第3章 气硬性胶凝材料

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。
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
(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：
CaSO4
2H 2O
1 07~1 70 CaSO4
1 2
H 2O
1
1 2
H 2O
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Байду номын сангаас。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
CaCO3 900CCaO CO2
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。
（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。
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
2.0
2.8
2.3
2.0
（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 85
3.3 水玻璃
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。
3.2 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。
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.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。
80
75
80
75
70
2.C02(％)
不大于 7
9
11
8
10
12
0.9mm筛筛余(％) 不大于 0.2
0.5
1.5
0.2
0.5
1.5
细度
0.125mm筛筛余(％) 不大于 7.0
12.0
18.0
7.0
12.0 18.0
（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 。
反应，生成Ca(OH)2的水化过程，其反应式如下：
CaO H2O Ca(OH )2 64.9KJ / mol
➢ 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
表3-4 建筑消石灰粉技术指标
项目
钙质生石灰 优等品 一等品 合格品
1．(CaO+Mgo)含量(％) 不小于
70
2．游离水(％)
65
60
0.4—2.0
3．体积安定性
合格 合格
--
0.9mm筛筛余(％)
4.
不大于
0
0
0.5
细
度 0.125mm筛余(％) 不大于
3
10
15
镁质生石灰 优等品 一等品 合格品
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 。
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
（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／T
479一92)、《建筑生石灰粉》(JC／T 480—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3-2 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 90
85
80
85
80
75
2.未消化残渣含量(5mm圆孔筛筛
余量)(％)
不大于 5
10
15
5
10
15
3.C02(％)
不大于 5
7
9
6
8
10
4.产浆量(L／kg)
不小于 2.8 2.3
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。
3.2.2 建筑石膏的凝结与硬化
1.石膏的水化 半水石膏和水反应生成二水石膏的过程。
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
CaSO4
2H
2O
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。
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：
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。
（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：
Ca(OH)2 CO2 nH2O 碳化CaCO3 (n 1)H2O
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。
（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。
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。
有机胶凝材料 如沥青、树脂等
胶
凝
材
气硬性胶凝材料
料
无机胶凝材料
65
60
55
0.4—2.0
合格
合格
--
0
0
0.5
3
10
15
白云石消石灰 优等品 一等品 合格品
65
60
55
0.4—2.0
合格
合格
--
0
0
0.5
3
10
15
3.1.4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。