建筑材料辅导资料三
主题：第二章气硬性无机胶凝材料
学习时间：2013年10月14日－10月20日
内容：
这周我们将学习本门课的第二章气硬性无机胶凝材料。
希望通过下面的内容能使同学们掌握胶凝材料的相关知识。
一、学习要求
1、了解胶凝材料的概念及其分类，气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的概念、特点及其主要代表材料；
2、了解石膏的生产与品种。
掌握建筑石膏的水化、凝结、硬化过程；建筑石膏的质量要求；建筑石膏的应用及产品特点。
重点掌握建筑石膏的特性；
3、掌握石灰的原料与生产对石灰质量的影响，过火石灰与欠火石灰的概念。
掌握石灰熟化与硬化的概念，两种熟化和使用形式，干燥硬化与碳化的概念。
理解石灰浆体硬化慢、强度低、不耐水的结论。
重点掌握石灰的特性及其原因；石灰的质量要求，石灰的分类；建筑石灰、生石灰粉、消石灰粉的技术要求与等级。
掌握石灰主要的应用；
重点掌握内容：
1．重点：石膏、石灰的生产、凝结硬化。
2．难点：石膏、石灰的技术性质及应用。
二、主要内容
（一）前言
通过物理化学作用，能将浆体变成坚固的石块体、并能将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖和石块等）粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。
胶凝材料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。
沥青及各种天然或人造树脂属于有机胶凝材料。
无机胶凝材料按其硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。
（1）气硬性胶凝材料，只能在空气中硬化并保持或继续发展其强度，如石灰、石膏、水玻璃和镁质胶凝材料等。
（2）水硬性胶凝材料，既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化并保持或继续发展其强度，如水泥等。
水硬性胶凝材料既适用于地上干燥环境、也适用于地下潮湿或水中环境。
气硬性胶凝材料只适用于干燥环境、不宜用于潮湿环境，更不能用于水中。
（二）石灰
1、制备与分类
（1）石灰的原料与制备
①生石灰的原料：以碳酸钙(
CaCO)为主要成分的天然岩石，最常用的是石
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灰石、白云质石灰石。
②制备工艺：煅烧
分解温度一般是900℃左右。
但为加速分解，容内燃烧温度常控制在1000—
1100℃。
由于原料的致密程度，块形大小和杂质含量不同以及燃烧温度的不均匀，生产过程常出现欠火石灰或过火石灰。
欠火石灰的产生主要是窖温不均匀，石灰石或白云石尚未分解而得到的石灰。
过火石灰的产生主要是窖温过高，原料中2SiO 和23Al O 等的玻化现象而得到
难以水化的石灰。
欠火石灰和过火石灰部属石灰的废品，特别是过火石灰水化速度缓慢，会使硬化的灰浆或石灰制品产生局部膨胀而引起崩裂或隆起，影响工程质量。
图1 石灰窑模型图解
（2）石灰的分类
①按使用性质分类：
主要有气硬性石灰和水硬性石灰两种。
粘土质杂质含量小于8％的原料经煅烧而得到的是气硬性石灰；否则是水硬性石灰。
②按含镁量分类。
③按加工方式分类：
石灰石或白云石经煅烧得到白色或灰白色的块状成品即是生石灰，亦称块灰。
经磨细后称磨细灰，要求49002/cm 孔筛余小于15％。
生石灰加水得到氢氧化钙称为熟石灰。
如熟石灰中含(3-4)2H O 称石灰浆，
亦称石灰膏。
而15℃溶有0.3％的2()Ca OH 的透明液体称为石灰水。
2、水化——熟化和硬化
（1）石灰的熟化（消化）
生石灰转化为熟石灰的过程称为石灰的熟化。
22()CaO H O Ca OH +=
熟化特点：熟化过程是剧烈的放热反应；同时伴有显著的体积膨胀（体积增大1-2.5倍）。
陈伏
为防止熟石灰中过火石灰颗粒的危害，石灰浆应在熟化池中静臵14d 以上，称为“陈伏”。
陈伏时石灰浆表面应保持一层水，以防止石灰膏碳化（即石灰膏与二氧化碳发生反应生成3CaCO 的过程）。
方法：生石灰在化灰池中化浆后，通过筛网流入储浆池，沉淀后除去上层水份（变为石灰膏）。
“陈伏”的目的：使石灰颗粒（特别是过火石灰）充分熟化；沉淀欠火、过火颗粒。
图2 化灰池
1—化灰池 2—储灰坑
（2）石灰的硬化
干燥：水分蒸发；
结晶：2()Ca OH 溶液过饱和而析晶；
碳化：潮湿状态下2()Ca OH 与空气中的2CO 反应生成碳酸钙结晶。
3、石灰的技术性质
（1）良好的保水性、可塑性；
（2）耐水性差：潮湿环境有水存在，不易硬化；硬化后2()Ca OH 结晶可溶
于水；
（3）体积收缩性大；常掺纸筋、麻刀、砂等；
（4）硬化缓慢、强度低：0.2-0.5MPa 。
