建筑土木材料 石膏與石灰

第4章石膏與石灰本章提要本章講述了建筑工程中常用的石膏、石灰這兩種氣硬性膠凝材料。要求掌握各種材料的特性及應用，熟悉其生產(chǎn)、凝結(jié)硬化原理以及儲運、使用中應注意的問題。膠凝材料基本概念膠凝材料是指能夠?qū)⑸⒘２牧希ㄈ缟?、石子等）、塊狀材料（如磚、石塊等）或者纖維材料（如玻璃纖維、植物纖維等）粘結(jié)成為整體，并經(jīng)過物理、化學作用后可由塑性漿體（液態(tài)、半固態(tài)）逐漸硬化而成為人造石材（堅硬的固體狀態(tài)）的材料。膠凝材料的分類膠凝材料有機膠凝材料無機膠凝材料基本成分為天然的或合成的有機高分子化合物，如瀝青、樹脂?；境煞譃闊o機化合物。氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化、保持或發(fā)展強度如：石膏、石灰、水玻璃等。耐水性差。能在空氣和水中硬化、保持和發(fā)展強度。如：水泥。耐水性好?！?.1

建筑石膏石膏制品歐式風情建筑（哈爾濱中央大街）1石膏的分類天然石膏：天然石膏是以天然石材形式開采獲得的石膏礦物，又可分為天然二水石膏（）和天然硬石膏（）?；瘜W石膏：化學石膏是指化工生產(chǎn)過程中所形成的以二水石膏（）和半水石膏（）為主要成分的副產(chǎn)品。天然二水石膏

在系統(tǒng)中公認的石膏相有5種形態(tài)、7個變種。二水石膏α型與β型半水石膏α與βⅢ型硬石膏Ⅱ型硬膏石Ⅰ型硬石膏，只在1180℃以上才存在。為建筑石膏，又稱熟石膏。

為高強石膏。

2石膏的生產(chǎn)

建筑石膏是以β型半水石膏為主要成分，不加任何外加劑的白色粉狀膠結(jié)料。由天然二水石膏經(jīng)低溫煅燒、脫水、磨細而成。（1）建筑石膏（2）高強石膏（3）硬石膏主要成分為α型半水石膏。主要成分為無水石膏。3建筑石膏的凝結(jié)與硬化析出的二水石膏晶粒之間通過接觸點和化學鍵相互作用形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，漿體的塑性下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶粒間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。之后晶粒仍不斷長大并交錯共生直至水分完全蒸發(fā)，其強度不斷增大，這一過程稱為石膏的硬化。凝結(jié)和硬化交叉進行。1－半水石膏；2－二水石膏膠粒；3－二水石膏晶體；4－交錯的晶體膠化結(jié)晶開始結(jié)晶長大與交錯4建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)（1）建筑石膏的技術(shù)要求

建筑石膏按產(chǎn)品名稱、抗折強度及標準號的順序進行產(chǎn)品標記，例如，抗折強度為2.5MPa的建筑石膏表示為：建筑石膏2.5GB9776。建筑石膏技術(shù)指標技術(shù)指標優(yōu)等品一等品合格品抗折強度，MPa，≥2.52.11.8抗壓強度，MPa，≥5.04.03.0細度（0.2mm方孔篩篩余，%），≤5.010.015.0凝結(jié)時間

初凝時間≥6min；終凝時間≤30min。凝結(jié)硬化快。常溫下完全水化的時間為7～12min，終凝時間不超過30min，7d左右完全硬化。這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。（2）建筑石膏的技術(shù)特性硬化后孔隙率大強度較低。半水石膏水化，理論需水量18.6%，實際加水量約為60~80%，多余水分硬化后蒸發(fā)，留下孔隙，孔隙率達到40%~60%。因此硬化后，強度較低，表觀密度較小，導熱性較低，吸聲性較好。

體積穩(wěn)定。建筑石膏凝結(jié)硬化過程中，其體積會略有膨脹（0.05%~0.15%），這種膨脹避免了普通材料干燥時的開裂，使石膏制品表面較為光滑飽滿、尺寸精確，棱角清晰完整，從而制成圖案花型復雜的裝飾構(gòu)件、模型和雕塑。有良好的裝飾性和可加工性。石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘、可鉆、可粘。具有良好的可加工性。耐水性差。潮濕條件→晶粒間的結(jié)合力減弱，強度下降；水中浸泡→水化物二水石膏晶體逐漸溶解而破壞；吸水受凍→空隙中水分會結(jié)冰膨脹破壞。提高石膏的耐水性加入水硬性材料，如水泥、礦渣。加入有機防水材料，如瀝青、石蠟防火性好。受到高溫作用時或遇火后會脫出結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有良好的防火效果。（1）粉刷石膏4建筑石膏的應用粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑石膏與無水石膏二者混合后，再摻入外加劑、填料等制成的氣硬性膠凝材料。按其用途不同可分為三種：面層粉刷石膏、底層粉刷石膏和保溫層粉刷石膏。（2）石膏板石膏板的品種很多，常見的有紙面石膏板、纖維石膏板、石膏空心條板等。紙面石膏條板石膏空心條板纖維石膏板石膏板頂面裝飾（3）石膏裝飾品石膏板用于墻面和頂面石膏線角石膏構(gòu)件于謙[明]

