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二、無機(jī)膠凝材料

在建筑材料中，經(jīng)過一系列物理作用、化學(xué)作用，能從漿體變成堅固的石狀體，并能將其他固體物料膠結(jié)成整體而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝材料。根據(jù)化學(xué)組成的不同，膠凝材料可分為無機(jī)與有機(jī)兩大類。石灰、石膏、水泥等工地上俗稱為“灰”的建筑材料屬于無機(jī)膠凝材料;而瀝青、天然或合成樹脂等屬于有機(jī)膠凝材料。無機(jī)膠凝材'料按其硬化條件的不同又可分為氣硬性和水硬性兩類。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等;既能在空氣中還能更好地在水中硬化、保持和繼讀發(fā)展其強(qiáng)度的稱水硬性膠凝材料，如各種水泥。氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不可用于水中。

(一)水泥

水泥是一種良好的礦物膠凝材料，屬于水硬性膠凝材料。

1.硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥

(1)定義與代號。

1)硅酸鹽水泥。根據(jù)《通用硅酸鹽水泥》GB/T175規(guī)定，凡由硅酸鹽水泥熟料、

0?5%的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(國外通稱為波特蘭水泥)。可分為兩種類型：不摻混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號P·I;摻人不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅱ

2)普通硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料、5%?20%的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，代號P·0。

摻活性混合材料時，最大摻量不得超過20%,其中允許用不超過水泥質(zhì)量5%的窯灰或不超過水泥質(zhì)量8%的非活性混合材料來代替。

(2)硅酸鹽水泥熟料的組成。硅酸鹽水泥熟料主要礦物組成及其含量范圍和各種熟料單獨與水作用所表現(xiàn)的特性，見表3.1.2。

(3)硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化。水泥的凝結(jié)硬化包括化學(xué)反應(yīng)(水化)及物理化學(xué)作用(凝結(jié)硬化)。水泥的水化反應(yīng)過程是指水泥加水后，熟料礦物及摻入水泥熟料中的石膏與水發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng);水泥凝結(jié)硬化機(jī)理比較復(fù)雜，一般解釋為水化是水泥產(chǎn)生凝結(jié)硬化的必要條件，而凝結(jié)硬化是水泥水化的結(jié)果。影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素有熟料的礦物組成、細(xì)度、水灰比、石膏摻量、環(huán)境溫濕度和齡期等。

(4)硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)。

1)細(xì)度。細(xì)度是指硅酸鹽水泥及普通水泥顆粒的粗細(xì)程度，用比表面積法表示。水泥的細(xì)度直接影響水泥的活性和強(qiáng)度。顆粒越細(xì)，與水反應(yīng)的表面積越大，水化速度快，早期強(qiáng)度高，但硬化收縮較大，且粉磨時能耗大，成本高。但顆粒過粗，又不利于水泥活性的發(fā)揮，強(qiáng)度也低?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GS175規(guī)定，硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300㎡/kg。

2)凝結(jié)時間。凝結(jié)時間分為初凝時間和終凝時間。初凝時間為水泥加水拌和起，至水泥漿開始失去塑性所需的時間;終凝時間從水泥加水拌和起，至水泥漿完全失去塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。水泥凝結(jié)時間在施工中有重要意義，為使混凝土和砂漿有充分的時間進(jìn)行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短;當(dāng)施工完畢后，則要求盡快硬化，具有強(qiáng)度，故終凝時間不能太長?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GB175規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于6.5h;普通硅酸鹽水泥初凝時間+不得早于45min,終凝時間不得遲于10h。

水泥初凝時間不合要求，該水泥報廢;終凝時間不合要求，視為不合格。

3)體積安定性。水泥體積安定性是指水泥在硬化過程中，體積變化是否均勻的性能，簡稱安定性。水泥安定性不良會導(dǎo)致構(gòu)件(制品)產(chǎn)生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質(zhì)量事故。引起安定性木良的主要原因是熟料中游離氧化鈣、游離氧化鎂或石膏含量過多。

