建筑材料（第2版）-第3章

３.１石灰３.１.１石灰的生产工艺概述将主要成分为碳酸钙和碳酸镁的岩石经高温煅烧（加热至９００℃以上），逸出ＣＯ２气体，得到的白色或灰白色的块状材料即为生石灰，其主要化学成分为氧化钙（ＣａＯ）和氧化镁，化学反应式如下：优质的石灰色泽洁白或略带灰色，质量较轻，其堆积密度为８００～１０００ｋｇ／ｍ３。石灰在烧制过程中，由于石灰石原料尺寸过大或窑中温度不均等，石灰中含有未烧透的内核，这种石灰即称为“欠火石灰”。欠火石灰的颜色发青且未消化残渣含量高，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏粘结力。下一页返回３.１石灰另一种情况是由于煅烧温度过高，时间过长而使石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢，这种石灰称“过火石灰”。过火石灰使用时消解缓慢，甚至用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致灰层表面剥落或产生裂缝等，故危害极大。３.１.２石灰的消化和硬化１.石灰的消化生石灰在使用前一般都需加水消解，这一过程称为“消化”或“熟化”。消化后的石灰称为“消石灰”或“熟石灰”。其反应式如下：上一页下一页返回３.１石灰该化学反应为放热反应，消化过程中体积增大１～２．５倍。石灰消解的理论加水量为石灰质量的３２％，但由于消化过程中水分的损失，实际加水量需达７０％以上。在石灰的消解期间应严格控制加水量和加水速度。对消解速度快、活性大的石灰，消解时加水速度要快且水量充足，并加速搅拌，避免已消解的石灰颗粒包围于未消化颗粒周围，使内部石灰不易消解。对消解速度慢的石灰，应用相反措施，使生石灰充分消解，尽量减少未消化颗粒含量。为保证生石灰充分熟化，一般在工地上将块状生石灰放在化灰池内，加水经过两周以上时间的消化，这个过程称为“陈伏”。石灰浆在陈伏期间，其表面应有一层水分，使之与空气隔绝从而防止碳化。上一页下一页返回３.１石灰２.石灰的硬化石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳化硬化两部分。（１）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）。石灰浆在干燥过程中游离水逐渐蒸发或被周围砌体吸收，氢氧化钙从饱和溶液中结晶析出，固体颗粒互相靠拢粘紧，强度也随之提高。其反应式如下：（２）硬化石灰浆的碳化硬化（碳化作用）。氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙晶体。石灰碳化作用只在有水的条件下才能进行，其反应式如下：上一页下一页返回３.１石灰石灰浆体的硬化包括上面两个同时进行的过程，即表层以碳化为主，内部则以干燥硬化为主。纯石灰浆硬化时会发生收缩开裂，所以工程上常将石灰与砂子配置成石灰砂浆使用。３.１.３石灰的技术要求和技术标准１.技术要求用于建筑工程的石灰应符合下列技术要求。（１）有效氧化钙和氧化镁含量。石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。上一页下一页返回３.１石灰（２）生石灰产浆量。是指单位质量（１ｋｇ）的生石灰经消化后所产石灰浆体的体积（Ｌ）。（３）未消化残渣含量。是生石灰消化后，未能消化而存留在５ｍｍ圆孔筛上的残渣质量占试样质量的百分率。其含量越多，石灰质量越差，须加以限制。（４）二氧化碳（ＣＯ２）含量。控制生石灰或生石灰粉中ＣＯ２含量指标，是为了检验石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。（５）消石灰游离水含量。是指化学结合水以外的含水量。上一页下一页返回３.１石灰（６）细度。细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘结性。２.技术标准（１）建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》（ＪＣ／Ｔ４７９—２０１３）、《建筑消石灰》（ＪＣ／Ｔ４８１—２０１３）的规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类，见表３-１。建筑生石灰的化学成分应符合表３-２的规定，建筑生石灰的物理性质应符合表３-３的规定。上一页下一页返回３.１石灰（２）消石灰技术标准。建筑消石灰按扣除游离水和结合水后（ＣａＯ＋ＭｇＯ）的百分数加以分类，见表３-４。建筑消石灰的化学成分和物理性质分别见表３-５和表３-６。３.１.４石灰的性质（１）保水性和可塑性好。生石灰消化生成的氢氧化钙颗粒极细小，比表面积大，对水的吸附能力强。这一性质常用来改善砂浆的保水性（２）硬化慢、强度低。石灰浆的碳化很慢，强度低。