第3章-氣硬性膠凝材料

第3章氣硬性膠凝材料本章內(nèi)容

3.1石灰3.2石膏3.3水玻璃3.4菱苦土凡能夠通過(guò)自身的物理化學(xué)作用，從漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能把散粒材料（如砂、石）或塊狀材料（如磚和石塊）膠結(jié)成為一個(gè)整體的材料稱(chēng)作膠凝材料。膠凝材料有機(jī)膠凝材料如瀝青、樹(shù)脂等無(wú)機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃各種水泥氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保材或發(fā)展其強(qiáng)度。水硬性不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發(fā)展其強(qiáng)度。石灰水泥

3.1石灰3.1.1石灰的原料及生產(chǎn)石灰的主要原料是石灰?guī)r，其主要成分是碳酸鈣，其次為碳酸鎂，石灰?guī)r經(jīng)高溫煅燒分解釋放出CO2，生成以CaO為主要成分（少量MgO）的塊狀生石灰，其反應(yīng)式如下：此外，還可以利用化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)品作為石灰的生產(chǎn)原料，如用碳化鈣制取乙炔時(shí)所產(chǎn)生的主要成分為氫氧化鈣的電石渣等。

在實(shí)際生產(chǎn)中，若煅燒溫度過(guò)低，煅燒時(shí)間不足，或料塊過(guò)大，碳酸鈣不能完全分解，石灰中含有未燒透內(nèi)核，這種石灰稱(chēng)為“欠火石灰”。欠火石灰的產(chǎn)漿量較低，有效氧化鈣和氧化鎂含量低，使用時(shí)粘結(jié)力不足，質(zhì)量較差。若煅燒溫度過(guò)高，煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則易生成內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密的過(guò)火石灰。過(guò)火石灰與水反應(yīng)速度十分緩慢，若用于建筑工程，則其中的細(xì)小顆粒可能在石灰漿硬化以后才發(fā)生水化作用，產(chǎn)生體積膨脹，使已硬化的砂漿產(chǎn)生“崩裂、隆起”等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。

3.1.2石灰的消化與硬化1、石灰的消化石灰的熟化或稱(chēng)消化，是指生石灰與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成Ca(OH)2的水化過(guò)程，其反應(yīng)式如下：生石灰的熟化過(guò)程伴隨著劇烈放熱與體積膨脹現(xiàn)象（1.5~3.5倍），易在工程中造成事故，因此，在石灰熟化過(guò)程中應(yīng)注意安全。塊狀生石灰必須充分熟化后方可用于工程中。若使用將塊狀生石灰直接破碎、磨細(xì)制得的磨細(xì)生石灰粉，則可不預(yù)先熟化而直接應(yīng)用。

熟化方法熟化時(shí)根據(jù)加水量的多少，可得到消生灰粉和石灰膏。

（1）熟化為消生灰粉：將生石灰塊分層淋適量的水，使石灰充分熟化，又不會(huì)過(guò)濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟石灰粉。

（2）熟化為石灰膏：將生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。為了消除過(guò)火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中放置兩周以上，這一過(guò)程稱(chēng)為石灰的“陳伏”。石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。

2、石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程來(lái)完成的：（1）干燥硬化與結(jié)晶硬化石灰漿在干燥過(guò)程中，隨著水分蒸發(fā)，使得氫氧化鈣顆粒相互靠攏、搭接，獲得一定的強(qiáng)度，同時(shí)氫氧化鈣逐漸從過(guò)飽和溶液中結(jié)晶析出，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，使強(qiáng)度繼續(xù)增加。（2）碳化硬化氫氧化鈣與潮濕空氣中的CO2反應(yīng)生成碳酸鈣晶體而使石灰漿硬化，強(qiáng)度有所提高。碳化作用在有水分存在的條件下才能進(jìn)行，反應(yīng)式如下：3.1.3石灰的品種與技術(shù)要求1.石灰的品種根據(jù)成品加工方法不同建筑石灰分成五大類(lèi)：(1)塊灰：由石灰石直接煅燒所得塊狀生石灰，主要成分為CaO。

(2)消石灰粉：由生石灰加適量水消化所得的粉末，其主要成分為Ca(OH)2。

(3)石灰膏：由生石灰加3-4倍水消化而成的膏狀可塑性漿體，主要成分為Ca(OH)2和H2O。

(4)石灰乳：由生石灰加大量水消化或石灰膏加水稀釋而成的一種乳狀液體，主要成分為Ca(OH)2和H2O。

(5)磨細(xì)生石灰：將塊狀生石灰破碎、磨細(xì)而成的細(xì)粉，主要成分為CaO。2.石灰的技術(shù)要求（1）有效氧化鈣和氧化鎂含量石灰中產(chǎn)生粘結(jié)性的有效成分是活性氧化鈣和氧化鎂,它們的含量決定了石灰粘結(jié)能力的大小，因此，它是評(píng)價(jià)石灰品質(zhì)的首要指標(biāo)。（2）生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)慨a(chǎn)漿量是單位質(zhì)量（1kg）的生石灰經(jīng)消化后，所產(chǎn)生石灰漿的體積，生石灰產(chǎn)漿量愈高，則表示質(zhì)量愈好。未消化殘?jiān)渴巧蚁笪茨芟媪粼?mm圓孔篩上的殘?jiān)荚嚇拥陌俜致省?/p>

