第3章  气硬性胶凝材料 胶凝材料(cements,binding materials) 胶凝材料概念：在土木工程材料中，凡是经过一系列的物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。  气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，且只能在空气中保材或发展其强度。而水硬性不仅在空气中，而且能更好的在水中硬化，并保持、发展其强度。  第一节、  石膏(gypsum)   膏——plaster   一、 原材料 二、生产及产品 三、水化硬化过程 四、应用   石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，其原料来源有： (1)天然二水石膏，又称软石膏或生石膏。 (2)天然硬石膏——无水硫酸钙。 (3)化工废石膏(含有二水石膏(CaSO4·2H2O) 或含有CaSO4·2H2O与CaSO4的混合物的化工副产品及废渣) ——脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等。 二、石膏的生产及品种 石膏胶凝材料的主要生产原料是天然的二水石膏。在将原料加热时，不同的温度和不同的压力下所得CaSO42H2O，石膏产品的结晶类型、结晶水含量不同，因而有不同的性能指标。 品种 (1)建筑石膏(calcined gypsum) (2)高强石膏(high strength gypsum/plaster) (3)硬石膏：无水石膏(anhydrite,anhydrous gypsum) 1.  高强石膏 ?型半水石膏的晶粒较粗，也比较密，因此比表面积较小，将此种石膏加水硬化后，具有较高的密实度和强度，3小时的抗压强度即可达到9~24MPa，7天抗压强度可达15-40MPa，因此，将之称为高强石膏。 高强石膏在应用中，一般用于强度要求较高的抹灰工程，装饰制品和石膏板，加入防水剂后，还可用于温度较高的环境中，加入有机物如聚乙烯醇水溶液等可配制成粘结剂，其特点是无收缩。  2.  建筑石膏 β型半水石膏的晶体较细，所以调制成一定稠度的浆体时，需水量也比型半水石膏的需水量大，导致建筑石膏的孔隙率也大，因而强度较低。 在实际生产与工程中，建筑石膏的应用更广泛一些。 建筑石膏的技术性质 三、石膏水化硬化过程 1.  胶凝理论 2.  结晶理论 在各种化学变形体中，无水石膏先要生成半水石膏，然后在形成二水石膏。 可溶性硬石膏相对来讲反应活性最强。不溶性硬石膏单独存在时不具有水化硬化能力，必须加入激发剂。而高温煅烧石膏由于含有少量石膏分解后的石灰，具有自激发性。 四.  石膏的应用 1.  石膏的特点： （1）抗水性差：原因、软化系数、解决途径； （2）强度较低； （3）孔隙率高； （4）颜色洁白、质感好； （5）一定的防火性 2.  应用 （1）水泥的缓凝； （2）石膏制品 建筑石膏：装饰板材、雕塑、装饰型材、抹灰工程、砌块等； 高强石膏：抹灰工程、装饰板材、砌块等； 可溶性硬石膏一般不用，避免出现；  不溶性硬石膏：加入激发剂后配制成硬石膏水泥；     激发剂：硫酸盐激发、碱激发 高温煅烧石膏：此时其中的石灰作为激发剂，耐磨性和抗水性提高，又称为地板石膏。 作为石膏制品时，因为石膏凝结速度很快，需要进行调节，此时可以加入促凝剂和缓凝剂。 max.book118.com  建筑石膏的应用 (1)纸面石膏板：两面用坚韧的纸做护面  (2)纤维石膏板：含纤维材料  (3)装饰石膏板：造型美观，品种多样  (4)空心石膏条板：空心 (5)石膏蜂窝板、石膏矿棉复合板、防潮石膏板等  （1）石膏浆体强度发展过程 （2）影响强度发展的因素 温度； 水灰比  （4）陈化 由于新烧制的熟石膏为多相体的混合物，如建筑石膏在120-140℃下也只是形成以（β·CaSO4·1/2 H2O）为主，还有很多未烧的石膏及其他化合物，因此，性能很不稳定，将其静放一段时间后，待性能稳定以后在应用，这一过程即为“陈化”。   