如石灰砂浆（１∶３）２８ｄ强度仅为０．２～０．５ＭＰａ。上一页下一页返回３.１石灰（３）耐水性差。石灰在硬化后，其内部成分大部分为氢氧化钙，仅有极少量的碳酸钙。由于氢氧化钙可微溶于水，故耐水性极差，软化系数接近于零，即浸水后强度丧失殆尽。（４）硬化时体积收缩大。氢氧化钙吸附的大量水在蒸发时产生很大的毛细管压力，致使石灰制品开裂。因此石灰不宜单独使用。（５）吸湿性强。生石灰吸湿性强，保水性好，是传统的干燥剂。３.１.５石灰的应用与储运１.石灰的应用（１）石灰乳涂料和砂浆。上一页下一页返回３.１石灰①石灰乳，即石灰浆，可用于要求不高的室内粉刷。②利用石灰膏或消石灰粉配制成石灰砂浆或混合砂浆，可用于建筑物的抹灰和砌筑。利用生石灰粉制砂浆时，砂浆的硬化速度比利用熟石灰时快许多（熟化放出的热量可加速石灰硬化），且可不经陈伏直接使用。（２）灰土与三合土。消石灰粉与黏土拌和后称为灰土，若再加砂（或炉渣、石屑等）即成三合土。由于消石灰可塑性好，在夯实或压实下，灰土和三合土密实度增大，并且黏土中的少量活性氧化硅和氧化铝与石灰反应生成了少量的水硬性水化产物，故二者的密实程度、强度和耐水性得到改善。因此，灰土和三合土广泛用于建筑物的基础和道路的垫层。上一页下一页返回３.１石灰（３）制作硅酸盐制品。磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料经配料、混合、成型，经常压或高压蒸汽养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品，如灰砂砖、粉煤灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。２.石灰的储运石灰在储存和运输的过程中要防止受潮，且储存时间不宜过长，否则磨细的生石灰粉会吸收空气中的水分自行消化，然后再与二氧化碳反应形成碳化层失去胶结性能。如需较长时间储存生石灰，最好将其消解成石灰浆并使其表面隔绝空气，以防碳化。此外，石灰不宜与易燃、易爆品共同储运。上一页返回３.２石膏３.２.１石膏的生产１.石膏的生产及原料将天然二水石膏（ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ，又称为生石膏或软石膏）加热脱水而得熟石膏，反应式如下：常压下将二水石膏煅烧加热到１０７～１７０℃，可产生β型建筑石膏。１２４℃条件下压蒸（１．３个大气压）加热可产生α型建筑石膏。α型半水石膏与β型半水石膏相比，结晶颗粒较粗，比表面积较小，强度高，因此它又称为高强石膏。下一页返回３.２石膏２.石膏的分类石膏根据其中结晶水含量的不同可分为以下几种。（１）无水石膏（ＣａＳＯ４）：也称硬石膏，它结晶紧密，质地较硬，是生产硬石膏水泥的原料。（２）天然石膏（ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ）：也称生石膏或二水石膏，大部分自然石膏矿为生石膏，是生产建筑石膏的主要原料。（３）建筑石膏（ＣａＳＯ４·１／２Ｈ２Ｏ）：也称熟石膏或半水石膏，由生石膏加工而成，根据其内部结构不同可分为α型半水石膏和β型半水石膏。上一页下一页返回３.２石膏３.建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌和后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：随着二水石膏沉淀的不断增加，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摩擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间摩擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象称为石膏的终凝。上一页下一页返回３.２石膏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。实际上石膏浆体的凝结和硬化是交叉进行的。３.２.２建筑石膏的技术要求建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间方面的要求，按其２ｈ强度（抗折）按分为３．０、２．０、１．６三个等级。具体技术要求见表３-７。上一页下一页返回３.２石膏３.２.３建筑石膏的特性１.凝结硬化速度快建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为１０ｍｉｎ左右，终凝时间不超过３０ｍｉｎ，对于普通工程施工操作十分方便。有时需要的操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐、酒精废液等。２.