习　题

2）建筑石膏的技术性质

建筑石膏的密度为2.60～2.75g/cm3，表观密度为800～1000g/cm3。建筑石膏的技术要求主要有强度、细度和凝结时间，按强度和细度的差别，建筑石膏划分为优等品、一等品和合格品三个等级，见表4.2。

3）建筑石膏的特点

（1）凝结硬化

建筑石膏加水拌和后，浆体几分钟后使开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度，这对成型带来一定的困难，因此在使用过程中常掺入一些缓凝剂，如硼砂、柠檬酸、骨胶、皮胶等，其中硼砂的缓凝效果最好，用量为石膏质量的0.2%～0.5%。

（2）凝固时体积微膨胀

多数胶凝材料在硬化过程中一般都会产生收缩变形，而建筑石膏在硬化时体积却膨胀，膨胀率为0.5%～1%。这一性质使石膏制品尺寸准确、形体饱满，再加上石膏本身颜色洁白、质地细腻，因而特别适合制作建筑装饰制品。

（3）孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声性能好

为了使石膏浆体具有施工要求的可塑性。建筑石膏在加水拌和时往往加入大量的水（占建筑石膏质量的60%～80%），而建筑石膏理论需水量仅占18.6%，这些多余的自由水蒸发后留下许多孔隙。因此石膏制品具有表观密度小、保温隔热性能好、吸声性能好等优点，同时也带来强度低、吸水率大等缺点。

（4）具有一定的调温调湿性

建筑石膏是一种无毒无味、不污染环境、对人体无害的建筑材料。由于其具有较强的吸湿性、热容量大、保温隔热性能好，故在室内小环境条件下，能在一定程度上调节环境的湿度和温度，使室内环境更符合人体生理需要，有利于人体健康。

（5）防火性好，但耐火性差

建筑石膏硬化后主要成分为CaSO4·2H2O，其中的结晶水在常温下是稳定的，但当遇到火灾时，结晶水吸收大量热量，蒸发变为水蒸气，一方面延缓石膏表面温度的升高，另一方面水蒸气幕可有效地阻止火势蔓延，起到了防火作用。但二水石膏脱水后强度下降，因此耐火性差。

（6）耐水性、抗冻性差

建筑石膏制品的孔隙率大，且二水石膏可微溶于水，遇水后强度大大降低，其软化系数仅为0.2～0.3，是不耐水材料。若石膏制品吸水后再受冻，会因孔隙中水分结冰膨胀而破坏。因此，石膏制品不宜用在潮湿寒冷的环境中。

4）建筑石膏的用途

石膏的应用很广，除用于室内抹面、粉刷外，主要的用途是制成各种石膏制品。常见的有：

（1）纸面石膏板

纸面石膏板是以石膏料浆为夹心，两面用纸作护面而制成的各种轻质板材。它包括普通纸面石膏板、防水纸面石膏板及防火纸面石膏板等。这类板材生产工艺简单，生产效率高，装饰效果好，可用作非承重的隔墙或吊顶材料。

（2）石膏装饰板

石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和胶料制成的有多种图案、花饰的板材，如石膏印花板、穿孔吊顶板、石膏浮雕吊顶板及纸面石膏饰面装饰板等。这类石膏板轻质、高强、防火，并可调节室内湿度，具有施工方便、加工性能好等优点，适用于宾馆、住宅等建筑的室内顶棚和墙面装饰。

（3）纤维石膏板

纤维石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺加适量纤维增强材料制成。这种板材韧性好，常用于工业与民用建筑的内隔墙和天花板等。

（4）石膏空心条板

石膏空心条板是以建筑石膏为主要原料，掺加适量轻质填充料或少量纤维增强材料加工而成的一种空心板材，具有轻质、吸声、隔热等特点，可用作建筑物的内隔墙。

（5）石膏空心砌块和石膏夹心砌块

石膏空心砌块和石膏夹心砌块是以建筑石膏为主要原料，经料浆拌和、浇筑成型等工艺制成的轻质隔墙块型材料，如中心填以废泡沫塑料等轻质材料，即为石膏夹心砌块。石膏空心砌块具有表面平整、不需粉刷、施工方便等优点，主要用作建筑物的非承重内隔堵。

石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品，如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等。

石膏制品具有轻质、新颖、美观、价廉等优点，但强度较低、耐水性能差。为了提高石膏的强度及耐水性，近年来，我国科研工作者先后研制成功多种石膏外加剂（如石膏专用减水增强剂等），给石膏的应用提供了更广阔的前景。

