第三章 气硬性胶凝材料

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。
2. 石灰砂浆
石灰膏 石灰膏 缩性。 砂 砂 水 水泥 石灰砂浆（抹面） 水 混合砂浆（砌筑、抹面）
作抹面砂浆时，需加入纸筋、麻刀等纤维物质，以克服其收
灰土
3. 石灰土（灰土）
消石灰粉 粘土 水 碾压夯实 产生强度的原因？
可作低档住宅的基础和地面； 可作低档道路的基层和面层。
4. 三合土
如何解决它 的危害？
“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
工程实例分析
2. 石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程 来完成的： 结晶作用（干燥硬化）：游离水分蒸发或被砌体吸收， Ca(OH)2以结晶形态析出，
浆体逐渐失去塑性。 碳化作用（碳化硬化）：Ca(OH)2与空气中的CO2与水化合生 成CaCO3晶体，释出水分并被蒸发：
水泥砂浆
石灰浆
混合砂浆
一种常见的改善水泥砂浆可塑性的方法
硬化慢
2. 硬化过程缓慢
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。
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、 开裂，所以除调成石灰乳作为薄层涂刷外，不宜单独使用。常 在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗裂能力和节约石灰。
采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度加
快，令制品获得较高的早期强度； 主要产品有灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。 ——中国矿业网：《绿色墙体材料灰砂砖》
灰砂砖是目前我国积极推广的一种新型墙体材料。轻质、高强、 无毒、无辐射、保温隔热性能好、使用能耗低、防水性能好、 施工方便、经济合理。广泛应用于住宅、民用、厂房等工业民 用建筑。
1 1 CaSO 4 H 2 O 1 H 2 O CaSO 4 2H 2 O 2 2
生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但物理力学性能有差异。 二水石膏溶解度比半水石膏溶解度小得多，所以二水石膏首先从饱和 溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行， 直至半水石膏全部水化生成二水石膏。
灰砂砖
灰砂空心墙体砖
蒸压灰砂墙体砖
轻 质 保 温 灰 砂 生产工艺 砖
灰 砂
墙 体 砖
回顾
灰砂砖工艺流程图
知识点回顾——石灰
◊ 生石灰的熟化是指……熟化过程的特点？ ◊ 石灰在生产过程中，应严格控制煅烧温度的高低及分布，以 及原料尺寸的大小，否则容易产生……对石灰质量有何影响？ ◊ 石灰按成品加工方法不同，分为哪几种？ ◊ 生石灰在使用前为何要进行“陈伏”？为什么在陈伏时需在 熟石灰表面保留一层水？ 磨细生石灰不经“陈伏”可直接使用， 原因何在？ ◊ 理解石灰的凝结硬化原理？特点？ ◊石灰的特性？——熟练掌握 ◊ 石灰的主要工程用途如何？——熟练掌握 ◊ 在储存和保管时需要注意哪些方面？ ◊ 如何深刻理解石灰石气硬性胶凝材料？
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
生石膏在124 ℃ 、1.3大气压条件下压蒸加热，可得到α型建
过火石灰
石灰的熟化
3.1.2 石灰的熟化与硬化 1. 石灰的熟化
熟化（消化）：工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之 消解为熟(消)石灰——氢氧化钙的过程。
CaO nH2O Ca(OH)2 nH2O 64.9KJ/mol
特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热
石灰产品
CaCO3
900~1100℃
易受潮
5. 易受潮不宜贮存
块状石灰放臵太久，会吸收空气中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。 所以石灰不能用于潮湿环境。 生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失 去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不 易久存。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。 另外，生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，因此储 存和运输生石灰是，要注意安全，将生石灰与易燃物分开保管， 以免引起火灾。
这是因为粉磨过程使过火石灰表面积大大增加,与水熟化反应速 度加快,几乎可以同步熟化,而且又均匀分散在生石灰粉中,不至 引起过火石灰的种种危害。
真题
注册考试真题
[注册造价工程师] 原题: 生石灰（又称块灰）加水熟化成石灰浆（氢氧化钙和水）。使用 前，应在储灰坑中“陈伏”（ ）天以上，其目的是消除过火石灰 的危害，同时也得到良好的可塑性。 A．7 B．15 C．21 D．30 [一级注册建筑师执业资格考试]、[一级注册建造师执业资格考试] 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
由此可见，石灰是一种硬化慢、强度低的气硬性胶凝材料。
硬化的技术性质
3.1.3 石灰的技术要求 建筑石灰的技术规范及分级
主要技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量、产浆量和体积 安定性等。 并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。 具体技术要求见教材
JC/T479—1992 建筑生石灰（P49 表3-2） JC/T480—1992 建筑生石灰粉（P49 表3-3） JC/T481—1992 建筑消石灰粉（P49 表3-4）
建筑石膏
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。
观察讨论
观察与讨论：两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？
石 灰 浆 A
两种已经硬化的石灰砂浆产生的裂纹有何差别？成因？
