg。

[工程实例分析2-1]

石灰抹面裂纹的比较和分析

现象请观察图2-2(a)和(b)所示的两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别，试分析上述裂纹产生的原因。

(a)(b)

图2-2抹面裂纹

(a)放射性裂纹；(b)干缩性裂纹

原因分析在煅烧过程中，如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。过火石灰水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化，产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰的危害，在保持石灰膏表面有水的情况下，应将其在储存池中放置一周以上，这一过程称为陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)2与CO2发生碳化反应。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不足，致使其中部分过火石灰在石灰砂浆制作过程中尚未水化，导致其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干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多时，易产生此类裂纹。

[工程实例分析2-2]

石 灰 的 选 用

现象某工地急需配制石灰砂浆。当时有消石灰粉、生石灰粉及生石灰材料可供选用。因生石灰价格相对较便宜，于是选用了它，并马上加水配置石灰膏，再配置石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝。

原因分析该石灰的陈伏时间不够。数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。因工期紧，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉。消石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，易于克服过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。

石膏是一种重要的非金属矿产资源，它在自然界中的蕴藏量十分丰富，用途广泛。石膏在建筑工程中的应用也有较长的历史。由于其具有轻质、隔热、吸声、耐火、色白且质地细腻等一系列优良性能，加之我国石膏矿藏储量居世界首位，所以石膏的应用前景十分广阔。任务二石膏石膏的主要化学成分是硫酸钙，它在自然界中以两种稳定形态存在于石膏矿石中：一种是天然无水石膏(CaSO4)，也称生石膏、硬石膏；另一种是天然二水石膏(CaSO4·2H2O)，也称软石膏。天然无水石膏只能用于生产石膏水泥，而天然二水石膏可制造各种性质的石膏。2.2.1建筑石膏的生产

将天然二水石膏(或主要成分为二水石膏的化工石膏)加热，由于加热方式和温度不同，可生产不同性质的石膏品种：温度为65℃～75℃时，开始脱水，至107℃～170℃时，脱去部分结晶水，得到β型半水石膏(βCaSO4·0.5H2O)，即建筑石膏；当加热温度为170℃～200℃时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏，与水调和后仍能很快凝结硬化；当加热温度升高到200℃～250℃时，石膏中残留很少的水，凝结硬化非常缓慢；当加热温度高于400℃时，石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，成为死烧石膏；当温度高于800℃时，部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。当温度高于1600℃时，CaSO4全部分解为石灰。

建筑石膏(β型半水石膏)呈白色粉末状，密度为2.60g/cm3～2.75g/cm3，堆积密度为800kg/m3～1000kg/m3。β型半水石膏中杂质少、色白，可作为模型石膏，用于建筑装饰及陶瓷的制坯工艺。

若将二水石膏置于蒸压釜中，在0.13MPa的水蒸气中(124℃)脱水，得到的是晶粒较β型半水石膏粗大、使用时拌和用水量少的半水石膏，称为α型半水石膏。将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为高强石膏。由于高强石膏拌和用水量少(石膏用量的35%～45%)，硬化后有较高的密实度，因此强度较高，7天可达15MPa～40MPa。2.2.2建筑石膏的凝结与硬化

建筑石膏遇水将重新水化成二水石膏，反应式为

CaSO4·0.5H2O+1.5H2O→CaSO4·2H2O

建筑石膏与适量的水混合成可塑的浆体，但很快就失去塑性、产生强度，并发展成为坚硬的固体。石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶的过程，如图2-3所示。

半水石膏极易溶于水，加水后会很快达到饱和而分解出溶解度较低的二水石膏胶体。由于二水石膏的析出，溶液中的半水石膏则转变为非饱和状态，这样，又有新的半水石膏溶解，接着继续重复水化、胶化的过程，随着析出的二水石膏胶体晶体的不断增多，彼此互相联结，使石膏具有了强度。同时，随着溶液中的游离水分不断蒸发减少，结晶体之间的摩擦力、粘结力逐渐增大，石膏强度也随之增加，直至完全干燥，强度则停止发展，最后成为坚硬的固体。图2-3建筑石膏凝结硬化示意图

(a)胶化；(b)结晶开始；(c)结晶长大与交错

浆体的凝结硬化是一个连续进行的过程。从加水开始拌和到浆体开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝，对应的这段时间称为初凝时间；从加水开始拌和到浆体完全失去可塑性，并开始产生强度的过程称为浆体的终凝，对应的时间称为浆体的终凝时间。建筑石膏凝结硬化较快，一般初凝时间不早于6min，终凝时间不迟于30min。2.2.3建筑石膏的技术性能

