第二章.气硬性胶凝材料

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：
CO2含量≤ ，（%）
产浆量≥ ，（L/10kg）仅对Q 细度 仅对QP 0.2mm筛余量% 90μm筛余量%
4
26 2 7
7
26 2 7
12
26 源自文库 7
7
2 7
7
7 2
产品标准：《建筑消石灰粉》JC/T 481一2013 分类：钙质消石灰粉（MgO≤5%）HCL，镁质消石灰粉 （MgO＞5%）HML
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。
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
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：
Ca(OH)2 CO2 nH 2O CaCO3 (n 1)H 2O
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：
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
2. 硬化过程缓慢
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。
附：α型与β型半水石膏区别
β—半水石膏(熟石膏)和α—半水石膏(高强石膏)在宏观 性能上的差别，主要是由于亚微观上即晶粒的型态、大小以及 聚集状态等方面的差别。
结晶度较差，常为细小 的纤维状或片状聚集体， 内比表面积较大。
结晶比较完整，常呈短柱 状，晶粒较粗大，聚集体 的内比表面积较小，致密， 有一定的结晶形状。
煅烧温度过高 或时间过长
过火石灰
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；质地致密，熟化慢， 硬化后体积膨胀，引起鼓包和 开裂
石灰煅烧窑
CaCO3
900~1100℃
CaO CO2
块状生石灰
加过量水消化
生石灰体积的3-4倍
磨细
生石灰粉 加适量水消化、然后干燥 加水拌合
石灰膏
消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。
用于拌制石灰土、 三合土
用于拌制石灰砌筑 砂浆或抹灰砂浆
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, H -64.79 KJ mol1
2. 石灰砂浆
石灰膏 石灰膏 砂 砂 水 水泥 石灰砂浆（抹面） 水 混合砂浆（砌筑、抹面）
抹面砂浆时，需加纸筋等纤维物质，以克服其收缩性。
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
消石灰粉 粘土 砂或石屑、炉渣 水 碾压夯实
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。
根据《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ 98-2000） 生石灰熟化成石灰膏时，应用孔径不大于3mm×3mm 的网过滤，熟化时间不得小于7d；磨细生石灰粉的熟 化时间不得小于2d。 《建筑装饰装修工程质量验收规范》（ GB 502032001）规定：抹灰用的石灰膏的熟化期不应小于15d； 罩面用的磨细石灰粉的熟化期不应小于3d。
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。
产品标准：《建筑生石灰》 JC/T 479-2013 钙质生石灰（MgO≤5%），镁质生石灰（MgO＞5%） 将 JC/T 479和480两个合并，CL代表钙质生石灰；ML代表 镁质生石灰 ；Q表示石灰块；OP表示石灰粉； 建筑生石灰的技术指标
项目 CaO+MgO含量≥ ，（%） 钙质生石灰 CL90 90 CL85 85 CL75 75 镁质生石灰 ML85 85 ML80 80
§2.1 石
1.石灰的生产 主要原料、烧制及产品
灰
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
温度过低或温度分布不均匀 → 欠火石灰 温度太高 → 过火石灰
“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 氧化钙含量低，粘结能力差， 降低了石灰的利用率
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。
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。
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
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
特点：速度快；体积膨胀（1-2.5倍）；放出大量的热
石灰熟化示意图
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？
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。
在土木过程中，常用的石膏胶凝材料主要是建筑石膏。
硬石膏
天然石膏
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”。
第二章.气硬性胶凝材料
主要内容
2.1 石灰 2.2 石膏 2.3 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
概
述
1.胶凝材料定义：指在物理、化学作用下，能从浆体变成
坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质， 又称胶结料。 拌水后只能在空气中硬化
气硬性－－石灰、石膏
3. 建筑石膏的生产
107～170℃ 加热、脱水
CaSO4· 0.5H2O CaSO4· 0.5H2O CaSO4 Ⅲ CaSO4 Ⅱ CaSO4 Ⅰ
β型 α型
建筑石膏 高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
高温煅烧石膏
125℃ 0.13MPa
蒸压锅
二水石膏
CaSO4· 2H2O
170～360℃ 加热、脱水
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。
石块、砖用石灰粘结
人们发现石灰岩在火中煅烧脱
水、在雨中胶结产生胶凝性， 因而可用来调制砌筑砂浆。石
灰为何能产生胶凝性？
古罗马万神庙
阶段
时间
胶凝材料
石灰、火山灰 天然水泥
石灰一火山灰时期 公元初至18世纪 天然水泥时期 18世纪下半叶
在石灰中掺加某些火山灰沉积物，不仅强度提高，而 且还具有一定的抗水性。为何？ （潜在水硬性） 石灰被人们用了数千年，一直到史密顿遇上了“倒霉 事”为止，发现了天然水泥。现在，水泥已成为现代人类 生活中不可缺少的物资了。
可溶硬石膏 CaSO4Ⅲ 硬石膏 CaSO4Ⅱ 煅烧石膏CaSO4 和少量CaO
加水后生成CaSO4· 2H2O，凝结硬化很快， 放出热量，体积略膨胀 需水量较β半水石膏小，硬化后强度较高
水化凝结较快，同时放出大量热，需水量 较β半水石膏高，强度较低 400～500℃是难溶石膏 500～750℃为不溶石膏 不加激发剂也具有水化硬化能力，但凝结 较慢，抗水性好，耐磨性高
建筑消石灰粉的技术指标
钙质消石灰 粉 项目 HCL90 HCL85 HCL75 镁质消石灰粉 HML85 HML80
CaO+MgO含量≥,（%）
游离水≤，（%） 体积安定性 细 度 0.2mm筛余量≤,(%) 90μm筛余量≤,(%)
90
85
75
85
80
2 合格 2 7
4.石灰的技术特性 1. 保水性与可塑性好
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
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）；
由此可见，石灰是一种硬化慢、强度低的气硬性胶凝材料。
3.石灰的技术要求
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。
5. 易受潮不宜贮存
灰砂空心墙体砖
蒸压灰砂墙体砖
轻 质 保 温 灰 砂 砖
灰 砂
墙 体 砖
§2.2 石
1.石膏的原料及生产 1. 原料
膏
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。
400～750℃ 800℃
在常温下不存在
在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。
二水石膏在不同温度下的生成物及性质
煅烧温度 生成物 性 质
107～170℃ （常压） 125℃ (0.13MPa)
170～200℃ >400℃ >800℃
β半水石膏 CaSO4· 1/2H2O α半水石膏 CaSO4· 1/2H2O
无机胶凝材料
拌水后既能在空气中硬化 又能在水中硬化
水硬性－－各种水泥 有机胶凝材料 －－沥青、树脂、橡胶
2.胶凝材料的发展简史
阶段 天然黏土时期
时间
新石器时代
距今约4000-10000年
胶凝材料 天然黏土
泥巴墙 不抗水 强度低
阶段 石膏-石灰时期
时间
公元前2000-3000年
胶凝材料 石灰、石膏