2 气硬性胶凝材料
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
02气硬性胶凝材料_土木工程材料
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
石灰的应用
工程案例 某工地因工期紧，急需配置石灰砂浆。现建材市场有消石灰粉、
生石灰粉和生石灰三种可供选择。因生石灰价格相对便宜，工地 选择了生石灰作为原材料，买回后立刻加水进行配置石灰膏，再 配置成石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性 裂缝。试分析其原因。
钠水玻璃： Na2O•nSiO2 (常用) 钾水玻璃： K2O•nSiO2 水玻璃的模数：分子式中SiO2 与Na2O分子数比n。 水玻璃的模数越大，越难溶于水。
2 气硬性胶凝材料 – 2.3 水玻璃
水玻璃的硬化和性质
➢ 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，具体反应式如下：
将液态水玻璃和氯化钙溶液交 替注入土壤中，两者反应析出 硅酸胶体，能起胶结和填充孔 隙的作用，并可阻止水分的渗 透，提高土壤密度和强度。
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
➢ 石灰的品种 按成品的加工方法分 1. 生石灰：石灰石煅烧后的块状物 CaO 2. 生石灰粉：块状生石灰磨细后的粉末 CaO 3. 消石灰粉：生石灰消化并干燥后的粉末 Ca(OH)2 4. 石灰膏：生石灰充分消化后的膏状物 Ca(OH)2和水
石灰的品种
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
建筑石膏+水
浆体
凝结
硬化
➢初凝：开始失去塑性的时间。 ➢终凝：开始具有强度的时间。
2 气硬性胶凝材料 – 2.2 建筑石膏
➢建筑石膏凝结过程
建筑石膏的凝结与硬化
溶解
反应
结晶
半水石膏溶解
半水石膏与水反 应生成二水石膏
二水石膏溶解度较小，饱和析 出，游离水分逐渐减少，二水 石膏不断增加，浆体稠度增大
2气硬性胶凝材料详解
建筑石膏的分散硬化过程可以表示如下：
建筑石膏+水
浆体
凝结
硬化
建筑石膏分散过程，是一个溶解、反响、沉淀、结晶的 过程。水化生成二水石膏，溶解度远小于半水石膏，不 断析出；
硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶构造网的形成过 程。晶体之间相互穿插连生，形成网状构造；随着反响
二、建筑石膏的分散硬化
建筑石膏分散硬化 分散硬化是一个连续过程，既有物理又有化学
生石灰的熟化〔消化〕
熟化的过程 生石灰+水
MgO + H2O == Mg〔OH〕2
熟石灰
CaO + H2O == Ca〔OH〕2 + 64.83kj
熟化过程的特点 反响速度快；放出大量的热；体积膨胀1～2.5倍。 熟化过程的留意事项 熟石灰在使用前必需陈伏15d以上——防止过火
石灰的危害；
二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
六、建筑石膏的储运
易吸湿受潮，储运时避开受潮。 长期存放，强度会降低。通常，建筑石膏储存
不超过三个月，否则，重新检验确定强度等级。
§2－3 水玻璃
一、水玻璃的硬化和性质
水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化 硅结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。 水玻璃的硬化
液体水玻璃吸取空气中的二氧化碳，形成无定 型硅酸凝胶，并渐渐枯燥硬化，具体反响式如下：
四、建筑石膏的技术性质
耐水性、抗冻性差 孔隙率大，且二水石膏微溶于水，长期在潮湿环境下，
晶体粒子间结合力减弱，强度降低。 负温下，孔隙中水变冰，体积膨胀破坏。石膏不宜用在
潮湿严寒环境中。 环境调整性 有较强的吸湿性，热容量大，保温隔热性能好—“呼吸”
作用，调整温、湿度。 防火性好，耐火性差 二水石膏遇火，结晶水蒸发，形成蒸汽雾，可延缓石膏
2气硬性凝胶材料的选择和应用
学习情境2 气硬性胶凝材料的选择和应用建筑工程中主要应用的气硬性胶凝材料有石灰、石膏、水玻璃和菱苦土。
单元1 石灰石灰一般是相同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。
它是建筑上最早使用的胶凝材料之一。
因其原料分布广泛，生产工艺简单，成本低廉，使用方便，所以一直得到广泛应用。
1.1 石灰的生产生产石灰所用原料主要是以碳酸钙为主的天然岩石，如石灰石、白垩等。
将这些原料在高温下煅烧，即得生石灰：21100~9003CO CaO CaCO C +−−−−→−︒↑正常温度下煅烧得的生石灰具有多孔结构，即内部孔隙率大、晶粒细小、体积密度小，与水作用速度快。
