建筑气硬性胶凝材料---水玻璃
气硬性无机胶凝材料—石膏、水玻璃、菱苦土
气硬性无机胶凝材料—石膏、水玻璃、菱苦土胶凝材料能将散粒材料或块状材料粘结成为整体，并具有所需的强度。
胶凝材料按成分分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类，前者以天然或合成的有机高分子化合物为基本成分，如沥青、树脂等；后者则以无机化合物为主要的成分。
无机胶凝材料按硬化条件不同，也可分为气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中继续保持或发展其强度，如建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等。
水硬性胶凝材料则不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如各种水泥。
气硬性胶凝材料一般只适用于地上干燥环境，而水硬性胶凝材料则可在地上、地下或水中使用。
人类发现和利用胶凝材料，有着悠远的历史，从新石器时代的前陶器时代人们就开始使用胶凝材料，最早的胶凝材料就是天然的粘土，但粘土基本不具备水稳性。
在巴比伦人们开始使用粘土层中的纯度高硬度小的CaCO3结石，是最早具备初步水稳性的胶凝材料，石灰的发明产生了最早的人造胶凝材料，在9000年前的以色列地区就已经使用了石灰骨料的地板。
公元前2500-3000年，人们就开始学会利石灰和石膏砂桨，如古代埃及的金字塔和许多建筑都是采用石膏和石灰作为胶结材料砌筑的，公元初期，人们又学会了应用石灰—火山灰水硬性材料，用石灰和火山灰或凝灰岩制备的胶凝材料既有水硬性也具备足够的水稳性和强度。
例如古罗马的“庞贝”古城的遗址、斗兽场以及罗马神庙等都是采用石灰—火山灰材料砌筑的。
第一次工业革命时期，英国工程师发明了用普通水硬性石灰代替石灰—火山灰的做法，经过长时间的改良形成现代用的水泥。
上次课我们讲了气硬性胶凝材料的石灰，本次课程我们开始讲解建筑中常用的石膏、水玻璃和菱苦土。
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，其制品具有一系列的优良性质，在建筑中得到广泛的应用。
生产建筑石膏的主要原料是天然二水石膏、又称生石膏，二水石膏经锻烧、磨细可得建筑石膏即熟石膏，建筑石膏主要有以下性质。
02气硬性胶凝材料_土木工程材料
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
石灰的应用
工程案例 某工地因工期紧，急需配置石灰砂浆。现建材市场有消石灰粉、
生石灰粉和生石灰三种可供选择。因生石灰价格相对便宜，工地 选择了生石灰作为原材料，买回后立刻加水进行配置石灰膏，再 配置成石灰砂浆。使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性 裂缝。试分析其原因。
钠水玻璃： Na2O•nSiO2 (常用) 钾水玻璃： K2O•nSiO2 水玻璃的模数：分子式中SiO2 与Na2O分子数比n。 水玻璃的模数越大，越难溶于水。
2 气硬性胶凝材料 – 2.3 水玻璃
水玻璃的硬化和性质
➢ 水玻璃的硬化
液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定
型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，具体反应式如下：
将液态水玻璃和氯化钙溶液交 替注入土壤中，两者反应析出 硅酸胶体，能起胶结和填充孔 隙的作用，并可阻止水分的渗 透，提高土壤密度和强度。
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
➢ 石灰的品种 按成品的加工方法分 1. 生石灰：石灰石煅烧后的块状物 CaO 2. 生石灰粉：块状生石灰磨细后的粉末 CaO 3. 消石灰粉：生石灰消化并干燥后的粉末 Ca(OH)2 4. 石灰膏：生石灰充分消化后的膏状物 Ca(OH)2和水
石灰的品种
2 气硬性胶凝材料 – 2.1 建筑石灰
建筑石膏+水
浆体
凝结
硬化
➢初凝：开始失去塑性的时间。 ➢终凝：开始具有强度的时间。
