第3章氣硬性膠凝材料本章內容

3.1石灰3.2石膏3.3水玻璃3.4菱苦土凡能夠通過自身的物理化學作用，從漿體變成堅硬的固體，并能把散粒材料（如砂、石）或塊狀材料（如磚和石塊）膠結成為一個整體的材料稱作膠凝材料。膠凝材料有機膠凝材料如瀝青、樹脂等無機膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃各種水泥氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保材或發展其強度。水硬性不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發展其強度。石灰水泥

3.1石灰3.1.1石灰的原料及生產石灰的主要原料是石灰巖，其主要成分是碳酸鈣，其次為碳酸鎂，石灰巖經高溫煅燒分解釋放出CO2，生成以CaO為主要成分（少量MgO）的塊狀生石灰，其反應式如下：此外，還可以利用化學工業副產品作為石灰的生產原料，如用碳化鈣制取乙炔時所產生的主要成分為氫氧化鈣的電石渣等。

在實際生產中，若煅燒溫度過低，煅燒時間不足，或料塊過大，碳酸鈣不能完全分解，石灰中含有未燒透內核，這種石灰稱為“欠火石灰”。欠火石灰的產漿量較低，有效氧化鈣和氧化鎂含量低，使用時粘結力不足，質量較差。若煅燒溫度過高，煅燒時間過長，則易生成內部結構致密的過火石灰。過火石灰與水反應速度十分緩慢，若用于建筑工程，則其中的細小顆粒可能在石灰漿硬化以后才發生水化作用，產生體積膨脹，使已硬化的砂漿產生“崩裂、隆起”等現象，嚴重影響工程質量。

3.1.2石灰的消化與硬化1、石灰的消化石灰的熟化或稱消化，是指生石灰與水發生水化反應，生成Ca(OH)2的水化過程，其反應式如下：生石灰的熟化過程伴隨著劇烈放熱與體積膨脹現象（1.5~3.5倍），易在工程中造成事故，因此，在石灰熟化過程中應注意安全。塊狀生石灰必須充分熟化后方可用于工程中。若使用將塊狀生石灰直接破碎、磨細制得的磨細生石灰粉，則可不預先熟化而直接應用。

熟化方法熟化時根據加水量的多少，可得到消生灰粉和石灰膏。

（1）熟化為消生灰粉：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。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。

2、石灰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）干燥硬化與結晶硬化石灰漿在干燥過程中，隨著水分蒸發，使得氫氧化鈣顆粒相互靠攏、搭接，獲得一定的強度，同時氫氧化鈣逐漸從過飽和溶液中結晶析出，形成結晶結構網，使強度繼續增加。（2）碳化硬化氫氧化鈣與潮濕空氣中的CO2反應生成碳酸鈣晶體而使石灰漿硬化，強度有所提高。碳化作用在有水分存在的條件下才能進行，反應式如下：3.1.3石灰的品種與技術要求1.石灰的品種根據成品加工方法不同建筑石灰分成五大類：(1)塊灰：由石灰石直接煅燒所得塊狀生石灰，主要成分為CaO。

(2)消石灰粉：由生石灰加適量水消化所得的粉末，其主要成分為Ca(OH)2。

(3)石灰膏：由生石灰加3-4倍水消化而成的膏狀可塑性漿體，主要成分為Ca(OH)2和H2O。

(4)石灰乳：由生石灰加大量水消化或石灰膏加水稀釋而成的一種乳狀液體，主要成分為Ca(OH)2和H2O。

(5)磨細生石灰：將塊狀生石灰破碎、磨細而成的細粉，主要成分為CaO。2.石灰的技術要求（1）有效氧化鈣和氧化鎂含量石灰中產生粘結性的有效成分是活性氧化鈣和氧化鎂,它們的含量決定了石灰粘結能力的大小，因此，它是評價石灰品質的首要指標。（2）生石灰產漿量和未消化殘渣含量產漿量是單位質量（1kg）的生石灰經消化后，所產生石灰漿的體積，生石灰產漿量愈高，則表示質量愈好。未消化殘渣含量是生石灰消化后未能消化而存留在5mm圓孔篩上的殘渣占試樣的百分率。

