建筑材料第三章气硬性胶凝材料

.2H
2O
CaSO4
.
1 2
H
2O
1
1 2
H
2O
107～170℃
加热、脱水
CaSO4.1/2H2O(β 型 半水 石 膏)－建 筑 石 膏
CaSO4.2H2O
二水石膏
125℃
0.13MPa蒸压锅
170～360℃
加热、脱水
CaSO4.1/2H2O(α 型 半水 石 膏)－高强 石 膏 CaSO4 Ⅲ－可 溶 性 硬 石 膏
用来拌制砌筑砂 浆或抹面砂浆
2.石灰的应用
➢ 配制石灰砂浆、石灰乳 ➢ 配制石灰土、三合土 ➢ 生产碳化石灰板 ➢ 生产硅酸盐制品
三合土用作铺筑步道砖的垫层
三 合 土 桩
2、石灰的应用
2.配制三合土和灰土 三合土：生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子
比例：1：2：3 加水——拌合、夯实作基础垫层 灰土：生石灰粉、粘土
溶解 沉淀
半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石 膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解， 生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液
硬化
半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是 过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。
二水石膏晶体不断生长、连生、交错， 构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网
三、建筑石膏的特性
1.凝结硬化快 初凝时间：不小于6min 终凝时间：不大于30min 1星期左右完全硬化，实际应用中加适量缓凝剂 2.硬化后孔隙率大（达50%~60%），水化的理论需水量
为18.6%，实际用水量为60%~80%，多余水分蒸发形 成孔隙。故其强度较低。
硬化后强度3~5MPa——隔墙、饰面 存放三个月强度下降30%。 3.建筑石膏硬化隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。 4.防火性能良好，着火温度下，石膏脱水，水分蒸发，火
400～750℃
CaSO4 Ⅱ －不溶 性 硬 石 膏
800℃
23
CaSO4 Ⅰ －高温 煅 烧 石 膏
各类石膏的特点
建筑石膏β—CaSO4·1/2H2O：又称熟石膏，晶体 较细，需水量较大（80～100％） ，因而强度较 低。主要用于石膏建筑制品。
高强石膏α—CaSO4·1/2H2O ：晶粒粗大，需水 量小（35～45％），强度高。高级室内抹灰、石 膏线、石膏板等。
2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应 如何避免？
答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收 缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用， 可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。
石膏应用的历史
9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹； 5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨
要 留 清 白 在 人
间
4
第一节 石灰
一、石灰的生产、化学成分与品种
1.生产： 石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云质石灰岩、
白垩等为原料，在一定烧结温度下，煅烧所得的产物。其 主要成分为氧化钙（CaO).
煅烧 CaCO3——CaO+CO2
煅烧 MgCO3——MgO+CO2
过火石灰：灰黑色，表面出现裂纹，有玻璃体的外壳。 含SiO2、Al2O3杂质，块体容重大，熟化慢。
凝结硬化过程：流体-----塑性体-----固体
水化反应式：
CaSO4
1 2
H 2O
1
1 2
H 2O
CaSO4
2 H 2O
二、建筑石膏的凝结硬化
凝结硬化过程中的水化反应：
CaSO4·0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4·2H2O＋Q
即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应
凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”
另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期 在水中的强度将更低 。
4、如何改善石膏制品的耐水性， How?
答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处 理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度， 阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。
3. 水玻璃
水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物 和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐 类。
1.气硬性胶凝材料 指在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展
其强度的胶凝材料。适合：地上和干燥环境。
2.水硬性胶凝材料 指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中
硬化，并保持和继续发展其强度的胶凝材料。 适宜：既适宜于地上，也可用于地下和水中环
境。
1 石灰
千
锤
万烈
凿火 粉
出焚 深烧 山若
等
闲
身 碎 骨 浑 不 怕
性裂纹。
三、石灰的硬化
由2个同时进行的过程完成。 1.结晶作用 游离水分蒸发——Ca（OH）2逐渐从饱和溶液中结晶析出。 2.碳化作用
Ca（OH）2与空气中的CO2和H 2O化合成CaCO3 结晶。
CaOH 2 CO2 nH2O CaCO3 (n 1)H2O
C面a可(四O以H)吸2、粒附子石水表膜灰的特性和应用
2、石膏
二水石膏晶体形貌
原材料：
半水石膏晶体形貌
天然二水石膏；CaSO4.2H2O（生石膏） 天然无水石膏；CaSO4，仅用于生产无水
石膏水泥
化工石膏：磷石膏、氟石膏（化工副产品）
工艺：
原材料→不同温度、压力煅烧→磨细→成品
天然石膏矿纤维状晶体
原材料－不同温度、压力煅烧－磨细－成品
CaSO4
第三章 气硬性胶凝材料
第三章 气硬性胶凝材料
胶凝材料：指经过自身的物理化学作用后，由液 态或半固态变成坚硬的固态状态，并能将散粒材 料（如砂、石等）或块状材料（如砖、石块等） 粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。
胶凝材料
气硬性：石灰、石
无机胶凝材料（按硬化条件）
膏、水玻璃等。
水硬性：水泥等。
有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶（天然或合成高分子）
可塑性和保水性好
石灰硬化收缩产生的裂缝
水化热大，体积增大
CaCO3 膜层致密
硬化缓慢
硬化时体积收缩大 硬化后强度低 耐水性差
石灰砂浆墙面因受潮而脱落
五、常用建筑石灰
多用来拌制灰 土和三合土
熟石灰粉
石灰岩
煅烧 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（干燥剂）
二、生石灰的水化
特点： 1.反应可逆。 2.水化热大、水化速度快。 3.水化过程体积增大。
陈伏：为保证石灰完全熟化，石
灰必须放入坑中以水覆盖保存两星 期以上，这个过程称为 “陈伏”。 否则，未水化的石灰颗粒将混砂浆 中，在砂浆应用之后熟化，体积膨 胀，致使已硬化的砂浆产生“崩裂” 或“鼓包”现象，影响工程质量。
欠火石灰：未分解的石灰石，废品，利用率很低，不能 消化，降低石灰浆的产量。
一、石灰的生产、化学成分与品种
正火石灰：煅烧正常，质量轻，无裂缝，密度3.1-3.4g/cm3， 表观密度800-1000kg/m3。 当MgO含量≤5%时称为钙质石灰。 当MgO含量＞ 5%时称为镁质石灰。
2.品种 根据成品的加工方法的不同，有四种成品： （1）块状生石灰：由石灰石煅烧成的白色疏松结构的块状物 主要成分CaO （2）生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。 （3）消石灰粉：将生石灰用适量的水经消化和干燥而成 的粉末，主要成分为Ca（OH）2。 亦称为熟石灰。
建筑石膏是一种很好的绿色建材！ 应用中扬长各避种墙短板，正确应用！ 建筑上的主要应用有：
➢ 建筑石膏制品： ➢ 各种板材：墙板、天花板等 ➢ 艺术装饰品
➢ 粉刷石膏： ➢ 墙面粉刷 ➢ 雕饰 德国室一内所墙教面堂和的天外花墙板面的雕雕饰饰
建筑石膏的应用
建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用 于室外?
