1、 土木工程材料土木工程材料 第三章第三章 無機氣硬性膠凝材料無機氣硬性膠凝材料 無機膠凝材料無機膠凝材料 （以無機化合物為基本成分）（以無機化合物為基本成分） 有機膠凝材料有機膠凝材料（天然的或合成的有機（天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分）高分子化合物為基本成分）（瀝青（瀝青、樹脂）樹脂） 按凝結硬化按凝結硬化條件分類條件分類 氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料只在空氣中硬化只在空氣中硬化 （石灰、石膏）（石灰、石膏） 水硬性膠凝材料水硬性膠凝材料空氣、水中皆可空氣、水中皆可 硬化硬化 （水泥）（水泥） 第三章第三章 無機氣硬性膠凝材料無機氣硬性膠凝材料 膠凝材料：能通過物理化學作用將散粒材

2、料或塊膠凝材料：能通過物理化學作用將散粒材料或塊狀材料膠結成為一個整體，并產生強度的材料。狀材料膠結成為一個整體，并產生強度的材料。 氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，保持并發氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，保持并發展其強度的材料。展其強度的材料。 水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并發展其強度的材料。的在水中硬化，保持并發展其強度的材料。本節的學習目標本節的學習目標1）掌握建筑石膏的化學組成，了解）掌握建筑石膏的化學組成，了解其生產工藝。其生產工藝。2）理解石膏的凝結硬化機理。）理解石膏的凝結硬化機理。3）重點掌握石膏的特

3、性及應用。）重點掌握石膏的特性及應用。3.1 石膏石膏課前思考：課前思考： 石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，石膏硬化體的表觀密度小，孔隙率大，Why？ 孔隙率較大在應用上，有哪些優點和缺點孔隙率較大在應用上，有哪些優點和缺點Which？ 為什么石膏制品的耐水性差為什么石膏制品的耐水性差Why？ 為什么石膏制品的防火性好為什么石膏制品的防火性好Why?？人類使用石膏的歷史人類使用石膏的歷史 早在公元前早在公元前9000年，人類已經可以把石膏加工成年，人類已經可以把石膏加工成石膏漿用于建筑和裝飾領域。石膏漿用于建筑和裝飾領域。 人們在位于亞洲的卡塔于育克遺址的地下壁畫中人們在位于亞洲的卡塔于育克

4、遺址的地下壁畫中發現了石膏漿。發現了石膏漿。 據考古發現，在埃及的法老統治時期，就曾經使據考古發現，在埃及的法老統治時期，就曾經使用石膏作為泥漿修建齊阿普斯的金字塔（公元前用石膏作為泥漿修建齊阿普斯的金字塔（公元前3000年）。年）。 在我國，早在在我國，早在2000多年前，石膏就用于長沙馬王多年前，石膏就用于長沙馬王堆漢墓的建造。堆漢墓的建造。 中國石膏礦資源豐富。全國中國石膏礦資源豐富。全國23個省個省(區區)有石膏礦有石膏礦產出。探明儲量的礦區有產出。探明儲量的礦區有169處，總保有儲量礦處，總保有儲量礦石石576億噸。從地區分布看，以億噸。從地區分布看，以山東石膏礦山東石膏礦最多，最多

5、，占全國儲量的占全國儲量的65%；內蒙古、青海、湖南次之。；內蒙古、青海、湖南次之。 石膏的存在形式石膏的存在形式天然二水石膏天然二水石膏化工石膏化工石膏天然無水石膏天然無水石膏建筑石膏建筑石膏高強石膏高強石膏高溫煅燒石膏高溫煅燒石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2O O，軟石，軟石膏膏CaSOCaSO4 42H2H2 2O O與與CaSO4CaSO4混合廢混合廢渣渣CaSOCaSO4 4，硬石膏，硬石膏-CaSO-CaSO4 41/2H1/2H2 2O O-CaSO-CaSO4 41/2H1/2H2 2O OCaSOCaSO4 4 3.1.1、石膏的原料、生產及品種、石膏的原料、生產及品