安定性不合格的水泥不得用于工程，應(yīng)廢棄。

4)強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度是指膠砂的強(qiáng)度而不是凈漿的強(qiáng)度，它是評定水泥強(qiáng)度等級的依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)》GB/T17671的規(guī)定，將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和水按照(質(zhì)量比)水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂=1:3拌和用0.5的水灰比制成膠砂試件，在標(biāo)準(zhǔn)溫度(20°C±1C)的水中養(yǎng)護(hù)，測3d和28d的試件抗折和抗壓強(qiáng)度，以規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度劃分強(qiáng)度等級。

5)堿含量。水泥的堿含量將影響構(gòu)件(制品)的質(zhì)量或引起質(zhì)量事故?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》GB175中規(guī)定：水泥中堿含量按Na2O+0.658K20計算值來表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60%或由供需雙方商定。

6)水化熱。水泥的水化熱是水化過程中放出的熱量。水化熱與水泥礦物成分、細(xì)度、摻人的外加劑品種、數(shù)量、水泥品種及混合材料摻量有關(guān)。水泥的水化熱主要在早期釋放，后期逐漸減少。

對大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土工程，由于水化熱產(chǎn)生的熱量積聚在內(nèi)部不易發(fā)散，將會使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫度差，所引起的溫度應(yīng)力使混凝土可能產(chǎn)生裂縫，因此，水化熱對大體積混凝土工程是不利的。

(5)硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的應(yīng)用。普通硅酸鹽水泥混合材料摻量十分有限，性質(zhì)與硅酸鹽水泥十分相近，所以在工程中的適用范圍是一致的，主要應(yīng)用在以下幾個方面：

1)水泥強(qiáng)度等級較高，主要用于重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。

2)凝結(jié)硬化較快、抗凍性好，適用于早期強(qiáng)度要求高、凝結(jié)快，冬期施工及嚴(yán)寒地區(qū)受反復(fù)凍融的工程。

3)水泥中含有較多的氫氧化鈣，抗軟水侵蝕和抗化學(xué)腐蝕性差，所以不宜用于經(jīng)常與流動軟水接觸及有水壓作用的工程，也不宜用于受海水和礦物等作用的工程。

4)因水化過程放出大量的熱，故不宜用于大體積混凝土構(gòu)筑物。

2.摻混合材料的硅酸鹽水泥

(1)混合材料。在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級，而加到水泥中的人工或天然礦物材料，稱為水泥混合材料。按其性能分為活性(水硬性)混合材料和非活性(填充性)混合材料兩類。

1)活性混合材料。常用的活性混合材料有符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的?；郀t礦渣、礦渣粉、火山灰質(zhì)混合材料。水泥熟料中摻入活性混合材料，可以改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級，擴(kuò)大水泥使用范圍，提高水泥產(chǎn)量，利用工業(yè)廢料、降低成本，有利于環(huán)境保護(hù)。

2)非活性混合材料。非活性混合材料是指與水泥成分中的氫氧化鈣不發(fā)生化學(xué)作用或很少參加水泥化學(xué)反應(yīng)的天然或人工的礦物質(zhì)材料，如石英砂、石灰石及各種廢渣，活性指標(biāo)低于相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。

水泥熟料摻人非活性混合材料可以增加水泥產(chǎn)量、降低成本、降低強(qiáng)度等級、減少水化熱、改善混凝土及砂漿的和易性等。

(2)定義與代號。

1)礦渣硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%?70%粒化高爐礦渣、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，代號P·S。

2)火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%?40%的火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，代號P·P。

3)粉煤灰硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%?40%的粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，代號P·F。

4)復(fù)合硅酸鹽水泥。由硅酸鹽水泥熟料和20%?50%的兩種以上混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥，代號P·C。

