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　　第三節(jié) 氣硬性膠凝材料

　　一、石灰

　　石灰(生石灰Ca0)是在土木建筑工程中使用很早的礦物膠凝材料之一。 1.石灰的原料

　　石灰是由含碳酸鈣(CaC03)較多的石灰石經(jīng)過高溫鍛煉生成的氣硬性膠凝材料，其主要成分是氧化鈣。石灰呈白色或灰色塊狀，根據(jù)它的塊末比情況，其表觀密度為1200～l400kg/。

　　石灰加水后便消解為熟石灰Ca(OH)2，這個(gè)過程稱為石灰的熟化。石灰熟化過程中，放出大量的熱量，溫度升高，一其體積增大1～2.5倍。因此未完全熟化的石灰不得用于拌制砂漿，防止抹灰后爆灰起鼓。

　　2.石灰膏

　　石灰加大量水熟化形成石灰漿，再加水沖淡成為石灰乳，俗稱淋灰。石灰乳在儲(chǔ)灰池中完成全部熟化過程，經(jīng)沉淀濃縮成為石灰膏。

　　石灰膏的另_來源是化學(xué)工業(yè)副產(chǎn)品。例如用碳化鈣(電石，CaC2)加水制取乙炔時(shí)所產(chǎn)生的電石渣，主要成分也是氫氧化鈣。石灰膏表觀密度為l300～l400kg/。每立方米石灰膏生石灰630kg左右。

　　3.石灰的硬化

　　石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下述兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程來完成的。 結(jié)晶作用―一游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中形成結(jié)晶。 碳化作用――氫氧化鈣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)，這個(gè)過程持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。碳化作用對(duì)石灰后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)有較大貢獻(xiàn)。 4.石灰的技術(shù)性質(zhì)和要求

　　生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)(直徑約為l)的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿突出的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的可塑性，在水泥砂漿中摻人石灰漿，可使可塑性顯著提高。

　　石灰的硬化只能在空氣中進(jìn)行，且硬化緩慢，硬化后的強(qiáng)度也不高，受潮后石灰溶解，強(qiáng)度更低，在水中還會(huì)擴(kuò)散。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下使用，也不宜單獨(dú)用于建筑物的基礎(chǔ)。

　　石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。

　　塊狀生石灰放置太久，會(huì)吸收空氣中的水分而熟化成消石灰粉，再與空氣中的二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。由于生石灰受潮熟化時(shí)放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲(chǔ)存和運(yùn)輸生石灰時(shí)還要注意安全。

　　5.石灰的應(yīng)用

　　(1)制作石灰乳涂料。將消石灰粉或熟化好的石灰膏加人大量水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳。石灰乳是一種廉價(jià)易得的傳統(tǒng)涂料，主要用于室內(nèi)墻面和頂棚粉刷。石灰乳中加入各種耐堿顏料，可形成彩色石灰乳。

　　(2)配制砂漿。用熟化并“陳伏’’好的石灰膏和水泥、砂配制而成的水泥石灰混合砂漿是目前用量最大、用途最廣的砌筑砂漿;用石灰膏和砂或麻刀或紙筋配制成的石灰砂漿、麻刀灰、紙筋灰，廣泛用作內(nèi)墻、天棚的抹面砂漿：此外，石灰膏還可稀釋成石灰乳，用作內(nèi)墻和天棚的粉刷涂料。

　　(3)拌制灰土或三合土。將消石灰粉和黏土按一定比例拌和均勻、夯實(shí)而形成灰土，如一九灰土、二八灰土及三七灰土。若將消石灰粉、黏土和骨料(砂、碎、磚塊、爐渣等)按一定比例混合均勻并夯實(shí)，即為三合土?；彝梁腿贤翉V泛用作基礎(chǔ)、路面或地面的墊層，它的強(qiáng)度和耐水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出石灰或黏土。其原因是黏土顆粒表面的少量活性氧化硅、氧化鋁與石灰之間產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水硬性礦物的緣故。石灰改善了黏土可塑性，在強(qiáng)夯之下，密實(shí)度提高也是其強(qiáng)度和耐水性改善的原因之一。

　　(4)生產(chǎn)硅酸鹽制品。以磨細(xì)生石灰(或消石灰粉)或硅質(zhì)材料(如石英砂、粉煤灰、礦渣等)為原料，加水拌和，經(jīng)成型、蒸壓處理等工序而成的材料統(tǒng)稱為硅酸鹽制品，多用作墻體材料。

