第三章 气硬性胶凝材料

凝 结 时 间 初凝不小于
（min）
终凝不大于
注：表中强度为 2h 强度值
2.1 3.9 ≤10
6 30
1.8 2.9 ≤15
石膏板是一种新型轻质板
材，它是以建筑石膏为主要原料，加入轻质多孔填料(如锯末、膨胀珍珠岩等)及纤维状
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填料(如石棉、纸筋等)而制成的。为了提高石膏板的耐水性，可加入适量的水泥、粉煤 灰、粒化高炉矿渣等，或在石膏板表面粘贴纸板、塑料壁纸、铝箔等。石膏板具有质量 轻、隔热保温、隔音、防火等性能，可锯、可钉，加工方便。适用于建筑物的内隔墙、 墙体覆盖面、天花板及各种装饰板等。目前我国生产的石膏板主要有纸面石膏板、纤维 石膏板、石膏空心板条、石膏装饰板及石膏吸音板等。
并具有一定的强度。
建筑石膏凝结硬化很快，一般终凝不超过半小时，硬化后体积稍有膨胀(膨胀量约为
0.5％～1％)，故能填满模型，形成平滑饱满的表面，干燥时也不开裂，所以石膏可以不
加填充料而单独使用。
建筑石膏水化反应的理论需水量仅为石膏质量的 18.6％，但使用时，为使浆体具有
一定的可塑性，需水量常达 60％～80％。多余水分蒸发后留下大量孔隙，故硬化后石膏
成二水石膏，并逐渐凝结硬化，其反应如下：
CaSO4·
1 2
H2O+1
1 2
H2O=CaSO4·2H2O
建筑石膏凝结硬化过程：半水石膏遇水即发生溶解，溶液很快达到饱和，溶液中的
半水石膏水化成为二水石膏。由于二水石膏的溶解度远比半水石膏小，所以很快从过饱
和溶液中沉淀析出二水石膏的胶体微粒并不断转化为晶体。由于二水石膏的析出破坏了
二、石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，其硬化包括两个同时进行的过程：
(1) 石灰浆中水分逐渐蒸发，或被周围砌体所吸收，氢氧化钙从饱和溶液中析出结 晶，即结晶过程。
(2) 氢氧化钙吸收空气中的二氧化碳，生成碳酸钙并放出水分，即碳化过程。其反 应如下：
Ca(OH)2+CO2+nH2O〓〓 CaCo3+(n+1)H2O
具有多孔性，表观密度较小，导热性较小，强度也较低。
建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性。受潮后晶体间结合力减弱，强度急剧下降，软
化系数为 0.2～0.3，耐水性及抗冻性均较差。
建筑石膏具有良好的防火性能。硬化的石膏为二水石膏，当其遇火时，二水石膏吸
收大量的热而脱水蒸发，在制 品表面形成水蒸气隔层，使其 具有良好的防火性能。
很快的凝结与硬化。当煅烧温度在(200～250)℃时，生成的石膏仅残留微量水分，凝结
硬化异常缓慢。当煅烧温度高于 400℃时，石膏完全失去水分，变成不溶解的硬石膏，
不能凝结硬化。当温度高于 800℃时，石膏将分解出部分 CaO，称高温煅烧石膏，重新
具有凝结和硬化的能力，虽凝结较慢，但强度及耐磨性较高。
钙质石灰 ≤5 ≤5 <4
氧化镁含量(％)
镁质石灰 白云石消石灰
＞5
—
＞5
—
4～<24
24～<30
较缓慢的过程。
由于石灰浆的硬化是由碳化作用及水分的蒸发而引起的，故必须在空气中进行。又
由于氢氧化钙能溶于水，故石灰一般不用于与水接触或潮湿环境下的建筑物。
纯石灰浆在硬化时收缩较大，易发生收缩裂缝，所以在工程上常配成石灰砂浆使用。
水玻璃俗称泡花碱，是一种水溶性的硅酸盐，由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成， 如硅酸钠(Na2O·nSiO2)、硅酸钾(K2O·nSiO2)等。
建筑上常使用的水玻璃是硅酸钠的水溶液，为无色、青绿色或棕色粘稠液体。其制 造方法是将石英砂粉或石英岩粉加入Na2CO3或Na2SO4，在玻璃炉内以 1300℃～1400℃ 温度熔化，冷却后即成固态水玻璃。然后在（0.3～0.8）MPa压力的蒸压锅内加热，将其 溶解成液态水玻璃。它是一种胶质溶液，具有胶结能力。
原有半水石膏的平衡，这时半水石膏进一步溶解和水化。如此不断地进行半水石膏的溶
解和二水石膏的析晶，直到半水石膏完全水化为止。随着浆体中的自由水分因水化和蒸
发而逐渐减少，浆体逐渐变稠失去塑性，呈现石膏的凝结。此后，二水石膏的晶体继续
大量形成、长大，晶体之间相互接触与连生，形成结晶结构网，浆体逐渐硬化成块体，
在建筑上应用最广的是半水石膏。
一、建筑石膏