6、種 建筑石膏：建筑石膏： OHCaSO2421OHOHCaSOOHCaSOC2241701102423212 3.1.2、建筑石膏的凝結與硬化、建筑石膏的凝結與硬化 水化：半水石膏和水反應生成二水石膏的過程。水化：半水石膏和水反應生成二水石膏的過程。 由于由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大半水石膏的溶解度比二水石膏的大（約四（約四倍），所以二水石膏處于過飽和狀態，不斷從溶倍），所以二水石膏處于過飽和狀態，不斷從溶液中析晶，水解反應不斷右移，直至半水石膏全液中析晶，水解反應不斷右移，直至半水石膏全部轉變成二水石膏。部轉變成二水石膏。 速度很快，大約速度很快，大約712min。OHCaSOOHOH

7、CaSO2422422321 初凝時間：從石膏與水拌和起至漿體開始初凝時間：從石膏與水拌和起至漿體開始失去可塑性所需的時間。失去可塑性所需的時間。 終凝時間：從石膏與水拌和起至漿體完全終凝時間：從石膏與水拌和起至漿體完全失去可塑性并開始產生強度所需的時間。失去可塑性并開始產生強度所需的時間。 該反應過程見下圖建筑石膏凝結硬化示意圖所示。 石膏的凝結和硬化 1.建筑石膏的特性建筑石膏的特性 1）.凝結硬化快凝結硬化快 建筑石膏加水拌和后的漿體初凝時間不小于建筑石膏加水拌和后的漿體初凝時間不小于6min，終，終凝時間不大于凝時間不大于30min，一星期左右完全硬化。常用的緩凝劑，一星期左右完全硬化

8、。常用的緩凝劑是動物膠、亞硫酸鹽、酒精廢液，也可以用硼砂、檸檬酸等。是動物膠、亞硫酸鹽、酒精廢液，也可以用硼砂、檸檬酸等。但會使石膏制品強度有所下降。但會使石膏制品強度有所下降。 2）.微膨脹性微膨脹性 石灰和水泥等膠凝材料硬化時往往產生收縮，而建筑石膏石灰和水泥等膠凝材料硬化時往往產生收縮，而建筑石膏卻略有膨脹（膨脹率為卻略有膨脹（膨脹率為0.050.15）,這使石膏制品表面這使石膏制品表面光滑飽滿、棱角清晰，干燥時不開裂。光滑飽滿、棱角清晰，干燥時不開裂。 3.1.3、建筑石膏的特性、質量要求及應用、建筑石膏的特性、質量要求及應用 3）.硬化后孔隙率較大，表觀密度和強度較低硬化后孔隙率較大

9、，表觀密度和強度較低建筑石膏在使用時，為獲得良好的流動性，加入的水量建筑石膏在使用時，為獲得良好的流動性，加入的水量往往比水化所需的水分多。理論需水量為往往比水化所需的水分多。理論需水量為18.6。而實際加。而實際加水量約為水量約為6080。石膏凝結后，多余水分蒸發，在石。石膏凝結后，多余水分蒸發，在石膏硬化體內留下大量孔隙（孔隙率高達膏硬化體內留下大量孔隙（孔隙率高達5060），故），故表觀密度小，強度低。表觀密度小，強度低。 4）.隔熱、吸聲性良好隔熱、吸聲性良好石膏硬化體孔隙率高，且均為微細的毛細孔，故導熱系石膏硬化體孔隙率高，且均為微細的毛細孔，故導熱系數小數小一般為一般為0.1210

10、.205 W/(m)，具有良好的絕熱能力；，具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，尤其是表面微孔使聲音傳導或反射的能力石膏的大量微孔，尤其是表面微孔使聲音傳導或反射的能力也顯著下降，從而具有較強的吸聲能力。也顯著下降，從而具有較強的吸聲能力。 5）.防火性能良好防火性能良好遇火時，石膏硬化后的主要成分二水石膏中的遇火時，石膏硬化后的主要成分二水石膏中的結晶水蒸發同時吸收熱量，制品表面形成蒸汽幕，結晶水蒸發同時吸收熱量，制品表面形成蒸汽幕，能有效阻止火的蔓延。雖然可以防火，但耐火性差。能有效阻止火的蔓延。雖然可以防火，但耐火性差。 6）.具有一定的調溫調濕性具有一定的調溫調濕性建筑石膏的熱容量大、

