单元3 无机胶凝材料(石灰、石膏)

• 石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进 行的过程来完成的： ➢ 石灰浆的干燥硬化（结晶作用） 滞流在孔隙自由水蒸发或被周围砌体吸收，使石灰 粒子密实，蒸发后使Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶，数 量少，强度不高（缓慢）
Ca(OH )2 nH 2O 晶化 Ca(OH )2 nH 2O
因煅烧温度过高或者时间过长，孔隙率减 小，表观密度增大，结构致密，表面常被 熔融的黏土杂质形成的玻璃物质包裹，因 此过火石灰的熟化十分缓慢，导致已硬化 的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象
工程实例 1
某工地购进一批块状生石灰，作为材料员， 你如何对石灰的品质进行检验？
过程： 1、首先观察颜色，如果颜色为深褐色则可判断为过火石 灰。 2、如果颜色为白色，则用小锤将块状生石灰砸开，观察 是
水硬性胶凝材料
各种水泥
➢气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能 在空气中保材或发展其强度。
➢水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中 硬化，并保持、发展其强度。
石灰
水泥
第二节 石灰
• 石灰的早期发现与应用
➢ 考古学家认为，石灰石烧成石灰是偶然发现。其中有 些石块受热失去强度，遇水后裂为白色粉末（应用生 石灰却需要一定知识才行）。
二、石灰的消化和硬化
• 石灰的消化 烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其
“消化”成为“消石灰”，这一过程亦称 “熟化”，故消石灰亦称“熟石灰” 。
CaO H2O Ca(OH )2 64.9KJ / mol
➢目的：使生石灰具有粘性和塑性。 ➢特点：①放热和膨胀（1～2.5倍）
②理论加水<实际加水量(24.3%<70%)
故灰土与三合土具有较高的强度和抗水性，广 泛应用于建筑物基础垫层，道路垫层与游泳池的抗 渗工程。
• 石灰的贮存
➢磨细的生石灰粉应贮存于干燥仓库内，采取 严格防水措施。
➢块状生石灰放置太久，会吸收空气中的水分 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 以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜 贮存过久。最好运到后即熟化成石灰浆，将 贮存期变为陈伏期。
（2）主要成分：
建筑石膏是指由二水石膏（CaSO4.2H2O)
经过加工而成的半水石膏（
）故又称熟石膏。
CaSO4.
12H2O
破碎、加热和磨细
（3）化学反应式：
天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度 和加热方式的不同，可以得到不同性质的石膏产品。
二
107~170℃
水
煅烧
石 膏
124℃，0.13MPa
多用来拌制灰 土和三合土
熟石灰粉
煅烧
石灰岩
生石灰块
磨细
生石灰粉
粉刷墙壁
加过量水 进行陈伏
加水稀释
石灰乳
石灰膏
使用时可以 不进行陈伏
用来拌制砌筑砂 浆或抹面砂浆
四、石灰的技术性质
• 可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒
极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸 附一层厚的水膜。因此用石灰调成的石灰砂 浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥 砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。
➢ 石灰浆的碳化（碳化作用） 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。 只有在有水的条件下才能进行。
Ca(OH)2 CO2 nH2O 碳化CaCO3 (n 1)H2O
• 结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓 慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过 程主要在内部发生。
原因
由于空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进 展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形 成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内 部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。
三、建筑石膏的技术标准
根据国家标准《建筑石膏》（GB9776—88），建筑石 膏按强度、细度和凝结时间分为优等品、一等品和合格品 三个等级。
四、建筑石膏的技术性质 （一）凝结硬化快
常温下，建筑石膏加水后3～5min可达到初凝，30min 以内即可达到终凝。 （二）微膨胀性
石膏浆体凝结硬化后体积不会出现收缩，反而略有膨胀 （约0.5%—1.0%）。
分析讨论：其原因有两个方面，可有针对性地解决。
建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来 粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。可掺入缓凝 剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。
不宜用于潮湿环境 及受水侵蚀部位。
五、石灰的应用和贮存
• 石灰的应用 ➢砌筑工程和抹面装饰工程
