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建工微生活

建筑与装饰材料系列——（五），气硬性胶凝材料

胶凝材料是指经过自身物理化学作用后，能够由浆体变成固体并在变化过程中把一些散粒材料或块状材料胶结成整体的材料。

一、胶凝材料的分类

胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两类。

1.无机胶凝材料

是以无机矿物为主要成分的胶凝材料。无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。

(1)气硬性胶凝材料：是指只能在空气中硬化并保持和发展其强度，一般只适用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境或水中，如石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。

(2)水硬性胶凝材料：不仅可用于干燥环境，而且能更好的在水中保持并继续发展其强度，如各种水泥等，水硬性胶凝材料即适用于干燥环境，又适用于潮湿环境或水下工程。

2.有机胶凝材料

是指以天然或人工合成的高分子化合物为基本组分的一类胶凝材料，如沥青、树脂等。

3.适用情况

无机胶凝材料按照其硬化条件可分为气硬件胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化并保持和发展其强度，一般只适用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境或水中，如石膏、石、水璃和菱苦土等；硬性胶凝材料不仅可用于干燥环境，而且能更好地在水中保持并继续发展其强度，如各种水泥等。水硬性胶凝材料既适用于干燥环境，又适用于潮湿环境或水下工程。

二、建筑石灰

建筑石灰是一种古老的建筑材料，它是不同化学组成物理形态的生石灰、消石灰的统称。由于其来源广泛、生产工艺简单、成本低廉、所以至今仍被广泛应用于建筑工程中。

1.生石灰的生产及品种

生产生石灰的主要原料是以含CaCO3为主的天然岩石，如生石灰、白垩等。将这些原料在高温下煅烧，即得生石灰。

在煅烧过程中，由于火候控制的不均匀，会出现过火石灰、欠火石灰和正火石灰。正火石灰是正常温度下煅烧得到的石灰，具有多孔结构，内部孔隙率大，表观密度小，与水作用速度快；欠火石灰是由于煅烧温度过低或煅烧时间不足，石灰石分解不完全，所得石灰胶凝性差；过火石灰是由于煅烧温度过高或煅烧时间过长而产生的。过火石灰内部结构致密，CaO晶粒粗大表面被一层玻璃釉状物包裹，熟化十分缓慢，可能在石灰使用之后熟化，体积膨胀。

根据其成品的加工方法不同，石灰分为以下四种成品：

(1)块状生石灰：是由石灰石烧成的白色或灰色流松结构的块状物，主要成分为CQ2密度.40g/cm3，表观密度~kg/m3。块状生石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成熟石灰粉，还会再吸收空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，失去胶结能力。所以贮存生石灰块，不但要防止受潮，也不宜贮存过久，一般是运到现场后，立即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。

(2)磨细生石灰粉

磨细生石灰粉是以块状生石灰为原料经破碎、磨细而成，也称建筑生石灰粉。目前，建筑工程中大量采用磨细生石灰粉釆代替石灰膏或消石灰粉配制砂浆或灰土，或直接用于制造硅酸盐制品，其主要优点如下：

①磨细生石灰粉具有很高的细度，表面积极大，水化反应速度可大大提高，所以可不经“陈伏”而直接使用，提高了工效。

②过火石灰由于磨细加快了熟化，欠火石灰也因磨细混合均匀，提高了石灰的质量和利用率。

③石灰的熟化过程与硬化过程合二为一，熟化时产生的热量能促进硬化，克服了石灰硬化慢的缺点。

(3)消石灰粉

消石灰粉是将块状生石灰淋以适量的水，经熟化所得的主要成分为Ca的粉末状产品。

(4)石灰膏

石灰膏是将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3~4倍)消化，或将消石灰粉和水拌合而成的膏状物，其主要成分为Ca(OH)2。石灰膏的表观密度为~kg/m3，常用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆，也常调制混合砂浆。

2.生石灰的熟化

(1)熟化过程

熟化(也称淋灰)是指生石灰加水反应生成氢氧化钙，同时放出一定热量的过程，其生石灰的水化能力极强，同时放出大量的热，生石灰在最初1h放出的热量几乎是硅酸盐水泥1d放热量的9倍。熟化后体积可增长1一2.5倍一般煅烧良好、氧化钙含量高、杂质少的生石灰，不但熟化速度快，放热量大，而且体积膨胀也大。

(2)熟化方法

熟化成石灰膏。在化灰池中，生石灰加大量的水熟化成石灰乳，然后经筛网流入储灰池，经沉淀去除多余的水分得到的膏状物即为石灰膏。为消除过火石灰对工程的危害，在熟化过程中先将较大尺寸的过火石灰(同时包括大块尺寸的欠火石灰)用筛网剔除，之后石灰膏要在储灰池中存放两周以上，即“陈伏”，“陈伏”期间，为防止石灰与空气中的二氧化碳发生碳化反应，石灰膏表面应保持一层水分，用以隔绝空气。