根据规定，建筑石膏按其凝结时间、细度、强度指标分为三级，即优等品、一等品、合格品。各项技术指标见表2-5。表2-5建筑石膏的技术指标(GB9776—88)注：指标中有一项不符合者，应予降级或报废。2.2.4建筑石膏的特点

建筑石膏具有以下特点。

1.孔隙率大、强度较低

为使石膏具有必要的可塑性，通常实际加水量比理论需水量要多得多(加水量为石膏用量的60%～80%，而理论用水量只为石膏用量的18.6%)，硬化后由于多余水分的蒸发，内部的孔隙率很大，因而强度较低。

2.硬化后体积微膨胀

石膏在凝结过程中体积会产生微膨胀，其膨胀率约为1%。这一特性使石膏制品在硬化过程中不会产生裂缝，造型棱角清晰饱满，适宜浇铸模型、制作建筑艺术配件及建筑装饰件等。

3.防火性好、耐火性差

由于硬化的石膏中结晶水含量较多，遇火时，这些结晶水因吸收热量而蒸发，从而形成蒸汽幕，阻止火势蔓延，同时表面生成的无水物为良好的绝缘体，也起到防火作用。但二水石膏脱水后强度下降，故耐火性差。

4.凝结硬化快

建筑石膏在10min内可初凝，至30min即可终凝。因初凝时间较短，为满足施工要求，常掺入缓凝剂，以延长凝结时间。可掺入石膏用量0.1%～0.2%

的动物胶，或掺入1%

的亚硫酸盐酒精废液，也可以掺入硼砂或柠檬酸。掺缓凝剂后，石膏制品的强度会有所下降。若需加速凝固则可掺入少量磨细的未经煅烧的石膏。

5.保温性和吸声性好

建筑石膏孔隙率大，且孔隙多呈微细的毛细孔，所以导热系数小，保温、隔热性能好。同时，大量开口的毛细孔隙对吸声有一定的作用，因此建筑石膏具有良好的吸声性能。

6.具有一定的调温、调湿性

由于建筑石膏热容量大，且因多孔而产生的呼吸功能使吸湿性增强，因而可起到调节室内温度、湿度的作用，创造舒适的工作和生活环境。

7.耐水性差

由于硬化后建筑石膏的孔隙率较大，二水石膏又微溶于水，具有很强的吸湿性和吸水性，如果处在潮湿环境中，晶体间的黏结力削弱，强度显著降低，遇水则晶体溶解而引起破坏，所以石膏及其制品的耐水性较差，不能用于潮湿环境中，但经过加工处理后可做成耐水纸面石膏板。

8.装饰性强

石膏呈白色，可以装饰干燥环境的室内墙面或顶棚，但如果受潮后颜色会变黄。2.2.5建筑石膏的应用

建筑石膏的应用主要体现在以下一些方面。

1.室内抹灰及粉刷

建筑石膏常被用于室内抹灰和粉刷。建筑石膏加砂、缓凝剂和水拌和成石膏砂浆，用于室内抹灰，其表面光滑、细腻、洁白、美观。石膏砂浆也可作为腻子用作油漆等的打底层。建筑石膏加缓凝剂和水拌和成石膏浆体，可作为室内粉刷的涂料。

2.建筑装饰制品

建筑石膏具有凝结快、体积稳定、装饰性强、不老化、无污染等特点，常用于制造建筑雕塑、建筑装饰制品。

3.石膏板

石膏板具有质轻、保温、防火、吸声、能调节室内温度和湿度及制作方便等性能，应用较为广泛。常见的石膏板有普通纸面石膏板、装饰石膏板、石膏空心条板、吸声用穿孔石膏板、耐水纸面石膏板、耐火纸面石膏板、石膏蔗渣板等。此外，各种新型的石膏板材仍在不断出现。

2.2.6石膏的验收与储运

建筑石膏一般采用袋装，可用具有防潮及不易破损的纸袋或其他复合袋包装；包装袋上应清楚标明产品标记、制造厂名、生产批号和出厂日期、质量等级、商标、防潮标志；运输、储存时不得受潮和混入杂物，不同等级的应分别储运，不得混杂；石膏的储存期为三个月(自生产日起算)。超过三个月的石膏应重新进行质量检验，以确定等级。

