第二章 气硬性胶凝材料
河北科技大学
胶凝材料的定义和分类
?胶凝材料的定义
经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化， 将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。
?胶凝材料的分类
气硬性胶凝材料
如：石灰、石 膏、水玻璃等
无机胶凝材料
胶凝材料 有机胶凝材料
水硬性胶凝材料
如沥青、树脂等
各种水泥
无机胶凝材料
?气硬性胶凝材料
加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结 硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石 膏、水玻璃、等。
?水硬性胶凝材料
加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在干燥空
气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或 发展其强度。通称为“水泥”。
§2－1
石
灰
一、石灰的生产简介
一、石灰的生产简介
?原材料
生产石灰的原材�*ㄌ烊皇沂自剖� 贝壳。主要成分为CaCO3。
?生产工艺——煅烧
900℃
生石灰
CaCO3 == CaO + CO2
? 石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度 可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。 欠火石灰：烧成温度低，分解不完全，产浆量 低，减少了石灰的利用率。 过火石灰：烧成温度高，表面致密，延缓了产 物熟化速度，其过烧成分可能在石灰应用后熟化， 这时硬化的水泥浆中会产生膨胀而引起崩裂或隆起， 直接影响工程质量。 ? 按照MgO的含量分为钙质灰（<5%) 镁质灰（>5%)。
二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
?生石灰的熟化
? 熟化的过程 生石灰+水 熟石灰（消石灰）
MgO + H2O == Mg（OH）2 CaO + H2O == Ca（OH）2 + 64.83kj
? 熟化的方式
淋 灰——生石灰粉（消石灰粉） 化 灰—— 熟石灰膏
? 熟化过程的特点
放出大量的热；体积膨胀1.5～3.5倍。
? 熟化过程的注意事项
? 熟石灰在使用前必须陈伏2－３周——防止过火石灰的危害； ? 在化灰池表面保留一层水——防止石灰碳化。
二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种
?石灰的硬化
? Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，从而提 高强度。 ? Ca（OH）2空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的 强度逐渐提高。
?石灰的品种
? 按石灰中的氧化镁含量的高低分
钙质石灰
生石灰 镁质石灰
MgO≤5%
MgO＞5%
? 按成品的加工方法分 块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰膏等。
三、石灰的技术性质
?石灰的质量等级
建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按 有效CaO＋MgO的含量等，可分为优等品、一等品和 合格品三个等级。具体指标见教材。
?石灰的特性
1.可塑性和保水性好； 2.生石灰水化热大，体积增大1-2.5倍； 3.凝结硬化缓慢； 4.硬化后体积收缩大，易开裂； 5.硬化后强度低； 6.耐水性差 。
问
题
1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？
答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包 裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化， 产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟 化和陈伏期，或过滤掉。
2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应 如何避免？
答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收 缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可 掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。
过火石灰的处理
石灰浆在储灰池中需 生石灰块 放置15天以上，消除过火
石灰的危害，才能使用，
这个过程叫陈伏。 化浆池 过筛
石灰浆
储灰池
工程实例
某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判
该石灰的品质？