成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材 料——灰浆； 372-287 BC，古希腊人采用天然透明石膏（亚硒酸石膏）做 神庙的窗户；
古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊的雕塑。
十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆 （plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石 膏的首都（capital of plaster）之称。
比例：1：2 ~ 1：4 加水——拌合、夯实 用于建筑物的基础、路面或地面的垫层 补.加固软土地基
如：石灰桩——生石灰块灌入软土（高含水 量、高孔隙比土）中，形成石灰桩。
石灰稳定基层
湖南大学土木工程程学 院建材室
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配制水泥石灰砂浆、石灰砂浆
一、石灰的生产、化学成分与品种
（4）石灰膏：将块状生石灰用过量水（约为生石灰体 积的3—4倍）消化，或将消石灰粉和水拌 合，所得的具一定稠度的膏状物。 主要成分为Ca（OH）2和水。
二、生石灰的水化
又称熟化或消化。 是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程。 其水化反应式如下：
CaO H2O CaOH 2 64.9kJ
可溶性石膏：需水量大，凝结很快，强度低，不 宜直接使用。
各类石膏的特点
不溶性硬石膏：难溶于水，生产无水石膏水泥。
高温煅烧石膏：硬化后有较高的强度和耐磨性， 抗水性也较好。
二、建筑石膏的水化与硬化
建筑石膏与适量的水相混合—二水石膏生成量增加，水 分减小—可塑浆体——浆体开始失去塑性（初凝， 约6min）——继续变稠，产生凝结硬化（颗粒之 间的摩擦力、粘结力增加，并开始产生强度，即 终凝1/2h）——固体
2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点， Which？
答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、 天花板、墙面粉刷砂浆等。
缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构 材料，不宜用于潮湿环境等。
学会分析、思考和回答问题！
3. 为什么石膏制品的耐水性差，Why？
答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明 显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此， 水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导 致强度下降；其软化系数只有0.30~0.45；
品具有强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶 体间的粘结力削弱，强度下降、变形，且还会发霉。
建筑石膏一般不宜在潮湿和温度过高的环境中使 用。欲提高其耐水性，可于建筑石膏中掺入一定量 的水泥或其它含活性SiO2、Al2O3及CaO的材料。 如粉煤灰、石灰。掺入有机防水剂亦可改善石膏制 品的耐水性。
四、建筑石膏的应用
与板之间形成蒸汽带，阻止火蔓延。
5.建筑石膏硬化时体积略有膨胀,能充满模型。 6.装饰性好。可作吊顶和天花板。
工程实例分析
某住户喜爱石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作
装饰。使用一段时间后，客厅、卧室效果相当好，但
厨房、厕所、浴室的石膏制品出现发霉变形。请分析
原因。
• 厨房、厕所、浴室等处一般较潮湿，普通石膏制
石灰的陈伏
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。 • 这是由于石灰浆的陈
伏时间不足，制使其 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
(4)具有较高的热容量和一定的吸湿性，可调节室内温度湿 度，改变室内的小气候。
(5)在室外使用，必然要受到雨水冰冻等的作用，加之石膏 的耐水性差、吸水率高、抗渗性差、抗冻性差，所以不 适合用于室外。
学会分析、思考和回答问题！
1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？
答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可 塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量； 即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥 发留下大量孔隙。
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制作碳化石灰板 制造加气混凝土砌块、粉煤灰砌块等
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问 题？
1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？
答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包 裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿 水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延 长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。
建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外？
答题要点
(1)石膏的装饰性：表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻加 入颜料后可具有各种色彩。
(2)硬化后存在大量微孔，保温性、吸声性良好。
(3)受到高温作用时或遇火后会脱去21％左右的结晶水。 并能在表面蒸发形成水蒸气幕。可以有效阻止火势的蔓 延具有一定的防火性。
3.3 水玻璃
根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有
– 硅酸钠水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、 – 硅酸钾水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2） – 硅酸锂水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2 ） 最常用的是硅酸钠水玻璃。n-水玻璃模数