1、第3章 气硬性胶凝材料,蒋必凤,本章提要,本章讲述了建筑工程中常用的石膏、石灰和水玻璃三种气硬性胶凝材料。要求掌握各种材料的特性及应用，熟悉其生产、凝结硬化原理以及储运、使用中应注意的问题。,胶凝材料,有机胶凝材料（如沥青和各种树脂）,无机胶凝材料,气硬性胶凝材料 （只能在空气中硬化, 并保持或继续提高强度的胶凝材料，如石膏、石灰、水玻璃等）,水硬性胶凝材料 （在拌水后不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化, 保持并继续提高强度的胶凝材料，如各种水泥。）,3.1 石膏（Plaster）,3.1 石膏（Plaster）,一、石膏的原料和生产生产石膏的主要原材料是天然二水石膏。也有无水石膏。将
2、二水石膏加热，当温度不同时，分别得到不同的石膏。,建筑石膏是以型半水石膏(CaSO41/2H20)为主要成分，不加任何外加剂的白色粉状胶结料。,天然二水石膏(也称生石膏),在压蒸条件下(0.13MPa)、124加热，则形成型半水石膏，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？,65-75，二水石膏开始脱水；,107-170，生成半水石膏；,170-200，生成可溶性硬石膏；,400，生成不溶性硬石膏；,800，生成地板石膏。,二、石膏的凝结硬化,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，
3、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。,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。,三、建筑石膏的技术性质建筑石膏按产品名称、抗折强度及标准号的顺序进行产品标记，例如，抗折强度为2.5MPa的建筑石膏表示为：建筑石膏2.5GB9776。,1.凝结硬化快加缓凝剂。,2. 硬化时体积微膨胀石膏制品表面光滑、尺寸准确。,3.孔隙率大、表观密度小、强度低。,4.防火性能
4、良好。,5.具有一定的调湿调温性。,6.耐水性和抗冻性差。,7.吸声及“呼吸”功能。,四、石膏的应用 1.室内抹灰及粉刷； 2.建筑装饰制品； 3.石膏板材。,纸面石膏条板,石膏空心条板,建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外?,五、石膏的储存及运输 注意：1.防水、防潮；2.防止其他杂物混入；3.不同等级的石膏分别储运； 4.储存期不宜过长。,石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。,3.2 石灰（Lime）,石灰在中国古代建筑中的应用,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
5、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。,经过了600多年的风风雨雨，这些残墙岿然不倒。,第二节 石灰（Lime）,一、石灰的原料和生产注意：欠火石灰和过火石灰 问题：石灰粉刷层拱起、开裂甚至爆炸的原因是什么？生石灰中往往含有MgO，根据MgO含量，可以 分为钙质石灰和镁质石灰，后者熟化慢，但是强 度稍高。,二、石灰的熟化CaO+H2O=Ca(OH)
6、2+热量,现象：放出大量热量，体积膨胀,用于加固含水的软土地基,配制三合土和灰土,深层搅拌石灰桩加固软土地基,路基加电石灰加固施工现场,生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的过程，石灰与水反应时水化热大，水化速率快。生石灰的消化反应为放热反应，消化时不但水化热大，而且放热速率也快。水化过程中体积增大。块状生石灰消化过程中其外观体积可增大1.5-2倍，这一性质易在工程中造成事故，应予重视。 为了使得生石灰中的过火石灰充分熟化，消除过火石灰的危害，通常将生石灰在储灰坑中静置两个星期以上，称为“陈伏”。 随着钻进到设计标高，钻机钻头反向旋转，边提升，边由压缩空气输送生石灰，向着由钻头搅拌叶片旋
7、转产生的空隙部位喷入被搅拌的土体中，使土体和石灰进行充分拌和，形成具有整体性好，水稳定性好和一定强度的石灰土桩。 通过机械搅拌，将软土重塑的同时掺入适量的石灰，石灰与软土矿物发生化学反应，形成一种复杂的不溶于水的、将土颗粒粘结在一起的硅酸钙凝胶，硅酸钙凝胶起到包裹和联结的作用，形成网状结构，在土颗粒间相互穿插，使土颗粒联系得很牢固，改善了土的物理力学性质，发挥了石灰固化剂的强化作用。,要形成硅酸钙凝胶，只有在有足够的水使Ca2+和OH-1离子能够转移到粘土颗粒表面时才能实现，利用土颗粒、水和石灰之间的化学反应达到这一目的，以改善土的性质，具体来说，石灰对软土的基本作用如下：（1）生石灰与地基软
