2019年岩土工程师《土木工程材料》辅导：气硬性胶凝材料

气硬性胶凝材料

一、石灰

1、原料与生产：石灰石(主要成分是CaCO3)经过高温煅烧而成，其主要成分为氧化钙(CaO)，根据其中MgO的含量，分为钙质石灰(MgO<5%)和镁质石灰(MgO>5%)。

2、石灰的消化与硬化

(1)石灰的消化

生石灰加水变成粉末的方法称为消化，成品称为消石灰。石灰的消化过程用下面放热反应化学式表示：

特点：放热，体积增大1～2.5倍。

生石灰消化过程需要一定时间，如果生石灰消化不充分，在消石灰粉中残留有未消化的生石灰，则在使用后，由于未消化的生石灰继续消化，从而导致爆裂或不正常的膨胀现象。陈伏(2周以上)的目的就是使石灰充分熟化，消除过火石灰的危害，防止抹灰后爆灰起鼓。

(2)石灰硬化

石灰浆体的硬化包括两个同时进行的过程：结晶作用和碳化作用。

结晶作用：石灰浆在干燥环境中，多余的游离水逐渐蒸发，使颗粒聚结在一起，同时生石灰浆体的内部形成大量的毛细孔隙。另外，当水分蒸发时，液体中氢氧化钙达到一定程度的过饱和，从而会产生氢氧化钙的析晶过程，加强了石灰浆中原来的氢氧化钙颗粒之间的结合。

碳化作用：石灰浆能吸收空气中的二氧化碳而发生碳化作用，其反应如下：

Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O

石灰在硬化过程非常缓慢，且要蒸发大量的水分，引起体积显著收缩，易出现干裂纹。所以，石灰不宜单独使用，一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并节省石灰。

3、石灰的应用

配制石灰砂浆、石灰乳;

配制石灰土(石灰和粘土)、三合土(再加填料)：石灰中的氧化钙(或氢氧化钙)与粘土中的氧化硅、氧化铝反应生成不溶于水的水化硅酸钙、水化铝酸钙，具有水硬性。

生产灰砂砖、碳化石灰板。

二、建筑石膏

1、定义：建筑石膏主要成分为半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)。

2、水化：将半水石膏粉末倒入调和水中搅拌成浆体时，则半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏，放出热量并逐渐凝结硬化。其化学反应可用下式表达：

2(CaSO4·1/2H2O)+3H2O=2(CaSO4·2H2O)

3、建筑石膏的特点有：

(1)凝结硬化快

建筑石膏加水拌合后，浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在30min以内。

(2)硬化后体积微膨胀，制品尺寸稳定不出现裂纹，装饰性好

石膏在凝结硬化时，不像其他胶凝材料(如石灰、水泥)那样出现收缩，反而略有膨胀(膨胀率为0.05%～0.15%)，使石膏硬化表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。石膏硬化后的湿涨干缩较小，尺寸稳定，干燥时不开裂。

(3)硬化体的孔隙率高

石膏浆体硬化后，多余的自由水将蒸发，内部将留下大量的孔隙，因而表观密度小，并使石膏制品具有导热系数、吸声性强、吸湿性大、可调节室内的温度和湿度的特点。

(4)防火性好，耐热性差

石膏制品在遇到火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热膜，有效地减少火焰对内部结构的危害，具有较好的防火性能。但是石膏制品的耐热性差，使用温度低于65 ℃。

(5)耐水性和抗冻性能差

建筑石膏硬化体吸湿性强，吸收的水分会削弱晶体粒子的粘结力，使强度显著降低。吸水饱和的石膏制品受冻后，会因孔隙中的水结冰而开裂崩溃。

4、应用：室内抹灰、制作石膏制品等。

[例题1] 在三合土中，不同材料组分间可发生的反应为：

A.3CaO.SiO2与土作用，生成了不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙

B.2CaO.SiO2与土作用，生成了不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙

C.CaSO4.2H2O与土作用，生成了不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙

D.CaO与土作用，生成了不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙

【提示】三合土是由石灰粉(生石灰或熟石灰)、粘土和砂子(或煤渣、碎石等)按照一定比例混合而成，主要用于建筑物的基础，路面或路基的垫层。在长期的使用环境下，石灰中的氧化钙在有水分存在的条件下，与粘土中的氧化硅和氧化铝发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。

【答案】D

三、练习题

1、下列关于建筑石膏的描述正确的是：

①建筑石膏凝结硬化快

②建筑石膏凝结硬化后表观密度小，强度低

③凝结硬化后建筑石膏导热性小，吸声性强

④建筑石膏硬化后体积产生微膨胀

A、①②③④

B、①②

C、②③

D、①④

提示：建筑石膏凝结硬化快，硬化后体积微膨胀，孔隙率高，表观密度小，导热系数小，吸声性强，吸湿性大，防火性好，耐热性差，耐水性和抗冻性能差。

答案：A

2、消除过火石灰的危害，所采取的措施是：

A、碳化

B、结晶

C、煅烧

D、陈伏

提示：为了消除过火石灰的危害，应陈伏至少两周。

答案：D

3、石灰不适用于下列哪一种情况?

A、用于基础垫层

B、用于硅酸盐水泥的原料

C、用于砌筑砂浆

D、用于屋面防水隔热层

提示：石灰是气硬性胶凝材料，不适用于屋面防水。

答案：D

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