第二章 胶凝材料

2. 建筑石膏的应用 （1）室内抹灰及粉刷 抹灰指的是以建筑石膏为胶凝材料，加入水 和砂子配成石膏砂浆，作为内墙面抹平用。由于不 耐水，故不宜在外墙使用。粉刷指的是建筑石膏加 水和适量外加剂，调制成涂料，涂刷装修内墙面。 （2）建筑装饰制品 以杂质含量少的建筑石膏加入少量纤维增强 材料和建筑胶水等制作成各种装饰制品。也可制成 彩色制品。
第一节 一、石膏
气硬性胶凝材料
（一）石膏的生产、品种 将生石膏在107～170℃条件下煅烧脱去部分 结晶水而制得的半水石膏，称为建筑石膏，又称 为熟石膏。
1 1 CaSO4 2 H 2O CaSO4 H 2O 1 H 2O 2 2
107~1700 C
生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然石膏 （又称生石膏）或含硫酸钙的化工副产品和磷石膏、 氟石膏、硼石膏等废渣，其化学式为CaSO4.2H2O,也 称二水石膏。将天然二水石膏在不同的温度下煅烧 可得到不同的石膏品种（建筑石膏、模型石膏、高 强度石膏、硬石膏）。如将天然二水石膏在107170 ℃的干燥条件下加热可得建筑石膏。
建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点 1．凝结硬化快 水化过程一般为7～12min，整个 凝结硬化过程只需20～30min。 从加水开始拌合直到浆体开始失去可塑性的过 程称为浆体的初凝，对应的时间称为初凝时间；从加 水拌合开始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硬化，对应的时间称为终凝时间。 2．体积微膨胀 建筑石膏凝结硬化过程产生约 0.05%-0.15%左右的体积膨胀。这是其它胶凝材料所 不具有的特性。
（6）耐水性差,但具有一定的调湿功能 建筑石膏制品的软化系数只有0.2～0.3，不耐 水。但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气 过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则 能释放出水分，从而调节空气中的相对湿度。 （7）防火性好 建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又 大，更重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸 汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用。但脱水 后制品强度要下降。
生石膏在加热过程中，随着温度和压力不同， 其产品的性能也随之变化。上述条件下生产的为半水 石膏，也是最常用的建筑石膏。当煅烧温度升高到 170～300℃时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石 膏（CaSO4-Ⅲ），凝结速度比半水石膏快，但需水量 大，强度低。温度继续升高到400～1000℃，则生成 慢溶性硬石膏（CaSO4-Ⅱ）。这种石膏难溶于水，只 有当加入某些激发剂后，才具有水化硬化能力，但强 度较高，耐磨性能较好。将CaSO4-Ⅱ与激发剂混磨后 的产品称为硬石膏水泥。
2.建筑生石灰粉 与生石灰一样分为钙质和镁质生石灰粉；又根据CaO 和MgO总含量、CO2含量和细度分为优等、一等和合格。
建筑生石灰粉的技术指标 钙质生石灰 镁质生石灰 合格 品 75 11 优等 品 80 8 一等 品 75 10 合格 品 70 12
项目
优等 品 85 7
一等 品 80 9
CaO+MgO含量（%， ≮ ） 二氧化碳（%， ≯ ） 细 度
石灰的熟化（消解、淋灰）
“崩裂、鼓泡”：细小颗粒可能 在石灰应用之后熟化，体积膨 胀，使已硬化的砂浆产生崩裂 鼓泡现象。 陈伏:保证石灰完全熟化,石灰膏 必须在坑中保存两个星期以上 。为了防止石灰碳化，应在其
工地(化灰池)
表面保有一层水。
2. 石灰的硬化
石灰在空气中硬化主要包括结晶和碳化两个过程。 结晶作用指的是石灰浆中多余水分蒸发或被砌体吸收，使 Ca（OH）2以晶体形态析出，石灰浆体逐渐失去塑性，并凝结 硬化产生强度的过程。 碳化作用指的是空气中的CO2遇水生成弱碳酸，再与Ca （OH）2发生化学反应生成CaCO3晶体的过程。生成的CaCO3自身 强度较高，且填充孔隙使石灰固化体更加致密，强度进一步提 高。即