　　，石膏

　　石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料?！捎谑嗄z凝材料及其制品具有許多優(yōu)良性質(zhì)，原料來源豐富，生產(chǎn)能耗低，因而在土木建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。

　　1.石膏的原料及生產(chǎn)

　　生產(chǎn)石膏的主要原料是天然二水石膏，又稱軟石膏，含有二水石膏(CaS04.2H20)或含有CaS04.2H20與CaS04的混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣(如磷石膏、氟石膏、硼石膏等)也可作為生產(chǎn)石膏的原料。

　　生產(chǎn)石膏的主要工序的破碎、加熱煅燒與磨細(xì)。由于加熱方式和溫度不同，可生產(chǎn)不同性質(zhì)的石膏品種，統(tǒng)稱熟石膏。

　　將天然二水石膏加熱，隨溫度的升高，發(fā)生如下變化：

　　溫度65℃～75℃時(shí)，開始脫水，至107℃～170℃時(shí)，生成半水石膏。

　　在該階段中，因加熱條件不同，所獲得的半水石膏有a型和p型兩種形態(tài)。若將二水石膏在非密閉的窯爐中加熱脫水，得到的盧型半水石膏，稱為建筑石膏。建筑石膏的晶粒較細(xì)，調(diào)制成一定稠度的漿體時(shí)，需水量較大，因而硬化后強(qiáng)度較低。若將二水石膏置于0.13MPa.124℃的過飽和蒸汽條件下蒸煉脫水，或置于某些鹽溶液中沸煮，可得到及型半水石膏，稱為高強(qiáng)石膏。高強(qiáng)石膏的晶粒較粗，調(diào)制成一定稠度的漿體時(shí)，需水量較小，因而硬化后強(qiáng)度較高，可用于強(qiáng)度要求較高的抹灰工程、‘裝飾制品和石膏板;摻人防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境中。

　　當(dāng)加熱到170℃～200℃時(shí)，石膏繼續(xù)脫水，成為可溶性硬石膏，與水調(diào)和后仍能很快凝結(jié)硬化;當(dāng)溫度升高到200℃～350℃時(shí)，石膏中殘留很少的水，即可溶性硬石膏，硬石膏需水量大，硬化慢，強(qiáng)度低;加熱溫度至400℃～750℃時(shí)，成為不溶性硬石膏，失去凝結(jié)硬化能力，即死燒石膏;當(dāng)溫度高于800℃時(shí)，部分石膏分解出的氧化鈣起催化作用，所得產(chǎn)品又重新具有凝結(jié)硬化能力，常稱為地板石膏。

　　2.建筑石膏的硬結(jié)

　　建筑石膏與適量的水拌和后，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性、產(chǎn)生強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的固體。

　　半水石膏溶解于水，與水進(jìn)行水化反應(yīng)，生成二水石膏。隨著水化的進(jìn)行，二水石膏膠體微粒的數(shù)量不斷增多，其顆粒比原來的半水石膏顆粒細(xì)得多，即總表面積增大，可吸附更多的水分;同時(shí)漿體中的水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少。所以漿體的稠度便逐漸增大，顆粒之間的摩擦力和粘結(jié)力逐漸增加，因而漿體可塑性逐漸減小，表現(xiàn)為石膏的凝結(jié)，稱為石膏的初凝。在漿體變稠的同時(shí)，二水石膏膠體微粒逐漸變?yōu)榫w，晶體逐漸長(zhǎng)大，共生和相互交錯(cuò)，使?jié){體凝結(jié)，逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度，隨著內(nèi)部自由水排水，晶體之間的摩擦力、粘結(jié)力逐漸增大，石膏開始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，稱為終凝。

　　3.建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用

　　(1)色白質(zhì)輕。純凈建筑石膏為白色粉末，密度為2.60～2.75g/，堆積密度為800 --1100kg/。

　　(2)凝結(jié)硬化快。建筑石膏初凝和終凝時(shí)間很短，為便于使用，需降低其凝結(jié)速度，可加入緩凝劑。緩凝劑的作用是降低半水石膏的溶解度和溶解速度，便于成型。常用的緩凝劑有硼砂、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨膠或皮膠等。

　　(3)微膨脹性。建筑石膏漿體在凝結(jié)硬化初期體積產(chǎn)生微膨脹(膨脹量約為0.5%～1%)，這一性質(zhì)使石膏膠凝材料在使用中不會(huì)產(chǎn)生裂紋。因此，建筑石膏裝飾制品，形狀飽滿密實(shí)，表面光滑細(xì)膩。