千錘萬擊出深山，烈火焚燒若等閑；粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間。石灰吟

§4.1

建筑石灰石灰是石灰石（主要成分是碳酸鈣）為原料，經(jīng)高溫煅燒所得的以氫氧化鈣為主要成分的產(chǎn)品1石灰的生產(chǎn)石灰石白云質(zhì)石灰石白堊貝殼土窯立窯溫度正常和煅燒時間正常→正火石灰；溫度過低或煅燒時間不足→欠火石灰；煅燒時間過長或溫度過高→過火石灰。正火石灰：多孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔隙率大，表觀密度小，晶粒細小，與水反應快。欠火石灰：內(nèi)部有未分解的石灰石核心，與水反應時僅表面水化，石灰石核不能水化。過火石灰：因高溫燒結(jié)收縮造成結(jié)構(gòu)致密，表面覆蓋玻璃狀外殼或產(chǎn)生裂紋，與水反應很慢。2石灰的消化和硬化（1）石灰的消化

石灰的消化（熟化）是指生石灰加水后發(fā)生水化反應，并自動松散為粉末或漿體的過程。經(jīng)過消化的石灰稱為消石灰（熟石灰）。生石灰的消化方法有人工消化和機械消化。為了保證石灰的充分消化，須將石灰漿在儲灰池中存儲兩周以上，這一個過程成為“陳伏”。“陳伏”期間漿體表面應覆蓋2cm以上的隔離水層，避免消石灰與空氣接觸而被碳化。

石灰漿在干燥條件下會發(fā)生一系列物理化學變化，從而產(chǎn)生凝結(jié)與硬化。石灰產(chǎn)生硬化的機理包括干燥硬化、結(jié)晶硬化和碳酸化硬化。

結(jié)晶硬化：石灰漿使用時游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣晶體從過飽和的石灰漿溶液析出。

碳酸化硬化：石灰漿體與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)。（2）石灰的硬化CaCO3碳酸鈣石灰石Ca(OH)2氫氧化鈣熟石灰加高溫加CO2加水CaO

氧化鈣生石灰生熟石灰和石灰石的三角關(guān)系

3石灰的技術(shù)性質(zhì)和標準消化時放熱量大，體積膨脹大生石灰消化時釋放大量熱量，其固體體積可增大1-2.5倍。消石灰漿中的氫氧化鈣為極細小的顆粒（直徑1μ），呈膠體分散狀態(tài)，表面吸附一層厚的水膜，顆粒間的摩擦力較小。因此具有其突出的優(yōu)點是具有良好可塑性?？捎糜诨旌仙皾{的增塑材料。保水性與可塑性好（1）石灰的技術(shù)性質(zhì)石灰的硬化很慢，終凝需要一天以上，基本硬化需要數(shù)天。石灰硬化時強度較低，如石灰砂漿（1：3）28天強度僅為0.2-0.5MPa。不適用作為承重材料。硬化緩慢強度低耐水性差潮濕環(huán)境下石灰漿體不會凝結(jié)硬化，大部分尚未碳化的

氫氧化鈣易溶于水，硬化時體積收縮大易開裂游離水分蒸發(fā)產(chǎn)生的毛細管力導致結(jié)構(gòu)的大量體積收縮。收縮的不均勻性導致開裂。因此石灰漿不宜單獨使用，施工時常加入骨料（如砂子）或纖維材料（如紙筋）。

石灰的分類按成品加工方法分:生石灰（塊灰）：石灰石煅燒而成。生石灰粉（磨細生石灰）:塊灰破碎、磨細而成。消石灰粉（熟石灰）：塊灰淋水消解而得。石灰漿：生石灰消化而得的漿體。按化學成分分（MgO含量）：鈣質(zhì)石灰：生石灰（小于5%），熟石灰（小于4%）。鎂質(zhì)石灰：生石灰（大于5%），熟石灰（大于4%）。（2）石灰的技術(shù)標準和性能要求建筑生石灰產(chǎn)品標準：《建筑生石灰》（JC/T479-92）鈣質(zhì)生石灰（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰（MgO＞5%）。建筑生石灰的技術(shù)指標項目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥（%）908580858075CO2含量≤（%）5796810未消解殘渣含量（5mm圓孔篩余）≤（%）5101551015產(chǎn)漿量≥（L/kg）2.82.32.02.82.32.0

石灰的技術(shù)標準建筑生石灰粉產(chǎn)品標準：《建筑生石灰粉》（JC/T480-92）；分類：鈣質(zhì)生石灰粉（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰粉（MgO＞5%）。建筑生石灰粉的技術(shù)指標項目鈣質(zhì)生石灰粉鎂質(zhì)生石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）

858070807570CO2含量≤,（%）791181012細度0.90mm篩的篩余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余≤（%）7.012.018.07.012.018.0

建筑消石灰粉

產(chǎn)品標準：《建筑消石灰粉》（JC/T481-92）；分類：鈣質(zhì)消石灰粉（MgO＜4%），鎂質(zhì)消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）。建筑消石灰粉的技術(shù)指標項目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥（%）706560656055656055游離水（%）0.4~2體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細度0.90mm篩的篩余≤(%)000.5000.5000.50.125mm篩的篩余≤(%)310153101531015

將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水攪拌稀釋，成為石灰乳，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白。石灰乳可加入各種耐堿顏料獲得各種裝飾色彩。加入水硬性膠凝材料（如水泥、粉煤灰等），可提高其耐水性和粘結(jié)力。石灰砂漿是將石灰膏單獨或與水泥一起加砂、水拌制而成，用于墻體抹面或砌體砌筑。3石灰的應用（1）石灰乳和石灰砂漿石灰與粘土混合使用，制成石灰土。若在石灰與粘土中再加入砂、碎石和工業(yè)廢料，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，制成三合土。在潮濕環(huán)境中使石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料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