将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释， 成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天 棚刷白，增加室内美观和亮度。 石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途， 分为砌筑砂浆和抹面砂浆。 石灰的作用：改善砂浆的和易性，便于施工，有效防 止砂浆抹面开裂。
体，这一过程称为石膏的凝结硬化。
石膏的凝结硬化主要是建筑石膏与水发生化学反应，还原成二 水石膏：
CaSO4
1 2
H 2O
11 2
H 2O
CaSO4
2H 2O
• 初凝：从加水开始拌和一直到浆体刚开始失去可塑性的过 程称为浆体的初凝，从加水至初凝的这段时间称为初凝时 间。
• 终凝：从加水开始拌和一直到浆体完全失去可塑性，并开 始产生强度的过程称为浆体的终凝，从加水至终凝的时间 为终凝时间。
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。当石
膏中含有的结晶水不同时，可形成多种性能不同的石膏，
主要有建筑石膏（
）、无水石膏（ ）、生
石膏（ CaSO4
）等。
CaSO4
1 2
H
2O
CaSO4 2H2O
一、建筑石膏生产简介
（1）主要原料： 天然石膏 天然天二然水无石水膏石（膏C（aSCOa4S.2OH4 )， 2O即)，硬即石软膏石；膏；
具有较高的强 度和抗渗能力
三合土用作铺筑步道砖的垫层
➢用于道路路面基层
在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中 的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎 石广泛用于路面基层。
石灰稳定用于土路面基层
工程实例 3
某学校教室用完全熟化的石灰膏作为内墙装 饰材料，但施工完毕两周后，发现墙壁上有 裂缝现象，试分析原因？
➢严格控制加水量和加水速度 不同品质的石灰熟化速度不同：
• 活泼性大的石灰：加水要快，水量充足， 并加速搅拌散热，否则已消化的石灰颗粒 包围于未消化颗粒周围，使内部石灰不易 消化，称为“过烧”现象；
• 活泼性小的石灰：加水要慢，水量少，如 加水过快，则发热量少，水温过低，增加 了未消化颗粒，称为“过冷”现象。
➢灰砂砖和硅酸盐制品
石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅 拌，经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期 强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝 质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强 度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。
蒸压灰砂砖
蒸压加气砼砌块
➢加固软土地基 在软土地基中打入生石灰桩，可以利用
蒸压锅蒸炼
性半水石膏
（建筑石膏）
性半水石膏
（高强石膏）
反
应
式
：CaSO4
2
H
2O
不
同条
件
CaSO4
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
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、建筑石膏的凝结硬化
建筑石膏与适量的水拌合后，可调制成可塑性浆体，经过一段 时间反应后，浆体失去可塑性，并逐渐发展成为具有一定强度的固
原因： 这是由于石灰在凝结硬化过程中，失去水分，干燥 收缩性大，导致白色装饰墙上出现了干缩裂纹。
措施：在石灰膏中加入抗裂纤维，或在资金保证的 前提下，用性能好的装饰材料代替。
难点解析
建筑石灰是不耐水的，而且强度不高，但为什么 灰土和三合土抗水性却很好，强度又较高呢？
不论生石灰、消石灰，水化后和土壤中的二氧 化硅或三氧化二铝以及三氧化二铁等物质结合，即 可生成胶结体的硅酸钙、铝酸钙以及铁酸钙，将土 壤胶结起来，使灰土有较高的强度。灰土逐渐硬化， 增加了土壤颗粒间的附着强度，所以增强了抗水性。
否有硬心，如有则为欠火石灰。 3、如无硬心，为白色疏松块状固体，则为优质生石灰。
优质石灰
过火石灰
工程实例 2
某学校教室用石灰膏作为内墙装饰，但施工 完毕两周后，发现墙壁有鼓泡裂缝现象，试 分析原因？
原因： 这是由于生石灰中存在过火石灰，在消解过程中熟 化不完全造成的，未熟化的生石灰颗粒继续熟化， 体积膨胀，导致装饰面层空鼓起泡。 措施： 分层熟化，保证陈伏时间，使生石灰消解完全。
（三）硬化后孔隙率大、质量轻 、强度低 石膏制品的表观密度小，导热系数小，吸声性、吸湿
性好，可调节室内温度和湿度。 （四）防火性能好 ，但耐火性差
（五）可加工性能好。 建筑石膏硬化后硬度较低，使得石膏制品可锯、可刨、 可钉，易于连接，为安装施工提供了很大的方便，具有
良好的可加工性。 （六）耐水性、抗冻性差
生石灰的熟化
➢熟化方法
根据熟化时加水量的不同，石灰的方式分 为两种。
1、熟化为熟石灰粉： 将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分
熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品 就是熟石灰粉。
2、熟化为石灰膏： 将生石灰放入化灰池
中，加大量的水，熟化成 石灰膏。
储灰坑
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中放置两周以上，这一 过程称为石灰的“陈伏”。石灰浆表面应保 有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。
五、建筑石膏的储运
不同等级的建筑石膏应分别储运，不得混杂。建筑石膏在储运 过程中必须防潮、防水。建筑石膏储存三个月后，强度将下降30% 左右，所以储存时间不宜过长，一般不超过三个月。超过储存期限