第二节  气硬性无机胶凝材料

            

本节主要介绍气硬性胶凝材料，包括：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土，其硬化过程、主要技术性质及应用。通过学习了解这四种材料的特性。

 

建筑上能将砂、石子、砖、砌块等散粒或块状材料粘结为一体的材料称为胶凝材料。

 胶凝材料分类如下：

     无机胶凝材料：气硬性胶凝材料——石膏、石灰、菱苦土、水玻璃

                   水硬性胶凝材料——各种水泥

     有机胶凝材料——石油沥青、各种天然和人造树脂

 

一、石灰

     石灰是一种古老的建筑材料，是以石灰石为原料经锻烧而成的。

     石灰石锻烧温度常控制在1000~ 1200°c， 锻烧后石灰的体积比原来的体积一般只缩小10%~15%，故石灰具有多孔结构。石灰石在窑炉内锻烧常会产生不熟化的欠火石灰和熟化过缓的过火石灰。过火石灰熟化十分缓慢，可能造成硬化砂浆"崩裂"或"鼓泡" 现象，影响工程质量。

 

（一）生石灰的熟化

     生石灰加水后生成ca（oh）2的过程，称为石灰的"消化"或"熟化"。

     生石灰熟化过程中，体积膨胀1－2.5倍。锻烧良好， cao含量高的石灰熟化较快， 放热量和体积增大也较多。

     石灰熟化的方法有两种：

    （1）用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰熟化成石灰浆（膏）。生石灰在化灰池中熟化。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中"陈伏"两个星期以上。

    （2）用于拌制石灰土（石灰、稀土）、三合土（石灰、勃土、砂石或炉渣等）时，将生石灰熟化成消石灰粉。工地上调制消石灰粉时，将生石灰块堆放0.5m高后淋适量水。目前多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。

 

（二）石灰的凝结硬化

      石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。

     （1）结晶作用：游离水蒸发， ca（oh）2逐渐从饱和溶液中结晶。

     （2）碳化作用： ca（oh）2与空气中co2化合生成caco3晶体，释放出水分并被蒸发。

      为了避免收缩裂缝，常加纤维材料，制成石灰麻刀灰、石灰纸筋灰等。

 

（三）石灰的技术性质

根据mgo含量的多少，石灰可分为：

钙质石灰， mgo<5% ;

镁质石灰，mgo>5%。

 

按《石灰标准  cjc/t 479-92）将生石灰和熟石灰各分为三等，见表20-4。

建筑生石灰分等指标    

项目	钙质生石灰			镁质生石灰
	优等品	一等品	合格品	优等品	一等品	合格品
（cao+mgo）含量（%）      ≥ 未消化残渣含量（5mm圆孔筛余%）   ≥ co2含量（%）                   ≥ 产浆量（l kg-1）                ≥	90 5 5 2. 8	85 10 7 2. 3	80 15 9 2	85 5 6 2. 8	80 10 8 2. 3	75 15 10 2. 0

 

石灰具有如下特性：

（1）良好的保水性。

（2）凝结硬化慢、强度低。

（3）耐水性差。

（4）体积收缩大。

 

 

（四）石灰在建筑中的应用

（1）石灰乳涂料和石灰砂浆。

（2）石灰土和三合土。     

（3）硅酸盐制品。

（4）碳化石灰板。

 

石灰还可配制熟料水泥，如石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥等。 建筑工程中大量采用磨细生石灰代替石灰膏和消石灰粉配制砂浆和灰土，或直接用于制造硅酸盐制品。石灰在运输储存中，应注意防潮、防爆。

 

二、石膏

（一）石膏胶凝材料的生产

 

     天然石膏矿有天然二水石膏（cas04 · 2h2o）及天然无水石膏（caso4 ）。天然二水石膏质地较软，称为软石膏;天然无水石膏质地较硬，称为硬石膏。

 

     生产石膏胶凝材料的主要原料是软石膏，以及含caso4·2h20或cas04· 2h20与 cas04混合物的化工副产品及废渣。生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细。由于加热方式和温度不同，可生产出不同性质的石膏胶凝材料品种。

