第二章无机胶凝材料

无机气硬性胶凝材料胶凝材料：能够把散粒状材料或块体材料粘结为一个整体的材料。按化学成分分类：1.有机胶凝材料：沥青、天然与合成树脂2.无机胶凝材料：气硬性凝胶材料和水硬性凝胶材料

气硬性材料：只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持和发展其强度。耐水性差。

水硬性材料：即能在空气中硬化，又能水中更好地硬化，并保持和发展其强度。

常用的气硬性胶凝材料：石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等。常用的水硬性胶凝材料：各种水泥。一、石灰的原料与生产

原料：含碳酸钙为主的天然岩石：石灰石、白云质石灰石等。

生产：碳酸钙在高温下煅烧，即得块状生石灰。正常温度下煅烧得到石灰特点：具有多孔结构，内部孔隙率大、晶粒细小、体积密度小，与水左右快。欠火石灰：含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧的石灰。其降低了石灰的利用率，但不会带来危险。

过火石灰：煅烧温度过高或煅烧时间过长，过火石灰的结构致密、孔隙率小、体积密度大，并且晶粒粗大，表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包裹，因此过火石灰与水作用的速度极慢，不利于石灰的使用。1.石灰的熟化

指生石灰（氧化钙）与水发生作用生成熟石灰（氢氧化钙）的过程。熟石灰也称消石灰。

特点：伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速膨胀。

注意：因为过火石灰与水反应慢，所以为了避免过火石灰在使用以后，因吸收水分而逐步熟化膨胀，使已硬化的砂浆或制品隆起、开裂等破坏现象。因此使用前先用筛网除掉较大尺寸过火石灰及欠火石灰颗粒，再将其于储灰池中放置7天以上，石灰膏的表面须保持有一层水。

2.石灰的硬化

干燥硬化：指石灰浆体在干燥过程中，因失水使得氢氧化钙颗粒间的接触变得紧密，结构紧缩、硬化产生一定的强度，并发送明显地体积收缩。

碳化硬化：指氢氧化钙在潮湿环境中吸收空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体的过程。

因空气中的二氧化碳的浓度很低，所以碳化过程极为缓慢。石灰砂浆多用于抹面，石灰具有良好的保水性质。生石灰：按石灰中氧化镁的含量分为钙质石灰（MgO《5%），镁质石灰（MgO>5%).

消石灰：钙质消石灰粉（MgO<4%),镁质消石灰粉（4%《MgO<24%),白云石消石灰粉（24%《MgO<30%).建筑生石灰的技术要求：包括有效氧化钙和有效氧化镁含量、未消化残渣含量（即欠火石灰、过火石灰及杂质的含量）、二氧化碳含量及产浆量（指1kg生石灰制得石灰膏的体积数L)，由此划分等级。建筑生石灰粉的技术要求：包括有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量即细度，并由此划分为优等品、一等品和合格品。建筑消石灰粉的技术要求：包括有效氧化钙和氧化镁含量、游离水含量、体积安定性及细度，并由此划分为优等品、一等品和合格品。（一）石灰的性质1.保水性与可塑性好：用来改善水泥砂浆的保水性，配制成水泥石灰混合砂浆。2.凝结硬化慢、强度低

3.耐水性差：硬化后的石灰浆体的主要成分为氢氧化钙，仅少量的碳酸钙。而氢氧化钙可微溶于水，所以石灰的耐水性很差。4.干燥收缩大：氢氧化钙颗粒吸附的大量水分不断蒸发，使石灰浆体产生很大的收缩而开裂。所以石灰除粉刷外不宜单独使用，常掺入砂子等。1.石灰乳和砂浆

石灰加大量的水所得的稀浆，即为石灰乳。主要用于要求不高的室内粉刷。

利用石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑。2.灰土与三合土

消石灰粉与黏土拌合后称为灰土或石灰土，再加砂或石屑炉渣等即成。广泛用于建筑物的基础和道路的垫层。3.硅酸盐混凝土及其制品

以石灰与硅质材料为主要原料，经磨细、配料、拌合、成型、养护等工序得到的人造石材，其主要产物为水化硅酸钙，称为硅酸盐混凝土。一、石膏的生产与品种

生产石膏的原料：含硫酸钙的天然二水石膏（又称生石膏）或含硫酸钙的化工副产品和废渣（如磷石膏、氟石膏、硼石膏等），其化学式为CaSO4·2H2O。石膏的品种（将天然二水石膏在不同温度下煅烧）：1.建筑石膏：将二水石膏在107~170℃的干燥状态下加热，脱去部分水分即得熟石膏，也称半水石膏（CaSO4·1/2H2O).