（三）建筑石膏的技术要求
建筑石膏为粉状胶凝材料，堆积密度800～ 1000kg/m3，密度约为2.6～2.75g/cm3。根据GB9776— 88规定，建筑石膏按照强度、细度和凝结时间划分为 优等品、一等品和合格品。
表3-2-1 建筑石膏的质量指标 等级 抗折强度 优等品 2.5 一等品 2.1 合格品 1.8
0.90mm筛筛余（%， ≯ ）
0.125mm筛筛余（%， ≯ ）
0.2
7.0
0.5
12.0
1.5
18.0
0.2
7.0
Biblioteka Baidu
0.5
12.0
1.5
18.0
3. 建筑消石灰粉 根据MgO含量分钙质（MgO＜4%）、镁质（4%≤MgO＜ 24%）和白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%），并根据CaO 和MgO总含量、体积安定性和细度分优等、一等和合格。
CaCO3 CaO CO2
900~1200
生产所得的CaO称为生石灰，是一种白色或灰 色的块状物质。 生石灰的特性：遇水快速产生水化反应，体积 膨胀，并放出大量热。煅烧良好的生石灰能在几 秒钟内与水反应完毕，体积膨胀两倍左右。
注意：
生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或 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 煅烧的石灰，它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害；过 火石灰的结构致密，孔隙率小，体积密度大，并且晶粒粗大， 表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆，与水作用的 速度很慢，须数天甚至数年，对石灰的使用极为不利。 常采用的去除方法是在熟化过程中，利用筛网除掉较大尺 寸过火石灰颗粒，而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放 二周以上，使其充分熟化，此即所谓的“陈伏”。陈伏时为防 止石灰炭化，石灰膏的表面须保存有一层水。
（二）石灰的熟化和硬化
1. 石灰的熟化 生石灰CaO加水反应生成Ca（OH）2的过程 称为熟化。生成物Ca（OH）2称为熟石灰。
CaO H 2O Ca(OH ) 2 64.9KJ
熟化过程的特点 （1）速度快 煅烧良好的CaO与水接触时几秒钟内即反应完毕。 （2）体积膨胀 CaO与水反应生成Ca（OH）2时，体积增大1.5～2.0 倍。 （3）放出大量的热 1克分子CaO熟化生成1克分子Ca（OH）2约产生 64.9kJ热量。
Ca(OH ) 2 CO2 nH 2O CaCO3 (n 1) H 2O
石灰凝结硬化过程的特点 1. 速度慢
水分从内部迁移到表层被蒸发或被吸收的过程本身较慢， 若表层Ca（OH）2被碳化，生成的CaCO3在石灰表面形成更加 致密的膜层，使水分子和CO2的进出更加困难。因此，石灰的 凝结硬化过程极其缓慢，通常需要几周的时间。加快硬化速 度的简易方法有加强通风和提高空气中CO2的浓度。
白云石消石灰 优等品 一等品 65 60 合格品 55 0.4～2
0.4～2 0.4～2 合格 0 3 合格 0 10
0.5 15
度
0.125mm筛筛 余（%，≯ ）
（四）石灰的技术性质和应用
1. 石灰的主要技术性质 （1）保水性与可塑性好 Ca（OH）2颗粒极细，比表面积很大，每一颗粒均 吸附一层水膜，使石灰浆具有良好的保水性和塑性。 工程中常用来改善水泥砂浆保水性和塑性差的缺陷。 （2）凝结硬化慢、强度低 石灰浆凝结硬化时间一般需要数周，硬化后的强 度一般小于1MPa。如1:3的石灰砂浆强度仅为0.2～ 0.5MPa。但通过人工碳化，可使强度大幅度提高。
抗压强度
细度0.2mm方孔筛 筛余（%），≯`
4.9
5.0
3.9
10.0
2.0～2.9
15.011
（四）石膏的性质与应用
1.石膏的性质
（1）凝结硬化快 建筑石膏加水拌合后10min内便失去塑性而初凝， 30min内即终凝硬化，并产生强度。 （2）强度较高 建筑石膏的强度发展快，一般7h即可达最大值。 抗压强度约为8～12MPa。
