第二章 无机气硬性胶凝材料

普通纸面石膏板适用于办公楼、影剧院、宾馆、候车室 等建筑的室内墙面、顶棚装饰材料，但仅适用于干燥环 境中，不宜用于厨房、卫生间以及空气湿度大于70%的 潮湿环境中。 耐水纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入适量耐 水外加剂构成耐水芯材，并与耐水的护面纸牢固粘结在 一起的轻质建筑板材。主要用于厨房、卫生间等潮湿场 合的装饰。 耐火纸面石膏板是以建筑石膏为主，掺入适量无机耐火 纤维材料构成芯材，并与护面纸牢固粘结在一起的耐火 轻质建筑板材。 。
将煅烧成的块状生石灰经过不同的加工，可以得到 三种石灰产品。 生石灰粉：将块状的生石灰磨细 消石灰粉：将生石灰加入适量的水进行熟化而成 石灰膏：将生石灰加入过量的水进行熟化而成。。

二、石灰的水化与硬化 1、石灰的水化 水化也称熟化、消化 反应方程式
CaO H2O Ca(OH )2 64.9KJ
124 C 0.13 MPa
α－半水石膏，高强石膏
400~750 C CaSO4 2H 2O CaSO4 II
II型硬石膏，死烧石膏 死烧石膏已失去凝结硬化能力。 死烧石膏加入适量激发剂磨细后又能凝结硬化， 称为无水石膏水泥。。
二、建筑石膏的凝结硬化 凝结硬化：石膏与水拌和后，最初成为可塑浆体，经过 一段时间后就变稠失去可塑性，并逐渐成为具有一定强 度的固体。 凝结 初凝：浆体开始变稠失去流动性。 终凝：浆体完全失去可塑性，开始产生强度。
但水玻璃的浓度和模数太高，则粘度太大不利于施 工操作，难以保证施工质量；此外，模数太高，水 玻璃难溶于水。 n＝1时能溶解于常温的水中； 模数增加，则只能在热水中溶解；
当n>3时，要在4个大气压以上的蒸汽中才能溶解。
水玻璃的模数一般为1.5～3.5。。
二、水玻璃的硬化 机理：水玻璃溶液在空气中吸收CO2形成无定型硅胶， 并逐渐干燥而硬化。 硅酸凝胶 反应方程式
6、具有一定的调温调湿性 呼吸作用 ：建筑石膏的孔隙率大，当室内空气较潮湿 时，建筑石膏可以吸收一部分空气中的水分；而当室内 空气较干燥时，建筑石膏又可以释放出一定的水分。 7、耐水性与抗冻性差 石膏依靠结晶接触点传递力，结晶接触点易溶于水。 石膏的孔隙率大，吸水率高，水分受冻结冰膨胀，对石 膏产生破坏作用。 8、加工性能好 可锯，可刨，可钉 。。
四、石灰的技术性质
《建筑生石灰》 JC/T479-92 《建筑生石灰粉》 JC/T480-92 《建筑消石灰粉》 JC/T481-92 书中表。。
五、应用
石灰膏或消石灰粉加入过量的水稀释成石灰乳，可 用于室内粉刷。
用于配制水泥混合砂浆，可用于墙体的砌筑或抹面 工程。 消石灰粉与粘土拌制成石灰土，若加入砂石或炉渣 则成为三合土，可用于墙体、建筑物基础、路面和 地面的垫层等。 生产硅酸盐制品，主要有墙体材料（灰砂砖等）以 及各种保温隔热制品。。
在上述过程中，浆体中的自由水分由于水化以及蒸 发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加， 浆体不断失去可塑性，表现为凝结； 随着水化的进行，结晶析出的晶体颗粒逐渐长大、 共生，形成结晶结构网，靠结晶接触点传递荷载， 使浆体强度不断增长，表现为硬化。。
溶解－析晶。。
问题2
1 1 CaSO4 2 H 2O CaSO4 H 2O 1 H 2O 生产： 2 2
问题：请观察下中A、B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。
石灰砂浆A
石灰砂浆B
石灰砂浆A为凸出放射性裂纹，这是由于石灰的陈 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，导致其在硬化后的石灰砂浆中继续 水化成Ca(OH)2，产生体积膨胀，从而形成膨胀性 裂纹。

