土木工程材料教材第二章气硬性胶凝材料

第二章 气硬性胶凝材料
（三）石灰的储存 1、生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随
到随化”。 2、生石灰不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混
合运输。 3、熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建
筑物产生的危害。
工程实例 某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？
项目
钙质生石灰粉
镁质生石灰粉
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量(%，不小
于）
85 80 75 80 75 70
0.90mm筛筛余(%，
细
不大于）
0.2 0.5 1.5 0.2 0.5 1.5
度 0.125mm筛筛余(%，
不大于）
7.0 12.0 18.0 7.0 12.0 18.0
▪ 2、高强石膏应用
▪ （1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板 ▪ （2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。 ▪ （3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无
收缩。
第二章 气硬性胶凝材料
第四节 水 玻 璃（了解）
一、水玻璃（泡花碱）的原料及生产 是一种碱金属气硬性胶凝材料。
（一）原料 石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料
900℃~1000 ℃
CaCO3
CaO+CO2
石灰岩
生石灰
(三) 石灰的另一来源 是利用化学工业副产品。如：用电石（碳
化钙）制取乙炔时的电石渣（Ca（OH）2）。
为了加速分解过程， 煅烧温度常提高至 1000~1100℃左右。
欠火石灰 过火石灰 正火石灰
第二章 气硬性胶凝材料
二、 石灰的熟化(消化、工地称为“淋灰” ) ： （一）石灰熟化原理：CaO + H2O====Ca(OH)2十64.9×103J
第二章 气硬性胶凝材料
纸面石膏板
装饰石膏板
吸声用穿孔石膏板
第二章 气硬性胶凝材料
五、高强石膏
▪
1、高强石膏特点
由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小(1g固体所占有
的总表面积) ，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-
45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有
较高的强度，7天的抗压强度可达15-40MPa。
析出硅酸胶体，起到胶结和填充土壤的作用，并可以阻止水渗入，增加土壤的
密实度和强度。
▪
3、修补裂缝、堵漏；将水玻璃溶液掺入砂浆或混凝土中，可使其急速凝
结硬化。
▪
4、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；
▪
5、配制耐热砂浆和耐热混凝土。
▪
第二章 气硬性胶凝材料
▪ 例3-0 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？
第二章 气硬性胶凝材料
3、制作碳化石灰板 碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）
或轻质骨料 （如矿渣）搅拌、成型，然后经人工碳化而成的 一种轻质板材，适宜作非承重内墙板、天花板等。
4、制作硅酸盐制品 磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉
煤灰等硅质 材料经配料、混合、成型，再经常压或高压蒸汽 养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤 灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。
▪
Ca（OH）2与空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提
高。
▪ 四、石灰的品种
▪ 1）按石灰中的氧化镁含量的高低分 钙质石灰
生石灰 镁质石灰
MgO≤5%
5% ﹤ MgO≤24%
▪ 2）按成品的加工方法分
块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。
第二章 气硬性胶凝材料
▪
建筑石膏（半水石膏）重新水化放热生成二水石膏的
化合反应过程 ：
1
1
▪
CaSO4 2 H2O 1 2 H2O CaSO4 2H2O
▪
建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶
的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的
形成过程。建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于6分
钟，终凝不超过30分钟。
一等品 合格品
强度 （MPa）
抗折强度 抗压强度
2.5
2.1
1.8
4.9
3.9
2.9
细度 (以0. 2mm方孔筛筛余百分数计， 不大于）
5.0
10.0
15.0
凝结时间 (min)
初凝时间 终凝时间
不小于6 不大于30
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▪ （二）技术特性 ▪ 1、强度低；2、凝结硬化快，初凝6分，终凝30分； ▪ 3、孔隙率大（50~60%），热导率小（0.121~0.205W/(m.k)）； ▪ 4、凝结时体积产生微膨胀（0.05%~0.15%）； ▪ 5、吸湿性强，耐水性差(软化系数为0.2~0.3)；6、具有较好的防火性能； ▪ 7、加工性能好；8、隔热、吸声性良好；9、具有一定的调温、调湿性。 ▪ 四、建筑石膏的应用 ▪ 1、室内抹灰与粉刷； ▪ 2、生产建筑石膏制品 ▪ 3、生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中
镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量(%，不小
于）
90 85 80 85 80 75
未消化残渣含量（5mm圆
孔筛筛余量）%，不大于 5
10 15
5
10
15
产浆量，L/kg，不小于 2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0
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表2.2 建筑生石灰粉的技术要求
▪ （一）石灰的特点
1、良好的保水性；
熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面
积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚
的水膜，即石灰的保水性好。
2、生石灰水化时水化热大，体积增大；
3、凝结硬化慢、强度低 ；
第二章 气硬性胶凝材料
表2.1 建筑生石灰的技术指标
项目
钙质生石灰
CaSO4·0.5H2O β型
建筑石膏
CaSO4·2H2O
125℃ 0.13MPa
蒸压锅
CaSO4·0.5H2O
α型
高强石膏
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CaSO4
2H
2O
107 C~1 70 C常压
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
生石膏
天然石膏
熟石膏
建筑石膏
第二章 气硬性胶凝材料
▪ 二、建筑石膏的水化与硬化
▪ 三、建筑石膏的技术性质
第二章 气硬性胶凝材料