由于生产时，火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰和过火石灰。
欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧石灰。
欠火石灰只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。
温度过高得到的生石灰，称为过火石灰。
过火石灰的结构致密、孔隙率较小、体积密度大，并且晶粒粗大，甚至发生原料中混入或夹带有粘土成分，在高温下熔融，使过火石灰颗粒表面部分为玻璃质物质（即釉状物）所包覆。
因此过火石灰与水作用很慢（需数十天至数年以上），这时对使用非常不利。
1.2 石灰的熟化石灰的熟化，又称消解，是生石灰（氧化钙）与水作用生成熟石灰（氢氧化钙）的过程，即：→()kJ OH Ca O H CaO 8.6422++伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速增加1～2.5倍。
为避免过火石灰在使用后，因吸收空气中的水蒸气而逐步水化膨胀，使硬化砂浆或石灰制品生产隆起、开裂等破坏，在使用前必需使其熟化或将其去除。
常采用的方法是在熟化过程中首先将较大的欠火石灰块利用筛网等去除（同时也为了去除较大的欠火石灰块，以改善石灰质量），之后利用二周以上的熟化时间（即陈伏），使较小的过火石灰块熟化。
熟化时需防止石灰碳化（也就是在陈伏期间，应在其表面保留一定厚度的水层，以与空气隔绝。
）。
熟石灰，又称为消石灰，有二种使用形式：（1）石灰膏 生石灰块加水3～4倍的水，经熟化、沉淀、陈伏等得到的膏状体。
气硬性胶凝材料知识点总结
气硬性胶凝材料知识点总结一、气硬性胶凝材料的分类气硬性胶凝材料主要包括混凝土、砂浆、水泥砂浆等。
混凝土是由水泥、砂、骨料和水按一定比例配制而成的一种具有胶凝性能的材料。
混凝土按用途和材料性能的不同可以分为普通混凝土、高强混凝土、自密实混凝土、自流平混凝土、自密实自流平混凝土等。
砂浆是由水泥、砂和水按一定比例配制而成的具有胶凝性能的材料。
砂浆按用途和材料性能的不同可以分为砌筑砂浆、抹面砂浆、防水砂浆、自流平砂浆等。
水泥砂浆是由水泥和砂按一定比例配制而成的具有胶凝性能的材料。
水泥砂浆按用途和材料性能的不同可以分为砌筑砂浆、抹面砂浆、防水砂浆、自流平砂浆等。
二、气硬性胶凝材料的性能1、抗压性能：气硬性胶凝材料具有优良的抗压性能，能够承受较大的压力而不发生破坏。
2、抗折性能：气硬性胶凝材料具有较好的抗折性能，能够承受一定的弯曲力而不发生开裂。
3、抗渗透性能：气硬性胶凝材料具有优良的抗渗透性能，能够阻止水分和有害物质的渗透。
4、耐久性能：气硬性胶凝材料具有较好的耐久性能，能够长时间保持原有的性能和外观。
5、抗冻融性能：气硬性胶凝材料具有良好的抗冻融性能，能够在低温环境下不发生膨胀和破裂。
6、耐磨性能：气硬性胶凝材料具有较好的耐磨性能，能够经受磨损而不产生明显的变形和损坏。
三、气硬性胶凝材料的应用1、建筑领域：气硬性胶凝材料在建筑领域广泛应用，用于混凝土梁、柱、板、墙、地板、楼梯等的施工，以及砌筑砂浆、抹面砂浆、防水砂浆等的施工。
2、道路领域：气硬性胶凝材料在道路领域广泛应用，用于路面、路基、路肩、桥梁等的建设和维护。
3、水利工程领域：气硬性胶凝材料在水利工程领域广泛应用，用于水泥混凝土坝、水泥砂浆坝、渠道等的建设和维护。
4、隧道领域：气硬性胶凝材料在隧道领域广泛应用，用于衬砌、防水、排水、加固等方面的施工。
四、气硬性胶凝材料的加工工艺1、配料：气硬性胶凝材料的配料是指根据设计要求，按照一定的比例将水泥、砂、骨料等原材料进行混合。
气硬性胶凝材料
CaCO3 900℃ CaO CO2 MgCO3 700℃ MgO CO2 实际生产中，锻烧温度通常为1000～1200℃。生产所得为生石灰， 主要成分CaO，是一种白色或灰色的块状物质，通常称作块灰。由于原 料中常含有碳酸镁(MgCO3)，锻烧后生成MgO，
石灰是一种传统的气硬性胶凝材料。原料来源广、生产工艺简单、 成本低廉，并具有某些优异性能，至今仍为建筑工程广泛使用。
2.2.1 石灰的生产
石灰最主要的原材料是石灰石、白云石和白要，主要成分是碳酸钙 ，其次是少量的碳酸镁。原材料的品种和产地不同，对石灰性质影响较 大，一般要求原材料中黏土杂质含量小于8%。
2.2.2 石灰的熟化与硬化
一、石灰的熟化
石灰的熟化，又称消解，是生石灰(CaO)与水反应生成熟石灰
[(Ca(OH)2)]的过程，反应方程如下：
CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9kJ
石灰的熟化反应速度快，锻烧良好的CaO与水接触时几秒钟内即反
应完毕，并释放大量的热，熟化时体积膨胀，体积增大1.5～2.0倍。