4.2　石灰

石灰是在建筑上使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰的原料石灰石分布很广，生产工艺简单，成本低廉，所以在建筑上一直应用很广。

4.2.1　石灰的生产与品种

石灰是由石灰岩煅烧而成。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3）和碳酸镁（MgCO3）。

石灰岩在适当温度（1000～1100℃）下煅烧，得到以CaO为主要成分的物质，即石灰，也叫生石灰（其中含一定量MgO）：

根据加工方法不同，石灰可分为块状生石灰、磨细生石灰、消石灰和石灰浆。

（1）块状生石灰

它是由原料煅烧而得的原产品。

（2）磨细生石灰粉

它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。

（3）消石灰粉

它是生石灰用适量水稍解而得到的粉末，也叫熟石灰，主要成分为Ca（OH）2。

（4）石灰浆

它是生石灰用较多的水（为生石灰体积的3～4倍）经消解沉淀而得到的可塑性膏状体，主要成分为Ca（OH）2和H2O。如果加更多的水，则成为石灰乳。

生石灰根据熟化速度分为快熟石灰、中熟石灰和慢熟石灰，其熟化速度见表4.3。

4.2.2　石灰的熟化与硬化

生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或稍解过程。其反应式如下：

石灰的熟化为放热反应，其体积膨胀1～2.5倍，熟化后的产物Ca（OH）2称为熟石灰或消石灰。

石灰熟化的理论需水量为石灰质量的32%，但为了使CaO充分水化，实际加水量达70%～100%。

生石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰降低石灰的利用率；过火石灰颜色较深，密度较大，表面常被黏土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，其中过火颗粒才开始熟化，体积膨胀，引起墙面隆起和开裂，影响工程质量。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中“陈伏”2星期以上。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。

石灰的硬化包含两个同时进行的过程：

①结晶过程：多余水分蒸发或被砌体吸收，Ca（OH）2逐渐从饱和溶液中析出结晶。

②碳化过程：Ca（OH）2和空气中的CO2化合生成碳酸钙晶体，释出水分并被蒸发。反应式如下：

碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。而且，碳化作用在长时间内只限于表层，氢氧化钙的结晶作用则主要在内部发生。石灰浆体硬化后，是由表里两种不同的晶体组成的。随着时间延长，表层碳酸钙的厚度逐渐增加，增加的速度显然决定于与空气接触的条件。埋于深土中的熟石灰硬化特别缓慢，而且经过很长时间，其内部仍为氢氧化钙。

4.2.3　石灰的技术性质和特性

1）石灰的技术性质

根据MgO含量的多少，生石灰分为钙质生石灰（MgO含量≤5%）和镁质生石灰（MgO含量＞5%）。根据规定，钙质生石灰和镁质生石灰各分为优等品、一等品和合格品3个等级，各等级的质量要求见表4.4和表4.5。

按MgO含量的多少，建筑消石灰粉分为钙质消石灰粉（MgO含量小于4%）、镁质消石灰粉（MgO含量为4%～24%）和白云石消石灰粉（MgO含量为24%～30%），并按其技术要求分为优等品、一等品和合格品3个等级，见表4.6。优等品、一等品适用于饰面层和中间涂层，合格品用于砌筑。

2）石灰的特性

（1）良好的可塑性及保水性

生石灰熟化后形成颗粒极细（粒径为0.001mm）、呈胶体分散状态的Ca（OH）2粒子，颗粒表面能吸附一层较厚的水膜，因而使石灰具有良好的可塑性及保水性。利用这一性质，在水泥砂浆中加入石灰膏可明显提高砂浆的可塑性、改善砂浆的保水性。

（2）凝结硬化慢、强度低

从石灰的凝结硬化过程可知，石灰的凝结硬化速度非常缓慢。生石灰熟化时的理论需水量较小，为了使石灰具有良好的可塑性，常常加入较多的水，多余的水分在硬化后蒸发，在石灰内部形成较多的孔隙，使硬化后的石灰强度不高。1∶3石灰砂浆28d抗压强度通常为0.2～0.5MPa。

（3）耐水性差

石灰是一种气硬性胶凝材料，不能在水中硬化，对于已硬化的石灰浆体，若长期受到水的作用，会因Ca（OH）2溶解而导致破坏，所以石灰耐水性差，不宜用于潮湿环境及遭受水侵蚀的部位。