过程： 1.检测石灰中CaO和MgO的含量、二氧化碳的含量、细度。 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别（钙质/镁质石灰） 3.根据表2.2判定该石灰的等级。
四、石灰的应用
?制作石灰乳涂料； ?配制石灰砂浆； ?配制三合土和灰土；
?生产硅酸盐制品；
?生产碳化石灰板。
工程案例分析
?某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面，数月后，墙面上出 现了许多不规则的网状裂纹，同时在个别部位还发现了部分凸 出的放射状裂纹，试分析上述现象产生的原因。 ?石灰砂浆抹面的干墙面上出现不规则的网状裂纹，引发原因 很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游 离水而引起体积收缩的结果。 ?墙面上个别部位出现的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂 浆时所用的石灰中存在没有熟化的过火石灰，以致于在砂浆硬 中，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀， 从而出现上述现象。
四、石灰的储存
?生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。 作到“随到随化”。 ?不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和
混合运输。
?熟石灰在使用前必须陈伏2~3周，以防止过火石 灰对建筑物产生的危害。
§2－2
石
膏
一、石膏胶凝材料的生产
石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏（硫酸钙）在一定 的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。 在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如 下所示： 107～170℃ β型 建筑石膏 CaSO4· 0.5H2O
加热、脱水 蒸压锅
125℃ 0.13MPa
CaSO4· 0.5H2O CaSO4 Ⅲ CaSO4 Ⅱ CaSO4 Ⅰ
α型
高强石膏 可溶性石膏 不溶性石膏
高温煅烧石膏
在常温下不存在
二水石膏
CaSO4· 2H2O
170～200℃ 加热、脱水
400～750℃ 800℃
在建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。
建筑石膏的凝结硬化
建筑石膏与适当的水拌合，开始形成塑性浆体，但很快 就失去塑性并产生强度，发展为坚硬的固体。
1 2(CaSO 4 ? H 2 O) ? 3H 2 O ? （ 2 CaSO 4 ? 2H 2 O) 2
1 CaSO 4 ? H 2 O 溶解度20℃时为8.16g/L，而 CaSO 4 ? 2H2O 2
的溶解度为2.05g/L，在此过程中产生较高过饱和度，导致了 迅速沉淀而析出。析出的颗粒细小，总表面积大，可吸附更多 水分，同时浆体中的水分由于水化和蒸发逐渐增大，强度随之 增加，一直发展致最大值，这就是硬化过程。 （a）胶化→（b）结晶→（c）结晶长大与交错
建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏凝结硬化过程
半水石膏 二水石膏 胶体微粒 交错的晶体
(a) 胶化 二水石膏 晶体
(C) 结晶长大与交错 二水石膏 交错晶体
(b) 结晶开始
(D) 实际石膏制品显微结构
建筑石膏的凝结硬化
? 半水石膏溶解于水，很快成为饱和溶液。溶液中的 半水石膏与水化合，生成二水石膏； ? 二水石膏在水中的溶解度仅为半水石膏的 1/5，形成
高度过饱和度,故二水石膏胶体微粒很快从溶液中析出。
并促使一批新的半水石膏溶解和水化，直至耗尽。
建筑石膏的凝结硬化
石膏的初凝、终凝
?在这个过程中，浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少， 浆体变稠而失去流动性，可塑性也开始下降，称为石膏的 初凝。
? 随着水分蒸发和水化的继续进行，微粒间的摩擦力和粘
结力逐渐增大，浆体完全失去可塑性，开始产生结构强度， 则称为终凝。 ?标准稠度石膏浆的初凝不早于 3分钟，终凝不早于6分钟， 不迟于30分钟。
二、建筑石膏的等级
?建筑石膏的质量等级
建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划 分为3.0、2.0、1.6三个等级。具体指标见下表：
技术指标名称
强 度 抗折强度≥ 抗压强度≥
3.0
3.0 6.0
2.0
2.0 4.0
1.6
1.6 3.0
细度（0.2mm方孔筛筛余）≤
凝结时间
10%
初凝不早于3min，终凝不迟于30min
三、建筑石膏的技术性质
?凝结硬化快；
?硬化时体积产生微膨胀；
?硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低；
?隔热、吸声性好；
?防火性能良好； ?具有一定的调温调湿性； ?耐水抗冻性差； ?加工性好
四、建筑石膏的应用
?