4、建筑石灰的应用
（1）制作石灰乳涂料
石灰乳由消石灰粉或消石灰浆掺大量水调制而成。
可用于建筑室内墙面和顶棚粉刷。
掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥粒化高炉矿渣（或粉煤灰），可提高粉刷层的防水性；掺入各种色彩的耐碱材料，可获得更好的装饰效果。
（2）配制砂浆
石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂浆，前者称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。
为了克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。
（3）拌制石灰土和石灰三合土
消石灰粉与粘土的拌合物，称为石灰土，若再加入砂（或碎石、炉渣等），即成三合土。
灰土和三合土在夯实或压实下，密实度大大提高，而且在潮湿的环境中，粘土颗粒表面的少量活性氧化硅和氧化铝与2()Ca OH 发生反应，生成水硬
性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使粘土的抗渗能力、抗压强度、耐水性得到改善。
三合土和灰土主要用于建筑物地基、路面和地面的垫层。
（4）生产硅酸盐制品
磨细生石灰（或消石灰粉）和砂（或粉煤灰、粒化高炉矿渣、炉渣）等硅质材料加水拌和，经过成型、蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。
如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等。
（三）石膏
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
石膏具有许多优异的建筑性能，既是种古老建筑材料，也是一种有发展的新型材料。
可用于围护材料和功能材料。
1、原料和制备
（1）原料
（2）石膏胶凝材料制备—加热和磨细
①加热的温度达60～70℃，二水石膏开脱水。
②当加热到107～170℃时，脱水激烈，水分迅速蒸发，分解为β型半水石膏（建筑石膏）。
③当二水石膏用密闭的蒸压锅蒸炼(1.3大气压，125℃)，所得的成品称为α型半水石膏。
（由于α型半水石膏的硬化浆体的强度较高，亦称为高强石膏）。
（3）石膏的分类
①二水石膏(422CaSO H O )；
②半水石膏(α-、421/2CaSO H O β- )；（分别叫高强度石膏和建筑石膏）
③可溶性硬石膏，亦称Ⅲ型石膏，含有(0.06-0.11个)结晶水；
④无水石膏 (4CaSO )，又称硬石膏。
2、建筑石膏的水化——凝结和硬化
（1）石膏水化：将半水石膏与适量的水拌合后变成为二水石膏的过程。
凝结：开始时的水化物是一种可塑性浆体，逐渐变稠失去可塑性，但尚无强度。
硬化：以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体。
（2）凝结硬化过程解释
①建筑石膏拌水后形成流动的可塑性胶凝体。
②由于二水石膏在常温下的溶解度仅为半水石膏溶解度的1/5二水石膏胶体微粒将从溶液中析出。
③浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体变稠而失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的初凝。
④随着水分蒸发和水化的继续进行，微粒间摩擦力和粘结力逐渐增大，浆体完全失去可塑性，开始产生结构强度，则称为终凝。
⑤随着晶体颗粒不断长大、连生、交错，使浆体逐渐变硬产生强度，即为硬化。
3、建筑石膏的技术性质
（1）多孔性：理论上需水量18.6%，通常需加水60%～80%，孔隙率40%～60%
（2）吸湿性强、耐水性差、抗冻性差
（3）耐火性好
（4）可装饰性
（5）可加工性
（6）微膨胀性
4、建筑石膏应用
（1）粉刷石膏
（2）建筑石膏制品：装饰线、砌块、墙板等
（3）水泥缓凝剂、混凝土膨胀剂
（4）艺术品：雕塑等
三、典型习题
（一）填空题
1、无机胶凝材料按其硬化条件分为和。
答案：气硬性胶凝材料，水硬性胶凝材料。
2、转化为的过程称为石灰的熟化。
熟化过程是剧烈的；同时伴有显著的。
答案：生石灰，熟石灰，放热反应，体积膨胀。
3、石膏水化是指将与适量的拌合后变成为的过程。
答案：半水石膏，水，二水石膏。
（二）简答题
1、建筑上使用石灰为什么一定要预先进行熟化陈伏？磨细生石灰为什么可以不经过陈伏而直接使用？
答：过火石灰水化缓慢，会使硬化的灰浆或石灰制品产生局部膨胀而引起崩裂或隆起。
为了消除过火石灰的危害，石灰在使用前要先进行熟化陈伏。
而石灰在粉磨过程中表面积大大增加，与水熟化反应速度加快，几乎可以同步熟化，而且又均匀地分散在生石灰粉中，不至于引起过火石灰的危害。
因此不需经过陈伏而直接使用。