（4）体积收缩大

石灰浆体在硬化过程中要蒸发大量的水，使石灰内部毛细孔失水收缩，引起体积收缩。因此，石灰除调制成石灰乳作薄层涂刷外，一般不单独使用，常在石灰中掺入砂、麻刀、纸筋等材料以减少收缩。

（5）吸湿性强

生石灰吸湿性强、保水性好，是传统的干燥剂。

4.2.4　石灰在建筑上的应用

石灰在建筑上的用途很广，分述如下：

（1）配制石灰乳和石灰砂浆

将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价易得的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度，我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料；调入少量磨细粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性；调入聚乙烯醇、干酪素、氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。

石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆。

石灰乳和石灰砂浆应用于吸水性较大的基面（如普通黏土砖）上时，应事先将基面润湿，以免石灰浆脱水过速而成为干粉而丧失胶结能力。

（2）配制灰土与三合土

消石灰粉或生石灰粉与黏土拌和，称为灰土，若加入砂石或炉渣、碎砖等即成三合土。夯实后的灰土或三合土广泛用作建筑物的基础、路面及地面的垫层，其强度和耐水性比石灰和黏土都高，原因是黏土颗粒表面的少量活性二氧化硅、三氧化二铝与石灰反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等不溶于水的水化矿物。另外，石灰改善了黏土的可塑性，在强力夯打下密实度提高，也是其强度和耐水性改善的原因之一。

（3）生产硅酸盐制品

石灰是制作硅酸盐混凝土及其制品的主要原料之一。磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料混合成型，再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、加气混凝土砌块等。

（4）生产碳化石灰板

碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如水玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）按比例混合搅拌成型，再通入二氧化碳进行人工碳化（12～24h）而制成的一种轻质板材。为提高碳化效果、减轻自重，可制成空心板。其制品表观密度小（700～800kg/m3），导热系数低［小于0.23W/（m·K）］，可用作非承重的保温材料。

此外，石灰还可用作激发剂，掺加到高炉矿渣、粉煤灰等活性混合材内，共同磨细而制成具有水硬性的无熟料水泥。

4.3　水玻璃

水玻璃俗称泡花碱，是不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的能溶解于水的一种硅酸盐材料。最常用的水玻璃是硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2）及硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2）等。

生产水玻璃的方法有湿法和干法两种。湿法生产硅酸钠水玻璃时，将石英砂和苛性钠溶液在蒸压锅（2～3个大气压）内用蒸汽加热，并加以搅拌，使其直接反应生成液体水玻璃。干法是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于1300～1400℃下熔化，按下式反应生成固体水玻璃，然后在水中加热溶解而成液体水玻璃：

式中，n为氧化硅与氧化钠的摩尔数比，称为水玻璃模数，一般为1.5～3.5。固体水玻璃在水中溶解的难易随模数而定。n为1时能溶于常温的水中；n增大，则只能在热水中溶解；当n大于3时，要在4个大气压以上的蒸汽中才能溶解。低模数水玻璃的晶体组分较多，黏结能力差，模数提高时，胶体组分相对增多，黏结能力随之增大。

除了液体水玻璃外，尚有不同形状的固体水玻璃。如未经溶解的块状或粒状水玻璃、溶液除去水分后呈粉状的水玻璃等。

液体水玻璃因所含杂质不同，而呈青灰色、绿色或微黄色，以无色透明的液体水玻璃为最好。液体水玻璃可以与水按任意比例混合成不同浓度（或相对密度）的溶液。同一模数的液体水玻璃，其浓度越大，则比重越大，黏结力越强。在液体水玻璃中加入尿素，在不改变其黏度的情况下可提高黏结力25%左右。

液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸，并逐渐干燥而硬化：

这个过程进行得很慢，为加速其硬化，可将水玻璃加热或加入硬化剂（如硅氟酸钠），其掺量为水玻璃质量的12%～15%。

水玻璃有良好的黏结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔隙而防止水渗透的作用。水玻璃不能燃烧，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。水玻璃具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的腐蚀作用。

水玻璃由于具有以上性能，在建筑工程中可有多种用途，简要列举如下：

①涂刷建筑材料表面可提高抗风化能力，用浸渍法处理多孔材料时，可使其密实度和强度提高。常用水将液体水玻璃稀释至相对密度为1.35左右的溶液，多次涂刷或浸渍，对黏土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土和石灰石等均有良好的效果。但不能用以涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠与硫酸钙会起化学反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品的破坏。调制液体水玻璃时，可加入耐碱颜料和填料，兼有饰面效果。

