建筑土木材料石膏與石灰

膠凝材料基本概念

膠凝材料是指能夠?qū)⑸⒘２牧希ㄈ缟啊⑹拥龋?、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(xué)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(jiān)硬的固體狀態(tài)）的材料。第1頁/共44頁膠凝材料的分類膠凝材料有機(jī)膠凝材料無機(jī)膠凝材料基本成分為天然的或合成的有機(jī)高分子化合物，如瀝青、樹脂。基本成分為無機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度。如：水泥。耐水性好。第2頁/共44頁§4.1

建筑石膏石膏制品第3頁/共44頁歐式風(fēng)情建筑（哈爾濱中央大街）第4頁/共44頁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(xué)石膏：化學(xué)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。第5頁/共44頁天然二水石膏

第6頁/共44頁在系統(tǒng)中公認(rèn)的石膏相有5種形態(tài)、7個(gè)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(qiáng)石膏。

2石膏的生產(chǎn)第7頁/共44頁

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(xì)而成。（1）建筑石膏（2）高強(qiáng)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。第8頁/共44頁3建筑石膏的凝結(jié)與硬化第9頁/共44頁

析出的二水石膏晶粒之間通過接觸點(diǎn)和化學(xué)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(cuò)共生直至水分完全蒸發(fā)，其強(qiáng)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(jìn)行。1－半水石膏；2－二水石膏膠粒；3－二水石膏晶體；4－交錯(cuò)的晶體

膠化結(jié)晶開始結(jié)晶長大與交錯(cuò)第10頁/共44頁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(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)號的順序進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)記，例如，抗折強(qiáng)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(biāo)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度，MPa，≥2.52.11.8抗壓強(qiáng)度，MPa，≥5.04.03.0細(xì)度（0.2mm方孔篩篩余，%），≤5.010.015.0凝結(jié)時(shí)間

初凝時(shí)間≥6min；終凝時(shí)間≤30min。第11頁/共44頁凝結(jié)硬化快。常溫下完全水化的時(shí)間為7～12min，終凝時(shí)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(shí)需要操作時(shí)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(qiáng)度較低。半水石膏水化，理論需水量18.6%，實(shí)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(dá)到40%~60%。因此硬化后，強(qiáng)度較低，表觀密度較小，導(dǎo)熱性較低，吸聲性較好。

第12頁/共44頁體積穩(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(shí)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(fù)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(xì)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。第13頁/共44頁耐水性差。潮濕條件→晶粒間的結(jié)合力減弱，強(qiáng)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(jī)防水材料，如瀝青、石蠟防火性好。受到高溫作用時(shí)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。第14頁/共44頁（1）粉刷石膏4建筑石膏的應(yīng)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。第15頁/共44頁紙面石膏條板石膏空心條板

纖維石膏板第16頁/共44頁石膏板頂面裝飾（3）石膏裝飾品第17頁/共44頁石膏板用于墻面和頂面第18頁/共44頁石膏線角第19頁/共44頁石膏構(gòu)件第20頁/共44頁第21頁/共44頁于謙[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)品第22頁/共44頁第23頁/共44頁1石灰的生產(chǎn)石灰石白云質(zhì)石灰石白堊貝殼第24頁/共44頁土窯立窯第25頁/共44頁溫度正常和煅燒時(shí)間正?！鹗?；溫度過低或煅燒時(shí)間不足→欠火石灰；煅燒時(shí)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(xì)小，與水反應(yīng)快。欠火石灰：內(nèi)部有未分解的石灰石核心，與水反應(yīng)時(shí)僅表面水化，石灰石核不能水化。過火石灰：因高溫?zé)Y(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(yīng)很慢。第26頁/共44頁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(yīng)，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(jī)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(gè)過程成為“陳伏”?！瓣惙逼陂g漿體表面應(yīng)覆蓋2cm以上的隔離水層，避免消石灰與空氣接觸而被碳化。第27頁/共44頁

石灰漿在干燥條件下會發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，從而產(chǎn)生凝結(jié)與硬化。石灰產(chǎn)生硬化的機(jī)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(shí)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）石灰的硬化第28頁/共44頁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

第29頁/共44頁3石灰的技術(shù)性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)消化時(shí)放熱量大，體積膨脹大生石灰消化時(shí)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(xì)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(diǎn)是具有良好可塑性。可用于混合砂漿的增塑材料。保水性與可塑性好（1）石灰的技術(shù)性質(zhì)第30頁/共44頁石灰的硬化很慢，終凝需要一天以上，基本硬化需要數(shù)天。石灰硬化時(shí)強(qiáng)度較低，如石灰砂漿（1：3）28天強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa。不適用作為承重材料。硬化緩慢強(qiáng)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(shí)體積收縮大易開裂游離水分蒸發(fā)產(chǎn)生的毛細(xì)管力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的大量體積收縮。收縮的不均勻性導(dǎo)致開裂。因此石灰漿不宜單獨(dú)使用，施工時(shí)常加入骨料（如砂子）或纖維材料（如紙筋）。

第31頁/共44頁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(xì)生石灰）:塊灰破碎、磨細(xì)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)和性能要求第32頁/共44頁建筑生石灰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《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(biāo)項(xiàng)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?jiān)浚?mm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(biāo)準(zhǔn)第33頁/共44頁建筑生石灰粉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《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(biāo)項(xiàng)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(xì)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

第34頁/共44頁將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，主要用于?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(dú)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(yīng)用（1）石灰乳和石灰砂漿第35頁/共44頁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(shí)，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(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，獲得一定的抗壓強(qiáng)度、耐水性和抗?jié)B性，適于在潮濕環(huán)境中使用，如建筑物或道路基礎(chǔ)。（2）石灰土與石灰三合土第36頁/共44頁石灰與天然砂、粉煤灰等硅質(zhì)材料混合均勻，加水?dāng)嚢?經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等，可用以替代燒結(jié)粘土磚。（3）硅酸鹽制品（4）石灰樁將生石灰灌入地基的樁孔并搗實(shí)，石灰消化時(shí)體積膨脹產(chǎn)生巨大膨脹壓力，擠壓土壤使得地基獲得加固效果。（5）碳化石灰制品碳化石灰制品是利用石灰碳酸化形成的強(qiáng)度制成的塊體材料。用于墻體砌筑、內(nèi)隔墻、天花板。第37頁/共44頁歐式風(fēng)情建筑（哈爾濱中央大街）第38頁/共44頁

析出的二水石膏晶粒之間通過接觸點(diǎn)和化學(xué)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(cuò)共生直至水分完全蒸發(fā)，其強(qiáng)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(jìn)行。1－半水石膏；2－二水石膏膠粒；3－二水石膏晶體；4－交錯(cuò)的晶體

膠化結(jié)晶開始結(jié)晶長大與交錯(cuò)第39頁/共44頁石膏板用于墻面和頂面第40頁/共44頁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

第41頁/共44頁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(xì)生石灰）:塊灰破碎、磨細(xì)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