建筑材料第3章石灰

建筑材料

第三章無機(wújī)膠凝材料

關(guān)高明

主講精品資料第三章無機膠凝材料(cáiliào)

(一）氣硬性膠凝材料(cáiliào)精品資料只能在空氣(kōngqì)中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料稱為氣硬性無機膠凝材料。不僅能在空氣(kōngqì)中，而且能更好地在水中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料稱為水硬性無機膠凝材料。 土木工程中常用的氣硬性無機膠凝材料(cáiliào)主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。精品資料第一節(jié)石灰(shíhuī) 天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白云石）經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)可表示如下：生石灰（堆積密度為800~1000kg/m3)一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細即為生石灰粉。精品資料一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—氫氧化鈣，這個(zhège)過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：

生石灰燒制過程中，往往由于石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因(yuányīn)，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰”。精品資料第二種情況(qíngkuàng)是由于燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。精品資料為了消除過火石灰的危害(wēihài)，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。“陳伏”期間，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。精品資料2.石灰(shíhuī)的硬化石灰(shíhuī)漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：（１）結(jié)晶作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。（２）碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)：精品資料碳化作用實際是二氧化碳與水形成碳酸，然后與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣。所以這個作用不能在沒有(méiyǒu)水分的全干狀態(tài)下進行。精品資料二.建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)有細度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。并按技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體技術(shù)要求見：<土木工程材料(cáiliào)>JC/T479-1992建筑生石灰（P48表3-2）、JC/T480-1992建筑生石灰粉(P48表3-3）JC/T481-1992建筑消石灰粉(P48表3-34）鈣質(zhì)生石灰MgO≤5%；鈣質(zhì)消石灰粉MgO≤4%鎂質(zhì)生石灰MgO﹥5%；鎂質(zhì)消石灰粉MgO﹥4%精品資料三.石灰的技術(shù)性質(zhì)（1）可塑性好生石灰熟化為石灰漿時，能自動形成顆粒極細（直徑約為1μ）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面(biǎomiàn)吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的優(yōu)點是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。精品資料（2）硬化慢、強度低從石灰漿體的硬化過程可以看出，由于空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化后，形成緊密外殼，不利于碳化作用的深入，也不利于內(nèi)部水分的蒸發(fā)，因此(yīncǐ)石灰是硬化緩慢的材料。精品資料同時，石灰的硬化只能在空氣中進行，硬化后的強度也不高。受潮后石灰溶解，強度更低，在水中還會潰散。如石灰砂漿（1：3）28天強度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境(huánjìng)下作用，也不宜用于重要建筑物基礎(chǔ)。精品資料（3）硬化時體積收縮大石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨使用。常在其中(qízhōng)摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。精品資料（4）耐水性差，不易貯存塊狀類石灰放置太久，會吸收(xīshōu)空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。最好運到后即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙?。由于生石灰受潮熟化時放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運輸生石灰時，還要注意安全。精品資料四.石灰的應(yīng)用（1）石灰乳和石灰砂漿(shājiāng)將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，是一種廉價的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。我國農(nóng)村也用于外墻。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調(diào)入少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調(diào)入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。石灰砂漿(shājiāng)是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿(shājiāng)和抹面砂漿(shājiāng)。精品資料（2）石灰土（灰土）和三合土石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合(hùnhé)使用，制成石灰土或石灰與工業(yè)廢料的混合(hùnhé)料，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中使石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，適于在潮濕環(huán)境中使用。如建筑物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。精品資料（3）灰砂磚和硅酸鹽制品石灰與天然砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水?dāng)嚢?jiǎobàn),經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強度。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。#精品資料第二節(jié)建筑石膏石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時可形成多種性能(xìngnéng)不同的石膏。2.1石膏的原料、分類及生產(chǎn)根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的多少不同可分為：（1）無水石膏（ＣaSO4）：也稱硬石膏，它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，是生產(chǎn)硬石膏水泥的原料。精品資料（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也稱生石膏或二水(èrshuǐ)石膏，大部分自然石膏礦為生石膏，是生產(chǎn)建筑石膏的主要原料。（３）建筑石膏（ＣaSO4·1/2H2O）也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為α型半水石膏和β型半水石膏：