②配制防水剂。以水玻璃为基料，加入2种、3种或4种矾配制而成的防水剂，称为二矾、三矾或四矾防水剂。四矾防水剂凝结迅速，一般不超过1min，适用于水泥浆调和，堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。因为凝结过速，不宜调配水泥防水砂浆，用作屋面或地面的刚性防水层。

③配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝。将液体水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和硅氟酸钠按一定比例配合，压入砖墙裂缝。粒化高炉矿渣粉不仅起填充及减少砂浆收缩的作用，还能与水玻璃起化学反应，成为增进砂浆强度的一个因素。

④用于土壤加固。将模数为2.5～3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地下压入，2种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤颗粒包裹并填实其空隙。硅酸胶体为一种吸水膨胀的冻状凝胶，因吸收地下水而经常处于膨胀状态，阻止水分的渗透和使土壤固结。由这种方法加固的砂土，抗压强度可达3～6MPa。

用水玻璃还能配制耐酸砂浆和耐酸混凝土、耐热砂浆和耐热混凝土。水玻璃还可用作多种建筑涂料的原料。将液体水玻璃与耐火填料等调成糊状的防火漆涂于木材表面可抵抗瞬间火焰。

本章小结

本章讲述的气硬性胶凝材料不能在水中或长期潮湿的环境中使用。建筑工程中主要应用的气硬性胶凝材料有石膏、石灰和水玻璃。

石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，有着许多优良的建筑性能，如具有良好的隔热性能、吸声性能、防火性能，装饰性和加工性能都很好，并具有一定的调温、调湿性能，尤其适合作为室内的装饰装修材料，也是一种具有节能意义的新型轻质墙体材料。

用于制备石灰的原料有石灰石、白云石等，经煅烧得到块状生石灰。块状生石灰经过加工，可得到磨细生石灰粉、消石灰粉、熟石灰膏3种产品。建筑工程中使用的块状生石灰必须通过充分熟化后方可使用，以消除煅烧过火的危害，磨细生石灰粉则不需熟化即可直接使用。石灰浆体硬化过程非常缓慢。石灰的主要性质表现为：保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、耐水性差、硬化时体积收缩大。石灰在建筑上主要用途有：制作竹灰轧涂料、配制砂浆、拌制灰土与三合土、生产硅酸盐制品等。

建筑上常用的水玻璃为硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。水玻璃的特性与用途主要有：耐酸性好，用做耐酸材料：耐热性好，用做耐热材料；黏结力大，用于粘贴耐酸或耐热材料等。

习　题

一、单选题

1.生产石膏胶凝材料的原料主要是（　　）。

A.天然二水石膏（CaSO4·2H2O）矿石　　B.半水石膏　　　　　C.三水石膏

2.石灰在建筑上有哪些用途？（　　）

A.配制灰土与三合土

B.生产碳化石灰板和生产硅酸盐制品

C.以上都是

3.1∶3石灰砂浆28d抗压强度通常为（　　）。

A.0.1～0.2MPa　　　　　　B.0.15～0.25MPa　　　　　　C.0.2～0.5MPa

二、填空题

1.石灰的熟化为＿＿＿，其体积膨胀1～2.5倍，熟化后的产物Ca（OH）2称为熟石灰或消石灰。

2.＿＿＿可以提高石膏的强度及耐水性。

3.石灰岩的主要成分是＿＿＿和＿＿＿。

4.石膏制品具有轻质、新颖、美观、价廉等优点，但强度＿＿＿、耐水性能＿＿＿。

5.建筑石膏是一种无毒无味、不污染环境、对人体无害的建筑材料。其具有＿＿＿的吸湿性、热容量＿＿＿、保温隔热性能＿＿＿。

三、判断题

1.石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏，失去凝结硬化能力，成为死烧石膏；当温度高于800℃时，部分石膏分解出的氧化钙起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。（　　）

2.在加热阶段中，不管加热条件怎样，所获得的半水石膏有α型和β型两种形态。（　　）

四、简答题

1.何谓胶凝材料、气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料？

2.什么是石灰的熟化？

3.建筑石膏有哪些特点？有哪些用途？

4.某多层住宅楼室内抹灰采用的是石灰砂浆，交付使用后出现墙面普遍鼓包开裂，试分析其原因。欲避免这种情况发生，应采取什么措施？

5.磨细生石灰粉为什么不经陈伏可直接使用？

6.水玻璃的主要特性和用途有哪些？

五、计算题

单位质量的CaSO4·2H2O在温度为107～170℃时可以生成多少质量CaSO4·