将β型半水石膏磨成细粉，即得建筑石膏。其中，杂质较少、色泽较白、磨得较细
的产品称模型石膏。
建 筑 石 膏 密 度 为 2.5g/cm3 ～ 2.8g/cm3 ， 其 紧 密 堆 积 表 观 密 度 为 1000kg/m3 ～
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1200kg/m3，疏松堆积表观密度为 800kg/m3～1000kg/m3。建筑石膏遇水时，将重新水化
掺入砂子除能构成坚固的骨架，以减少收缩并节约石灰外，还能形成一定的孔隙，使内
部水分易于蒸发，二氧化碳易于透入，有利于硬化过程的进行。
镁质石灰的熟化与硬化均较慢，产浆量较少，但硬化后孔隙率较小，强度较高。
三、石灰的技术指标
根据建筑石灰标准，建筑石灰分为钙质石灰、镁质石灰及白云石消石灰。其分类标
准见表 3—1，各类石灰技术指标见表 3—2。
0.5 12
1.5 18
0.2 7
0.5 12
1.5 18
— —
—
—
—
—
CaO+MgO 含量(％)不小于
70
65
60
65
60
55
65
60
55
消石 灰粉
游离水(％)
体积安全性
细度
0.9mm 筛筛余 (％) 0.125mm 筛筛 余(％)
不大于
0.4～2 合格
0 3
0.4～2 合格
0 10
0.4～2 — 0.5 15
第三章 气 硬 性 胶 凝 材 料
胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，在由可塑性浆体变成坚硬石状体的过程 中，能把散粒或块状的物料胶结成一个整体的材料。
胶凝材料分为无机胶凝材料(亦称矿物胶凝材料)和有机胶凝材料①两类。 无机胶凝材料又分为气硬性与水硬性两种。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；属于这类材料的有石灰、石膏、镁质胶凝材料及水玻璃等。 水硬性胶凝材料，不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度； 属于这类材料的有各种水泥。
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表 3—2 品种
项目
石灰的技术指标（JC/T479,480,481—92） 钙质
镁质
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品
合格品
白云石消石灰 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO 含量(％)不小于
90
85
80
85
80
75
—
—
—
生石灰
未消化残渣含量(5mm 圆
孔筛余,％)
不大于
5
10
15
石膏的组成与结构也不同，其性质有很大差别。常压下，当加热温度在 107～170℃之间
时，二水石膏逐渐失去大量水分，生成 β 型半水石膏(熟石膏)。反应式为
CaSO4·2H2O=CaSO4·
1 2
H2O+1
1 2
H2O
半水石膏加水拌和后，能很快凝结硬化。
当锻烧温度在（170～200）℃时，石膏脱水变成可溶的硬石膏，它与水拌和后也能
碳化作用主要发生在与空气接触 的表面，当表层生成致密的碳酸钙薄壳 后，不但阻碍二氧化碳继续往深处透 入，同时也影响水分的蒸发，因此在砌 体的深处，氢氧化钙不能充分碳化，而 是进行结晶，所以石灰浆的硬化是一个
表 3—1
钙质、镁质石灰分类 （JC/T479，480，481—92）
品种
生石灰 生石灰粉 消石灰粉
二、高强度石膏 将二水石膏在 0.13MPa 压力的蒸压锅内蒸炼(即在 1.3 大气压，125℃条件下进行脱
水)，所得的半水石膏为 α 型半水石膏，其需水量（约为 35％～45％）仅为建筑石膏的一
半。故其制品密实度和强度较建筑石膏大，称为高强度石膏。它适用于强度较高的抹灰 工程、石膏制品和石膏板等。
C aO + H 2O ⎯ ⎯→ C a(O H )2 + 64.9kJ 石灰在熟化过程中，放出大量的热，体积膨胀约 1.0～2.5 倍。根据熟化时加水量的 不同，熟石灰可呈粉状或浆状。 生石灰熟化成消石灰粉的理论加水量，仅为CaO质量的 32％。但由于一部分水分随 放热过程而蒸发，故实际需水量为 70％左右。消石灰粉的密度约为 2.1g/cm3，松散状态