(3)常用水泥的主要特性及適用范圍。常用水泥的主要特性及適用范圍見表3.1.3。

(4)常用水泥的包裝及標(biāo)志。水泥可以散裝或袋裝，袋裝水泥每袋凈含量為50kg，且應(yīng)不少于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的99%;隨機(jī)抽取20袋，總質(zhì)量(含包裝袋)應(yīng)不少于1000kg。水泥包裝袋上應(yīng)清楚標(biāo)明：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、水泥品種、代號、強(qiáng)度等級、生產(chǎn)者名稱、生產(chǎn)許可證標(biāo)志(QS)及編號、出廠編號、包裝日期、凈含量。包裝袋兩側(cè)應(yīng)根據(jù)水泥的品種采用不同的顏色印刷水泥名稱和強(qiáng)度等級，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥采用紅色，礦渣桂酸鹽水泥采用綠色;火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥采用黑色或藍(lán)色。散裝發(fā)運時應(yīng)提交與袋裝標(biāo)志相同內(nèi)容的卡片。

3.鋁酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥，以前稱為高鋁水泥，也稱礬土水泥。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁酸鹽水泥》GB201的規(guī)定，凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為鋁酸鹽水泥，代號CA。根據(jù)需要也可在磨制A1203含量大于68%的水泥時，摻加適量的A1203粉。根據(jù)A1203含量百分?jǐn)?shù)將鋁酸鹽水泥分為四類：CA-50、CA-60、CA-70、CA-80。

鋁酸鹽水泥的細(xì)度要求比表面積不小于300㎡/kg。CA-60水泥初凝時間不得早于60min,終凝時間不得遲于18h，其余三類水泥均要求初凝時間不得早于30min，終凝時間不得遲于6h。

鋁酸鹽水泥早期強(qiáng)度高，凝結(jié)硬化快，具有快硬、早強(qiáng)的特點，水化熱高，放熱快且放熱量集中，同時具有很強(qiáng)的抗硫酸鹽腐蝕作用和較高的耐熱性，但抗堿性差。

鋁酸鹽水泥可用于配制不定型耐火材料;與耐火粗細(xì)集料(如鉻鐵礦等)可制成耐高溫的耐熱混凝土;用于工期緊急的工程，如國防、道路和特殊搶修工程等;也可用于抗硫酸鹽腐蝕的工程和冬季施工的工程。

鋁酸鹽水泥不宜用于大體積混凝土工程;不能用于與堿溶液接觸的工程;不得與未硬化的硅酸鹽水泥混凝土接觸使用，更不得與硅酸鹽水泥或石灰混合使用;不能蒸汽養(yǎng)護(hù)，不宜在高溫季節(jié)施工。

4.白色和彩色硅酸鹽水泥

白色硅酸鹽水泥是以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，得到以硅酸鈣為主要成分、氧化鐵含量很小的白色桂酸鹽水泥熟料，加人適量石膏和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的混合材料，共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，代號P.W。白色硅酸鹽水泥的性質(zhì)與普通硅酸鹽水泥相同，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《白色硅酸鹽水泥》GB2015的規(guī)定，白色硅酸鹽水泥分32.5、42.5和52.5三個強(qiáng)度等級。白色硅酸鹽水泥的白度應(yīng)不低于87%，其初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于10h。

白色硅酸鹽水泥熟料、石膏和耐堿性礦物顏料(氧化鐵、氧化錳、氧化鉻等)共同磨細(xì)，可制成彩色硅酸鹽水泥，但耐堿性礦物顏料不能對水泥起有害作用。

白色和彩色硅酸鹽水泥主要用于建筑物內(nèi)外的表面裝飾工程，如地畫、樓面、墻、柱及臺階等?？勺龀伤嗬?、彩色砂漿、水磨石、水刷石、斬假石等飾面。

5.硫鉬酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥是以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，摻人不同量的石灰石、適量石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，代號P.SAC。硫鋁酸鹽水泥分為快硬硫鋁酸鹽水泥.(R·SAC)、低堿度硫鋁酸鹽水泥(L·SAC)和自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥(S·SAC)。

