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无机胶凝材料
一、胶凝材料的定义与分类
凡经过自身的物理、化学作用，能够由可塑性浆体变成坚硬固体，并具有胶结能力，能把粒状材料或块状材料粘结为一个整体，具有一定力学强度的物质统称为胶凝材料。
胶凝材料分为有机和无机两大类。石油沥青、高分子树脂、以及古代使用的糯米汁、动物血等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料通常为粉末状，与水拌合形成可塑性浆体，经过一定时间后凝结硬化成为具有一定强度和粘结性的固体。最常用的无机胶凝材料有水泥、石灰、石膏等，根据其凝结硬化条件及适用环境，无机胶凝材料又分为气硬性和水硬性两类。
所谓气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结硬化、并且只能在空气中保持和发展强度的胶凝材料，石灰、石膏、水玻璃等属于这一类。而水硬性胶凝材料不仅能在空气中、而且能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。建设工程中大量使用的各种水泥即属于水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能用于地面以上、处于干燥环境中的部位，而水硬性胶凝材料既可用于干燥环境，也可用于地下或水中环境。
二、气硬性胶凝材料
建筑上常用的气硬性胶凝材料有石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等品种。
(一)建筑石膏
建筑石膏的主要化学成分为半水石膏[CaS04?H20]。
建筑石膏具有质地细腻，色彩洁白，硬化快速，容易加工等特点，在建筑材料领域发挥着重要作用。例如，在生产普通硅酸盐类水泥时通常掺入3%～5%的石膏来调节水泥的凝结时间;在生产膨胀水泥时石膏通常作为不可缺少的膨胀组分。石膏质量轻，加工性能好，耐火，保温隔热、隔声性能好，原材料资源丰富，可大量用做建筑物的装饰、装修材料，例如建筑石膏与水拌制的浆体可用做建筑物内墙的抹面材料，以建筑石膏为原材料，配合纤维材料、细骨料等制作的纸面石膏板、建筑饰面板、保温、隔声板和各种砌块等被大量用于建筑领域。此外，石膏还被用做日常生活和装饰品的原材料，例如石膏塑制工艺品，制作牙科、陶瓷和机械模型等。
1.建筑石膏的生产
生产建筑石膏的原料有天然石膏和化工石膏两大类。
天然石膏包括二水石膏(也叫生石膏，分子式为CaSO4?2H20)、无水石膏(也叫硬石膏，分子式为CaSO4)和石膏矿石，石膏矿石是一种细分散的机械混合物，含有较多的杂质成分，CaSO4?2H20的含量为30%～60%。
表2-2-5 木材各方向的强度对比表
化工石膏品种 CaSO4?2H20含量范围(%)
磷石膏 64 ～ 96
氟石膏 88 ～ 95
盐石膏 80 ～ 99
乳石膏 77 ～ 80
黄石膏 67 ～ 84
化工石膏是以硫酸钙为主要成分的工业副产品。目前我国化工石膏的主要品种有磷石膏、氟石膏、盐石膏、乳石膏和黄石膏等。各品种化工石膏中CaSO4?2H20的含量范围如表2-2-5所示。这些化工石膏经适当处理后可代替天然石膏作为生产建筑石膏的原材料。
生产石膏的主要工序是加热与磨细。由于加热方式和温度的不同，可生产不同性质的石膏品种，统称熟石膏。建筑上作为胶凝材料使用的半水石膏是二水石膏在常压、107～170℃的温度下脱水得到的β型半水石膏，其脱水反应式如式2-2-26所示。将脱水得到的β型半水石膏磨细成白色粉末状，叫做建筑石膏。
可见，建筑石膏的生产是对二水石膏加热使之脱水，生成半水石膏的过程，而建筑石膏的应用是将半水石膏加水拌合成膏状，在未硬化之前做成所需的形状，然后利用半水石膏与水的反应又生成二水石膏同时硬化并产生强度的过程。
2.建筑石膏的特性
(1)凝结硬化快。初凝不小于6min，终凝不大于30min，一周左右完全硬化。所谓初凝时间是指自石膏与水拌合起，至浆体开始失去流动性的时间;终凝时间指自石膏加水拌合时起，至浆体完全失去流动性，并开始产生强度的时间。由于建筑石膏的凝结时间很短，在实际工程中通常要掺缓凝剂，以保证施工时间的需要。
(2)硬化后体积稍有膨胀，膨胀量约为0.05%～0.15%。这一特性对建筑石膏作板材制品或抹面等十分有利。因为如果胶凝材料硬化后体积收缩，表面将产生裂纹;而建筑石膏的微量膨胀特性使得硬化后石膏制品表面能保持不开裂。
(3)硬化后的石膏具有多孔性，表观密度小、导热性较小，强度较低。建筑石膏水化反应理论上需水仅为18.6%，但在搅拌时为保证半水石膏充分溶解以及浆体具有流动性，通常需加50%～70%的水。多余的水分蒸发后在石膏硬化体内将留下大量的孔隙，所以硬化后的石膏孔隙率高达50%～60%。由于多孔性，建筑石膏的保温隔热性能好，但强度较低。
(4)吸湿性强，耐水性、抗冻性差。建筑石膏水化后生成二水石膏结晶体，具有溶解性，因此，遇水将严重削弱晶体粒子之间的结合力。吸水受冻后，将因孔隙中水分结冰而崩裂。
(5)石膏硬化体的防火性能好。由于建筑石膏硬化后的主要成分是CaSO4?2H20，遇火将放出H20，在制品表面形成水蒸气幕，可防止火的蔓延。
(6)装饰性好，可加工性好。石膏制品表面平整、色彩洁白。并可进行锯、刨、钉、雕刻等加工，具有良好的装饰性能。