3.石灰的性质

(1)良好的可塑性及保水性

(2)凝结硬化慢，强度低

(3)耐水性差

(4)体积收缩大

4.石灰的应用

(1)拌制灰土和三合土

(2)配制石灰砂浆和石灰乳

(3)生产硅酸盐制品

(4)生产碳化石灰板

(5)加固含水的软土地基

(6)利用生石灰配制无熟料水泥

三、建筑石膏

1.石膏的生产与种类

石膏作为传统的气硬性胶凝材料，在建筑中已得到广泛的应用。其制品具有质轻、耐火、隔声、绝热等优良性能。近年来各种建筑石膏制品发展很快，是一种极有发展前途的高效节能材料。美国目前80%的住宅用石膏板作内墙和吊顶，在日本、欧洲，石膏板的应用也很普遍。另外，石膏作为重要的外加剂，广泛应用于水泥、水泥制品及硅酸盐制品的生产中。

(1)建筑石膏：将天然二水石膏在炒锅或沸腾炉内煅烧(温度控制在~°℃)，二水石膏脱水成为细小晶体的型半水石膏，再经磨细制成的白色粉末称为建筑石膏。

(2)高强石膏：将二水石膏置于蒸压锅内，经0.13MPa的水蒸气(℃)蒸压脱水，得到的晶粒比B型半水石膏粗大，称为a型半水石膏，将此石膏磨细得到的白色粉末称为高强石膏。

2.建筑石膏的性质

(1)凝结硬化快

(2)体积微膨胀性

(3)硬化后孔隙率高

(4)防火性好但耐火性差

(5)环境的调节性

(6)耐水性抗冻性差

3.建筑石膏的应用

(1)室内抹灰和粉刷

(2)用作建筑石膏制品，如纸面石膏板、装饰石膏板、吸声用穿孔石膏板、石膏艺术制品。

三、水玻璃

1.水玻璃的生产

水玻璃的生产方法有湿法生产和干法生产两种。湿法生产是将石英砂和氢氧化钠水溶液在压蒸锅内(0.2~0.3MPa)用蒸汽加热溶解而制成水玻璃溶液；干法是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在~℃温度下熔融。

2.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。用水玻璃配制的水玻璃混凝土，抗压强度可达到15~40MPa，水玻璃胶泥的抗拉强度可达2.5MPa。此外，水玻璃硬化后析出的硅酸凝胶还可堵塞毛细孔隙，防止水分渗透。

(2)耐酸性好

硬化后的水玻璃的主要成分是硅酸凝胶，所以它能抵抗大多数无机酸和有机酸的侵蚀，尤其是在强氧化酸中仍有较高的化学稳定性，但水玻璃不耐碱性介质侵蚀。

(3)耐热性高

水玻璃硬化后形成SO2无定形硅酸凝胶，在高温下强度并不降低，甚至有所增加，因此具有良好的耐热性能。

3.水玻璃的用途

(1)涂刷材料的表面

将液体水玻璃直接涂刷在黏土砖、水泥混凝土等多孔材料表面，可提高材料抗风化能力和耐久性。其原因是水玻璃硬化后可形成硅酸凝胶，同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙作用生成硅酸钙胶体，可填充毛细孔隙，使材料致密。需注意，硅酸钠水玻璃不能用来涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙发生反应可生成硫酸钠，并在制品孔隙中结晶膨胀,导致制品破坏将水玻璃溶液和氯化钙溶液通过金属管道交替灌入地下，由于两种溶液发生化学反应。

(2)加固土壤

生成硅酸凝胶体，这些凝胶体包裹土壤颗粒并填充其孔隙，起胶结作用。另外，硅酸胶体因吸收地下水经常处于膨胀状态，阻止水分的渗透，因而不仅可以提高地基的承载力，而且可以提高其不透水性。用这种方法加固的砂土地基，抗压强度可达3~6MPa将液态水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和氟硅酸钠按表56的比例配合成砂浆，压人砖。

(3)修补砖墙裂缝

对墙裂缝，可起到粘结和增强的作用。掺入的矿渣粉不仅起到填充和减少砂浆收缩作用，而且还能与水玻璃反应，增加砂浆的强度。使用时先将砂和矿渣粉拌匀，然后与干料共同拌成砂浆。氟硅酸钠有毒，操作时应戴防护口罩。

气硬性胶凝材料是非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。

「建工系学生会记者站出品」

主编｜董璐松魏钰霖

编辑｜朱运强魏子轩