（3）二氧化碳（CO2）含量生石灰或石灰粉中CO2含量指標，是為了控制石灰石在煅燒時“欠火”造成產品中未分解完成的碳酸鹽增多。CO2含量越高，表示未分解的碳酸鹽含量越高，則有效成分（CaO+MgO）含量相對降低。（4）消石灰粉游離水含量游離水含量是指化學結合水以外的含水量。生石灰消化時多加的水殘留于氫氧化鈣中，殘余水分蒸發后，留下孔隙會加劇消石灰粉碳化現象的產生，因而影響其使用質量。

（5）細度細度與石灰的質量有密切關系，現行標準以0.900mm和0.125mm篩余百分率控制。試驗方法是，稱取試樣50g，倒入0.900mm、0.125mm套篩內進行篩余，分別稱量篩物，按原試樣計算其篩余百分率。

3.石灰的技術標準建筑石灰按現行標準《建筑生石灰》(JC／T479一92)、《建筑生石灰粉》(JC／T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC／T481—92)規定，按其氧化鎂含量劃分為鈣質石灰和鎂質石灰兩類。見表3-1。表3-1鈣質石灰和鎂質石灰中氧化鎂含量(%)界限石灰種類生石灰生石灰粉消石灰粉鈣質石灰≤5≤5<4鎂質石灰>5>5≥4（1）生石灰技術標準根據氧化鎂含量按上表分為鈣質生石灰和鎂質生石灰兩類，然后再按有效氧化鈣和氧化鎂含量、產漿量、未消解殘渣和CO2含量等4個項目的指標分為優等品、一等品和合格品3個等級，見表3-2

。表3-2建筑生石灰技術指標

項目鈣質生石灰鎂質生石灰優等品一等品合格品優等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于9085808580752.未消化殘渣含量(5mm圓孔篩篩余量)(％)不大于51015510153.C02(％)

不大于57968104.產漿量(L／kg)不小于2.82.32.02.82.32.0（2）生石灰粉技術標準根據氧化鎂含量分為鈣質石灰和鎂質石灰兩類，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和細度等項目指標分為優等品、一等品和合格品3個等級，見表3-3。表3-3建筑生石灰粉技術指標

項目鈣質生石灰鎂質生石灰優等品一等品合格品優等品一等品合格品1.(CaO+Mg0)含量(％)不小于8580758075702.C02(％)不大于791181012細度0.9mm篩篩余(％)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余(％)不大于7.012.018.07.012.018.0（3）消石灰粉技術標準消石灰粉按氧化鎂含量<4％時，稱為鈣質消石灰粉，4％≤氧化鎂含量<24％時稱為鎂質消石灰粉，24％≤氧化鎂含量<30％時稱為白云石消石灰粉。按等級分為優等品、一等品和合格品等3個等級，見表3-4。表3-4建筑消石灰粉技術指標

項目鈣質生石灰

鎂質生石灰

白云石消石灰優等品一等品合格品優等品一等品合格品優等品一等品合格品1．(CaO+Mgo)含量(％)

不小于7065606560556560552．游離水(％)

0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．體積安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.細度0.9mm篩篩余(％)

不大于000.5000.5000.50.125mm篩余(％)

不大于3101531015310153.1.4石灰的特性1.可塑性生石灰消解為石灰漿時生成的氫氧化鈣，其顆粒極微細，呈膠體狀態，比表面積大，表面吸附了一層較厚的水膜，因而保水性能好，同時水膜層也降低了顆粒間的磨擦力，可塑性增強。2.強度石灰是一種硬化很慢，強度較低的膠凝材料，通常1：3的石灰砂漿，其28抗壓度強度只有0.2~0.5MPa。

3.耐水性在石灰硬化體中大部分仍是尚未碳化的Ca(OH)2，而Ca(OH)2是易溶于水的，所以石灰的耐水性較差。硬化后的石灰若長期受潮，會導致強度尚失，甚至引起潰散，故石灰不宜用于潮濕環境中。4.收縮性石灰在硬化過程中蒸發掉大量的水分，引起體積顯著收縮，易產生裂紋。因此，石灰一般不宜單獨使用，通常摻入一定量的骨料(砂)或纖維材料(紙筋、麻刀等)以提高抗拉強度，抵抗收縮引起的開裂。3.1.5石灰的應用及儲存1.石灰的應用（1）制作石灰乳

