第四章無機膠凝材料

第四章無機膠凝材料

本章講述了建筑工程中常用的石膏、石灰和水玻璃三種氣硬性膠凝材料。要求掌握各種材料的特性及應用，熟悉其生產、凝結硬化原理以及儲運、使用中應注意的問題。

本章提要

膠凝材料是指在一定條件下通過自身的一系列變化，能把其他材料膠結成具有一定強度的整體的材料，通常分為有機和無機兩大類。

有機膠凝材料是指以天然的或人工合成的高分子化合物為基本組分的一類膠凝材料。

無機膠凝材料是指以無機礦物為主要成分，當其與水或水溶液拌和后形成的漿體，經過一系列物理化學變化，而將其他材料膠結成具有強度的整體。無機膠凝材料根據硬化條件不同又分為氣硬性和水硬性兩種。

氣硬性膠凝材料一般只能在空氣中硬化并保持其強度。如石灰、石膏等。

水硬性膠凝材料既能在空氣中硬化，又能在水中繼續(xù)硬化并保持和發(fā)展其強度。如水泥等。本章內容4.1

建筑石膏4.2

石灰4.3

水玻璃4.4水硬性膠凝材料3.1建筑石膏我國的石膏資源極其豐富，分布很廣。有自然界存在的天然二水石膏(CaSO4·2H2O，又稱軟石膏或生石膏)、天然無水石膏(CaSO4，又稱硬石膏)和各種工業(yè)副產品或廢料——化學石膏。

石膏膠凝材料的生產，通常是用天然二水石膏經低溫煅燒、脫水、磨細而成。3.1.1石膏的品種與生產二水石膏在107~170℃時激烈脫水，水分迅速蒸發(fā)，成為β型半水石膏：

β型半水石膏磨細即為建筑石膏。其中雜質含量少、顏色潔白者稱模型石膏。二水石膏在0.13MPa壓力的蒸壓鍋內蒸煉(溫度125℃)脫水，可制得α型半水石膏：

α型半水石膏漿體硬化后的強度較高，故又稱高強石膏。半水石膏遇水后將重新水化生成二水石膏：隨著漿體中自由水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少，漿體也逐漸變稠，這個過程稱為凝結過程。其后，二水石膏晶體繼續(xù)大量形成、長大，晶體之間互相交錯連生，形成結晶結構網，使?jié){體變硬，并形成具有強度的石膏制品。這個過程稱為硬化過程。3.1.2建筑石膏的凝結硬化3.1.3.1建筑石膏的技術性質建筑石膏的密度為2.5~2.8g/cm3，表觀密度為800~1000kg/m3。建筑石膏的技術要求主要有強度、細度和凝結時間。

按強度和細度的差別，建筑石膏劃分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級(見表3.1)。3.1.3建筑石膏的技術性質和特點等級指標優(yōu)等品一等品合格品強度（MPa）抗折強度2.52.11.8抗壓強度4.93.92.9細度(以0.02mm方孔篩篩余百分數計，不大于）5.010.015.0凝結時間(min)初凝時間不小于6終凝時間不大于30表3.1建筑石膏的技術要求(GB9776—88)

(1)凝結硬化快

(2)凝固時體積微膨脹

(3)孔隙率大，表觀密度小，絕熱、吸聲性能好

(4)具有一定的調溫調濕性

(5)防火性好，但耐火性差

(6)耐水性、抗凍性差3.1.3.2建筑石膏的特點

(1)紙面石膏板

(2)石膏裝飾板

(3)纖維石膏板

(4)石膏空心條板

(5)石膏空心砌塊和石膏夾心砌塊

石膏還可用來生產各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術燈圈、角花等等。3.1.4建筑石膏的用途3.2石灰

石灰是由石灰?guī)r煅燒而成。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣(CaCO3)和碳酸鎂(MgCO3)。石灰?guī)r在適當溫度(1000~1100℃)下煅燒，得到以CaO為主要成分的物質即石灰，也叫生石灰(其中含一定量MgO)：3.2.1石灰的生產與品種