　　(4)多孔性。半水石膏水化反應(yīng)理論需水為18.6%，但為了使石膏漿體具有可塑性，通常加水60%-80%，在硬化后由于有大量多余水分蒸發(fā)，內(nèi)部具有很大孔隙率(約為50%～60%)，因此，硬化后強(qiáng)度較低。石膏制品表面密度小、保溫絕熱性能好、吸聲性強(qiáng)、吸水率大，但抗?jié)B性、抗凍性和耐水性差。

　　(5)防火性。當(dāng)受到高溫作用時(shí)，二水石膏的結(jié)晶水開始脫出，吸收熱量，并在表面上產(chǎn)生一層水蒸氣幕，阻止了火勢(shì)蔓延，起到防火作用。但建筑石膏制品不宜長(zhǎng)期用于靠近65℃以上高溫的部位，以免二水石膏在此溫度作用下分解而失去強(qiáng)度。

　　(6)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，具有良好的裝飾裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘，具有良好的可加工性。

　　(7)耐水性、抗凍性差。建筑石膏硬化后具有很強(qiáng)的吸濕性，在潮濕條件下，晶體粒間的粘結(jié)力減弱，強(qiáng)度顯著降低;遇水則因二水石膏晶體溶解而引起破壞;吸水受凍后，將因孔隙中水分結(jié)冰而崩裂。所以建筑石膏的耐水性、抗凍性都較差。

　　根據(jù)上述性能特點(diǎn)，建筑石膏在土木建筑工程中的主要用途有：制成石膏抹灰材料、各種墻體材料(如紙面石膏板、石膏空心條板、石膏砌塊等)，各種裝飾石膏板、石膏浮雕花飾、雕塑制品等。

　　三、水玻璃

　　水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿。根據(jù)堿金屬的種類不同，水玻璃分為鈉水玻璃和鉀水玻璃。

　　1.水玻璃的性質(zhì)

　　水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠和固體，比表面積大，因而具有較高的粘結(jié)力和強(qiáng)度。但水玻璃自身質(zhì)量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對(duì)強(qiáng)度有顯著影響。

　　水玻璃具有良好的耐酸性，可以抵抗除氫氟酸、.熱磷酸和高級(jí)脂肪酸以外的幾乎所有無機(jī)和有機(jī)酸的侵蝕。

　　水玻璃不燃燒，在高溫下硅酸凝膠干燥的更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度不降低，甚至有所增加，可用于配制水玻璃耐熱混凝土和水玻璃耐熱砂漿。

　　由于混合后易溶于堿，所以水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用。另外，由于NaF、 Na2 C03易溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對(duì)已硬化水玻璃進(jìn)行酸洗處理，提高耐水性。

　　2.水玻璃的應(yīng)用

　　(1)配制特種混凝土和砂漿。因水玻璃具有良好的耐酸性和耐熱性，用其配制的混凝土和砂漿可用于有耐酸和防火要求的工程，如硫酸池、高爐基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)。

　　(2)涂刷材料表面。水玻璃涂刷材料表面可提高材料抗風(fēng)化能力。用水玻璃浸漬或涂刷磚、水泥混凝土、石材等多孔材料，可使這些材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性和耐腐蝕性有不同程度的提高。這是因?yàn)樗Ａc空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成硅酸凝膠，對(duì)于含有氫氧化鈣的材料，水玻璃與材料中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，這兩種凝膠填充于材料的孔隙，使材料致密。但由于水玻璃與石膏反應(yīng)生成硫酸鈉，在制品孔隙內(nèi)結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致石膏制品開裂破壞，所以水玻璃不得用于涂刷或浸漬石膏制品。

　　(3)配制速凝防水劑。水玻璃可與多種礬配制成速凝防水劑，這種多礬防水劑的凝結(jié)速度很快，多用于堵漏、填縫等局部搶修，但不宜用于配制防水砂漿。

　　(4)加固地基基礎(chǔ)。將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入土壤中，兩種溶液迅速反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，使土壤的強(qiáng)度和承載能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固。

　　(5)防腐工程應(yīng)用。改性水玻璃耐酸水泥是耐酸腐蝕的重要材料，可拌和成耐酸膠泥、耐酸砂漿和耐酸混凝土，適用于化工、冶金、電力、煤炭等行業(yè)各種結(jié)構(gòu)的防腐工程，是防酸建筑結(jié)構(gòu)貯酸池、耐酸地坪以及耐酸表面砌筑的理想材料。