1、第四章 气硬性胶凝材料胶凝材料是指在一定条件下通过自身的一系列变化，能把其他材料胶结成具有一定强度的整体的材料，通常分为有机和无机两大类。 有机胶凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料。无机胶凝材料是指以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和后形成的浆体，经过一系列物理化学变化，而将其他材料胶结成具有强度的整体。无机胶凝材料根据硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化并保持或继续提高其强度。如石灰、石膏、镁质胶凝材料、水玻璃等。水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度。如水泥等。 第一节 建筑石灰一
2、、石灰的生产与品种石灰是由石灰岩煅烧而成。石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)。石灰岩在适当温度(10001100)下煅烧，得到以CaO为主要成分的物质即石灰，也叫生石灰(其中含一定量MgO)： 生石灰烧制过程中，往往由于石灰石生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为核，这种石灰称为“欠火石灰欠火石灰”。|第二种情况是由于烧制的温度过高或时间第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外过长，使得石灰表面出现
3、裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为灰称为“过火石灰过火石灰”。过火石灰表面常被粘。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。石灰的分类根据加工方法不同，有：(1)块状生石灰(2)磨细生石灰粉 (3)消石灰粉 (4)石灰浆 根据熟化速度分为快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰，其熟化速度见下表。生石灰熟化速度分类生石灰熟化速度分类二、石
4、灰的熟化二、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：石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀12.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。为了保证石灰充分熟化，必须将石灰浆在贮灰坑中存放两星期以上，这一过程叫石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。三、石灰的硬化石灰的硬化包含下面两个同时进行的过程：结晶过程多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca(OH) 2逐渐从过饱和溶液中析出，形成结晶。碳化过程Ca(OH) 2和空气中的CO2化合，生成碳酸钙晶体。反应式如下： 四、石灰的技术指标四、石灰的技术指标五、石灰的特性五、石灰
5、的特性 (1)良好的可塑性及保水性 (2)凝结硬化慢、强度低 (3)耐水性差 (4)体积收缩大 (5)吸湿性强 （1 1）可塑性好）可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。|(2)(2)硬化慢、强度低硬化慢、强度低|从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，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
6、后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（如石灰砂浆（1 1：3 3）2828天强度仅为天强度仅为0.2-0.50.2-0.5MPaMPa。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，也不宜用于重要建筑物基础。也不宜用于重要建筑物基础。（3）硬化时体积收缩大|石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。（4 4）耐水性差，不易贮存）耐水性差，不易贮存|块状类石灰放置太久，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，
7、失去胶结能力。所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。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。六、石灰的应用六、石灰的应用 (1)配制石灰砂浆和石灰乳 (2)配制灰土与三合土 (3)生产硅酸盐制品(4)生产碳化石灰板 第二节第二节 建筑石膏建筑石膏一、石膏的品种与生产一、石膏的品种与生产我国的石膏资源极其丰富，分布很广。有自然界存在的天然二水石膏(CaSO42H2O，又称软石膏或生石膏)、天然无水石膏(CaSO4，又称硬石膏)和各种工业副产品或废料化学石膏。石膏胶凝材料的生产，通常是用天然二
8、水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。 二水石膏在107170时激烈脱水，水分迅速蒸发，成为型半水石膏： 型半水石膏磨细即为建筑石膏。其中杂质含量少、颜色洁白者称模型石膏。二水石膏在0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼(温度125)脱水，可制得型半水石膏： 型半水石膏浆体硬化后的强度较高，故又称高强石膏。二、建筑石膏的凝结硬化二、建筑石膏的凝结硬化半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏： 随着浆体中自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体也逐渐变稠，这个过程称为凝结过程。其后，二水石膏晶体继续大量形成、长大，晶体之间互相交错连生，形成结晶结构网，使浆体变硬，并形成具有强度的石膏制品。这个过程称为硬化过程。
9、三、建筑石膏的技术性质和特点三、建筑石膏的技术性质和特点建筑石膏的技术性质建筑石膏的技术性质建筑石膏的密度为2.52.8g/cm3，表观密度为8001000kg/m3。建筑石膏的技术要求主要有强度、细度和凝结时间。按强度和细度的差别，建筑石膏划分为优等品、一等品和合格品三个等级建筑石膏的特点建筑石膏的特点(1)凝结硬化快 (2)凝固时体积微膨胀 (3)孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声性 能好 (4)具有一定的调温调湿性 (5)防火性好，但耐火性差 (6)耐水性、抗冻性差 （）凝结硬化速度快（）凝结硬化速度快 建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过
10、30min，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等（）凝结硬化时的膨胀性（）凝结硬化时的膨胀性 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。（）硬化后的多孔性，重量轻，但（）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低强度低 建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量
11、微孔，使其重量减轻，但是抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约为00kg31000 kg3，抗压强度约为Pa5Pa。（）良好的隔热和吸音和（）良好的隔热和吸音和“呼吸呼吸”功能功能 石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构， 使石膏具有呼吸水蒸气的功能。（）防火性好，但耐水性差（）防火性好，但耐水性差 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良
12、好的防火效果。 由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。（6 6）有良好的装饰性和可加工性）有良好的装饰性和可加工性 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。四、建筑石膏的用途四、建筑石膏的用途(1)纸面石膏板 (2)石膏装饰板 (3)纤维石膏板 (4)石膏空心条板 (5)石膏空心砌块和石膏夹心砌块 石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等等。第三节 水玻璃水玻璃俗
13、称泡花碱，是碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶解于水的一种硅酸盐材料。最常用的是硅酸钠水玻璃(Na2OnSiO2)及硅酸钾水玻璃(K2OnSiO2)。生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。水玻璃与普通玻璃不同，它能溶于水，并能在空气中凝结、硬化。水玻璃的模数： 二氧化硅和氧化钠摩尔数之比n称为水玻璃的模数。模数大，水玻璃粘度大，较难溶于水，但是较易分解、硬化。常用的水玻璃模数为2.62.8 。水玻璃硬化是吸收空气中CO2而析出无定形硅酸：上述硬化过程很慢，为加速硬化，可将水玻璃加热或掺加适量促硬剂，如氟硅酸钠，以加速二氧化硅凝胶的析出和硬化。氟硅酸钠也能提高水玻璃的耐水性。 氟硅酸钠的适宜掺量为
14、水玻璃重的12%15%。氟硅酸钠具有毒性，操作时应注意安全。水玻璃在建筑中的应用（1）涂料（2）耐酸砂浆及耐酸混凝土（3）耐热砂浆及耐热混凝土（4）灌浆材料另外，可作水泥的促凝剂。例题1 某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。答：石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟
15、化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。例2 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？解:建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（1）石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（2）硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。（3 3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇
16、火后会脱出当受到高温作用时或遇火后会脱出21%21%左右左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。火性。（4）建筑石膏制品还具有较高的热容量和建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差抗冻性差,所所以不适用于室外使用以不适用于室外使用.
