第四章氣硬性凝膠材料第一節石膏第二節石灰第三節水玻璃1.膠凝材料定義

在土木工程材料中，經過一系列的物理、化學作用，能將散粒狀（如砂、石子）或塊狀材料（如磚、石塊等）粘結成整體的材料，統稱為膠凝材料。第四章氣硬性凝膠材料2.膠凝材料分類膠凝材料無機膠凝材料有機膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料無機膠凝材料則以無機化合物為基本成分。以天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分，常用的有瀝青、各種合成樹脂等。如石膏、石灰、水玻璃如水泥第四章氣硬性凝膠材料氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保持或發展其強度。水硬性膠凝材料不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發展其強度。石灰水泥第四章氣硬性凝膠材料石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。1.建筑石膏的原料1)天然二水石膏：又稱軟石膏、生石膏，主要成分為含有兩個結晶水的硫酸鈣（CaSO4·2H2O），是生產石膏膠凝材料的主要原料。2)天然無水石膏:

又稱硬石膏，主要成分是無水硫酸鈣（CaSO4），只可用于生產無水石膏水泥和高溫煅燒石膏。3)化工石膏：

含有二水石膏的化工副產品及廢渣，

如氟石膏、磷石膏和排煙脫硫石膏等。一、石膏凝膠材料的原料、生產及品種第一節石膏2.建筑石膏的生產

（二水石膏）

（β型半水石膏）

（二水石膏）

（α型半水石膏）一、石膏凝膠材料的原料、生產及品種第一節石膏生石膏天然石膏熟石膏建筑石膏一、石膏凝膠材料的原料、生產及品種第一節石膏

建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應，漿體的可塑性很快消失而發生凝結，此后進一步產生和發展強度而硬化。建筑石膏與水之間產生化學反應的反應式為：因為二水石膏溶解度僅為半水石膏的溶解度1/5，故二水石膏以膠體微粒自水中析出。隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會產生結晶，結晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產生了磨擦力和粘結力，造成漿體的塑性開始下降，這一現象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現象為石膏的終凝。二、半水石膏的水化與凝結硬化第一節石膏

石膏終凝后，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，形成相互交錯且孔隙率逐漸減小的結構，其強度也會不斷增大，直至水分完全蒸發，形成硬化后的石膏結構，這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結和硬化，實際上是交叉進行的。

水化→結晶→凝結→晶體長大與互生→硬化二、半水石膏的水化與凝結硬化第一節石膏1.建筑石膏的主要特性1）凝結硬化快

建筑石膏的初凝時間不小于6min，終凝時間不大于30min，一星期左右完全硬化。由于凝結快，在實際工程使用時往往需要摻加適量緩凝劑，如可摻0.1％-0.2％的動物膠或1％亞硫酸鹽酒精廢液，也可摻0.1％-0.5％的硼砂等。2）硬化時體積微膨脹，裝飾性好

一般膨脹0.5％-1.5％，這種微膨脹性可使硬化體表面光滑飽滿，干燥時不開裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利于制造復雜圖案花型的石膏裝飾件。三、建筑石膏的主要特性、技術要求和應用第一節石膏3）硬化后孔隙率高

石膏漿體硬化后，多余的自由水蒸發，內部留下大量孔隙，孔隙率可達50%-60%，密度較小，卻使石膏制品具有導熱系數大、吸聲性強、吸濕性大、可調節室內的溫度和濕度的特點。三、建筑石膏的主要特性、技術要求和應用第一節石膏4）防火性好

建筑石膏硬化后的主要成分是帶有兩個結晶水分子的二水石膏，當其遇火時，二水石膏脫出結晶水，結晶水吸收熱量蒸發時，在制品表面形成水蒸汽幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大、防火性能越好。可調節室內濕度。三、建筑石膏的主要特性、技術要求和應用第一節石膏5）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，建筑石膏晶體粒子間粘合力會被削弱，故軟化系數小，長期浸水還會因二水石膏晶體溶解而引起潰散破壞，故耐水性差。在建筑石膏中加入適量水泥、粉煤灰、磨細的粒化高爐礦渣以及各種有機防水劑，可提高制品的耐水性。

另外，建筑石膏中的水分受凍結冰后會產生崩裂，故抗凍性差。

1)建筑石膏的等級及質量標準根據國標《建筑石膏》的規定，按抗折、抗壓強度和細度指標分為為優等品、一等品和合格品。技術要求等級優等品一等品合格品抗折強度2.52.11.8抗壓強度4.93.92.9細度(以0.2mm方孔篩篩余百分數計，不大于）5.010.015.0建筑石膏的質量指標三、建筑石膏的主要特性、技術要求和應用第一節石膏2.建筑石膏的技術要求及應用1.原料：