凝结硬化时的膨胀性建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（０．２％～１．５％），这种膨胀不仅不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，避免了普通材料干燥时出现的开裂。上一页下一页返回３.２石膏３.硬化后的多孔性，质量轻，强度低建筑石膏在使用时为获得良好的流动性，加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化过程中由于水分的蒸发，原来充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部产生大量微孔，使其质量减轻，其抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度为００～１０００ｋｇ／ｍ３，抗压强度为３～５ＭＰａ。４.良好的隔热、吸声和“呼吸”功能石膏硬化体中大量的微孔使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构使石膏具有呼吸水蒸气的功能。上一页下一页返回３.２石膏５.防火性好，耐水性差硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出２１％左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱，部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。６.有良好的装饰性和可加工性石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化后的石膏可锯、可刨、可钉，具有良好的可加工性。上一页下一页返回３.２石膏３.２.４建筑石膏的应用与储运１.石膏的应用（１）用于室内抹灰及粉刷。石膏洁白细腻，用于室内抹灰、粉刷，具有良好的装饰效果。（２）制作石膏制品。由于石膏制品质量轻，且可锯、可刨、可钉，加工性能好，同时石膏凝结硬化快，制品可连续生产，工艺简单，能耗低，生产效率高，施工试制品拼装快，可加快施工进度等，所以，它有广阔的发展前途。我国生产的石膏制品主要有纸面石膏板、纤维石膏板、石膏装饰板、天花板等。这些板的厚度为９～１８ｍｍ，使用时需采用龙骨连接。上一页下一页返回３.２石膏２.石膏的储运建筑石膏在运输和储存时不得受潮和混入杂物。不同等级应分别储运，不得混杂。自生产之日起，建筑石膏的储存期为３个月。储存期超过３个月的建筑石膏，应重新进行检验，以确定其等级。上一页返回３.３水玻璃３.３.１水玻璃的定义及分类水玻璃俗称泡花碱，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，水玻璃化学通式为Ｒ２Ｏ·nＳｉＯ２，其中n为ＳｉＯ２与Ｒ２Ｏ的摩尔数的比值，常见的水玻璃品种有硅酸钠水玻璃（Ｎａ２Ｏ·nＳｉＯ２）、硅酸钾水玻璃（Ｋ２Ｏ·nＳｉＯ２）、硅酸锂水玻璃（Ｌｉ２Ｏ·nＳｉＯ２）等，最常用的是硅酸钠水玻璃。根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（n＜３）和“中性”水玻璃（n≥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。模数是硅酸钠的重要参数，一般为１．５～３．５。n为１时，常温水即能溶解，n加大时需热水才能溶解，n大于３时需４个大气压以上的蒸汽才能溶解。下一页返回３.３水玻璃硅酸钠模数越大，氧化硅含量越多，硅酸钠黏度增大，易于分解硬化，粘结力增大，因此不同模数的硅酸钠有着不同的用处。３.３.２水玻璃的硬化液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。由于空气中ＣＯ２浓度较低，这个过程进行得很慢，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质量的１２％～１５％。上一页下一页返回３.３水玻璃３.３.３水玻璃的技术性质（１）粘结力强。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。（２）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是ＳｉＯ２，具有很好的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用，但其不耐碱性介质侵蚀。（３）耐热性高。水玻璃不燃烧，硬化后形成ＳｉＯ２空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加上一页下一页返回３.３水玻璃３.３.４水玻璃的应用１.用做涂料，涂刷材料表面直接将液