第二章 无机胶凝材料
第一节 气硬性胶凝材料 第二节 硅酸盐水泥 第三节 掺混合材料的硅 酸盐水泥
一、胶凝材料分类： 无机胶凝材料： 以无机化合物为主要成分，掺入水或盐溶液， 经一定的物理化学变化过程能产生强度和粘结力的 材料。如：水泥、石灰、石膏 有机胶凝材料： 以天然或合成高分子化合物为主要成分。如： 沥青、树脂、橡胶 二、无机胶凝材料分类： 水硬性胶凝材料：即能在空气中水化，又能在水中水 化，并产生强度的胶凝材料。 气硬性胶凝材料：只能在空气中水化产生强度。
（二）石膏的凝结与硬化
将建筑石膏加水后，它首先溶解于水，然后生 成二水石膏析出。
1 1 CaSO4 H 2O 1 H 2O CaSO4 2 H 2O 2 2
随着水化的不断进行，生成的二水石膏胶体微粒 不断增多，这些微粒比原先更加细小，比表面积很大， 吸附着很多的水分；同时浆体中的自由水分由于水化 和蒸发而不断减少，浆体的稠度不断增加，胶体微粒 间的黏结逐步增强，颗粒间产生摩擦力和黏结力，使 浆体逐渐失去可塑性，即浆体逐渐产生凝结。继续水 化，胶体转变成晶体。晶体颗粒逐渐长大，使浆体完 全失去可塑性，产生强度，即浆体产生了硬化。这一 过程不断进行，直至浆体完全干燥，强度不在增加， 此时浆体已硬化人造成石材。
建筑消石灰粉的技术指标 项目
CaO+MgO含量 (%，≮） 游离水（%） 体积安定性
0.90mm筛筛余 细 （%，≯）
钙质消石灰 优等品 70 0.4～2 合格 0 3 一等品 65 0.4～2 合格 0 10 合格品 60 0.4～2 0.5 15 优等品 65 0.4～2 合格 0 3
镁质消石灰 一等品 60 0.4～2 合格 0 10 合格品 55 0.4～2 0.5 15
（3）石膏板 这是土木工程中使用量最大的一类板材。包括 石膏装饰板、空心石膏板、蜂窝板等，作为装饰 吊顶、隔板或保温、隔声、防火等使用。 （4）其他用途 建筑石膏可作为生产某些硅酸盐制品时的增强 剂，如粉煤灰砖、炉渣制品等；也可用作油漆或 粘贴墙纸等的基层找平。
建筑石膏在运输和储存时要注意防潮，储存期一般 不宜超过3个月，否则将使石膏制品的质量下降。
二、石灰
1.石灰的品种
生石灰、生石灰粉、熟石灰粉和石灰膏等 生产石灰的原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石， 如石灰石、白垩(方解石的变种)等。正常温度下煅烧 得到的石灰具有多孔结构，内部孔隙率大，晶体粒小， 体积密度小，与水作用快。
2.石灰的生产 石灰的生产，实际上就是将石灰石在高温下煅 烧，使碳酸钙分解成为CaO和CO2，CO2以气体逸出。
（三）石灰的技术要求 1. 建筑生石灰 根据MgO含量分为钙质石灰和镁质石灰；又根据 CaO和MgO总含量及残渣、CO2含量和产浆量分为优等、 一等和合格三个等级。
建筑生石灰的技术指标 项目 CaO+MgO含量（%，≮） 未消化残渣含量 （5mm圆孔筛余，%，≯） 二氧化碳（%， ≯ ） 产浆量（L/kg， ≮ ） 钙质生石灰 优等品 90 5 5 2.8 一等品 85 10 7 2.8 合格品 80 15 9 2.0 优等品 85 5 6 2.8 镁质生石灰 一等品 80 10 8 2.3 合格品 75 15 10 2.0
（3）体积微膨胀 建筑石膏凝结硬化过程的体积微膨胀特性，使得 石膏制品表面光滑、体形饱满，特别适用于刷面。 （4）色白可加彩色 建筑石膏颜色洁白，杂质含量越少，颜色越白。 可加入各种颜料调制成彩色石膏制品，且保色性好。 （5）保温性能好 由于石膏制品生产时加入过量的水，蒸发后形成 大量内部毛细孔，孔隙率达50%～60%，表观密度小 （800～1000kg/m3），导热系数小，故具有良好保温 绝热性能，常作保温材料，并具有一定的吸声效果。
2. 体积收缩大
容易产生收缩裂缝。
思考： 一般纯石灰浆不能单独应用到工程中，为什么？
石灰的硬化很缓慢，这是由于空气中二氧化碳气体非 常稀薄，同时表面的石灰一旦碳化后，所生成的碳酸钙的坚 硬外壳，又阻碍二氧化碳的进一步透入，而内部水分析出困 难，结晶作用无法较快进行。所以纯石灰浆不能单独使用， 必须掺入砂子等填充料使用，这样石灰浆内形成连通的毛细 孔道，使内部水分蒸发并进一步碳化和结晶，以加速硬化， 并可防止石灰在硬化过程中产生过大收缩或裂缝。