四、石膏的技术性质 密度：2.60～2.75g/cm3 堆积密度：800～1000kg/m3 颜色：白色粉末 根据《建筑石膏》（GB 1 9776-1999）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，见下表。。
表2-1 建筑石膏的技术指标（GB 19776-1999）
Ca(OH )2 CO2 nH2O CaCO3 (n 1)H2O
问题：方程式左边的n份水能否与右边的（n＋1）份水抵消？？
三、石灰的特性
1、生石灰熟化时水化热大，体积增大
生石灰熟化时水化热大（放热64.9KJ），体积增大 1～2.5倍。 2、硬化缓慢
Ca(OH )2 CO2 nH2O CaCO3 (n 1)H2O
第一节 石膏
一、石膏生产简介
原材料：天然二水石膏或工业副产石膏 CaSO4▪2H2O 根据生产条件的不同，可生产出不同的石膏 产品。 。
1 1 CaSO4 2 H 2O CaSO4 H 2O 1 H 2O 2 2
107~170 C
β-半水石膏，建筑石膏
1 1 CaSO4 2 H 2O CaSO4 H 2O 1 H 2O 2 2
土木工程材料 Civil Engineering Materials
主讲：孙家瑛
第二章 无机气硬性胶凝材料
第一节 石膏
第二节 石灰ຫໍສະໝຸດ 第三节 水玻璃。。 基础知识：
胶凝材料：土木工程材料中，凡是经过一系列物理、 化学作用，能将散粒状材料粘结成整体的材料。
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的胶凝材料。。
硬化：凝结后产生明显的强度的过程。。
反应方程式
1 1 CaSO4 H 2O 1 H 2O CaSO4 2 H 2O 2 2
问题1
凝结硬化机理
由于二水石膏在水中的溶解度约为半水石膏的1/5， 所以半水石膏的饱和溶液对于二水石膏而言就成了 过饱和溶液，所以二水石膏就会结晶析出，从而破 坏了半水石膏溶解的平衡，促使反应不断向右进行， 半水石膏不断的溶解直到半水石膏完全耗尽。。
第二节 石灰
一、石灰生产简介 原材料：石灰石、白云石、白垩及贝壳等。 主要成分：CaCO3 900C CaO：生石灰 CaCO3 CaO CO2 根据生石灰中MgO含量的多少，生石灰分为钙质石 灰和镁质石灰。 MgO≤5％，钙质石灰 MgO >5％，镁质石灰 。。
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。。
4、硬化后强度低 由于石灰浆中有大量游离水分存在（理论需水量为生石 灰重量的32.13％），硬化时大量水分蒸发，在体内留 下孔隙。 5、耐水性差 石灰硬化体中，大部分是仍未碳化的Ca（OH）2，而 Ca（OH）2易溶于水，所以耐水性差。 石灰不宜在潮湿环境下使用，也不宜单独用于基础。 6、可塑性与保水性好 利用这一特性，将其掺入水泥砂浆中，配制成水泥混合 砂浆，可提高砂浆的和易性。。
技 术 指 标 优等品 一等品 合格品
抗折强度（MPa） 不小于 抗压强度（MPa） 不小于
细度(0.2 mm方孔筛 筛余/％),不大于 凝结时间
2.5
2.1
1.8
4.9
3.9
2.0~2.9
5.0
10.0
15.0
初凝时间不早于6 min；终凝时间不迟于30 min
五、应用 石膏在建筑中应用十分广泛。如石膏板材、 抹灰材料、雕塑等。 纸面石膏板： 纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入 纤维和外加剂构成芯材，并与护面纸牢固地 结合在一起的轻质建筑板材。 可分为普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板和 耐火纸面石膏板。。
第三节 水玻璃
基础知识： 水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物 和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。 钠水玻璃：硅酸钠(Na2O· nSiO2)水溶液 钾水玻璃：硅酸钾(K2O· nSiO2)水溶液 建筑常用的为钠水玻璃，其水溶液为无色、淡绿色 或微黄色粘稠液体。。
Na2O nSiO2 CO2 mH 2O Na2CO3 nSiO2 mH 2O
由于空气中CO2浓度较低，所以上述过程进行很慢。 为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为促 硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出，其掺量一般为12％～ 15％。 氟硅酸钠有毒，使用时应注意安全。。
※如何消除过火石灰的危害？ 石灰在使用之前应进行陈伏， 且时间在14天以上。 陈伏是指石灰膏在储灰坑中 放置14d以上的过程。过火 石灰在这一期间将慢慢熟化。 陈伏期间，石灰膏表面应保 有一层水分，使其与空气隔 绝，以免与空气中二氧化碳 发生碳化反应。。
案例：某工地急需配制石灰砂浆。当时有消石灰粉、生 石灰粉及生石灰材料可供选用。因生石灰价格相对较便 宜，便选用，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。 使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝，请 分析原因。。
一、生产 原料：石英砂（SiO2）、苛性钠（Na2CO3）
反应方程式
Na2CO3 nSiO2 Na2O nSiO2 CO2
SiO2与Na2O的摩尔数比值n，称为水玻璃的模数。 n≥3的为中性水玻璃，n<3的为碱性水玻璃。。
水玻璃的浓度和模数越高，则水玻璃的密度和粘度 越大，硬化速度越快，硬化后的粘结力与强度、耐 热性与耐酸性就越高。
原因分析： 该石灰的陈伏时间不够。 数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化， 体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。。

2、石灰的硬化 石膏浆体的硬化是一个溶解、析晶的过程 石灰浆体在空气中硬化，则是一个结晶、碳化的过程： a、结晶作用：游离水蒸发，Ca（OH）2逐渐从饱和溶 液中结晶。 b、碳化作用：Ca（OH）2与空气中的 CO2和H2O反应 生成CaCO3，释放出水分并蒸发。
3、硬化后孔隙率大，表观密度和强度较低 石膏水化时的理论需水量为石膏重的18.6％，但为了使 石膏具有流动性，便于施工，通常的用水量为60％～80 ％，多余的水分蒸发后，在石膏内留下孔隙。 4、隔热、吸音性能好 孔隙率增加：导热系数减小，保温隔热性能好 孔隙率增加：声音传导和反射的能力降低，吸音性能好 5、防火性能好 二水石膏中的结晶水遇热蒸发，吸收热量，在制品表面 可形成蒸汽幕。。