(2)碳化过程：Ca(OH)2与空气中的CO2和水作用，生成不溶解于水 的CaCO3晶体，析出的水分又逐渐被蒸发，这过程称作碳化，反应式如 下：
Ca(OH )2 CO2 nH 2O CaCO3 (n 1)H 2O
碳化过程形成的CaCO3：晶体使硬化石灰浆体结构致密、强度提高 。但由于空气中CO2的浓度很低，又只在表面进行，故碳化过程极为缓 慢。空气中湿度过小或过大均不利于石灰的碳化硬化。
(3)施工现场使用的生石灰最好立即熟化，存放于储灰池内进行陈 伏。
2.气硬性胶凝材料
12
2.1 石灰
表2-2 生石灰技术指标(JC/T 479-92)
项
目
(CaO+MgO)含量， %，不小于
未消化残渣含量 (5mm圆孔筛筛余 量)，%,不大于
CO2，％，不大于 产浆量，L/kg，
不小于
钙质生石灰 优等品 一等品 合格品
90
85
80
5
10
15
5
7
9
2.8
2.3
2.0
镁质生石灰 优等品 一等品 合格品
10.04.2021
7
2.1 石灰
3.过火石灰的危害及防止： （1）危害：过火石灰熟化很慢，当石灰已经硬化后才 开始熟化，并产生体积膨胀，引起隆起鼓包和开裂。 （2)防止：
陈伏：石灰浆使用前放置2-3周。
过筛：用小于3mm×3mm的筛网去除。
三、磨细
块状生石灰 磨细
10.04.2021
生石灰粉（0.08mm的方孔筛筛余小于30%）
10.04.2021
9
2.2 石灰
五、石灰的特性和技术标准
1.特性
（1）可塑性和保水性好。
氢氧化钙比表面积大，其表面吸附一层较厚的水膜。水膜 层也降低了颗粒间的摩擦力。
（2）生石灰熟化时水化热大，体积增大。
（3）硬化缓慢。
CaCO3膜层阻碍了空气中二氧化碳的渗入和内部水分的蒸发。
10.04.2021
二、判断题 1.石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。 2.为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠作为促硬剂， 加入越多效果越好。
10.04.2021
32
2 气硬性胶凝材料
三、请观察图3-1中两种已经硬化的石灰砂浆产生的 裂纹有何差别，并讨论其成因。
项目二气硬性胶凝材料详解
化灰池
滤网 储灰池
排水口
在化灰池或熟化机中加2.5-3倍生石灰质量的水，拌制成 石灰浆，熟化的氢氧化钙经筛网过滤（除渣）流入储灰池 （或消化坑），在储灰池中沉淀陈伏成膏状材料，即石灰膏。
石灰熟化示意图
➢ 陈伏： 为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑
如：石灰、石 膏、水玻璃等
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
通称为 “水 泥”
如沥青、聚合物等
➢ 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保持并发展其强 度。
➢ 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 发展其强度。
石灰
水泥
4
判断题：
气硬性胶凝材料只能在空气中 凝结硬化，而水硬性胶凝材料只能 在水中凝结硬化。 错
没有危害！
温度过低时
欠火石灰
碳酸钙没有完全 分解，降低了生 石灰的产量
温度在900℃左右时
石灰石
正火石灰
氧化钙含量高、表观密 度小，孔隙率高。
温度过高时
过火石灰
因煅烧温度过高使粘土杂质 融化并包裹石灰，从而延缓 石灰的熟化，导致已硬化的 砂浆产生鼓泡、崩裂等现象
过火石灰水化极慢， 当石灰变硬后才开 始熟化，产生体积 膨胀，引起已变硬 石灰体的隆起鼓包 或开裂。
细
度
0.125mm筛的筛余，%不大于
中放置两周以上，这一过程称为石灰的“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。
熟化为石灰膏：
将生石灰放入化灰 经筛网
池中，加大量的水， 熟化成石灰乳
储灰坑
石灰膏要在水中放置两周以上，以消除 过火石灰的危害，此过程即为“陈伏”。
2气硬性无机胶凝材料
定：MgO≤4％的，称) 为钙质消石灰粉；
§2-2 石 灰 4、硬12化））结碳晶化作作用用
塑性 干燥 Ca(OH)2 浆体 (空气中) 结晶析出
晶体交
错生长 硬化 浆体
碳化主要发生在与CO空2+气H2接O 触C的aC表O层3 上，表 层生成的致密CaC(空O气3中膜)层结，晶阻析碍出空气中 CO2进一步地渗入，同时也阻碍了内部水 分向外蒸发，使Ca(OH)2结晶作用也进行得 较慢，随着时间的增长，表层CaCO3厚度 增加，阻碍作用更大，在相当长的时间内
§2-2 石 灰
3、熟化（消化）
CaO＋H2O
Ca(OH)2(熟石灰)＋
熟石灰 64.88 kJ(体积增大1.0~2.0倍)