8、粘土通过强制做拌均匀，很快产生水化作用，形成 Ca（OH）2 .在这生石灰变为熟石灰的过程中，产生的热量促进水分蒸发，使软土地基的含水量降低，同时石灰体积产生膨胀，此时膨胀力所作的功转化为周围土的变形位能。例如广东省云浮硫铁矿专用线有一座4.5m盖板涵基础采用石灰喷粉深层搅拌处理软基，钻头直径为500mm，形成石灰桩之后，在粉细砂层直径增大为520mm，在软土层直径内直径增大为600-700mm，桩体体积增大，对周围土起了压密作用。（2）熟石灰的Ca2+离子在水的作用下与软土颗粒产生絮凝反应作用，这一反应过程使软土颗粒结合水膜厚度减簿，土的塑性降低，土粒间的粘结力增加，土体强度和水稳定性提高。
9、 （3）熟石灰与粘土颗粒中的活性硅铝矿物进一步缓慢地产生化学作用，过程中又吸收熟石灰浆中的水分，形成结晶和生成铝酸盐和水化硅酸钙，改变了粘土的结构。这一反应过程将持续数年，是石灰对软粘土的后期作用。,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？,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。,熟化方法：（1）石灰浆法（2）消石灰粉法,过火石灰的熟化是否需要经过特殊处理？如何处理？,石灰的“陈伏”：为消除过火石灰的危害，石灰熟化前应在化灰池中存放2周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程为石灰的“陈伏”。
10、,三、石灰的凝结硬化,1.结晶过程,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,放出大量水分,体积收缩。,问题：使用过程中石灰的体积是膨胀还是收缩？,由于水分蒸发，Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。,注意：为什么石灰凝结硬化速度较慢？,四、石灰的技术性质,五、石灰的应用 1.石灰乳涂料和石灰砂浆 2.灰土和三合土 3.硅酸盐制品 4.碳化石灰板 5.地基加固和静态破碎,六、石灰的储存、运输 注意： 1.防水、防潮 2.不与易燃易爆物品共存、同运 3.储存期不宜过长
11、,3.3 水玻璃（Water Glass）,水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有（1）硅酸钠水玻璃（Na2OnSiO2）；（2）硅酸钾水玻璃(K2OnSiO2）；（3）硅酸锂水玻璃（Li2OnSiO2）等品种。最常用的是硅酸钠水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，当含有杂质时呈淡黄色或青灰色。,水玻璃模数,根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（）和“中性”水玻璃（3）。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。,水玻璃的模数通常在1.5-3.5之间，模数大小决定着水玻璃在水中溶解的难以程度。模数为1时，能
12、在常温水中溶解，模数增大，只能在热水中溶解，当模数大于3时，则要在0.4MPa以上的蒸汽中才能溶解。工程中常用的水玻璃模数为2.6-2.8。 水玻璃模数越高，则水玻璃的密度和黏度越大，硬化速度越快，硬化后的黏结力与强度、耐热性与耐酸性就越高。玻美度水玻璃溶液的浓度,一、水玻璃的生产,生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种。 湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热,直接反应生液体水玻璃。干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化，按下式反应生成固体水玻璃。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。,二、水玻璃的凝结硬化,由于空气中CO
13、2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的1215。若掺量少，则硬化速度慢；而掺量过多，导致凝结硬化过快，不便施工。因此，应该严格控制掺量。,三、水玻璃的技术性质 1.粘结力和强度高 2.耐热性好 3.耐酸性好 4.耐碱性和耐水性差,四、水玻璃的应用 1.涂刷表面 2.配制耐热砂浆和耐热混凝土 3.配制耐酸砂浆和耐酸混凝土 4.配制水玻璃矿渣砂浆 5.配制速凝防水剂 6.加固土壤,思考题： 1.石灰的主要技术性质有哪些？使用时掺入麻刀、纸筋等的作用是什么？ 2.什么是过火石灰、欠火石灰，各有什么特点？ 3.为什么石灰使用前应有2个星期以上的陈伏期？ 4.建筑石膏与石灰的凝结硬化有哪些不同？ 5.建筑石膏的主要用途是什么？ 6.水玻璃有那些用途？,作业1.工地使用生石灰前为什么要进行熟化？ 作业2.某多层住宅楼室内抹灰采用石灰砂浆，交付使用后出现墙面普通鼓包开裂，试分析其原因，欲避免这种情况发生，应采取什么措施？ 作业3.为何建筑石膏制品易变形、发霉？应如何改善？建筑石膏主要技术特性有哪些？ 作业4.为何用石膏粉拌制的石膏浆粘贴的石膏制品易脱落？,