2 气硬性胶凝材料 – 2.2 建筑石膏
➢建筑石膏凝结过程
建筑石膏的凝结与硬化
溶解
反应
结晶
半水石膏溶解
半水石膏与水反 应生成二水石膏
二水石膏溶解度较小，饱和析 出，游离水分逐渐减少，二水 石膏不断增加，浆体稠度增大
气硬性胶凝材料
菱苦土与各种纤维的黏结良好，且碱性较低，对各种
纤维和植物的腐蚀较弱。建筑上常用菱苦土与木屑(1:1.5 ～3)及氯化镁溶液(密度为1.2～1.25 g/cm2)制作菱苦土木 屑地面。它具有保温、防火、防爆(碰撞时不发火星)及一 定的弹性。表面刷漆后，使用于纺织车间、教室、办公室 、影剧院等，但不宜用于经常潮湿的环境。 使用玻璃纤维增强的菱苦土制品具有很高的抗折强度 和抗冲击能力，其主要产品为玻璃纤维增强菱苦土波瓦。 可用于非受冻地区，一般仓库及临时建筑的屋面防水。
生石灰熟化成石灰粉，常采用淋灰的方法即每堆放 半米高的生石灰块，60%-80%的水，分层堆放再 淋水，以能充分消解而又不过湿成团为度，消石灰 粉在使用以前，也应有类似石灰浆的陈伏时间。
4. 石灰的技术性质
可塑性好 硬化缓慢
生石灰消化为石灰浆时，能形成颗粒极 石灰浆的硬化只能在空气中进行，由 细(粒径约lℳm)呈胶体分散状态的氢氧 于空气中CO2含量少，使碳化作用进 耐水性差行缓慢，加之已硬化的表层对内部的 化钙粒子，表面吸附一厚层的水膜，使 颗粒间的摩擦力减小，因而其可塑性好 硬化起阻碍作用，所以石灰浆的硬化 。利用这一性质，将其掺入水泥砂浆中 过程较长 。 由于石灰浆 硬化慢、强度低，当其 ，配制成混合砂浆，可显著提高砂浆的 受潮后，其中尚未碳化的Ca(OH)2 保水性
无机胶凝材料
目 录
1 建筑石灰
2 石膏
3 镁质胶凝材料 4 水玻璃
第一节
建筑石灰
气硬性胶凝材料(石膏、水玻璃、菱苦土)
气硬性胶凝材料——菱苦土 一、主要成分：氧化镁 二、注意：菱苦土不能直接用水拌和，多用氯化镁溶 液拌和。 三、特点：耐磨性较好。
四、应用：制作人造木板
２、高强石膏
0.13H O CaSO4.2H2O 4 2 2
二、建筑石膏的凝结硬化
CaSO4.1/2H2O+1½H2O CaSO4.2H2O
三、建筑石膏的技术性质
凝结硬化快：6min初凝，30min终凝，一周时间完
全硬化。
石膏制品硬化后孔隙率较大，强度
吸音性 ，保温隔热性 。
，吸水性
，
石膏硬化时体积微膨胀。 吸湿性较强。 石膏制品具有一定的抗火性。
四、建筑石膏的应用
纸面石膏板：普通纸面石膏板、防水纸面石膏板、防
火纸面板。
纤维石膏板。
装饰石膏板。
空心石膏条板。
石膏空心条板
气硬性胶凝材料——水玻璃
一、水玻璃的模数 钠水玻璃（Na2O.nSiO2） 钾水玻璃（K2O.nSiO2） 水玻璃的模数 n＝SiO2／Na2O（K2O） 模数越大,水玻璃粘性越强,在水中溶解越困难.
二水玻璃的凝结硬化水玻璃是气硬性胶凝材料在空气中通过碳化反应完成凝结硬化硬化速度较慢使用时应加促硬剂
气硬性胶凝材料——石膏 胶凝材料 装饰材料 石膏 保温隔热材料 吸音材料
一、石膏的原料及生产
（一）原料：天然二水石膏
（二）生产：
１、建筑石膏
CaSO4.2H2O
107-170
β-CaSO4.1/2H2O+1½H2O
二、水玻璃的凝结硬化
水玻璃是气硬性胶凝材料，在空气中通过碳化反应完 成凝结硬化，硬化速度较慢，使用时应加促硬剂。 三、水玻璃的性质
水玻璃具有良好的粘结能力。 耐热性较好。 具有高度的耐酸性能。
第3章 气硬性胶凝材料(图片很丰富,可以采用)
（10）节省空间：采用纸面石膏板作墙体，墙体厚度最小可达74mm， 且可保证墙体的隔音、防火性能。
破碎、加热和磨细
（3）化学反应式：
天然二水石膏在加热过程中，随着加热温度 和加热方式的不同，可以得到不同性质的石膏产品。
二
107~1700
水
煅烧
石
膏 1250C，0.13MPa
蒸压锅蒸炼
性半水石膏
（建筑石膏）
性 半 水 石 膏
(高强石膏）
建筑石膏的技术性质和特性
（1）技术性质： 1) 颜色为白色； 2) 密度：2.6~2.75g/cm3; 3) 孔隙率大：50%~60%； （2）石膏产品的标记：
❖在美国，目前80%的住宅使用 石膏板作为内墙和吊顶；
建筑石膏生产