11、吸濕性強，故能對室內建筑石膏的熱容量大、吸濕性強，故能對室內溫度和濕度起到一定的調節作用。溫度和濕度起到一定的調節作用。 7）.耐水性和抗凍性差耐水性和抗凍性差建筑石膏吸濕、吸水性大，故在潮濕環境中，建筑石膏吸濕、吸水性大，故在潮濕環境中，建筑石膏晶體粒子間粘合力會被削弱，在水中還建筑石膏晶體粒子間粘合力會被削弱，在水中還會使二水石膏溶解而引起潰散，故耐水性差。另會使二水石膏溶解而引起潰散，故耐水性差。另外，建筑石膏中的水分受凍結冰后會產生崩裂，外，建筑石膏中的水分受凍結冰后會產生崩裂，故抗凍性差。故抗凍性差。 8）.加工性能好加工性能好石膏制品可鋸，可刨，可釘，可打眼，具有石膏制品可鋸，可刨

12、，可釘，可打眼，具有良好的可加工性能。良好的可加工性能。2.建筑石膏的質量要求建筑石膏的質量要求建筑石膏按細度、強度和凝結時間分為三級。建筑石膏按細度、強度和凝結時間分為三級。建筑石膏產品標記順序為：產品名稱，抗折強度值，建筑石膏產品標記順序為：產品名稱，抗折強度值，標準號。例如，抗折強度為標準號。例如，抗折強度為2.5Mpa的建筑石膏標記的建筑石膏標記為：建筑石膏為：建筑石膏2.5GB9776-19883.建筑石膏的應用綠色節能循環利用綠色節能循環利用 石膏建材是一種節能、節材、可回收利用、不污染環境、石膏建材是一種節能、節材、可回收利用、不污染環境、性能價格比優越的綠色建材。性能價格比優越

13、的綠色建材。 建筑石膏是由二水石膏燒制而成的，水化后又變成二水建筑石膏是由二水石膏燒制而成的，水化后又變成二水石膏。廢棄的石膏建材，經破碎、篩選、再煅燒后又可石膏。廢棄的石膏建材，經破碎、篩選、再煅燒后又可作為生產石膏建材的原料，作為生產石膏建材的原料，不產生建筑垃圾不產生建筑垃圾。 建筑石膏的燒成過程是將二水硫酸鈣脫去建筑石膏的燒成過程是將二水硫酸鈣脫去3/4的水，變成的水，變成半水硫酸鈣，其排放出來的半水硫酸鈣，其排放出來的“廢氣廢氣”就是水蒸氣；各種就是水蒸氣；各種石膏建材的生產和應用過程也都不排放廢氣、廢渣、廢石膏建材的生產和應用過程也都不排放廢氣、廢渣、廢水和對人體有害的物質，水和對

14、人體有害的物質，不污染環境不污染環境。技術成熟前景廣闊技術成熟前景廣闊 6 由于石膏建材良好的特性，在西方工業發達國家由于石膏建材良好的特性，在西方工業發達國家普遍受到重視，得到大量應用。目前美國、日本普遍受到重視，得到大量應用。目前美國、日本房屋的內隔墻幾乎全部都使用紙面石膏板，歐洲、房屋的內隔墻幾乎全部都使用紙面石膏板，歐洲、亞洲和其他地區，紙面石膏板隔墻應用也較為普亞洲和其他地區，紙面石膏板隔墻應用也較為普遍。遍。 據統計，目前在發達國家，輕質新型墻材的利用據統計，目前在發達國家，輕質新型墻材的利用率已經達到率已經達到85%以上，這些輕質墻材基本上是以以上，這些輕質墻材基本上是以石膏為主