第二节   石灰(lime,CaO) 一、石灰分类 二、生石灰的原料与生产  三、生石灰的性质 四、熟石灰的制造（石灰的熟化）(slake) 五、熟石灰的性质 六、生石灰和熟石灰的应用 一、石灰的分类 根据石灰加工方法：块状生石灰、磨细生石灰、石灰浆、石灰乳、石灰水等； 石灰石中含有杂质氧化镁（MgO），根据MgO的多少，将生石灰中MgO含量≤5%的称为钙质石灰（低镁石灰），5%~20%的称为中镁石灰。20%~40%为高镁石灰；  根据消化速度：快速消化石灰、中速消化石灰和满素消化石灰，消化速度分别：小于10min、10~30min、30min以上。 根据消化时所达到的温度指标，又有高热石灰（ ?高于70°C）和低热石灰（?70°C） 二、生石灰的原材料和生产 原料： 以含碳酸钙为主的天然岩石和化工副产品。 天然岩石主要有石灰石、大理石、白云石、方解石、白垩、石灰华等； 化工副产品主要有电石渣（消化电石而得）等: 制造： CaCO3+178?103J/mol?CaO+CO2? 最佳煅烧温度——过火石灰和欠火石灰 碳酸钙的分解取决于温度、压力、介质和石灰石原料的致密度及块度的形状和均匀度。 原料中含有的MgO杂质对生石灰的制造也有影响，MgCO3比CaCO3煅烧温度低，因而先分解，等CaCO3分解时，MgO的致密度大增，消化性能降低，影响了生石灰的性能。 所以生石灰的最佳煅烧温度不是一成不变的。 三、  生石灰的性质 （一）物理性能 1.  晶形和晶格结构 CaO具有面心立方晶格，晶格常数a=0.48nm，MgO也是面心立方晶格，a=0.4203nm，所以白云石（CaCO3:MgCO3=1:1）密度比石灰石（主要是CaCO3 ）高。 2.  煅烧度——石灰被煅烧的程度  轻烧石灰、中烧石灰和硬烧石灰及死烧石灰 3.  体积密度——随煅烧度的增加而增大。 4.  气孔率      开口（连通、半连通）及全封闭孔 5.  颜色——与比表面积和杂质含量有关。  （二）化学性质 1.  与水的作用——消化、熟化 CaO+H2O?Ca(OH)2+6.49?104J 消化与煅烧度、颗粒大小、外加剂、温度有关 石灰的消化特点： （1）大量放热； （2）比表面积急剧增加，以及块状生石灰变为粉末状消石灰； （3）石灰粒子在水中形成石灰胶团结构。 2.  与CO2作用——碳化 Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O CO2与H2O先形成H2CO3，然后与Ca（OH）2发生反应，因此只有在半潮湿、升压和升温状态下的CaO或CO2浓度大的条件下，碳化作用才明显。 碳化与石灰乳的形成及硬化有关。  3.  与SiO2的作用——在高温下（1000~1200），与SiO2反应形成C2S。 4.  其他反应 四、熟石灰的制造 1.  湿消化：在消化槽中，给石灰块和石灰粉不停的浇水，并不断搅拌，直至放热结束。 2.  干消化：石灰工业企业中，常用到。见图1-17 3.  加压消化：常见于难消化的石灰，如硬烧石灰、镁质石灰等。 4.  工业副产品：生产乙炔工业中： CaC2+2H2O=C2H2?+Ca(OH)2 五、熟石灰的性质 （一）物理性质 1.  晶形和晶体结构 2.  密度和堆积密度 3.  硬度 4.  粒度和比表面积 5.  溶解度 6.  热性能 7.  颜色 （二）化学性质 （三） 其他性质 1.  流动性 2.  可塑性及和易性 3.  产浆量 4. 沉降体积 5.  均匀性 六

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