步消熟石熟化灰化后粉缓使粉过也慢用状烧需水，。－石放(浆6消消灰置0，体-石石危8一硬0灰灰害％段化粉粉：重时后可法量间仍用：)(，理在于只使论熟拌用其值化制少进为灰量一 消土除及危体三般害积合不方膨土宜浆法胀，用状：，因于－“导其拌石3陈致熟制灰2.伏硬1化砂膏%”化不浆法) 一浆一及：星体定灰加期开充浆过以裂分。量上。，水一(约
＋CO2↑
Na2CO3＋nSiO2 →Na2O·nSiO2
。 为了减轻自重、降低导热性，生产
§2-1 石 膏
石膏的耐水性较差，为了改善其板材的 耐水性能，可如前所述掺入水泥、粒化 高炉矿渣、石灰、粉煤灰或有机防水剂 ，也可同时在石膏板表面采用耐水护面 纸或防水高分子材料面层，它可用于厨 房、卫生间等潮湿的场合，扩大了其应
用范围。 另外，通过调整石膏板的厚度、孔眼大 小、孔距、空气层厚度，可制成适应不 同频率的吸声板。在石膏板表面贴上不
第二节 气硬性胶凝材料
第一节
石灰的品种
石灰
石灰是将以碳酸钙为主要成分的岩石，经适 当煅烧、分解、排出二氧化碳而制得的块状材 料。 主要成分：氧化钙，其次为氧化镁。 根据生石灰中氧化镁含量的不同，分为钙质生 石灰和镁质生石灰。
2、石灰的生产
石灰的生产原料：石灰石（CaCO3，MgCO3） 建筑用石灰的种类： 生石灰（CaO） 熟石灰（Ca(OH)2） 一、石灰的生产 火候不适当： 欠火石灰：含较多的CaCO3，活性差，利用率低 过火石灰：融熔矿物包裹在外→后期熟化→极为有害
ห้องสมุดไป่ตู้
建筑石膏的应用
（一）抹灰和粉刷 （二）建筑装饰制品 （三）石膏板：纸面石膏板、纤维石膏板、装
饰石膏板、空心石膏板、吸声石膏板。 四、贮运注意事项： 防潮、防水、储存期≯3个月
第三节
水玻璃
水玻璃（Na2O•n•SiO2）又名泡花碱或玻璃油。 1、水玻璃的生产
钠水玻璃的生产是将纯碱与石英砂磨细，按比
气硬性胶凝材料
胶凝材料：用来把散粒、块状材料粘结
为一 个整体的材料 气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结、 硬化，保持和发展强度的胶凝材料。 水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化， 更能在水中凝结、硬化 ，保持和发展强 度的胶凝材料。 有机：沥青、树脂 分类 无机：石膏、石灰、水玻璃→气硬性 胶凝材料 水泥→水硬性胶凝材料
5．硬化微膨胀： 膨胀率约0.1％→良好的成模性，表面光滑，
不干裂。 6．孔隙率大，表观密度小，保温，隔音性能 高 7．吸水性强、耐水性差、抗冻性差 Kp=0.2~0.3，遇水二水石膏晶体溶解。 8．防火性好，耐火性差 本身不燃遇火结晶水挥发→表面温度下降→防 火，但过度过火→结晶水完全挥发→无水硫酸 钙→强度↓↓ 9．有一定调温、调湿功能
气硬性胶凝材料名词解释
气硬性胶凝材料名词解释
气硬性胶凝材料是指在施工过程中，通过物理或化学方法使材料产生气体，产生气孔结构并经过一定时间的固化后形成的一种具有一定强度和泡孔性的材料。
气硬性胶凝材料包括气泡石、发泡混凝土、泡沫水泥、气泡砂浆等。
这些材料在生产制备的过程中，通过添加适量的发泡剂、膨胀剂等，使材料中产生大量的气孔，达到材料轻质化的效果。
在固化过程中，这些气孔能够保持一定的稳定性，使材料具有一定的抗压强度和抗冻性能。
气硬性胶凝材料的主要特点是具有轻质、绝热、隔声、抗震等优点。
首先，气孔的存在使得气硬性胶凝材料的比重较轻，能够有效减轻建筑物自重，提高建筑物整体的抗震性能和抗震安全系数。
其次，气孔结构使材料具有良好的绝热性能，能够阻止热量的传递，从而起到保温和节能的作用。
同时，气孔还能吸收和隔离噪声，提供良好的隔声效果。
此外，气硬性胶凝材料的性能稳定，不易受环境湿度、温度等因素的影响，具有较好的耐久性。
气硬性胶凝材料的应用范围广泛，主要用于墙体、地板、屋面、隔墙、隔热、防火等建筑构件的施工。
与传统的硬性胶凝材料相比，气硬性胶凝材料具有更轻、更强、更绝热、更隔声、更环保等优势，因此在现代建筑中得到广泛应用。
总的来说，气硬性胶凝材料是一种通过控制气孔结构和固化过程，以达到轻质化、强度化、隔热绝热、隔声以及其他特殊性
能的胶凝材料。
这些特点使得气硬性胶凝材料在建筑工程中具有广泛的应用前景，能够满足人们对于轻质化、强度化和环保性能的要求。
2. 气硬性胶凝材料
二、熟石灰的技术性质
(1)可塑性好，保水性好：直径约为1μ m的呈胶体分 散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。 (2)凝结硬化慢、强度低：石灰的结晶与碳化作用速度 缓慢。 (3)耐水性差：氢氧化钙结晶易溶于水，软化系数近于 零。 (4)体积收缩大：石灰浆硬化过程中，游离水大量蒸发 注意：生石灰熟化成消石灰时，固相体积增大。
三、石灰的应用
土木工程领域 化学工业
1．石灰乳涂料
将热化好的消石灰加入水稀释，直接用于室内
墙壁和天棚的涂料。
——加入各种耐碱颜料，可变成彩色涂料。
