第四章 气硬性胶凝材料

1. 第四章 气硬性胶凝材料

2. 引言 基本概念：胶凝材料 凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。

3. 胶凝材料 气硬性 水硬性 只能在空气中 凝结硬化 引言 有机胶凝材料 沥青、树脂 石膏、石灰 水玻璃、菱苦土 无机胶凝材料 水泥 既能在空气中凝结硬化 也能在水中凝结硬化

4. 石 膏 图4.1 二水石膏的加热变种 从上图可知，CaSO4•2H2O在干燥条件下经过低温煅烧，可得到β型半水石膏(β-CaSO4•1/2H2O)，这种石膏磨细加工即为建筑石膏。建筑石膏为白色粉末，密度约为2.60g/cm3～2.75g/cm3，堆积密度约为800kg/m3～1000kg/m3。

5. 建筑石膏 水化 硬化 生产 石膏 技术 性质 应用

6. 概 述 二水石膏 石膏 问题：建筑中使用的是哪种石膏？ 无水石膏

7. 概 述

8. 概 述

10. 建筑石膏的生产 原料 天然二水石膏(也称生石膏) 建筑石膏是以β型半水石膏(CaSO4·1/2H20)为主要成分，不加任何外加剂的白色粉状胶结料。

11. 高强石膏的生产 在压蒸条件下(0.13MPa)、124℃加热，则形成α型半水石膏，即高强石膏。 问题：两种半水石膏的性能有没有差异？产生差异的原因？

12. 建筑石膏的水化与硬化 水化 • 此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。 • 随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏终凝。

13. 石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发，形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交叉进行的。 １——半水石膏；２——二水石膏胶体微粒；３——二水石膏晶体；４——交错的晶体 建筑石膏凝结硬化示意图

14. 半水石膏的水化过程

16. 建筑石膏的技术性质 建筑石膏按凝结时间、细度和强度指标分为优等品、一等品、合格品。 建筑石膏 2.5 GB 9766 建筑石膏产品标记顺序为：产品名称、抗折强度、标准号，例如抗折强度为2.5MPa的建筑石膏，其标记为：

17. 建筑石膏的技术性质 • （１）凝结硬化速度快 • 建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。

18. 建筑石膏的技术性质 • （２）凝结硬化时的膨胀性 • 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%~1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。

19. 建筑石膏的技术性质 • （３）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低 • 建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量微孔，重量减轻，抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约800kg/ｍ3～1000kg/ｍ3，抗压强度约为3MPa～5MPa。

20. 建筑石膏的技术性质 • （４）良好隔热和吸音和“呼吸”功能 • 石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构， 使石膏具有呼吸水蒸气的功能。

21. 建筑石膏的技术性质 • （５）防火性好，但耐水性差 • 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。 • 由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。

22. 建筑石膏的技术性质 • （6）有良好的装饰性和可加工性 • 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。

23. 建筑石膏的应用 纸面石膏板 空心石膏条板 纤维石膏板 石膏砌块 装饰石膏制品

24. 纸面石膏条板 石膏空心条板 建筑石膏的应用

25. 建筑石膏的应用 • 纸面石膏板与龙骨组成轻质墙体，有两层板隔墙和四层板隔墙两种，这种墙体最适合于作多层或高层建筑的分室墙。在美国，已有70％以上的民用住宅内隔墙，采用了石膏板墙体。 • 轻钢龙骨石膏板墙体体系(简称QST)具有以下优点： (1)质轻，强度较高。 (2)尺寸稳定。 (3)抗震性好。 (4)自动调湿性好。 (5)装饰方便。 (6)占地面积少。 (7)便于管道及电线等埋设。 (8)施工简便，进度快。 艺术装饰石膏制品主要包括浮雕艺术石膏角线、线板、角花、灯圈、壁炉、罗马柱、灯座、 雕塑等。这些制品均系采用优质建筑石膏为基料，配以纤维增强材料、胶粘剂等，与水拌制成料浆，经注模成型、硬化、干燥而成。这类石膏装饰件用于室内顶棚和墙面，会顿生高雅之感。装饰石膏柱和装饰石膏壁炉，是以西方现代装饰技术，把东方传统建筑风格与罗马雕刻、德国新古典主义及法国复古制作溶为一体，揉合精湛华丽的雕饰，实现美观、舒适与实用并合，将高雅而豪华的气派带入居室和厅堂。 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外?

26. 建筑石膏的应用 装饰石膏制品 壁花 天花板装饰花

27. 建筑石膏的应用 装饰石膏制品 梁托 艺术镜框 线条拐角、线条 罗马柱

28. 习 题 • 填空：建筑石膏的化学成分是 ，高强度石膏化学成分是 。 • 填空：普通建筑石膏水化反应理论需水量为，实际加水量为。 • 选择：下列物质中，不是气硬性胶凝材料 。 A)石膏 B)石灰 C)水泥 D)水玻璃 • 判断：石膏凝结速度快，因此硅酸盐水泥掺适量的石膏是为了加快硅酸盐水泥的凝结速度。？（该问题以后解答）