精品資料建筑(jiànzhù)石膏通常是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煅燒加熱而成的。常壓下煅燒加熱到107℃～170℃，可產(chǎn)生β型建筑(jiànzhù)石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）124℃條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產(chǎn)生α型建筑(jiànzhù)石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）精品資料α型半水石膏與β型半水石膏相比，結(jié)晶顆粒較粗，比表面積較小，強度高，因此又稱為高強石膏。當(dāng)加熱溫度(wēndù)超過170℃時，可生成無水石膏，只要溫度(wēndù)不超過200℃，此無水石膏就具有良好的凝結(jié)硬化性能。精品資料2.2建筑石膏的水化與硬化建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應(yīng)，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結(jié)，此后進一步產(chǎn)生和發(fā)展(fāzhǎn)強度而硬化。精品資料建筑石膏(shígāo)與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為：

此反應(yīng)(fǎnyìng)實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應(yīng)(fǎnyìng)，因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反應(yīng)(fǎnyìng)總體表現(xiàn)為向右進行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。精品資料隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒(kēlì)之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒(kēlì)間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。精品資料石膏終凝后，其晶體顆粒(kēlì)仍在不斷長大和連生，形成相互交錯且孔隙率逐漸減小的結(jié)構(gòu)，其強度也會不斷增大，直至水分完全蒸發(fā)，形成硬化后的石膏結(jié)構(gòu)，這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實際上是交叉進行的。精品資料2.3建筑石膏的技術(shù)(jìshù)要求建筑石膏的技術(shù)(jìshù)要求有強度、細度和凝結(jié)時間。并按強度和細度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術(shù)(jìshù)要求見GB9776-1988?！蓖聊竟こ滩牧稀癙45表3-1）精品資料2.4建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)（１）凝結(jié)硬化速度快建筑石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右(zuǒyòu)，終凝時間不超過30min，這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。精品資料（２）凝結(jié)硬化時的膨脹性建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過程，其體積不僅不會收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會對石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料(cáiliào)干燥時的開裂。精品資料（３）硬化后的多孔性，重量輕，但強度低建筑石膏在使用時，為獲得良好的流動性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過程中由于水分的蒸發(fā)，使原來的充水部分空間形成孔隙(kǒngxì)，造成石膏內(nèi)部的大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強度也因此下降。通常石膏硬化后的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗壓強度約為３ＭPa～5ＭPa。精品資料（４）良好的隔熱和吸音和“呼吸”功能石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此(yīncǐ)具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對聲音傳導(dǎo)或反射的能力也顯著下降，使其具有較強的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開口孔結(jié)構(gòu)，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。精品資料（５）防火性好，但耐水性差硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效(yǒuxiào)地阻止火勢的蔓延，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的強度來自于晶體粒子間的粘結(jié)力，遇水后粒子間連接點的粘結(jié)力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產(chǎn)生局部潰散，所以建筑石膏硬化體的耐水性較差。精品資料（6）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿，顏色潔白(jiébái)，質(zhì)地細膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。精品資料2.5建筑石膏的應(yīng)用（1）