——加入少量活性矿物材料 ，提高其耐水性。
——加入明矾，氯化钙，聚乙烯醇等减少涂层粉化。
2．石灰砂浆
①石灰膏+砂+水+拌制，既可用作砌筑砂浆又可用作抹 面。
二、水玻璃及其制品的特性
粘结性能好；
耐热性好，不燃烧
耐酸性好；
耐碱性和耐水性差
模数越大，粘性越大，粘结性能越好，密
度越大，粘结性能越好。
水玻璃具有良好的粘结能力，硬化后的凝
胶可以堵塞毛细管。
硬化后的水玻璃，其主要成分为SiO2，因此耐酸性很好。 除氢氟酸、20％以下的氟硅酸、热磷酸和高级脂肪酸以外， 几乎在所有酸性介质中都有较高的耐腐蚀性。但注意它不 耐碱性介质的腐蚀。
(1) 高强石膏
型半水石膏的晶粒较粗，也比较密，因此比表面积较小，将此种石 膏加水硬化后，具有较高的密实度和强度，3小时的抗压强度即可达
到9~24MPa，7天抗压强度可达15-40MPa，因此，将之称为高强石
膏。 高强石膏在应用中，一般用于强度要求较高的抹灰工程，装饰制品
和石膏板，加入防水剂后，还可用于温度较高的环境中，加入有机
2气硬性胶凝材料
CaSO42H2O
120~180C 干燥空气 -CaSO40.5H2O 200~360C -CaSO4(Ⅲ)可溶 400~800C 非 密 闭 煅 烧 工 艺 及 其 产 品 组 成Leabharlann CaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO
三、建筑石膏的凝结硬化
凝结硬化过程中的水化反应：
CaSO4· 0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4· 2O＋Q 2H
1000～1200C
生石 灰粉
磨细
生石灰
水喷淋
熟石 灰粉
浓缩
(水)化灰池 陈伏
石灰浆
石灰膏
减轻或消除过火石灰的危害
三、石灰的熟化与陈伏
石灰的熟化（hydration of lime）
生石灰与水发生反应，生成Ca(OH) 2的过程称为 石灰的熟化或消化。生成物Ca(OH) 2称为熟石灰。
水化反应的特点： 水化速率快（煅烧良好生石灰数秒完成水化）；水化 热大；水化过程中体积膨胀（块状生石灰熟化时体积增大 1.5～2倍。磨细生石灰或掺加石膏可减小其膨胀）。 生石灰水化理论需水量32.1％，但为充分水化，实 际加水量为70～100％。
具有一定的使用性能。
胶凝材料的种类？
按其化学组成：
有机胶凝材料：沥青、树脂等。 无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。
复合胶凝材料：牙齿水泥、酸－碱水泥。
无机胶凝材料按其硬化条件：
气硬性胶凝材料 石膏、石灰等； 水硬性胶凝材料 各种水泥等。
气硬性与水硬性胶凝材料的特点
气硬性胶凝材料 只能在空气中硬化且在空气中保持和发展其强度。 关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！ 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 持并发展其强度。 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好性能！
第二章气硬性胶凝料
三、建筑石膏的性质和技术要求
建筑石膏凝结硬化快，其制品具有以下特性： 硬化时体积微膨胀；硬化后孔隙率较大，表观密 度和强度较低；隔热、吸声性良好；防火性能良 好；具有一定的调温调湿性；耐水性和抗冻性差； 加工性能好。
建筑石膏色白，密度为2.5～2.8 g/cm3,堆积密 度为800～1 000 kg/m3。根据GB 9776-88《建筑 石膏》规定，建筑石膏按强度、细度、凝结时间 指标分为优等品、一等品和合格品三个等级,各项 指标见表2-3。
好的再水中硬化并保持、发展其强度
• 土木工程中常用的气硬性无机胶凝材料主 要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。
第一节.石 灰
一.原料与生产
石灰石 正火（生）石灰分两类— 当MgO 5%，为钙质生石灰； 当MgO >5%，为镁质生石灰 欠火(生)石灰 火候不足,不能消解（熟化） 过火(生)石灰 火候太足,消解缓慢,硬化后有膨胀,需“称伏”两周以上
二、建筑石膏的凝结硬化
不不 饱 能 为体 间硬 水 的 很 水 过化 二 遇 粉 将 加开 满 填 积 不化 石 半 快 即 程。 水 水 ， 填裂 的 满 稍 超很 膏 水 达 发 建 石 时 即 型 为筑 膏 ， 得 半 料。 表 模 ～有 过快 。 石 到 生 ：石 ， 将 建 水 而因 面 型 膨 ， 建 膏 饱 溶 半膏 并 重 筑 石 单此 ， ， 胀 一 筑 化 和 。般 石 而 ， 解 水凝 逐 新 石 膏 独， 干 形 （ ）膨 硬终 膏 成 溶 ， 石结 渐 水 膏 磨 使石 燥 成 ，胀 化凝 凝 为 液 溶 膏硬 结 化 ， 成 用膏 时 平 故量 后时 结 二 中 解 遇化 硬 成 其 细 。可 也 滑