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《硫鋁酸鹽水泥》GB20472的規(guī)定，快硬硫鋁酸鹽水泥以3d抗壓強(qiáng)度劃分為42.5、52.5、62.5和72.5四個強(qiáng)度等級?？煊擦蜾X酸鹽水泥中不允許出現(xiàn)游離氧化鈣，比表面積不得低于380㎡/kg，其初凝時間不得早于25min，終凝時間不得遲于3hD

硫鋁酸鹽水泥具有快凝、早強(qiáng)、不收縮的特點，宜用于配制早強(qiáng)、抗?jié)B和抗硫酸鹽侵蝕等混凝土，適用于漿錨、噴錨支護(hù)、搶修、抗硫酸鹽腐蝕、海洋建筑等工程。由于硫鋁酸鹽水泥水化硬化后生成的鈣礬石在150°C高溫下易脫水發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變，引起強(qiáng)度大幅下降，所以硫鋁酸鹽水泥不宜用于高溫施工及處于高溫環(huán)境的工程。

6.膨脹水泥和自應(yīng)力水泥

膨脹水泥和自應(yīng)力水泥在硬化過程中不但不收縮，而且有不同程度的膨脹。膨脹水泥和自應(yīng)力水泥有兩種配制途徑：一種以硅酸鹽水泥為主配制，凝結(jié)較慢，俗稱硅酸鹽型;另一種以高鋁水泥為主配制，.凝結(jié)較快，俗稱鋁酸鹽型。

當(dāng)膨脹水泥中高鋁水泥膨脹組分含量較多，其膨脹值就較大。在膨脹過程中又受到限制時(如受到鋼筋的限制)，則水泥本身就會受到壓應(yīng)力。該壓力是依靠水泥本身的水化反應(yīng)而產(chǎn)生的，所以稱為自應(yīng)力，并以自應(yīng)力值表示所產(chǎn)生壓應(yīng)力的大小。自應(yīng)力值大于2MPa的稱為自應(yīng)力水泥。

膨脹水泥適用于補(bǔ)償收縮混凝土，用作防滲混凝土;主要用于填灌混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的接縫及管道接頭，結(jié)構(gòu)的加固與修補(bǔ)，澆筑機(jī)器底座及固結(jié)地腳螺絲等。自應(yīng)力水泥適用于制作自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及配件。

7.道路硅酸鹽水泥

道路硅酸鹽水泥是由道路硅酸鹽水泥熟料，0?10%標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，代號P·R。道路硅酸鹽水泥熟料是以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《道路硅酸鹽水泥》。

GB13693的規(guī)定，比表面積為300?450㎡/kg，28d干縮率不得大于0.10%，其初凝時間不得早于1.5h，終凝時間不得遲于10h。

道路硅酸鹽水泥主要用于公路路面、機(jī)場跑道等工程結(jié)構(gòu)，也可用于要求較高的工廠地面和停車場等工程。

(二)石灰

石灰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?1400kg/m3。

石灰加水后便消解為熟石灰Ca(OH)2，這個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，其體積增大1?2.5倍左右。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。

石灰膏的另一來源是化學(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1300?1400kg/m3。

3.石灰的硬化

石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下述兩個同時進(jìn)行的過程來完成的。

結(jié)晶作用——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)，這個過程持續(xù)較長時間-。碳化作用對石灰后期強(qiáng)度的增長有較大貢獻(xiàn)。

4.石灰的技術(shù)性質(zhì)和要求

生石灰熟化為石灰漿時，能自動形成顆粒極細(xì)(直徑約為1μm)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)點是具有良好的可塑性，在水泥砂漿中摻人石灰漿，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，在水中還會擴(kuò)散。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下使用，也不宜單獨用于建筑物的基礎(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放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運輸生石灰時還要注意安全。

