第三章 氣硬性膠凝材料

第三章氣硬性膠凝材料教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，（1）掌握膠凝材料的概念與分類；（2）了解石膏、石灰的原料及品種，掌握石膏、石灰的凝結(jié)、硬化過程及特性，了解建筑石膏、石灰的質(zhì)量要求及應(yīng)用；（3）了解水玻璃、菱苦土的組成、性能特點(diǎn)及應(yīng)用。本章內(nèi)容3.1膠凝材料概述3.2石膏3.2.1石膏的生產(chǎn)及分類3.2.2石膏的凝結(jié)硬化3.2.3石膏的技術(shù)要求及特性3.2.4建筑石膏的應(yīng)用3.3石灰3.3.1石灰的生產(chǎn)與分類3.3.2石灰的消化與硬化

3.3.3石灰的技術(shù)要求及特性3.3.4石灰的應(yīng)用3.3.5石灰的儲存3.4其它氣硬性膠凝材料3.4.1菱苦土3.4.2水玻璃課堂練習(xí)復(fù)習(xí)思考題3.1膠凝材料概述定義：在一定條件下，經(jīng)過自身的一系列物理、化學(xué)作用后，能將散?；驂K狀材料粘結(jié)成為具有一定強(qiáng)度的整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。分類：有機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化保持并發(fā)展其強(qiáng)度。如：水泥如：瀝青、各種合成樹脂無機(jī)膠凝材料膠凝材料有機(jī)膠凝材料3.2.1石膏的生產(chǎn)及分類石膏的生產(chǎn)：原料在不同壓力和溫度下煅燒、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而成。CaSO4·2H2O二水石膏107～170℃0.13MPa蒸壓125℃加熱、脫水170～360℃400～750℃800℃加熱、脫水建筑石膏高強(qiáng)石膏可溶性硬石膏不溶性硬石膏高溫煅燒石膏3.2石膏石膏的分類名稱特點(diǎn)建筑石膏白色粉末，晶體細(xì)小，需水量大；制品孔隙率大，強(qiáng)度較低；便于生產(chǎn)成本低，應(yīng)用最廣高強(qiáng)石膏白色粉末，晶粒粗大，需水量小；制品密實(shí)度大，強(qiáng)度高；用于建筑抹灰，裝飾品及石膏板可溶性硬石膏需水量大，凝結(jié)快，強(qiáng)渡低；需陳化轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨嗪蟛趴墒褂貌蝗苄允嗨罒?；難溶于水，不可凝結(jié)凝結(jié)硬化；摻入激發(fā)劑可制成無水石膏水泥高溫煅燒石膏高溫下才穩(wěn)定3.2.2建筑石膏的凝結(jié)硬化建筑石膏與適量的水相混合，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性并產(chǎn)生強(qiáng)度，并發(fā)展成為堅(jiān)硬的固體。石膏與水?dāng)嚢韬蟀l(fā)生如下反應(yīng)：初凝：建筑石膏拌水后形成流動的可塑性膠凝體溶解于水中，很快形成飽和溶液，溶液中的半水石膏與水反應(yīng)生成二水石膏，二水石膏膠體微粒由于溶解度低將從溶液中析出，并促使半水石膏進(jìn)一步溶解，直至半水石膏全部轉(zhuǎn)化為二水石膏。在這個過程中，漿體中的水分逐漸減少，漿體失去流動性，可塑性也開始下降，稱為石膏的初凝。終凝：隨著水分蒸發(fā)和水化的繼續(xù)進(jìn)行，漿體完全失去可塑性，這個過程稱為終凝。

1—半水石膏；２—二水石膏膠體微粒；３—二水石膏晶體；４—交錯的晶體

建筑石膏凝結(jié)硬化示意圖

硬化：隨著晶體顆粒不斷長大、連生、交錯，使?jié){體逐漸變硬產(chǎn)生強(qiáng)度，即為硬化。

3.2.3建筑石膏的技術(shù)要求及特性

建筑石膏的技術(shù)要求外觀：色白，密度為2.60～2.75g/cm3,堆積密度為800～1100kg/m3。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：建筑石膏按強(qiáng)度、細(xì)度、凝結(jié)時間指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。石膏產(chǎn)品標(biāo)記：產(chǎn)品名稱+抗折強(qiáng)度+標(biāo)準(zhǔn)號建筑石膏的技術(shù)指標(biāo)（GB9776-88）技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度/MPa,不小于2.52.11.8抗壓強(qiáng)度/MPa,不小于4.93.92.9細(xì)度(0.2mm方孔篩篩余/％),不大于5.010.015.0凝結(jié)時間初凝時間不早于6min；終凝時間不遲于30min

抗折強(qiáng)度為2.5MPa的建筑石膏記為：

建筑石膏2.5GB9776例如建筑石膏的特性凝結(jié)硬化快硬化制品的孔隙率大，體積密度小，保溫、吸聲性能好具有一定的調(diào)溫調(diào)濕性凝固時體積微膨脹防火性好耐水性、抗凍性差3.2.4建筑石膏的應(yīng)用室內(nèi)抹灰及粉刷