灰砂砖 粉煤灰砖 煤矸石砖
第2章 气硬性胶凝材料
第2章 气硬性胶凝材料胶凝材料指能在物理、化学作用下，从具有流动性的浆体转变成坚固的石状体，并能将砂、石子等散粒材料或砖、板等块片状材料粘结为一个整体的材料。
胶凝材料按化学成分分为两大类：有机胶凝材料和无机（矿物）胶凝材料。
无机胶凝材料则按照硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中，而且可以更好地在水中硬化，保持并发展其强度。
2.1 石灰 2.1.1 石灰的生产生产石灰的原料主要是石灰石，石灰石的主要成分是碳酸钙（CaCO 3），其次是碳酸镁（MgCO 3）和少量粘土杂质。
将石灰石置于窑内高温下煅烧，碳酸钙和碳酸镁受热分解，分解出二氧化碳（CO 2）气体后，得到以氧化钙（CaO ）为主要成分的呈白色或灰白色的块状成品即为生石灰，又称块灰。
32900CaCO CaO CO +↑−−−→℃32700MgCO MgO CO +↑−−−→℃欠火石灰的产浆量低，质量较差，降低了石灰的利用率。
过火石灰颗粒往往会在正火石灰硬化后才吸湿消解而发生体积膨胀，这使已硬化的灰浆表面会产生膨胀而引起崩裂或隆起，直接影响工程质量。
2.1.2 石灰的熟化（消解）与陈伏“熟化”（又称石灰的“消解”）通常是将生石灰加水，反应生成消石灰（氢氧化钙）的过程，反应式如下。
22CaO H O Ca OH 64.9kJ/mol ++−−→（） 为了消除熟石灰中过火石灰颗粒的危害，石灰浆应在储灰坑中静置2周以上再使用，此过程称为“陈伏” 2.1.3 石灰的硬化石灰浆体的硬化包括两个同时进行的过程：干燥结晶和碳化作用。
（1）干燥结晶 （2）碳化作用碳化作用是指氢氧化钙与空气中的二氧化碳在有水的条件下生成碳酸钙晶体的过程，反应式如下：22232Ca OH CO H O CaCO 1H O n n ++++−−→（）（） 2.1.4 石灰的技术指标石灰的各项指标要求如表2.1——2.3所示 2.1.5 石灰的性质（1）良好的保水性、可塑性 （2）凝结硬化慢、强度低 （3）耐水性差 （4）体积收缩大 2.1.6 石灰的应用（1）石灰乳涂料和石灰砂浆 （2）灰土和三合土 （3）硅酸盐制品（4）碳化石灰板 （5）无熟料水泥 2.1.7 石灰的运输和储存生石灰块及生石灰粉在运输时要采取防水措施，不能与易燃、易爆及液体物品同时装运。
项目二-气硬性胶凝材料
硬化，并保持和发展其强度(各种水泥)
石灰的生产
石灰膏
2.1 石 灰
2.1.1 石灰的生产
主要原料、烧制及产品 原料： 以含碳酸钙为主的天然岩石和化工副产品。 天然岩石主要有石灰石、大理石、白云石、方解石、
白垩、石灰华、贝壳等； 化工副产品主要有电石渣（消化电石而得）等:
工程实例分析
两种已经硬化的石灰砂
浆产生的裂纹有何差别？
石
成因？
灰
浆
B
石灰砂浆B为网状干缩性裂纹，是因石灰砂浆在硬化 过程中干燥收缩所致。尤其是水灰比过大，石灰过多， 易产生此类裂纹。
工程实例分析
[实例一]: 某住宅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部分凸出的放射状裂 纹，试分析原因。
硬化后强度低
4. 硬化后强度低
石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受 潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1： 3）28天强度仅为0.2~0.5MPa。
为充分消化石灰，获得较好的塑性，拌制石灰的用水量较 大，石灰凝结硬化时多余水分蒸发，会留下大量孔隙，因而其 密实性很差。
原题:
袋白灰(消石灰粉)使用前也应进行陈伏处理是为了（ ）。
提 示： 建筑材料(单选题3)
答 案： A.有利于硬化
B.消除过火石灰的危害
C.提高浆体的可塑性 D.使用方便
观察讨论
石灰的技术性质
(1) 良好的保水性：直径约为1μm的呈胶体分 散状态的氢氧化钙，其表面吸附一层较厚的水膜。
(2) 凝结硬化慢、强度低：碳酸钙和氢氧化钙 结晶体 。
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胶 凝 材 料
气硬性胶凝材料 无机胶凝材料
只能在空气中硬化、 保持或发展强度如： 石膏、石灰、水玻 璃等。
能在空气和水中硬 化、保持和发展强 度。如：水泥。
水硬性胶凝材料
基本成分为无机化合物。
2.1 石膏
石膏是一种应用广泛的气硬性胶 凝材料。 学习本节需着重比较 1、石膏与石灰凝结硬化的差别 2、以石膏的结构性能特点理解 其应用
第二章
本章学习建议
学习主线： 原材料-生产-水化硬化-硬化体结 构-性质-应用
目录 2.1 石膏
2.2 建筑石灰
2.3 水玻璃
胶凝材料的定义
何为胶凝材料？
