第二章气硬性胶凝材料（课件）- 《建筑材料（第4版） 》同步教学（机械工业版）

第二章 气硬性胶凝材料 第二章气硬性胶凝材料 2.1.1 建筑石灰的技术性质 1. 可塑性好 生石灰熟化为石灰浆时，能形成颗粒极细（直径约为1μm）的呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一层厚的水膜，使其可塑性明显改善。利用这一性质，在水泥砂浆中掺入一定量的石灰膏，可使砂浆的可塑性显著提高。 2. 凝结硬化慢、强度低 从石灰浆体的硬化过程中可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄（一般达0.03%），碳化甚为缓慢。 同时，硬化后硬度也不高，1∶3的石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.2～0.5MPa。 3. 耐水性差 若石灰浆体尚未硬化，就处于潮湿环境中，由于石灰浆中的水分不能蒸发，则其硬化停止；若已硬化的石灰，长期受潮或受水浸泡，则由于Ca(OH)2易溶于水，甚至会使已硬化的石灰溃散。因此石灰不宜用于潮湿环境及易受水浸泡的部位。 4. 收缩大 石灰浆体硬化过程中要蒸发大量水分而引起显著收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。工程应用时，常在石灰中掺入砂、麻刀、纸筋等材料，以减少收缩并增加抗拉强度。 5. 吸湿性强 生石灰吸湿性强，保水性好，是传统的干燥剂。 6. 化学稳定性差 建筑石灰是碱性材料，与酸性物质接触时，容易发生化学反应，生成新物质。 因此，石灰及含石灰的材料长期处在潮湿空气中，容易与二氧化碳作用生成碳酸钙，这种作用称为“碳化”。石灰材料还容易遭受酸性介质的腐蚀。 2.1.2 建筑石灰的应用 1. 拌制灰土或三合土 所谓灰土是将消石灰粉和粘土按一定比例拌合均匀、夯实而成。 石灰常用比例为灰土体积比的10%～30%， 即一九灰土、二八灰土及三七灰土。 石灰用量过高，往往导致强度和耐水性的降低。 若将消石灰粉、粘土和集料（砂、碎砖块、炉渣等）按一定比例混合均匀并夯实，即为三合土。 灰土和三合土广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层，它的强度和耐水性远远高出石灰或粘土。 其原因可能是粘土颗粒表面的少量活性氧化硅、氧化铝与石灰之间产生了化学反应，生成了水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性矿物的缘故。 石灰改善了粘土的可塑性，在强力夯打之下，紧密度提高也是其强度和耐水性改善的原因之一。 2. 配制水泥石灰混合砂浆、石灰砂浆等 用熟化并“陈伏”好的石灰膏和水泥、砂配制而成的混合砂浆是目前用量最大、用途最广的砌筑砂浆； 用石灰膏和砂或麻刀或纸筋配制成的石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰、广泛用作内墙、天棚的抹面砂浆。此外，石灰膏还可稀释成石灰乳（掺或不掺颜料），用作内墙和天棚的粉刷涂料。 3. 生产硅酸盐制品 以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰、矿渣等）为原料，加水拌合，经成型、蒸压处理等工序而成的建筑材料统称为蒸压硅酸盐制品。 随着墙体材料改革的不断推进，硅酸盐砖、硅酸盐混凝土砌块及其它硅酸盐制品在墙体砌筑材料中应用逐渐增 2.1.3 建筑石灰的储存和运输 块状生石灰放置太久，会吸收空气中水分，自动熟化成石灰粉，再与空气中二氧化碳作用形成碳酸钙而失去胶凝能力。所以储存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜久存。 最好运到后即熟化成石灰浆，变储存期为“陈伏”期。 另外，生石灰受潮熟化要放出大量的热，且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，应注意安全。 2.2 建筑石膏 建筑石膏作为胶凝材料有着悠久的历史。 建筑石膏是以天然石膏或工业副产石膏经脱水处理制得的，以CaSO4·1/ 2H2O(β型)为主要成分，不预加任何外加剂或添加物的粉状胶凝材料。 由它形成的石膏制品（如石膏板等）具有质轻、强度较高、绝热、防火、美观、易于加工等优良性质，因此受到了普遍重视并得到迅速发展。 2.2.1 建筑石膏的原料及生产 1. 建筑石膏的原料 生产建筑石膏胶凝材料的原料有天然二水石膏、天然无水石膏和化工石膏等。 （1）天然二水石膏 天然二水石膏（即天然石膏矿）的主要成分为含两个结晶水的硫酸钙（CaSO4·2H2O）， 其中CaO占32.56%，SO3占46.51%，H2O占20.93%。 （2）天然无水石膏 天然无水石膏是以无水硫酸钙（CaSO4）为主要成分的沉积岩。它结晶紧密，质地较硬，仅用于生产无水石膏水泥。 （3）化工石膏 除天然原料外，一些含有CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4的混合物的化工副产品及废渣（称为化工石膏）也可作为石膏原料。如磷石膏是制造磷酸的废渣；氟石膏是制造氟化氢的废渣。 2. 不同品种石膏的生产 石膏胶凝材料的生产，通常是将二水石膏在不同压力和温度下煅烧，再经磨细制得的。 同一原料，煅烧条件不同，得到的石膏品种不同，其结构、性质也不同。 （1）建筑石膏和模型石膏 建筑石膏是将二水石膏（生石膏）加热至110℃～170℃时，部分结晶水脱出后得到半水石膏（熟石膏），再经磨细得到粉状的建筑中常用的石膏品种， 故称“建筑石膏”反应式如下： CaSO4·2H2O →CaSO4·1/ 2H2O(β型) +3/2H2O 式（2-4） 将这种常压下的建筑石膏称为β型半水石膏。 若在上述条件下煅烧一等或二等的半水石膏，然后磨得更细些，这种β型半水石膏称为模型石膏，是建筑装饰制品的主要原料。 （2）高强度石膏 将二水石膏在0.13MPa、124℃的压蒸锅内蒸炼，则生成比β型半水石膏晶体粗大的α型半水石膏，称为高强度石膏。 由于高强度石膏晶体粗大，比表面小，调成可塑性浆体时需水量（35%～45%）只是建筑石膏需求量的一半，因此硬化后具有较高的密实度和强度。 高强度石膏可用于室内抹灰，制作装饰制品和石膏板。若掺入防水剂可制成高强度抗水石膏，在潮湿环境中使用。 2.2.2 建筑石膏的水化、硬化 建筑石膏加适量水混合后，起初形成可塑性的石膏浆体，但紧接着石膏浆体失去塑性成为坚硬的固体。 这是因为半水石膏遇水后，将重新水化成二水石膏，放出热量并逐渐凝结硬化的原故。 反应式如下： CaSO4·1/2H2O+3/2H2O → CaSO4·2H2O 式（2-5） 2.2.3 建筑石膏的技术要求 纯净的建筑石膏为白色粉末、密度为2.60～2.75g/cm3，堆积密度为800～1000kg/m3。 《建筑石膏》(GB 9776－2008)规定： 建筑石膏组成中半水硫酸钙的含量（质量分数）不应小于60.0％； 按照其强度、细度、凝结时间分为三个等级，见表2-4。 表2-4 建筑石膏物理力学性能(GB 9776－2008) 注：指标中有一项不合格者，应予降级或报废。 等级 细度（方孔筛筛余）/％ 凝结时间/min 2h强度/MPa 初凝 终凝 抗折 抗压 3.0 ≤10 ≥3 ≤30 ≥3.0 ≥6.0 2.0 ≥2.0 ≥4.0 1.6 ≥1.5 ≥3.0 2.2.4 建筑石膏的性质 1. 凝结硬化快 建筑石膏加水拌合后的数分钟内，便开始失去可塑性，这对成型带来一定的困难。 如要降低它的凝结硬化速度，可掺入缓凝剂，使半水石膏溶解度降低，或者降低其溶解速度，使水化过程延长。 常用的缓凝剂是硼砂、柠檬酸、亚硫酸盐纸浆废液、动物胶 (骨胶、皮胶)等. 其中硼砂缓凝剂效果较好，用量为石膏重量的0.1～0.5%。 2. 微膨胀性 建筑石膏浆体在凝结硬化初期体积产生微膨胀(膨胀量约为0.5%～1%). 这一性质使石膏胶凝材料在使用中不会产生裂纹。 因此建筑石膏装饰制品，形体饱满密实，表面光滑细腻。 3. 多孔性 建筑石膏水化时理论需水量为石膏重量的18.6%，为了使石膏浆体具有必要的可塑性，往往要加入60%～80%的水，这些多余的自由水蒸发后留下许多孔隙(约占总体积的50%～60%). 因此，石膏制品具有表观密度小、绝热性好、吸声性强等优点。但它的强度较低，吸水率较大，抗渗性差。 4. 防火性好 建筑石膏硬化后的主要成分是CaSO4·2H2O，它含有21%左右的结晶水。当受到高温作用时，结晶水开始脱出，并在表面上产生一层水蒸汽幕，阻止了火势蔓延，起到了防火作用。 5. 耐水性、抗冻性差 建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性，在潮湿条件下，晶体粒子间的粘结力减弱，强度显著降低；遇水则因二水石膏晶体溶解而引起破坏；吸水受冻后，将因孔隙中水分结冰而崩裂。所以建筑石膏的耐水性、抗冻性都较差。 2.2.5 建筑石膏的应用 建筑石膏在建筑工程中可用作室内抹灰、粉刷、制造各种建筑制品以及水泥原料中的缓凝剂和激发剂。 1. 石膏砂浆及粉刷石膏 以建筑石膏为基料加水、砂拌合成的石膏砂浆，用于室内抹灰时，因其热容量大、吸湿性大、能够调节室内温、湿度，使之经常保持均衡，给人以舒适感。 随着我国建筑业的日益发展，建筑工程对室内抹灰质量及功能的要求越来越高。 利用石膏独特性质，开发新型内墙抹灰材料的研究已取得新的进展，粉刷石膏就是在石膏中掺加可优化抹灰性能的辅助材料及外加剂等配制而成的一种新型内墙抹灰材料。 这种新型抹灰材料既具有建筑石膏快硬早强、粘结力强、体积稳定性好、吸湿、吸音、防火、光滑、洁白美观的优点，又从根本上克服了水泥砂浆易产生的裂缝、空鼓现象，不仅可在水泥砂浆和混合砂浆上罩面，也可在混凝土墙、板、天棚等光滑基底上罩面，具有质密细腻、省工、省时、工效高、洁白美观的优点 2. 建筑石膏制品 建筑石膏除了作抹灰材料外，更重要的用途是可制作石膏制品. 如石膏板、石膏砌块，它们有着广阔的应用前景。 $$