建筑石膏凝結(jié)快，用于抹灰、粉刷時需加緩凝劑及附加材料制成粉刷石膏。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光潔、防火、保溫，并且施工方便，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，是一種高檔抹面材料，可用于辦公室、住宅等的墻面、頂棚等。制作石膏制品建筑石膏制品的種類很多。如紙面石膏板、空心石膏板、石膏砌塊、裝飾石膏板、石膏角線、燈圈、羅馬柱等，主要用于分室墻，內(nèi)隔墻、吊頂及裝飾。石膏制品質(zhì)量輕，可鋸、可刨、可釘，加工性能好，可連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，有廣闊的發(fā)展前途。石膏立柱石膏吊頂請觀察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘結(jié)或制作石膏制品。觀察與討論分析答案建筑石膏粉的質(zhì)量

建筑石膏粉分析：從圖可見該建筑石膏粉已吸潮結(jié)粒，對凝結(jié)硬化性能及強(qiáng)度均有影響，已不宜使用。

由于建筑石膏粉易吸潮，影響其以后使用時的凝結(jié)硬化性能和強(qiáng)度，長期儲存也會降低強(qiáng)度，因此建筑石膏粉存貯時必須防潮，儲存時間不得過長，一般不得超過三個月。某住戶喜愛石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時間后，客廳、臥室效果相當(dāng)好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現(xiàn)發(fā)霉變形。請分析原因。

案例分析分析答案分析：廚房、廁所、浴室等處一般較潮濕，普通石膏制品具有強(qiáng)的吸濕性和吸水性，在潮濕的環(huán)境中，晶體間的粘結(jié)力削弱，強(qiáng)度下降、變形，且還會發(fā)霉。

建筑石膏一般不宜在潮濕和溫度過高的環(huán)境中使用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中摻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。摻入有機(jī)防水劑亦可改善石膏制品的耐水性。

某工人用建筑石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請分析原因。案例分析分析答案分析：①建筑石膏拌水后一般于數(shù)分鐘至半小時左右凝結(jié)，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結(jié)性能差?？蓳饺刖從齽娱L凝結(jié)時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。

②在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼。或者，在粘結(jié)的石膏漿中摻入部分粘結(jié)性強(qiáng)的粘結(jié)劑。

3.3.1石灰的生產(chǎn)與分類石灰：包含不同化學(xué)組成和物理形態(tài)的生石灰、消石灰、水硬性石灰的統(tǒng)稱。將主要成分為碳酸鈣的天然巖石（石灰?guī)r、白堊等）煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得以CaO為主要成分的產(chǎn)品即為生石灰。欠燒石灰CaO含量低，質(zhì)量等級低，利用率低過燒石灰質(zhì)地密實(shí)，顏色較深，消化緩慢，容易造成墻體開裂溫度過低或時間不足溫度過高或時間過長3.3石灰3.3.2石灰的消化與硬化消化（熟化）：生石灰（CaO）與水作用生成氫氧化鈣（熟石灰，又稱消石灰）的過程。生石灰的消化反應(yīng)如下：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋64.9×103J石灰的消化過程會放出大量的熱，熟化時體積增大1～2.5倍。

過燒石灰消化速度慢，易引起墻面隆起、開裂，所以使用前需洗灰陳伏。硬化：石灰水化后逐漸凝結(jié)硬化，包括干燥、結(jié)晶和碳化三個過程交錯進(jìn)行。干燥——多余水分蒸發(fā)或被吸收而使粒子緊密接觸，獲得一定強(qiáng)度。結(jié)晶——游離水減少，溶液飽和，氫氧化鈣結(jié)晶析出，強(qiáng)度增大。碳化——強(qiáng)度進(jìn)一步提高，但進(jìn)行緩慢：AB石灰抹面裂紋比較和分析案例分析分析答案分析：在煅燒過程中，如果煅燒時間過長或溫度過高，將生成顏色較深、塊體致密的“過燒石灰”。過燒石灰水化極慢，當(dāng)石灰變硬后才開始熟化，產(chǎn)生體積膨脹，引起已變硬石灰體的隆起鼓包和開裂。為了消除過燒石灰的危害，保持石灰膏表面有水的情況下，在貯存池中放置一周以上，這一過程稱為陳伏。陳伏期間，石灰漿表面應(yīng)保持一層水，隔絕空氣，防止Ca(OH)2與CO2發(fā)生碳化反應(yīng)。

石灰砂漿A為凸出放射性裂紋，這是由于石灰漿的陳伏時間不足，致使其中部分過燒石灰在石漿砂漿制作時尚未水化，導(dǎo)致在硬化的石灰砂漿中繼續(xù)水化成Ca(OH)2，產(chǎn)生體積膨脹，從而形成膨脹性裂紋。