將熟化好的石灰膏或消石灰粉，加入過量水稀釋成的石灰乳是一種傳統的室內粉刷涂料。

（2）制砂漿利用石灰膏配制的石灰砂漿、混合砂漿，廣泛用于建筑物±0.00以上部位墻體的砌筑和抹灰。

（3）配制灰土與三合土消石灰粉與粘土拌合后稱為灰土，若再加砂（或爐渣，石屑等）即成三合土?；彝梁腿贤翉V泛用于建筑物基礎和道路墊層。（4）生產硅酸鹽制品將生石灰粉與含硅材料（砂、爐渣、粉煤灰等）加水拌合，經成型、蒸養或蒸壓處理等工序可制得各種硅酸鹽制品，如蒸壓灰砂磚、硅酸鹽砌塊等墻體材料。（5）制作碳化石灰板將生石灰粉與纖維材料（如玻璃纖維）或輕質骨料（如爐渣）加水攪拌成型，然后用二氧化碳進行人工碳化可制成輕質的碳化石灰板材（如石灰空心板等），它的導熱系數較小，保溫絕熱性能較好，宜做非承重內隔墻板、天花板等。2.石灰的儲存生石灰吸水、吸濕性極強，應注意防潮存放。生石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結能力。所以貯存生石灰，不宜貯存過久。最好運到后即熟化成石灰漿，將貯存期變為陳伏期。由于生石灰受潮熟化時放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運輸生石灰時，還要注意安全。

3.2石膏

3.2.1石膏的生產與分類生產石膏膠凝材料的原料主要是天然二水石膏礦石。也可用一些含有CaSO4·2H2O或含有CaSO4·2H2O與CaSO4的混合物的化工副產品及廢渣作為生產石膏的原料。

石膏膠凝材料通常是將二水石膏礦石在不同壓力和溫度下加熱、脫水，再經磨細而制成的。由于加熱方式和溫度的不間，同一原料，可生產出不同結構、性質和用途的石膏膠凝材料品種。

(1)建筑石膏將天然二水石膏在非密閉的窯爐中加熱，至107~170℃時，生成半水石膏，其反應式為：所生成以為主要成分的產品即為β型半水石膏，也就是建筑石膏。建筑石膏結晶較細，硬化后強度低。

(2)高強石膏將天然二水石膏置于具有0.13MPa、124℃過飽和蒸汽條件下蒸煉，或置于某此些鹽溶液中沸煮，則二水石膏脫水生成α型半水石膏，該石膏晶粒粗大，硬化后強度高，故稱高強石膏。

1.石膏的水化3.2.2建筑石膏的凝結與硬化

半水石膏和水反應生成二水石膏的過程。

由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大，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，直至半水石膏全部轉變成二水石膏。2.石膏的凝結硬化凝結：可塑性漿體失去可塑性，開始產生強度的過程。硬化：失去可塑性漿體強度增加的過程。3.2.3建筑石膏的技術要求根據GB/T9776-2008《建筑石膏》的規定，按原材料種類分為天然建筑石膏（代號N）、脫硫建筑石膏（代號S）、磷建筑石膏（代號P）三類。按其凝結時間、細度及強度指標分為三級，見課本表3-5。3.2.4建筑石膏的特性凝結硬化快硬化后體積微膨脹孔隙率大、重量輕但強度低具有良好的保溫隔熱和吸音性能具有一定的調節溫度、濕度的性能防火性能優良耐水性差有良好的裝飾性和可加工性3.2.5建筑石膏的應用制成各種石膏制品用于建筑物的內隔墻、墻面和蓬頂的裝飾裝修制作建筑雕塑生產水泥和各種硅酸鹽建筑制品

3.3水玻璃水玻璃俗稱“泡花堿”，是一種堿金屬硅酸鹽，其化學通式為R2O.nSiO2，其中n為R2O與SiO2的摩爾數的比值，稱為水玻璃的模數。根據堿金屬氧化物的不同，分為硅酸鈉水玻璃和硅酸鉀水玻璃等。建筑上通常使用的是硅酸鈉水玻璃的水溶液，其常用模數為2.6~2.8。3.3.1水玻璃的組成硅酸鈉水玻璃的主要原料是石英砂、純堿、或含碳酸鈉的原料。將原料磨細，按比例配合，在玻璃爐內加熱至1300~1400℃，熔融而生成硅酸鈉，冷卻后即為固態水玻璃，其反應式如下：將固態水玻璃在0.3~0.8Mpa的壓蒸鍋內加熱溶解成無色、淡黃或青灰色透明或半透明的膠狀玻璃溶液，即為液態水玻璃。3.3.