石灰的分類

(1)塊狀生石灰

(2)磨細生石灰粉

(3)消石灰粉

(4)石灰漿根據熟化速度分為快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰，其熟化速度見表3.2。表3.2生石灰熟化速度分類石灰種類熟化時間快熟石灰中熟石灰慢熟石灰熟化速度在10min以內熟化速度在10~30min之間熟化速度在30min以上3.2.2石灰的熟化與硬化生石灰加水生成氫氧化鈣的過程，稱為石灰的熟化或消解過程。其反應式如下：石灰熟化時放出大量的熱，其體積膨脹1~2.5倍，熟化后的產物Ca(OH)2稱熟石灰或消石灰。

為了保證石灰充分熟化，必須將石灰漿在貯灰坑中存放兩星期以上，這一過程叫石灰的“陳伏”。

石灰的硬化包含下面兩個同時進行的過程：

①結晶過程——多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收，Ca(OH)2逐漸從飽和溶液中析出結晶。

②碳化過程——Ca(OH)2和空氣中的CO2化合，生成碳酸鈣晶體。反應式如下：根據規(guī)定，鈣質生石灰和鎂質生石灰各分為3個等級，各等級的質量要求見表3.3、表3.4。建筑消石灰粉按MgO的含量分為鈣質消石灰粉(MgO含量小于4%)、鎂質消石灰粉(MgO含量在4%~24%)和白云石消石灰粉(MgO含量在24%~30%)，并按其技術要求分為優(yōu)等品、一等品和合格品。3.2.3石灰的技術性質和特性3.2.3.1石灰的技術性質表3.3生石灰主要技術指標(JC/T479—92)項目鈣質生石灰鎂質生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，不小于)908580858075未消化殘渣含量(5mm圓孔篩篩余)(%，不大于)5101551015CO2(%，不大于)5796810產漿量(L/kg，不小于）2.82.32.02.82.32.0表3.4建筑石灰粉的技術要求(JC/T480—92)項目鈣質生石灰鎂質生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，不小于）858075807570CO2含量(%，不大于）791181012細度0.90mm篩篩余(%，不大于）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余(%，不大于）7.012.018.07.012.018.0

(1)良好的可塑性及保水性

(2)凝結硬化慢、強度低

(3)耐水性差

(4)體積收縮大

(5)吸濕性強3.2.3.2石灰的特性

(1)配制石灰砂漿和石灰乳

(2)配制灰土與三合土

(3)生產硅酸鹽制品

(4)生產碳化石灰板3.2.4石灰的應用3.3水玻璃

水玻璃俗稱泡花堿，是堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的能溶解于水的一種硅酸鹽材料。最常用的是硅酸鈉水玻璃(Na2O·nSiO2)及硅酸鉀水玻璃(K2O·nSiO2)。生產水玻璃的方法有濕法和干法兩種。

水玻璃硬化是吸收空氣中CO2而析出無定形硅酸：這個過程進行很慢。為加速其硬化，可將水加熱或加入硬化劑(如Na2SiF6)，其摻量為水玻璃質量的12%~15%。水玻璃具有很強的耐酸性能，能經受大多數無機酸與有機酸的作用。水玻璃耐熱性良好，能長期承受一定高溫作用而強度不降低。水硬性膠凝材料水泥砂漿抹灰骨料1砂、石粒、礫石、石屑、彩色瓷粒、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等水泥砂漿中纖維材料麻刀、紙筋、玻璃纖維、草秸等水泥砂漿中顏料為了增加裝飾藝術效果，通常在抹灰砂漿中摻入適量顏料4.2裝飾水泥、砂漿4.2.1白水泥硅酸鹽水泥的主要原料為石灰石、黏土和少量的鐵礦石粉，將這幾種原料按適合的比例混合磨成生料，生料經均化后送入窯中進行煅燒，得到以硅酸