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入大量水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳。石灰乳是一種廉價易得的傳統(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，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。

(三)石膏

石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。由于石膏膠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(CaSO4·2H2O)或含有CaS04.2H20與CaSO4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)石膏的主要工序包括破碎、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°C時，開始脫水，至107?17°C時，生成半水石膏(CaSO4·H2O)。在該階段中，因加熱條件不同，所獲得的半水石膏有α型和β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β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，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°C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α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，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;摻入防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境中。

當(dāng)加熱到170?200°C時，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°C時，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°C時，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°C時，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.建筑石膏的硬化

建筑石膏與適量的水拌和后，最初成為可塑的漿體，但很快就失去塑性和產(chǎn)生強(qiáng)度，

并逐漸發(fā)展成為堅硬的固體。

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黏結(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，二水石膏膠體微粒逐漸變?yōu)榫w，晶體逐漸長大，共生和相互交錯，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、黏結(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/Cm3,堆積密度為800?1100kg/m3。

(2)凝結(jié)硬化快。建筑石膏初凝和終凝時間很短，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%?1.0%)，這一性質(zhì)使石膏膠凝材料在使用中不會產(chǎn)生裂紋。因此，建筑石膏裝飾制品，形狀飽滿密實，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18.65、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、’吸音性強(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，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，阻止了火勢蔓延，起到防火作用。但建筑石膏制品不宜長期用于靠近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

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.間的黏結(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)建筑石膏的上述性能特點，它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、石膏砲塊等)，各種裝飾石膏板、石膏浮雕花飾、雕塑制品等。建筑石膏在運輸及儲存時應(yīng)注意防潮，一般儲存3個月后，強(qiáng)度將降低30%左右。儲存期超過3個月或受潮的石膏，需經(jīng)檢驗后才能使用。

4.高強(qiáng)石膏

高強(qiáng)石膏以a型半水石膏(α-CaSO4·H2O)為主要成分。由于α型半水石膏結(jié)晶良好，晶粒堅實、粗大，因而比表面積較小’拌和時需水量僅約為建筑石膏的一半(‘‘水膏比”小)，因此，硬化后具有較高密實度和強(qiáng)度，故名高強(qiáng)石膏。

高3石膏適用于強(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。加入有機(jī)材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液，可配成膠粘劑，其特點是無收縮。

5.粉刷石膏

粉刷石膏是由β型半水石膏(即建筑石膏)和其他石膏(硬石膏或煅燒黏土質(zhì)石膏)、各種緩凝劑及輔料(石灰、燒黏土、氧化鐵紅等)所組成的一種新型抹灰材料。按用途可分為面層粉刷石膏(M)、底層粉刷石膏(D)和保溫層粉刷石膏(W)三季。粉刷石膏可以現(xiàn)拌現(xiàn)用，不僅可以在水泥砂漿或混合砂漿底層上抹灰，也可在各種混凝土墻、板等較為光滑的底層上抹灰。石膏粉刷層表面堅硬、光滑細(xì)膩、不起灰，便于進(jìn)行再裝飾，如貼墻紙、刷涂料等，還具有調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度，提高舒適度的功能。

6.無水石膏水泥和高溫煅燒石膏

人工在600?750°C下煅燒二水石膏制得的硬石膏或天然硬石膏，加人適量激發(fā)劑混合磨細(xì)后可制成無水石膏水泥。無水石膏水泥宜用于室內(nèi)，主要用作石膏板或其他制品，也用于室內(nèi)抹灰。

天然二水石膏或天然硬石膏在800?1000℃下煅燒，使部CaSO4分解出Ca0磨細(xì)后可制成高溫煅燒石膏。由于硬化后有較高的強(qiáng)度和耐磨性，抗水性、抗凍性較好，適宜作地板，故又稱地板石膏。

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