三、无水石膏水泥 将二水石膏在 600～800℃温度下煅烧后所得的不溶性无水石膏，加入适量的催化 剂，如石灰、页岩灰、粒化高炉矿渣、硫酸钠、硫酸氢钠等，共同磨细而制得的气硬性 胶凝材料，称为无水石膏水泥。它具有较高的强度，可用于配制建筑砂浆、保温混凝土、 抹灰、制造石膏制品和石膏板等。
第三节 水 玻 璃
5
10
15
—
—
—
CO2(％)
5
7
9
6
8
10
—
—
—
产浆量(L/kg)不小于
2.8
2.3
2.0
2.8
2.3
2.0
—
—
—
CaO+MgO 含量(％)不小于
85
80
75
80
75
70
—
—
—
生石
CO2含量(％)
7
9
11
8
10
12
—
—
—
灰粉
细度
wenku.baidu.com
0.9mm 筛筛余 (％) 0.125mm 筛筛 余(％)
不大于
0.2 7
第二节 石 膏
石膏胶凝材料主要是由天然二水石膏(CaSO4·2H2O —— 生石膏)经煅烧脱水而制成 的。除天然二水石膏外，天然无水石膏(CaSO4—— 硬石膏)、工业副产品石膏(以硫酸钙 为主要成分的工业副产品，如磷石膏、氟石膏)也可作为制造石膏胶凝材料的原料。
生产石膏的主要工序是煅烧和磨细。在煅烧二水石膏时，由于加热温度不同，所得
根据 GB9776—88《建筑石 膏》，建筑石膏分为三个等级， 各等级的技术指标见表 3—3。
建筑石膏适用于室内装 饰、抹灰、粉刷，制作各种石 膏制品及石膏板等。
表 3—3
建筑石膏的技术指标(GB9776-88)
技术指标
优等品 一等品 合格品
抗折强度(Mpa)
2.5
抗压强度(MPa)
4.9
细度(0.2mm 方孔筛筛余,％) ≤5
第一节 石 灰
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。
用石灰岩、白垩、白云质石灰岩或其他含碳酸钙为主的天然原料，经煅烧而得的块 状产品，称为生石灰。生石灰的主要成分是 CaO，煅烧时的反应为
CaCO3 ⎯9⎯00⎯oC→ CaO + CO2 ↑ 为了加快煅烧过程，常使温度高达 1000～1100℃。煅烧时温度的高低及分布情况， 对石灰质量有很大影响。如温度太低或温度分布不均匀，碳酸钙不能完全分解，则产生 欠火石灰；若温度太高，则产生过火石灰。煅烧良好的石灰，质轻色匀，密度为 3.2g/cm3， 堆积表观密度介于 800kg/m3～1000kg/m3之间。 原料中常含有碳酸镁，故生石灰中尚含有一些 MgO。按 MgO 的多少，生石灰又分 为钙质石灰和镁质石灰。 一、石灰的熟化(消解) 石灰在使用前一般要加水进行熟化。经过熟化后的石灰，其主要成分是Ca(OH)2。石 灰熟化的反应为
欠火石灰的中心部分仍是碳酸钙硬块，不能熟化，形成渣子。过火石灰结构紧密，
且表面有一层深褐色的玻璃状硬壳，故熟化很慢，当被用于建筑物后，能继续熟化产生
体积膨胀，从而引起裂缝或局部脱落现象。为消除过火石灰的危害，石灰浆应在消解坑
中存放两星期以上(称为“陈伏”)，使未熟化的颗粒充分熟化。“陈伏”期间，石灰浆表面应 覆盖一层水膜，以免石灰浆碳化。
①有机胶凝材料是指沥青材料及树脂等。 第1页共8页
下的堆积表观密度为 400kg/m3～450kg/m3。消石灰粉的生产一般多在工厂中进行。 在建筑工地上，多用石灰槽或石灰坑，将石灰熟化成石灰浆使用。通常加水量约为
石灰量的 2.5～3.0 倍或更多。熟化时经充分搅拌，使之生成稀薄的石灰乳，再注入石灰 坑内，澄清后约含 50%水分的石灰浆(石灰膏)，其堆积表观密度为 1300kg/m3～1400kg/m3。
0.4～2 合格
0 3
0.4～2 合格
0 10
0.4～2 — 0.5 15
0.4～2 合格
0 3
0.4～2 合格
0 10
0.4～2 — 0.4 15
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四、石灰的应用 石灰在建筑上应用很广，常用来配制石灰砂浆等，作为砌筑砖石及抹灰用。石灰乳 常作为墙及天棚等的粉刷涂料使用。 消石灰与粘土可配制成灰土，再加入砂子可配成三合土，经过夯实之后，具有一定 的强度和耐水性，可用于建筑物的基础和垫层，也可用于小型水利工程。三合土或灰土 可就地取材，施工技术简单，成本低，具有很大的使用价值。 将生石灰磨成细粉，不经消解直接使用，称为磨细生石灰。常用于制作硅酸盐制品 及无熟料水泥，也可用于拌制三合土或灰土等，其物理力学性能比消石灰好。 用磨细生石灰掺加纤维状填料或轻质骨料，搅拌成型后，经人工碳化，可制成碳化 石灰板，用作隔墙板、天花板等。