（3）二氧化碳（CO2）含量生石灰或石灰粉中CO2含量指標(biāo)，是為了控制石灰石在煅燒時(shí)“欠火”造成產(chǎn)品中未分解完成的碳酸鹽增多。CO2含量越高，表示未分解的碳酸鹽含量越高，則有效成分（CaO+MgO）含量相對(duì)降低。（4）消石灰粉游離水含量游離水含量是指化學(xué)結(jié)合水以外的含水量。生石灰消化時(shí)多加的水殘留于氫氧化鈣中，殘余水分蒸發(fā)后，留下孔隙會(huì)加劇消石灰粉碳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，因而影響其使用質(zhì)量。

（5）細(xì)度細(xì)度與石灰的質(zhì)量有密切關(guān)系，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)以0.900mm和0.125mm篩余百分率控制。試驗(yàn)方法是，稱(chēng)取試樣50g，倒入0.900mm、0.125mm套篩內(nèi)進(jìn)行篩余，分別稱(chēng)量篩物，按原試樣計(jì)算其篩余百分率。

3.石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建筑石灰按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑生石灰》(JC／T479一92)、《建筑生石灰粉》(JC／T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC／T481—92)規(guī)定，按其氧化鎂含量劃分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類(lèi)。見(jiàn)表3-1。表3-1鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰中氧化鎂含量(%)界限石灰種類(lèi)生石灰生石灰粉消石灰粉鈣質(zhì)石灰≤5≤5<4鎂質(zhì)石灰>5>5≥4（1）生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)氧化鎂含量按上表分為鈣質(zhì)生石灰和鎂質(zhì)生石灰兩類(lèi)，然后再按有效氧化鈣和氧化鎂含量、產(chǎn)漿量、未消解殘?jiān)虲O2含量等4個(gè)項(xiàng)目的指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3-2

。表3-2建筑生石灰技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于9085808580752.未消化殘?jiān)?5mm圓孔篩篩余量)(％)不大于51015510153.C02(％)

不大于57968104.產(chǎn)漿量(L／kg)不小于2.82.32.02.82.32.0（2）生石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)氧化鎂含量分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類(lèi)，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和細(xì)度等項(xiàng)目指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3-3。表3-3建筑生石灰粉技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于8580758075702.C02(％)不大于791181012細(xì)度0.9mm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（3）消石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)消石灰粉按氧化鎂含量<4％時(shí)，稱(chēng)為鈣質(zhì)消石灰粉，4％≤氧化鎂含量<24％時(shí)稱(chēng)為鎂質(zhì)消石灰粉，24％≤氧化鎂含量<30％時(shí)稱(chēng)為白云石消石灰粉。按等級(jí)分為優(yōu)等品、一等品和合格品等3個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3-4。表3-4建筑消石灰粉技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

白云石消石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1．(CaO+Mgo)含量(％)

不小于7065606560556560552．游離水(％)

0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．體積安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.細(xì)度0.9mm篩篩余(％)

不大于000.5000.5000.50.125mm篩余(％)

不大于3101531015310153.1.4石灰的特性1.可塑性生石灰消解為石灰漿時(shí)生成的氫氧化鈣，其顆粒極微細(xì)，呈膠體狀態(tài)，比表面積大，表面吸附了一層較厚的水膜，因而保水性能好，同時(shí)水膜層也降低了顆粒間的磨擦力，可塑性增強(qiáng)。2.強(qiáng)度石灰是一種硬化很慢，強(qiáng)度較低的膠凝材料，通常1：3的石灰砂漿，其28抗壓度強(qiáng)度只有0.2~0.5MPa。

3.耐水性在石灰硬化體中大部分仍是尚未碳化的Ca(OH)2，而Ca(OH)2是易溶于水的，所以石灰的耐水性較差。硬化后的石灰若長(zhǎng)期受潮，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度尚失，甚至引起潰散，故石灰不宜用于潮濕環(huán)境中。4.收縮性石灰在硬化過(guò)程中蒸發(fā)掉大量的水分，引起體積顯著收縮，易產(chǎn)生裂紋。因此，石灰一般不宜單獨(dú)使用，通常摻入一定量的骨料(砂)或纖維材料(紙筋、麻刀等)以提高抗拉強(qiáng)度，抵抗收縮引起的開(kāi)裂。3.1.5石灰的應(yīng)用及儲(chǔ)存1.石灰的應(yīng)用（1）制作石灰乳