 

 

 

当温度加热到65°c —75°c时，二水石膏开始脱水，

至107°c ——170°c时生成半水石膏（cas04 ·0.5h2o）

与水调合后能很快凝结硬化;温度为170°c—200°c时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏[caso4 （iii），与水调合后仍能很快凝结硬化;温度 升高到200°c －250°c时，石膏中残留很少的水，凝结硬化非常缓慢;当加热温度高于400°c 时，石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏[ca so4 （ii） ]，失去凝结硬化能力，成为死烧石 膏;当温度高于800°c时，得到的石膏称为高温锻烧石膏或地板石膏[ca so4（i），由于部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。

 

（二）建筑石膏

   

1.      建筑石膏的水化、凝结、硬化

 

将二水石膏在常压非密闭状态下加热至107°c ——170°c时，二水石膏脱水可得到自型半水石膏。建筑石膏是以自型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装饰制品的主要原料。

     建筑石膏与适量的水混合，最初成为可塑的浆体，但很快失去塑性，这个过程称为凝结;以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体，这个过程称为硬化。

石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶过程。

 

2.建筑石膏的技术性质

建筑石膏分为优等品、一等品和合格品三个等级。

建筑石膏质量标准ccb 9776-88）    表20-7

技术要求	等 级
	优等品	一等品	合格品
抗折强度/mpa 抗压强度/mpa 细度， 0.2mm方孔筛筛余/%≤	2. 5 5.0 5.0	2.1 4. 0 10. 0	1.8 3. 0 15. 0

 

建筑石膏具有以下特性：

（1）孔隙率大（约占50%－60%），强度低。

（2）凝结硬化快。

（3）硬化后体积微膨胀，膨胀率约1%。

（4）耐水性、抗冻性差。

（5）防火性好。

 

3.建筑石膏的应用及保管

（1）石膏抹灰材料。

（2）石膏板材：纸面石膏板、石膏空心条板、纤维石膏板等。

（3）石膏砌块。

建筑石膏在运输和储存中要注意防止受潮，一般储存3个月后，其强度会降低约30%。

 

（三）高强石膏

高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于 湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成胶粘 剂。

 

其它：粉刷石膏和无水石膏水泥和地板石膏

 

三、水玻璃

（一）水玻璃的化学组成和生产

水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅所组 成。最常用的是硅酸纳水玻璃na₂o·nsio₂ ，还有硅酸饵水玻璃k₂o·nsio₂等。水玻璃的主要原料是石英砂、纯碱、烧碱。

 

水玻璃是一种气硬性胶凝材料，在水中溶解的难易随水玻璃模数n（sio₂与na₂o分子数比）的大小而异。n大，水玻璃粘度大，较难溶于水，但较易硬化。建筑上常用的水玻璃的模数为2.0~3. 5。

 

（二）水玻璃的硬化

水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。

 

（三）水玻璃的性质及应用

水玻璃的粘结性好，硬化后有较高的强度。水玻璃可配制如下材料：

（1）耐酸材料。

（2）耐热材料。

（3）涂料。

（4）灌浆材料。

（5）保温绝热材料。

（6）配制防水剂。

 

四、菱苦土

 

菱苦土是将天然菱筷矿（mgco₃）般烧、磨细而成的粉状物质。

菱苦土密度为3.1~ 3. 4g/cm³，堆积密度为800~900kg/m³。

用水调制菱苦土时，生成mg（oh）₂，浆体凝结硬化慢，强度低。一般可用氯化镁 （mgclz · 6h₂o）、硫酸镁、氯化铁、硫酸亚铁等盐类的溶液调拌，最常用的是氯化镁。

菱苦土吸湿性大，抗水性差，易变形和在表面泛霜。

菱苦士最突出的优点是与植物纤维有良好的粘结力，且碱性较弱。建筑工程中常用来制造菱苦土木屑地面、木屑板和木丝板。