该半水石膏的晶粒较为细小，称为β型半水石膏，将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为建筑石膏。2.模型石膏

模型石膏也为β型半水石膏，但杂质少、色白。主要用于陶瓷的制坯工艺，少量用于装饰浮雕。3.高强度石膏

将二水石膏置于蒸压釜中，在127kPa的水蒸汽中脱水，得到晶粒比β型半水石膏粗大、使用时拌合用水量少的半水石膏，称为α型半水石膏。将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为高强度石膏。

主要用于室内高级抹灰、装饰制品、石膏板等。1.建筑石膏的水化：

加水拌合后，与水发生水化反应，生产二水石膏（结晶析出）。2.建筑石膏的凝结与硬化

水化的进行，不断生成二水石膏，其更加细小，比表面积很大，吸附着很多的水分；同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发不断减少，浆体的稠度不断增加，胶体微粒间的接近及相互之间不断增加的范得华力，使浆体逐渐失去可塑性，即浆体产生凝结。

随着水化的不断进行，二水石膏胶体微粒凝聚并转变为晶体。晶体颗粒逐渐长大，且晶体颗粒间相互搭接、交错、共生，产生强度，即浆体产生了硬化。浆体的凝结硬化是一个连续进行的过程：浆体初凝：浆体开始失去可塑性的状态；浆体终凝：浆体完全失去可塑性，并开始产生强度初凝时间：从加水至终凝的时间；终凝时间：从加水至终凝的时间。（一）建筑石膏的组成、分类与标记按国家标准《建筑石膏》GB/T9776—2008规定：1.建筑石膏组成中的β型半水石膏的含量（质量分数）不小于60.0%；2.建筑石膏根据原材料种类不同分为:天然建筑石膏，脱硫建筑石膏和磷建筑石膏，代号分别为N,S和P。建筑石膏根据2小时抗折强度分为3.0,2.0,1.6三个等级。产品标记时，按产品名称、代号、等级及标准编号的顺序标记，如等级为2.0的天然建筑石膏标记为：N2.0GB/T9776-2008.(二）物理力学性能（一）建筑石膏的性质1.凝结硬化快

浆体在10min内开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度。2h强度可达到3~6Mpa，7d可达到8~12Mpa。2.体积微膨胀

凝结硬化初期产生微膨胀，膨胀率为0.5%~1.0%。使石膏制品的表面光滑、尺寸精确、形体饱满，装饰性好，加之石膏制品洁白、细腻，适合于制作建筑装饰制品。3.孔隙率大

石膏制品的孔隙率达50%~60%，导热系数小，吸声性较好，属于轻质保温材料。但是抗渗性、抗冻性和耐水性差。4.具有一定的调温和调湿性能

建筑石膏制品的比热较大，因而具有一定的调节温度的作用。内部的大量的毛细孔隙对空气中的水蒸气具有较强的吸附能力，所以对室内空气的湿度有一定的调节作用。5.防火性好、但耐火性较差

导热系数小，传热慢，其二水石膏受热脱水时吸热，且产生的水蒸气能阻碍火势的蔓延。但是二水石膏脱水后，强度下降，因而不耐火。室内抹灰和粉刷纸面石膏板纤维石膏板装饰石膏板空心石膏板吸声用穿孔石膏板一、镁质胶凝材料

定义：又称菱苦土、镁氧水泥、氯氧镁水泥。以天然菱镁矿（MgCO3）为主要原料，经700~850℃煅烧后磨细而得的以氧化镁（MgO)为主要成分的气硬性凝胶材料。

特征：镁质胶凝材料是白色或浅黄色的粉末，密度为3.1~3.4g/cm3，堆积密度为800~900kg/m3

性能：若与水拌合，则迅速水化生产氢氧化镁，并放出较多的热量。但是氢氧化镁在水中的溶解度很小，生产的氢氧化镁立即沉淀析出，其内部结构松散且浆体的凝结硬化很慢，硬化后的强度也低。所以在使用时常用氯化镁水溶液（MgCl2·6H2O,也称卤水）来搅拌，硬化后的主要产物是氧化镁（xMgO·yMgCl2·zH2O)与氢氧化镁。

采用卤水搅拌后的浆体，初凝时间为30~60min，1d强度可达到最高强度的60%~80%，7d左右可达最高强度（40~70Mpa）。1.与刨花、木丝、木屑、玻璃纤维等复合，制成刨花板、木丝板、木屑板、玻璃纤维增强板等。作内墙、隔墙、天花板等用。刨花板木丝板木屑板玻璃纤维增强板2.与木屑、颜料等配制成菱苦土地板，具有保温、防火、防爆及一定的弹性。3.在镁质胶凝材料中掺入适量的泡沫，可制成泡沫菱苦土，是一种多孔轻质的保温材料。镁质胶凝材料显著的缺点：吸湿性大，耐水性差，当空气相对湿度大于80%时，制品易吸潮产生变形或翘曲现象。一、水玻璃的组成1.水玻璃：又称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。钠水玻璃：硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。

钾水玻璃：硅酸钾（K2O·nSiO2)的水溶液。2.水玻璃的特征：

水玻璃为青灰色或淡黄色粘稠状液体。3.水玻璃的模数：二氧化硅与氧化钠的摩尔数的比值n。水玻璃的模数越高，越难溶于水，水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘结力与强度、耐热性与耐酸性越高。4.水玻璃的浓度越高，则水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力与强度、耐热性与耐酸性越高。但是水玻璃的浓度太高，则黏度太大不利于施工操作。

可通过加热浓缩或加水稀释的办法来调整。水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化。但空气中二氧化碳浓度较低，所以为了加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠（Na2SiF6）作为促硬剂。

注意：氟硅酸钠的加入量为12%~15%最佳，过少，硬化慢，硬化不充分，强度和耐水性较低；过多，凝结过速，造成施工困难，且强度和抗渗性均降低。水玻璃凝结硬化后，具有以下特性：1.粘结性强、强度较高2.耐酸性好：二氧化硅可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。3.耐热性好：硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。4.耐碱性和耐水性差：由于水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，Na2O·nSiO2可溶入水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。

为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。1.用作耐酸材料，配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等2.用作耐热材料，配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥3.涂刷材料表面，提高抗风化能