將熟化好的石灰膏或消石灰粉，加入過(guò)量水稀釋成的石灰乳是一種傳統(tǒng)的室內(nèi)粉刷涂料。

（2）制砂漿利用石灰膏配制的石灰砂漿、混合砂漿，廣泛用于建筑物±0.00以上部位墻體的砌筑和抹灰。

（3）配制灰土與三合土消石灰粉與粘土拌合后稱(chēng)為灰土，若再加砂（或爐渣，石屑等）即成三合土。灰土和三合土廣泛用于建筑物基礎(chǔ)和道路墊層。（4）生產(chǎn)硅酸鹽制品將生石灰粉與含硅材料（砂、爐渣、粉煤灰等）加水拌合，經(jīng)成型、蒸養(yǎng)或蒸壓處理等工序可制得各種硅酸鹽制品，如蒸壓灰砂磚、硅酸鹽砌塊等墻體材料。（5）制作碳化石灰板將生石灰粉與纖維材料（如玻璃纖維）或輕質(zhì)骨料（如爐渣）加水?dāng)嚢璩尚?，然后用二氧化碳進(jìn)行人工碳化可制成輕質(zhì)的碳化石灰板材（如石灰空心板等），它的導(dǎo)熱系數(shù)較小，保溫絕熱性能較好，宜做非承重內(nèi)隔墻板、天花板等。2.石灰的儲(chǔ)存生石灰吸水、吸濕性極強(qiáng)，應(yīng)注意防潮存放。生石灰放置太久，會(huì)吸收空氣中的水分而自動(dòng)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，不宜貯存過(guò)久。最好運(yùn)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(shí)放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲(chǔ)存和運(yùn)輸生石灰時(shí)，還要注意安全。

3.2石膏

3.2.1石膏的生產(chǎn)與分類(lèi)生產(chǎn)石膏膠凝材料的原料主要是天然二水石膏礦石。也可用一些含有CaSO4·2H2O或含有CaSO4·2H2O與CaSO4的混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣作為生產(chǎn)石膏的原料。

石膏膠凝材料通常是將二水石膏礦石在不同壓力和溫度下加熱、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而制成的。由于加熱方式和溫度的不間，同一原料，可生產(chǎn)出不同結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途的石膏膠凝材料品種。

(1)建筑石膏將天然二水石膏在非密閉的窯爐中加熱，至107~170℃時(shí)，生成半水石膏，其反應(yīng)式為：所生成以為主要成分的產(chǎn)品即為β型半水石膏，也就是建筑石膏。建筑石膏結(jié)晶較細(xì)，硬化后強(qiáng)度低。

(2)高強(qiáng)石膏將天然二水石膏置于具有0.13MPa、124℃過(guò)飽和蒸汽條件下蒸煉，或置于某此些鹽溶液中沸煮，則二水石膏脫水生成α型半水石膏，該石膏晶粒粗大，硬化后強(qiáng)度高，故稱(chēng)高強(qiáng)石膏。

1.石膏的水化3.2.2建筑石膏的凝結(jié)與硬化

半水石膏和水反應(yīng)生成二水石膏的過(guò)程。

由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大，所以二水石膏處于過(guò)飽和狀態(tài)，不斷從溶液中析晶，水解反應(yīng)不斷右移，直至半水石膏全部轉(zhuǎn)變成二水石膏。2.石膏的凝結(jié)硬化凝結(jié)：可塑性漿體失去可塑性，開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度的過(guò)程。硬化：失去可塑性漿體強(qiáng)度增加的過(guò)程。3.2.3建筑石膏的技術(shù)要求根據(jù)GB/T9776-2008《建筑石膏》的規(guī)定，按原材料種類(lèi)分為天然建筑石膏（代號(hào)N）、脫硫建筑石膏（代號(hào)S）、磷建筑石膏（代號(hào)P）三類(lèi)。按其凝結(jié)時(shí)間、細(xì)度及強(qiáng)度指標(biāo)分為三級(jí)，見(jiàn)課本表3-5。3.2.4建筑石膏的特性凝結(jié)硬化快硬化后體積微膨脹孔隙率大、重量輕但強(qiáng)度低具有良好的保溫隔熱和吸音性能具有一定的調(diào)節(jié)溫度、濕度的性能防火性能優(yōu)良耐水性差有良好的裝飾性和可加工性3.2.5建筑石膏的應(yīng)用制成各種石膏制品用于建筑物的內(nèi)隔墻、墻面和蓬頂?shù)难b飾裝修制作建筑雕塑生產(chǎn)水泥和各種硅酸鹽建筑制品

3.3水玻璃水玻璃俗稱(chēng)“泡花堿”，是一種堿金屬硅酸鹽，其化學(xué)通式為R2O.nSiO2，其中n為R2O與SiO2的摩爾數(shù)的比值，稱(chēng)為水玻璃的模數(shù)。根據(jù)堿金屬氧化物的不同，分為硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃等。建筑上通常使用的是硅酸鈉水玻璃的水溶液，其常用模數(shù)為2.6~2.8。3.3.1水玻璃的組成硅酸鈉水玻璃的主要原料是石英砂、純堿、或含碳酸鈉的原料。將原料磨細(xì)，按比例配合，在玻璃爐內(nèi)加熱至1300~1400℃，熔融而生成硅酸鈉，冷卻后即為固態(tài)水玻璃，其反應(yīng)式如下：將固態(tài)水玻璃在0.3~0.8Mpa的壓蒸鍋內(nèi)加熱溶解成無(wú)色、淡黃或青灰色透明或半透明的膠狀玻璃溶液，即為液態(tài)水玻璃。3.3.