石膏砂漿及粉刷石膏（2）

建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊(qìkuài)等(3）制作建筑雕塑和模型#精品資料第三節(jié).水玻璃水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸(ɡuīsuān)鹽類。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有: 硅酸(ɡuīsuān)鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、硅酸(ɡuīsuān)鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、硅酸(ɡuīsuān)鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是硅酸(ɡuīsuān)鈉水玻璃。精品資料（ 稱為水玻璃模數(shù)）根據(jù)水玻璃模數(shù)的不同(bùtónɡ)，又分為“堿性”水玻璃（ｎ＜３和“中性”水玻璃（ｎ≥3）。實際上中性水玻璃和堿性水玻璃的溶液都呈明顯的堿性反應(yīng)。精品資料3.1水玻璃的生產(chǎn)生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。濕法生產(chǎn)硅酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液(róngyè)在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反應(yīng)生液體水玻璃。干法生產(chǎn)硅酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐中于1300~1400?C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固體水玻璃。固體水玻璃于水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應(yīng)式為：精品資料3.2水玻璃的硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化：由于空氣中CO2濃度較低，這個過程進行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出(xīchū)。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～１５％。精品資料3.3水玻璃的技術(shù)性質(zhì)（１）粘結(jié)力強。水玻璃硬化后具有較高的粘結(jié)強度、抗拉強度和抗壓強度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝膠還有堵塞毛細孔隙而防止水分滲透的作用。（２）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸的作用。但其不耐堿性介質(zhì)侵蝕。（３）耐熱性高水玻璃不燃燒，硬化后形成ＳiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，強度并不降低(jiàngdī)，甚至有所增加。精品資料3.4水玻璃的應(yīng)用（１）用作涂料，涂刷材料(cáiliào)表面直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料(cáiliào)，可使材料(cáiliào)的密實度、強度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因為水玻璃與材料(cáiliào)中的Ｃa（OH）2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料(cáiliào)間孔隙。精品資料同時硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有利于材料保護(bǎohù)。選用不同的耐火填料，還可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱涂料。反應(yīng)式為：精品資料（2）配制防水劑以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶于60份的沸水中，降溫至５０℃，投入400份水玻璃溶液(róngyè)中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結(jié),適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。精品資料（3）加固(jiāɡù)土壤將模數(shù)為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可析出吸水膨脹的硅酸膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙，阻止水分滲透并使土壤固結(jié)。用這種方法加固(jiāɡù)的砂土，抗壓強度可達３～６ＭＰａ。(4)配制水玻璃砂漿。將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補墻體裂縫。精品資料（５）配制耐酸(naisuān)砂漿、耐酸(naisuān)混凝土、耐熱混凝土用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸(naisuān)骨料，可配制滿足耐酸(naisuān)工程要求的耐酸(naisuān)砂漿、耐酸(naisuān)混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。#

精品資料第四節(jié)菱苦土（氯氧鎂水泥(shuǐní)）菱苦土是一種鎂質(zhì)膠凝材料。其主要成分是ＭgO。4.1原料及生產(chǎn)菱苦土的主要原料是天然菱鎂礦。其主要成分是ＭgCO3。菱苦土材料一般是將菱鎂礦經(jīng)煅燒磨細而制成的。要求的細度為4900孔/cm2的篩余量不大于25％:其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：

（菱苦土）精品資料4.2、菱苦土的水化、硬化試驗證明，用水調(diào)拌菱苦土?xí)r將生成(shēnɡchénɡ)Mg(OH)2，漿體凝結(jié)很慢，硬化后強度很低。若以氯化鎂水溶液來調(diào)制 ＭgO時，可以加速其水化反應(yīng)，并且能形成新的水化產(chǎn)物。這種新的水化產(chǎn)物硬化后的強度較高（40～60ＭPa）。水化反應(yīng)如下：

精品資料水化產(chǎn)物中x、y、z的大小與煅燒溫度、MgCl2溶液用量、初始配比(pèibǐ)、養(yǎng)護條件有關(guān)。水化產(chǎn)物是針狀結(jié)晶，彼此機械咬合，并相互連生、長大，形成致密的結(jié)構(gòu)，使?jié){體凝結(jié)硬化。精品資料4.3菱苦土的應(yīng)用菱苦土與植物纖維能很好粘接，而且堿性較弱，不會腐蝕纖維。建筑工程中常用來配制菱苦土木屑漿和菱苦土木屑砂漿。前者可膠結(jié)為菱苦土木屑板，用于內(nèi)墻、天花板和地面。也可壓制成各種零件用作窗臺板、門窗框、樓梯扶手等。后者摻加砂子可作為地坪耐磨(naimó)面層。用膨脹珍珠巖代替木屑可制成輕質(zhì)、阻燃型的室內(nèi)裝飾板材。以菱苦土為膠結(jié)料，以玻璃纖維為增強材料，添加改性劑，可制成管材產(chǎn)品。精品資料菱苦土的不足之處是硬化(yìnghuà)后易吸潮反鹵、耐水性差，其原因是硬化(yìnghuà)產(chǎn)物具有較高的溶解度，遇水會溶解。為提高耐水性，可采用外加劑，或改用硫酸鎂作為拌合水溶液，降低吸濕性、改進耐水性。#精品資料例3-1某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

解

石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程(guòchéng)中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。

墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

精品資料例3-2既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位(bùwèi)？解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環(huán)境中使用。再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經(jīng)壓實或夯實，使灰土或三合土的密