2.2.7石膏制品的发展

石膏制品具有绿色环保、防火、防潮、阻燃、轻质高强、易加工、可塑性好、装饰性强等特点，使得石膏及其制品备受青睐，具有广阔的发展空间。且前石膏制品的发展趋势有：用于生产石膏砌块、石膏条板等新型墙体材料；石膏装饰材料，如各种高强、防潮、防火又具有环保功能的石膏装饰板、石膏线条、灯盘、门柱、门窗拱眉等装饰制品及具有吸音、防辐射、防火功能的石膏装饰板；具有轻质高强、耐水、保温的石膏复合墙体，如轻钢龙骨纸面石膏板夹岩棉复合墙体、纤维石膏板或石膏刨花板等与龙骨的复合墙体、加气(或发泡)石膏保温板或砌块复合墙体、石膏与聚苯泡沫板、稻草板等复合的大板，这些石膏复合墙体正逐渐取代传统的墙体材料。

[工程实例分析2-3]

现象某工人将建筑石膏粉拌水为一桶石膏浆，用于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。

原因分析其原因有两个方面，可有针对性地解决。

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，黏结性能差。可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配置石膏浆，即配即用。

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，以利于粘贴。或者在粘贴的石膏浆中掺入部分黏贴性强的粘结剂。

[工程实例分析2-4]

现象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。此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”，系宝山某厂自办的“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“水灰”中有一些粗颗粒。对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。

原因分析该“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的水化速度更慢，更易造成危害。使用劣质建材，就是给工程埋下定时炸弹，危害人民利益。

水玻璃俗称“泡花碱”，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶于水的一种金属硅酸盐物质。根据碱金属氧化物种类的不同，水玻璃分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃，工程中以硅酸钠水玻璃(Na2O·nSiO2)最为常用。

任务三水玻璃2.3.1水玻璃的生产

硅酸钠水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱。将原料磨细，按比例配合，在玻璃熔炉内熔融而生成硅酸钠，冷却后得固态水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃，其反应式为

nSiO2+Na2CO3

Na2O·nSiO2

+CO2↑

式中，n为水玻璃模数，即二氧化硅与氧化钠的摩尔数比，其值的大小决定水玻璃的性质。n值越大，水玻璃的黏度越大，黏结能力愈强，愈易分解、硬化，但也愈难溶解，体积收缩也愈大。建筑工程中常用水玻璃的n值一般在2.5～2.8之间。

水玻璃的生产除上述介绍的干法外还有湿法。湿法是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸气加热，并加以搅拌，便直接反应生成液体水玻璃。

液体水玻璃常因含杂质而呈青灰色、绿色或微黄色，以无色透明的液体水玻璃为最好。液体水玻璃可以与水按任意比例混合。使用时仍可加水稀释。在液体水玻璃中加入尿素，在不改变其黏度的情况下可提高黏结力。

2.3.2水玻璃的硬化

水玻璃在空气中与二氧化碳作用，析出二氧化硅凝胶，凝胶因干燥而逐渐硬化，其反应式为

Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→nSiO2·mH2O+Na2CO3

上述硬化过程很慢，为加速硬化，可掺入适量的固化剂，如氟硅酸钠(Na2SiF6)或氯化钙(CaCl2)，其反应如下：

Na2O·nSiO2+Na2SiF6+mH2O→(2n+1)SiO2·mH2O+6NaF

氟硅酸钠的适宜掺量为水玻璃重量的12%～15%。如果用量太少，不但水玻璃的硬化速度缓慢，强度降低，而且未经反应的水玻璃易溶于水，因而耐水性差。但如果用量过多，又会引起凝结过速，使施工困难，而且渗透性大，强度也低。加入氟硅酸钠后，水玻璃的初凝时间可缩短到30min～60min，终凝时间可缩短到240min～360min，7天基本达到最高强度。

2.3.3水玻璃的性质

1.粘结强度较高

水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶呈空间网络结构，具有较高的胶凝能力，因而粘结强度高。此外，硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水渗透的作用。

2.耐热性好

水玻璃不会燃烧，虽然在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，但强度并不会降低，甚至有所增加，故水玻璃常用于配置耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。

3.耐酸性强

水玻璃能经受除氢氟酸、过热(300℃以上)磷酸、高级脂肪酸或油酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸的作用，常用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。

4.耐碱性、耐水性较差

水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍有一定量的水玻璃。由于水玻璃可溶于碱，且溶于水，硬化后的产物Na2CO3及NaF均可溶于水，因此水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，可采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。2.3.4水玻璃的应用

水玻璃的应用主要体现在以下一些方面。

1.配制快凝防水剂

以水玻璃为基料，加入两种、三种或四种矾可配制成二矾、三矾或四矾快凝防水剂。这种防水剂凝结迅速，凝结