以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，常用的有石灰石，白云石等，其主要成分為CaCO3，次要成分為MgCO3

。2.生產工藝：一、石灰的原料及生產第二節石灰煅燒石灰石溫度在900℃-1000℃左右時溫度過高時溫度過低時正火石灰欠燒石灰過燒石灰欠燒石灰中碳酸鈣未完全分解，影響石灰的質量和產漿量；過燒石灰內部結構致密，CaO晶粒粗大，表面被一層玻璃釉狀物包裹，與水反應極慢，會引起已硬化的石灰發生鼓包開裂破壞。一、石灰的原料及生產第二節石灰3.石灰種類1)按氧化鎂的含量分為：

鈣質建筑石灰和鎂質建筑石灰2)按照加工方法分為：生石灰：石灰石煅燒成的白色或淺灰色疏松結構塊狀物，主要成分為CaO生石灰粉：由塊狀生石灰磨細而成。消石灰粉：將生石灰用適量水經消化和干燥而成的粉末，主要成分是Ca(OH)2。石灰膏（漿）：將塊狀生石灰用過量水（約為生石灰體積的3到4倍）消化，或將消石灰粉和水拌和，得到一定稠度的膏狀物，主成分是Ca(OH)2和水。一、石灰的原料及生產第二節石灰產品名稱物理狀態有效成分主要用途生石灰灰白色塊狀物CaO+MgO生產其它石灰產品生石灰粉白色或灰白色粉末CaO+MgO生產石灰膏或硅酸鹽制品消石灰粉白色粉末Ca(OH)2+Mg(OH)2制作石灰土、三合土、硅酸鹽制品石灰漿白色漿體Ca(OH)2+Mg(OH)2抹面、砌筑不同石灰產品的狀態、成分與用途一、石灰的原料及生產第二節石灰石灰石熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅燒加適量水熟化磨細加水為石灰質量的2.5-3倍沉淀除去表層多余水分塊狀生石灰一、石灰的原料及生產第二節石灰將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—氫氧化鈣，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：

生石灰水化反應特點：反應可逆水化熱大，水化速率快水化過程中體積增大二、石灰的熟化與硬化第二節石灰工程中熟化的方法有兩種1)熟化為熟石灰粉：將生石灰塊分層淋適量的水，使石灰充分熟化，又不會過濕成團，此時得到的產品就是熟石灰粉。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。

熟化過程中為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。二、石灰的熟化與硬化第二節石灰熟化為石灰膏：將生石灰放入水中，注意水要過量池中透明液體為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰二、石灰的熟化與硬化第二節石灰石灰漿的硬化

石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：1）石灰漿的干燥硬化（結晶作用）滯流在孔隙中的自由水蒸發或被周圍環境吸收，使Ca(OH)2溶液飽和，析出結晶。2）石灰漿的碳化（碳化作用）氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣晶體。只有在有水的條件下才能進行。二、石灰的熟化與硬化第二節石灰1.石灰的主要特性1）可塑性好2）硬化緩慢3）硬化后強度低4）硬化時體積收縮大5）耐水性差

石灰硬化收縮產生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰3.石灰的應用1)建筑室內粉刷三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰2)拌制建筑砂漿三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰

建筑物或道路基礎中使用的石灰土，三合土(石灰、粘土、細砂)，二灰土（石灰、粉煤灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰、級配碎石）3)配置三合土和灰土用作鋪筑步道磚的墊層用作土路面的基層三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰4)加固含水軟土基礎

在軟土地基中打入生石灰樁，可以利用生石灰吸水產生膨脹對樁周土壤起擠密作用，利用生石灰和粘土礦物間產生的膠凝反應使周圍的土固結，從而達到提高地基承載力的目的。三合土樁灰土樁三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰蒸壓灰砂磚蒸壓加氣砼砌塊5)生石灰硅酸鹽制品6)磨制生石灰粉三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰石灰石熟石灰粉石灰乳煅燒加適量水熟化磨細加過量水進行陳伏加水稀釋多用來拌制灰土和三合土用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿粉刷墻壁生石灰塊石灰膏使用時可以不進行陳伏生石灰粉三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰問題：既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位？答：(1)

石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加適量的水充分拌合后，經碾壓或夯實，在潮濕環境中石灰與粘土表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適于在潮濕環境中使用。

(2)

再者，由于石灰的可塑性好，與粘土等拌合后經壓實或夯實，使灰土或三合土的密實度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用于基礎的墊層、道路的基層等潮濕部位。三、石灰的主要特性、技術要求及應用第二節石灰水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。根據堿金屬氧化物的不同，水玻璃有：硅酸鈉水玻璃（Na