建筑石膏适用于室内装饰、绝热保温、吸音和防火等。
建筑石膏制品不宜在超过 65℃以上高温使用，二水石膏在
此温度以上开始脱水分解。 ? 建筑石膏一般做成石膏抹面灰浆、装饰制品和石膏板。
加入颜料，硬化抛光，可成为人造大理石，用于内墙装饰。
四、建筑石膏的应用
石膏板
多作*顶和内墙面装饰，可直接粘贴在墙上，或钉 在木龙骨两边而成隔墙。石膏板具有长期徐变的性质，不 宜用于承受结构荷载。常见的石膏板有： ?纸面石膏板； ?空心石膏条板； ?纤维石膏板；
石膏板 龙 骨
?装饰石膏板等。
隔声材料
四、建筑石膏的应用 纸面石膏板
? 因质轻，而且隔音性能优越，与轻钢龙骨复合，特别适 合于作为高层建筑的轻质隔断。 ? 我国纸面石膏板的年生产能力已达2.6亿m2，但1998年的
实际产量仅为生产能力的1/3左右，原因是价格较高。
? 但可用工业副产品化学石膏替代天然石膏，如上海博罗 公司用安徽铜陵的磷石膏作原料生产纸面石膏板，获得较 好的经济效益。
四、建筑石膏的应用
四、建筑石膏的应用 空心石膏条板
生产方法与普通混凝土空心板类似。常加入纤维材料 和轻质填料。这种板不用纸和粘结剂，也不用龙骨，施工方
便，是发展较快的一种轻板。
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四、建筑石膏的应用
纤维石膏板和装饰石膏板
? 纤维石膏板
? 用玻璃纤维、纸浆或矿棉作为纤维增强材料与石膏复合。纤维 石膏板抗弯强度和弹性模量都高于纸面石膏板，除用于建筑外， 还可代替木材作家具。 ? 装饰石膏板 ? 可制成*板、多孔板、花纹板、浮雕板等。
§2－3
水玻璃
一、水玻璃的硬化和性质
水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅 结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。
?水玻璃的硬化
液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅 酸凝胶，并逐渐干燥硬化，具体反应式如下： Na2O?nSiO2+ CO2+mH2O＝Na2CO3 + nSiO2?mH20 为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%~15%的 促硬剂氟硅酸钠。
?水玻璃的性质
1.粘结力强 2.耐酸性好 3. 耐热性好 4.抗渗
二、水玻璃的应用
?涂刷或浸渍材料； ?修补裂缝、堵漏； ?配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；
?配制耐热砂浆和耐热混凝土；
?加固地基。
本章小结
? 胶凝材料的定义和分类；
? 石灰、石膏、镁质胶凝材料、水玻璃都是气硬性胶凝材 料，在现代建筑中的应用是很常见的建筑材料。
（1）石灰品种很多，各种石灰产品都统称石灰。石灰的强度很低， 主要来源于Ca（OH）2的结晶和碳化。利用石灰的特性可将其 用于拌制砂浆、配制灰土和三合土、制作石灰碳化板和硅酸盐 制品等。 （2）石膏的品种很多，不同品种的石膏，其生产条件不同，且性 能及应用各异。建筑石膏是建筑工程中应用最多的一种石膏产 品，建筑石膏凝结硬化速度很快，其技术性质要求主要表现在 强度、细度、凝结时间三方面，利用它的特性可用于建筑室内 抹灰及粉刷、并大量用于制作石膏制品。 （3）简单了解水玻璃的特点与用途。
练 *
1、石灰不可以单独应用是因为其硬化后__________大，而
石膏可以单独应用是因为其硬化过程中具有__________的 特性。
答案
体积收缩、体积微膨胀
2、按消防要求我们尽可能用石膏板代替木制板材，是因为石 膏板具有__________好的特性。 答案
防火性
3、试分析下列工程，哪些工程不适于选用石膏和石膏制品
(
)。
B.冷库内的墙贴面
? A.影剧院的穿孔贴面板 ? C.非承重隔墙板
答案
B
4、石灰的特性有：可塑性__________、硬化__________、硬
化时体积__________及耐水性__________等。
答案
好
缓慢
收缩大
差
5、石灰的硬化包括__________和__________。
答案
结晶、碳化
6、在维修古建筑时，发现古建筑中石灰砂浆坚硬，强度较高。 有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点对否？ 为什么？ 答案
错误。因为石灰的硬化包括干燥结晶硬化过程及碳
化过程。但由于碳化作用是一个很缓慢的过程。碳化时表层 生成的CaCO3膜层阻碍空气中CO2的渗入，此过程相当漫长。 古建筑所用的石灰年代久远，碳化非常充分，故其强度较高。