定义：在建筑工程中，能将各种散粒矿质材料或 块状材料粘结成为一个整体的材料。
胶凝材料的分类
有机胶凝材料 基本成分为天然的或合成的有机 高分子化合物，如沥青、树脂。
黑龙贵石灰窑有一千多孔，主要生产石 灰，为电石厂、炼钢厂提供原料。石灰 窑分布在几十公里的山沟里。这里常年 灰尘满天污染严重，在这里的人都是脏 兮兮的
这里有上万人在这里 敲石灰块，每天工作 十多个小时，能赚三 十元钱的工资
黑龙贵地处鄂尔多斯和乌海市交界处，一条几十公里 的山沟，常年被烟尘笼罩着，在这里有一千多孔石灰 窑，天天喷发石灰粉和煤烟，一股股刺鼻的的臭味不 断地向周围飘散。
天然石膏（CaSO4﹒2H2O）——
也称生石膏或二水石膏。大部分天然石膏为生石膏，是生产建 筑石膏的主要原料。
二水石膏晶体形貌
半水石膏晶体形貌
• 石膏是晶体结构
天然石膏矿纤维状晶体
2.1.1 石膏的原料及生产
2. 建筑石膏
熟石膏（CaSO4﹒1/2H2O）—— 也称熟石膏或半水石膏。是由生石膏加工而成的，根据内 部结构不同可分为α型半水石膏和β型半水石膏。 将天然石膏压蒸或煅烧加热，可分别得到β型半水石膏和α 型半水石膏。 α型半水石膏和β型半水石膏相比，其结晶颗粒较粗，比 表面积较小，拌制石膏浆体时的需水量较小，硬化后强度高， 因此又称为“高强石膏”。 在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。
2.1.4 建筑石膏的性能特点
3. 轻质多孔，但强度低 使用建筑石膏时，为获得良好的流动性，加入的 拌和水要比水化的理论需水量多的多。因此，石膏在 硬化过程中由于多余水分的蒸发，使原来的水空间形 成孔隙，造成硬化后的石膏内部形成大量微孔，硬化 后的表观密度约为800kg /ｍ3 ～1000 kg/ｍ3，重量较 轻。 但是抗压强度也因此下降。约为3MPa～5MPa。 受力时，石膏制品很容易损坏。
2. 建筑石膏的凝结 随水化反应进行，浆体中的自由水分因水化和蒸 发而不断减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆 体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的 “凝结”。 3. 建筑石膏的硬化
石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互 交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也不断增大，直至水分 完全蒸发，形成硬化石膏结构，这一过程称为石膏的“硬化”。 必须理解的是，石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进 行的，贯穿于整个凝结硬化全过程。
2.2.1 石灰的生产
“欠火石灰”、“过火石灰”
煅烧温度过低 或时间不足、 原料尺寸过大
欠火石灰
特点：外部为正常煅烧的石灰， 残留有未烧透的内核 石灰利用率低，粘结能力差 特点：石灰表面出现裂纹或玻 璃状的外壳，体积收缩明显， 颜色灰黑 熟化慢；硬化后体积膨胀，引 起鼓包和开裂
煅烧温度过高 或时间过长
主要原料、烧制及产品
白云质石灰石
石灰石
白 垩
贝 壳
2.1 石 灰 2.2.1 石灰的生产
主要原料、烧制及产品
主要原料：石灰石、白云石、白垩、贝壳等。 烧制及产品：
CaCO3
900~1100℃
CaO CO2
生石灰
MgCO3 MgO CO2
700c
2.2.1 石灰的生产
4.材料的比强度是＿＿。 A 两材料的强度比 B 材料强度与其表观密度之比 C 材料强度与其质量之比 D 材料强度与其体积之比。
知识回顾-提问
1、某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定 程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。 2、某材料含大量开口孔隙，直接用排水法测定其体 积，该材料的质量与所测得的体积之比即为该材料的 表观密度。 3、材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙 体积。 4、材料的抗渗性与材料的开口孔隙率关系不大。
第一章 作业
7.什么是材料的弹性、塑性、脆性、韧性？ 8.什么是材料的耐久性？通常用哪些性质 来反映？ 9.某沙样500g，烘干后称其质量为458g， 求此沙样的含水率。 10.一普通烧结黏土（尺寸为240×115×53） （单位mm），烘干至恒定质量为2420g， 浸水饱和后质量为2640g，将其烘干磨细 称取50g，用密度瓶测定其体积为19.2cm3。 求此砖密度、表观密度、吸水率、密实度、 孔隙率、开口孔隙 、闭口孔隙。
抗折强度/MPa, 不小于
抗压强度/MPa, 不小于
2.5
4.9 5.0
2.1
3.9 10.0