石灰砂漿B為網(wǎng)狀干縮性裂紋，是因石灰砂漿在硬化過程中干燥收縮所致。尤其是水灰比過大，石灰過多，易產(chǎn)生此類裂紋。3.3.3石灰的技術(shù)要求及特性石灰的分類及技術(shù)要求建筑工程中所用的石灰常分三個品種：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根據(jù)石灰中氧化鎂的含量分為：鈣質(zhì)石灰：MgO≦5%鎂質(zhì)石灰：MgO﹥5%鈣質(zhì)消石灰粉：MgO≦4%鎂質(zhì)消石灰粉：4%﹤MgO﹤24%白云石質(zhì)消石灰粉：24%﹤MgO﹤30%根據(jù)成品加工方法不同分為：名稱加工方法狀態(tài)主要成分塊灰直接煅燒塊狀CaO生石灰粉塊狀生石灰磨細(xì)粉末CaO消石灰粉生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥粉末Ca(OH)2石灰膏塊狀生石灰用過量水消化（或?qū)⑾曳酆退韬希┮欢ǔ矶鹊母酄钗顲a(OH)2和水石灰乳生石灰加大量水消化乳狀液體Ca(OH)2和水各種石灰根據(jù)其種類、成分、細(xì)度等劃分為優(yōu)等品、一等品及合格品。石灰的特性可塑性和保水性好：可調(diào)成石灰砂漿。吸濕性強(qiáng)：是傳統(tǒng)的干燥劑；儲存時注意防潮。凝結(jié)硬化慢，強(qiáng)渡低。體積收縮大：不宜單獨(dú)使用，可摻入砂、各種纖維材料等減少收縮。耐水性差：不宜在潮濕的環(huán)境中使用，也不宜單獨(dú)用于建筑物基礎(chǔ)。

3.3.4石灰的應(yīng)用制作石灰乳涂料石灰乳涂料可用于建筑室內(nèi)墻面和頂棚粉刷。摻入少量佛青顏料，可使其呈純白色；摻入107膠或少量水泥?；郀t礦渣(或粉煤灰)，可提高粉刷層的防水性；摻入各種色彩的耐堿材料，可獲得更好的裝飾效果。配制砂漿石灰漿和消石灰粉可以單獨(dú)或與水泥一起配制成砂漿，前者稱石灰砂漿，后者稱混合砂漿，用于墻體的砌筑和抹面。為了克服石灰漿收縮性大的缺點(diǎn)，配制時常要加入紙筋等纖維質(zhì)材料。保水性好拌制灰土和三合土：消石灰粉與粘土的拌合物，稱為灰土，若再加入砂（或碎石、爐渣等），即成三合土?；彝梁腿贤猎诤粚?shí)或壓實(shí)下，密實(shí)度大大提高，而且在潮濕的環(huán)境中，粘土顆粒表面的少量活性氧化硅和氧化鋁與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使粘土的抗?jié)B能力、抗壓強(qiáng)度、耐水性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基礎(chǔ)、路面和地面的墊層。制作碳化石灰板：用作非承重的內(nèi)墻板、天花板等。生產(chǎn)硅酸鹽制品：如灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等。配制無熟料水泥各類石灰的用途

品種名稱適用范圍生石灰配制石灰膏；磨細(xì)成生石灰粉石灰膏用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿

稀釋成石灰乳(石灰水)涂料，用于內(nèi)墻和平頂刷白生石灰粉

(磨細(xì)生石灰粉)用于調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿

配制無熟料水泥

制作硅酸鹽制品(如灰砂磚等)

制作碳化制品(如碳化石灰空心板)

用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸鹽制品

用于石灰土(石灰+粘土)和三合土總結(jié)塊狀生石灰在空氣中放置會發(fā)生如下變化：3.3.5石灰的儲存生石灰消石灰粉吸收水分CaCO3CO2失去膠凝能力儲存生石灰，要防止受潮，不宜久存，最好先消化成石灰漿，變儲存期為陳伏期。生石灰受潮消化放出大量熱，且體積膨脹，故儲存運(yùn)輸要注意安全，并將其與易燃物分開保管，以免引起火災(zāi)。3.4.1菱苦土菱苦土，又稱鎂質(zhì)膠凝材料或氯氧鎂水泥，其主要成分為MgO。菱苦土硬化后吸濕性大，耐水性差。遇水或吸濕后易產(chǎn)生翹曲變形，表面泛霜，且強(qiáng)度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮濕環(huán)境。使用玻璃纖維增強(qiáng)的菱苦土制品具有很高的抗折強(qiáng)度和抗沖擊能力，其主要產(chǎn)品為玻璃纖維增強(qiáng)菱苦土波瓦。3.4其它氣硬性膠凝材料3.4.2水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。建筑常用的為硅酸鈉(Na2O·nSiO2)水溶液，又稱鈉水玻璃。水玻璃在凝結(jié)硬化后，黏結(jié)力強(qiáng),強(qiáng)度較高,耐酸性好,耐熱性好,耐堿性和耐水性差。建筑工程用途：涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力；加固土壤；配制速凝防水劑；修補(bǔ)磚墻裂縫。

1.石膏漿、石灰漿和水泥漿三種膠凝材料漿體硬化時收縮最大的是水泥漿。課堂練習(xí)2.一般建筑石膏適用于室外。3.石灰陳伏是為了消除過燒石灰的危害。4.石膏漿體的水