（一）技术指标
建筑石膏色白，密度2.60～2.75g/cm3,堆积密度800～1000kg/cm3,根 据国标《建筑石膏》的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。 优等、一等和合格。
表2.4 建筑石膏的技术要求(GB 9776—88)
指标
等级 优等品
细
0 0.5 0
0
0.5
度 0.125mm筛筛余(%，
不大于）
3
10 15
3
10
15
第二章 气硬性胶凝材料
4、硬化后体积收缩大稳定性差。
▪ （二）石灰的应用
▪ 1、配制石灰砂浆和石灰乳涂料
▪
石灰砂浆由石灰膏和砂、水拌合而成，可用作内墙、顶棚的抹面。
▪ 石灰乳由石灰膏稀释而成，常用作内墙和顶棚的粉刷涂料。
在土木工程材料中，胶凝材料是基本材料之一，通过它 的胶结作用可配制出各种混凝土及建筑制品，衍生出许多 新型材料，不同胶凝材料衍生出材料及制品将会有不同的 性质。
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第二节 石 灰
一、 石灰的原料及生产： （一）原料：
以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用 的有石灰石，白云石，贝壳等。 （二）生产工艺：
▪ 2、配制灰土和三合土
▪
灰土：熟石灰粉+粘土。
▪
三合土：熟石灰粉+粘土+砂、石或炉渣等填料。（三七灰土、四六
灰土）
▪
可广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层。
第二章 气硬性胶凝材料
▪ 例 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础
的垫层、道路的基层等潮湿部位？
▪ 解(1) 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量
第二章 气硬性胶凝材料
表2.3 建筑消石灰粉的技术要求
项目
钙质消石灰粉
镁质消石灰粉
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量(%，不小
于）
70 65 60 65 60 55
游离水，%
0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2 0.4~2
0.90mm筛筛余(%， 0
为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%-15%的促硬剂氟硅酸钠或加热以加快其
硬化。
三、水玻璃的性质
1、粘结力强 2、耐酸性好 3、耐热性好
四、水玻璃的用途
▪
1、涂刷或浸渍材料（除浸渍石膏之外，因会生成硫酸钠晶体，体积膨胀，
产生破坏），可增加材料的密实度和强度，增强抗风化能力。
▪
2、加固地基；将水玻璃和氯化钠溶液交替灌入土壤中，发生化学反应，
熟石灰粉
煅烧
石灰石
块状生石灰
加水为石灰 质量的2.53倍
沉淀除去表
石灰膏
层多余水分
石灰乳
磨细
生石灰粉
第二章 气硬性胶凝材料
▪ 五、石灰的技术标准
▪
建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaO＋MgO及
杂质的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见表
2.1-2.3。
▪ 六、石灰的应用及储存
▪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。
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合物
为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。
第二章 气硬性胶凝材料
（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中（干燥条件下）硬化 并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃；
（2）水硬性胶凝材料：既能在地上或空气中硬化，又能在 水中或地下硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；
（二）生产
Na2CO3+nSiO2 1300～1400℃ Na2O•nSiO2+ CO2
二、水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并
逐渐干燥硬化，速度较慢。具体反应式如下：
Na2O•nSiO2+ CO2+mH2O＝Na2CO3 + nSiO2•mH20
第二章 气硬性胶凝材料
第二章 气硬性胶凝材料
第一节 绪 论
▪ 一、胶凝材料的定义
▪
经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或
粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。
▪ 二、胶凝材料的分类
无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。(绝大多 数的无机化合物可以归入氧化物、酸、碱、 盐
四大类)
胶凝材料
无机胶凝材料 有机胶凝材料
注意： 1、 熟化反应是放热反应 2、 熟化反应过程体积膨胀1-2.5倍
（二）石灰的陈伏： 过火石灰熟化较慢，当石灰已经硬化后才开始熟化，引起
隆起和开裂，为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中 存放两周以上，使未曾熟化的石灰颗粒充分熟化，这一过程叫 做“陈伏”。
第二章 气硬性胶凝材料
（三）石灰的熟化方法及用途： 按石灰用途，我国工地上熟化石灰的方法有两种：消石灰浆法和消石
的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性 氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所 以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于 在潮湿环境中使用。
▪ (2) 再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使
灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。 因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。
▪ （3） 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
1.检测石灰中CaO和MgO的含量,细度。 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰) 3.查表判定该石灰的等级。
第二章 气硬性胶凝材料
第三节 石 膏
一、建筑石膏的原料及生产天然的二水石膏（软石膏）
（一）原材料
天然的原材料 化学工业副产品
磷石膏和盐田石膏
（二）生产过程
二水石膏
107～170℃ 加热、脱水
灰粉法（淋灰法和化灰法）。 1)用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰加水熟化成消石灰
浆。生石灰在化灰池中熟化后，通过筛网流入储灰坑储存两周以上。 2)用于拌制石灰土(石灰、粘土)、三合土(石灰、粘土、砂石或炉渣等)
时，将生石灰加水熟化成消石灰粉。 现在多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使
用。 三、石灰的硬化 （一）干燥硬化
浆体中大量水分蒸发，但尚留一部分游离水，水表面张力将石灰粒 子紧密连接到一起，具有一定的强度。
第二章 气硬性胶凝材料
▪ （二）结晶硬化
▪
Ca（OH）2从饱和溶液中析出，逐渐由胶体转变成晶体的过程，主
要作用力为分子力，晶体互相交叉连生，从而提高强度。
▪ （三）碳化硬化