1.8
2.9 15.0
细度(0.2 mm 方孔筛筛余/ ％),不大于
凝结时间
初凝时间不早于6 min；终凝时间不迟于30 min
产品标记：产品名称+抗折强度+标准号 例如 抗折强度为2.5MPa的建筑石膏记为： 建筑石膏2.5 GB9776
2.1.4 建筑石膏的性能特点
1. 凝结硬化速度快
建筑石膏浆体凝结硬化速度很快。一般初凝时间 仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通 工程施工操作十分方便。需要操作时间较长时，可加 入适量的缓凝剂，如硼砂、亚硫酸盐酒精废液等。
2. 硬化时体积膨胀 建筑石膏凝结硬化是石膏的结晶过程，其体积不 仅不会收缩，而且还稍有膨胀（ 0.2%～1.5%），这 种微膨胀不会对石膏制品造成危害，反而能使石膏表 面较为光滑饱满，棱角清晰完整，没有其它材料干燥 时的开裂现象。
2.1.3 建筑石膏的技术性质
外观：色白，密度为2.60～ 2.75 g/cm3,堆积密度为800～ 1000 kg/m3。 质量标准：建筑石膏按强度 、细度、凝结时间指标分为 优等品、一等品和合格品三 个等级。
石膏
建筑石膏的技术指标（GB 9776-88） 技术指标 优等品 一等品 合格品
2.1.1 石膏的原料及生产
2.1.2 石膏的原料及生产
3. 建筑石膏的生产
生石膏在常压下煅烧加热到107℃~170 ℃ ，可得到β型建
筑石膏：
二水石膏 β型半水石膏
107 C ~170 C常压
CaSO 4 2H 2 O
1 1 CaSO 4 H 2 O 1 H 2 O 2 2
石膏板是土木工程中使用量最大的一类板材。吊顶、隔板 ◘ 制作各种装饰制品；
◘ 制作建筑雕塑和模型等； ◘ 生石膏可作为水泥生产的原料。水泥生产过程中必须掺入适
量的石膏作为缓凝剂，不掺、少掺或多掺都会导致水泥无法正
常使用或根本无法使用。
我国生产的石膏制品主要有纸面石膏板、空心石膏条板、 纤维石膏板、石膏砌块和其它石膏装饰板等。
知识回顾-提问
1、材料的吸湿性是指材料在＿＿的性质 2、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能 抵抗的＿＿来表示。 3、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被 水浸润，这种性质称为＿＿。 4、孔隙率越大，材料的导热系数越＿＿，其材 料的绝热性能越＿＿。
知识回顾-提问
1.孔隙率增大，材料的＿＿降低。 A 密度 B 表观密度 C 憎水性 D 抗冻性 2.材料在水中吸收水分的性质称为＿＿。 A 吸水性 B 吸湿性 C 耐水性 D 渗透性 3.材料的耐水性一般可用＿＿来表示。 A 渗透系数 B 抗冻性 C 软化系数 D 含水率
第一章 作业
1.什么是材料的密度、表观密度和堆积密 度？如何计算？ 2.什么是材料的孔隙率和空隙率？如何计 算？ 3.什么是材料的吸水性和吸湿性？各用什 么指标表示？如何计算这些指标？ 4.什么是材料的耐水性？用什么指标表示？ 5.什么是材料的抗冻性和抗渗性？用什么 指标表示？ 6.什么是材料的强度和比强度？工程上常 用材料的强度有哪几种？
2.1.4 建筑石膏的性能特点
4. 良好的保温隔热和吸声、吸湿功能 石膏硬化体中的大量微孔，使其传热性显著下降， 因而具有良好的保温绝热能力； 其表面微孔对声音传导或反射的能力也明显下降， 因而具有较强的吸声能力。 大热容量和大孔隙率以及开口孔结构，使石膏具 有呼吸水蒸气的功能。
建筑石膏制品
2.1.4 建筑石膏的性能特点
过火石灰
2.2.2 石灰的制备煅烧温度较低，时间较短时，
欠火石灰 煅烧温度较高，时间较长时， 过火石灰 石灰石
1000～1200C
生石 灰粉
磨细
生石灰
(水)化灰池 陈伏
水喷淋
消石 灰粉
浓缩
石灰乳
石灰膏
减轻或消除过火石灰的危害
根据成品加工方法不同分为：
名称
块灰
加工方法
直接煅烧
状态
块状 粉末
【分析】 厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制品具有强的 吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度 下降、变形，且还会发霉。 建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使用。欲提高 其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它含活性SiO2、 Al2O3、CaO的材料。如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂也可改善 石膏制品的耐水性。
主要成分
CaO CaO Ca(OH)2
生石灰粉 块状末 化和干燥
石灰膏
块状生石灰用过量水 一定稠 消化（或将消石灰粉 度的膏 和水拌合） 状物