石 灰 浆 B
石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰浆的陈伏时间不足，致使其 中部分过火石灰在石浆砂浆制作时尚未水化，导致在硬化的石灰砂浆中继续 水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性裂纹。 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。
石膏
3.2 石 膏
石膏也是一种应用甚广的气硬性胶凝材料。 学习本节需着重比较石膏与石灰凝结硬化的差别， 并以石膏的结构性能特点理解其应用。
石膏
3.2 石 膏
3.2.1 石膏的原料及生产 1. 原料
石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水 不同时可形成多种性能不同的石膏。 根据石膏中含有结晶水的多少，原料分为： 硬石膏（CaSO4）—— 以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的天然矿石。也称无水石 膏，结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的重要辅助原料。 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。
消石灰粉 粘土 砂或石屑、炉渣 水 碾压夯实
石灰与粘土或硅质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝可在
潮湿环境中与水反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化氯 酸钙，故石灰土可在潮湿环境中使用。 常用于建筑物基础、路面的垫层。
硅酸盐制品
石灰土
三合土
5. 硅酸盐制品
石灰 天然砂 硅铝质工业废渣 水 硅酸盐制品
二者有何区别
水硬性胶凝材料（水泥）
气硬性胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃） 本章的重点
气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空 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。
900~1100℃
CaO CO2
生石灰
石灰的煅烧
石灰的煅烧过程
欠火石灰
石灰的生产
温度过低时 欠火石灰 煅烧石灰石 或白垩,内 含CaCO3 温度在900℃左右时 温度过高时
碳酸钙没有完全 分解，降低了生 石灰的产量,质量差
正火石灰
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
CaO CO2
块状生石灰
加过量水消化 石灰膏
磨细
生石灰粉 加适量水消化、然后干燥 加水拌合
消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。
用于拌制石灰砌 筑砂浆或抹灰砂 浆
用于拌制石灰土、 三合土
陈伏
石灰的“陈伏”
为消除过火石灰的危害，生石灰熟化成的石灰浆应在储灰 坑中放臵两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为石灰 的“陈伏”。 “陈伏”期间，灰浆表面应保有一层水分，隔绝空气，防 止发生碳化反应。 思考：磨细生石灰不经陈伏可直接使用，为什么？？
来自百度文库第三章 无机胶凝材料
林琪燕
概 述
何为胶凝材料？ 定义：在土木过程中，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。 特征： 严格意义上胶凝材料应指浆体能在常温下凝结硬化为 固体。 有较强的胶结能力； 具有一定的使用性能。
第三章 无机胶凝材料
定义与分类
将在第四章 进行讲解
有机胶凝材料（树脂、沥青等） 胶凝材料 无机胶凝材料
筑石膏：
CaSO 4 2H 2 O
凝结硬化
124 C蒸压
二水石膏
1 1 CaSO 4 H 2 O 1 H 2 O 2 2 α型半水石膏
3.2.2 建筑石膏的凝结硬化 1. 建筑石膏的水化反应
建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随 着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后 进一步产生和发展强度而硬化。 建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：
◘ 钙质生石灰MgO≤5%；钙质消石灰粉MgO≤4% ◘ 镁质生石灰MgO＞5%；镁质消石灰粉MgO＞4%
石灰的技术特性
3.1.4 石灰的技术特性 1. 保水性与可塑性好
生石灰熟化为石灰浆时，形成了颗粒极细的呈胶体分散状 态的氢氧化钙，表面吸附一层厚水膜。因此用石灰调成的石灰 砂浆突出的优点是具有良好的可塑性。 工程应用：
Ca(OH)2 CO2 nH 2O CaCO3 (n 1)H 2O
碳化作用实际上是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳 酸钙，所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。
碳化
硬化的特点
3. 硬化的特点
◘ 结晶自里向表，碳化自表向里 ◘ 速度慢（通常需要几周的时间） ◘ 体积收缩大（容易产生收缩裂缝）
耐水性差
6. 耐水性差
石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，已凝结硬化的石灰 在水中会溃散。
所以， ◎ 石灰不宜在潮湿环境下使用； ◎ 不宜用于重要建筑物基础；
◎ 石灰砂浆抹墙可产生一定的透气性。
应用
3.1.5 石灰的应用 1. 石灰乳
消石灰粉或熟化好的石灰膏 水 石灰乳（廉价涂料）
调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性 调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象
关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好 的性能！
气硬性胶凝材料
主要内容
3.1 石灰 3.2 石膏 3.3 水玻璃
重难点
凝结硬化原理
原料及生产，主要技术特性，工程应用
3.1 石 灰
3.1.1 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