29. 石灰吟 千锤万击出深山， 烈火焚烧若等闲。 粉身碎骨全不惜， 要留清白在人间。 (明) 于谦

30. 石灰在中国古代建筑中的应用 建筑石灰 当石灰出现后,人们就普遍采用“石灰面”地坪和涂墙,使室内的阴暗潮湿状况得到了改善。石灰最初在建筑中的功能,主要与防潮有关。到了商周时期,半地穴建筑已发展到平地建筑或台基式的夯土建筑。 秦咸阳宫殿遗址的地面,是用猪血、石灰、料姜石拌合抹成,呈暗红色,表面光滑美观,具有防潮装饰作用。修筑秦驰(直)道时,多是就地取材,利用当地的黄粘土加石灰夯筑而成。 荆州城墙呢？ 《汉书》云：“秦为驰道于天下，东穷燕齐，南极吴楚，江湖之上，濒海之观毕至。”

31. 建筑石灰 经过了600多年的风风雨雨，这些残墙岿然不倒。

32. 建筑石灰 技术性质 石灰的生产 石灰 石灰的应用 石灰的熟化 石灰的发展 石灰的硬化

33. 石灰的生产 原材料：以碳酸钙为主要成分的石灰石 正火石灰 过火石灰 欠火石灰 问题：过火石灰和欠火石灰有什么危害？

34. 石灰的生产 • 生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。 • 第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨胀，引起隆起鼓包和开裂。

35. 石灰的分类 MgO含量小于或等于5％时，称钙质石灰 当MgO含量大于5％时，称为镁质石灰

36. 工程中是否能够利用该现象？ 石灰的熟化 熟化反应CaO＋H2O →Ca(OH)2＋64.9×103J 现象：放出大量热量，体积膨胀 用于加固含水的软土地基 深层搅拌石灰桩加固软土地基 配制三合土和灰土

37. 石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？ 问 题 解答要点： 潮湿环境中石灰与黏土表面的活性二氧化硅或活性氧化铝反应。 石灰的可塑性好，与黏土等拌合后经压实或夯实。

38. 问 题 过火石灰的熟化是否需要经过特殊处理？如何处理？

39. 陈 伏 解决两个问题： 1，陈伏方式？ 2，陈伏时间？ 判断题: （ ？）石灰的陈伏是为了获得工作性能好的石灰浆，以保证施工质量。

40. 看图分析

41. 石灰的硬化 1.结晶过程 由于水分蒸发,Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出,反应快。 2.碳化过程 Ca(OH)2和空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。 Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O 问题：使用过程中石灰的体积是膨胀还是收缩？ 放出大量水分,体积收缩。

42. 问 题 石灰浆体在碳化过程中的反应式表示为Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O 硬化速度慢 可塑性好 用作水泥混合砂浆 用于改善浆体的流动性

43. 硬化过程 结晶 碳化 Ca(OH)2 结晶析出 Ca(OH)2 结晶析出 主要变化 内部反应快 由表及里 特征 石灰的硬化

44. 网状干缩性裂纹 石灰熟化时释放大量______，体积发生显著_____，石灰硬化时产生大量______，体积产生明显______。 石灰浆体在硬化过程中，_______。 A，体积明显缩小 B，放出大量热 C，体积膨胀 D，与CO2作用形成CaCO3 石灰膨胀裂纹 网状干缩性裂纹

45. 可塑性好 耐水性差 硬化缓慢 生石灰消化为石灰浆时，能形成颗粒极细呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一厚层的水膜，使颗粒间的摩擦力减小，因而其可塑性好。利用这一性质，将其掺入水泥砂浆中，配制成混合砂浆，可显著提高砂浆的保水性。 由于石灰浆硬化慢、强度低，受潮后其中尚未碳化的Ca(OH)2易产生溶解，硬化石灰体遇水产生溃散，故石灰不宜用于潮湿环境。 石灰浆的硬化只能在空气中进行，由于空气中CO2含量少，使碳化作用进行缓慢，加之已硬化的表层对内部的硬化起阻碍作用，所以石灰浆的硬化过程较长 。 硬化后强度低 硬化时体积收缩大 生石灰消化时的理论需水量为生石灰重量的32．13％，但为了使石灰浆具有一定的可塑性便于应用，同时考虑到一部分水因消化时水化热大而被蒸发掉，故实际消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸发，留下大量孔隙，使硬化石灰体密实度小，强度低。 由于石灰浆中存在大量的游离水，硬化时大量水分蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩变形， 使硬化石灰体产生裂纹，故石灰浆不宜单独使用，通常工程施工时常掺入一定量的骨料(砂子)或纤维材料(麻刀、纸筋等)。 石灰的技术性质

46. 石灰的应用 用于建筑室内粉刷 用于拌制建筑砂浆 加固含水的软土地基 生产硅酸盐制品 配制三合土和灰土 生产轻质碳酸钙

47. 思考题 1，石灰浆体在空气中硬化是由和___两个过程来完成的 。 2，选择：要保持石灰膏不变质，应把它置于___。 a)水中 b)干燥的空气中 c)潮湿空气中 d)含二氧化碳空气中 3，简答：何谓欠火石灰、过火石灰，它对石灰质量有何影响?

48. 回 顾 石灰 煅烧温度 过火石灰 处理方式 特殊性能 实际用途

49. 菱苦土 总 论 又称镁质胶凝材料，其主要成分为MgO，是由含MgCO3为主的原料(如菱镁矿)，在750－850℃下煅烧，经磨细而得的一种白色或浅黄色粉末。 氯氧镁水泥硬化后的主要产物为xMgO·yMgCl2·zH2O，其吸湿性大，耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。　

50. 菱苦土