15、。特別是在美國，石膏墻板已經占到墻石膏為主。特別是在美國，石膏墻板已經占到墻體總量的體總量的70%，人均使用石膏墻板的面積突破，人均使用石膏墻板的面積突破10平方米。平方米。 而且，在亞非等很多發展中國家，輕質墻板的使而且，在亞非等很多發展中國家，輕質墻板的使用量也提高到了用量也提高到了30%左右。左右。 我國石膏建材制品我國石膏建材制品 主要有兩大類：主要有兩大類：板材石膏制品板材石膏制品和和裝飾石膏制裝飾石膏制品品，其中紙面石膏板生產既具規模又具水平，是，其中紙面石膏板生產既具規模又具水平，是我國室內裝修材料的主要產品之一。但目前人均我國室內裝修材料的主要產品之一。但目前人均占有量仍不足占

16、有量仍不足0.5平方米平方米，且主要作為裝飾裝修，且主要作為裝飾裝修材料用于吊頂等，只有極少量用于公共建筑的內材料用于吊頂等，只有極少量用于公共建筑的內隔墻材料。我國人均占有石膏建材的量還是大大隔墻材料。我國人均占有石膏建材的量還是大大低于歐美等國家。低于歐美等國家。石膏線石膏吊頂石膏砌塊工程實例分析 5 1. 石膏飾條粘貼失效 某工人用建筑石膏粉拌水為一桶石膏漿，用以在光滑的天花板上直接粘貼，石膏飾條前后半小時完工。幾天后最后粘貼的兩條石膏飾條突然墜落，請分析原因。其原因有兩個方面，可有針對性地解決。建筑石膏拌水后一般于數分鐘至半小時左右凝結，后來粘貼石膏飾條的石膏漿已初凝，粘結性能差。可摻

17、入緩凝劑，延長凝結時間；或者分多次配制石膏漿，即配即用。在光滑的天花板上直接貼石膏條，粘貼難以牢固，宜對表面予以打刮，以利粘貼。或者，在粘結的石膏漿中摻入部分粘結性強的粘結劑。 2.石膏制品發霉變形 某住戶喜愛石膏制品，全宅均用普通石膏浮雕板作裝飾。使用一段時間后，客廳、臥室效果相當好，但廚房、廁所、浴室的石膏制品出現發霉變形。請分析原因。廚房、廁所、浴室等處一般較潮濕，廚房、廁所、浴室等處一般較潮濕，普通石膏制品具有強的吸濕性和吸水普通石膏制品具有強的吸濕性和吸水性，在潮濕的環境中，晶體間的粘結性，在潮濕的環境中，晶體間的粘結力削弱，強度下降、變形，且還會發力削弱，強度下降、變形，且還會發霉

18、。建筑石膏一般不宜在潮濕和溫度霉。建筑石膏一般不宜在潮濕和溫度過高的環境中使用。過高的環境中使用。 3.請觀察建筑石膏粉，并分析是否宜用此石膏粉作粘結或制作石膏制品。 從圖可見該建筑石膏粉已吸潮結從圖可見該建筑石膏粉已吸潮結粒，對凝結硬化性能及強度均有影響，粒，對凝結硬化性能及強度均有影響，已不宜使用。已不宜使用。 由于建筑石膏粉易吸潮，影響其由于建筑石膏粉易吸潮，影響其以后使用時的凝結硬化性能和強度，以后使用時的凝結硬化性能和強度，長期儲存也會降低強度，因此建筑石長期儲存也會降低強度，因此建筑石膏粉存貯時必須防潮，儲存時間不得膏粉存貯時必須防潮，儲存時間不得過長，一般不得超過三個月。過長，一般不得超過三個月。 練習題1、建筑石膏凝結硬化速度、建筑石膏凝結硬化速度 ，硬化時體，硬化時體積積 ，硬化后孔隙率，硬化后孔隙率 ，表觀密度，表觀密度 ，