（1）主要原料： 天然石膏 天然天二然水无石水膏石（膏C（aSCOa4S.O2H4 )， 2O即)，硬即石软膏石；膏；
（2）主要成分： 建筑石膏是指由二水石膏（CaSO4.2H2O)
经过加工而成的半水石膏（ CaSO4. H2O）故又称熟石膏。
石灰的应用
*配置石灰乳涂料 稀释陈伏好的石灰膏， 可涂刷内外墙及顶棚 *配置水泥石灰混合砂浆 石灰膏+水泥砂浆 *配置灰土 熟石灰+黏土 *配置三合土 熟石灰+黏土+砂、石或 炉渣
石灰的储运
• 干燥 • 不得与易燃、易爆物品同时装运 • 按产品分类 • 不宜久存，不超过一个月 • 不宜长期暴露在空气中
可使用。表面一层水，防止碳化。
工地上是使用陈伏、淋灰2种方式熟化的（根据加水量 的不同确定的）
建筑材料常见问题解答第4章气硬性胶凝材料子
建筑材料常见问题解答第4章气硬性胶凝材料1．什么是胶凝材料、气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料？答：是指能将块状、散粒状材料粘结为整体的材料。
根据硬化的条件不同分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结、硬化，保持和发展强度的胶凝材料；水硬性胶凝材料是指则既能在空气中硬化，更能在水中凝结、硬化，保持和发展强度的胶凝材料。
2．建筑工程上常用气硬性胶凝材料有哪三种？答：建筑工程上常用的的石灰、石膏和水玻璃三种气硬性胶凝材料。
3．石灰的主要成分是什么？建筑用石灰有哪几种形态？答：石灰的主要成分是氧化钙（CaO），其次为氧化镁（MgO）。
建筑用石灰有：生石灰（块灰），生石灰粉，熟石灰粉（又称建筑消石灰粉、消解石灰粉、水化石灰）和石灰膏等几种形态。
4．什么是石灰的熟化？石灰熟化的特点如何？生石灰熟化的方法有哪两种？答：石灰的熟化是指生石灰（CaO）加水之后水化为熟石灰[Ca（OH）2]的过程。
其反应方程式如下：CaO＋H2O = Ca（OH）2石灰熟化的特点：（1）生石灰具有强烈的消解能力，水化时放出大量的热（约950KJ/㎏），其放热量和放热速度都比其它胶凝材料大得多。
（2）生石灰水化时体积增大1-2.5倍。
煅烧良好、氧化钙含量高、杂质含量低的生石灰（块灰），其熟化速度快、放热量大、体积膨胀也大。
生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。
5．什么是过火石灰？什么是欠火石灰？它们各有何危害？答：当入窑石灰石块度较大，煅烧温度较高时，石灰石块的中心部位达到分解温度时，其表面已超过分解温度，得到的石灰石晶粒粗大，遇水后熟化反应缓慢，称其为过石灰。
若煅烧温度较低，大块石灰石的中心部位不能完全分解，此时称其为欠火石灰。
过火石灰熟化十分缓慢，其可能在石灰应用之后熟化，其体积膨胀，造成起鼓开裂，影响工程质量。
欠火石灰则降低了石灰的质量，也影响了石灰石的产灰量。
6．什么是石灰的陈伏？陈伏期间石灰浆表面为什么要敷盖一层水？答：为了消除过火石灰在使用中造成的危害，石灰膏（乳）应在储灰坑中存放半个月以上，然后方可使用。
三种气硬性胶凝材料应用注意事项
三种气硬性胶凝材料应用注意事项气硬性胶凝材料主要包括石灰、石膏、水玻璃以及镁质胶凝材料等。
气硬性胶凝材料，顾名思义，即只能在空气中硬化，只能在空气中保持或继续提高其强度，故气硬性胶凝材料一般只适用于地上或干燥环境，不适宜于潮湿环境和水中。
（一）建筑工程中的石灰，包括建筑生石灰、生石灰粉和消石灰等。
他以碳酸钙为主要成分的石灰岩为原料，在低于烧结温度下煅烧而成，是一种古老的建筑材料。
1.生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。
欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧的石灰，它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。
温度过高得到的石灰称为过火石灰。
过火石灰的结构致密，孔隙率小，体积密度大，并且晶粒粗大，表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆。
因此过火石灰与水作用的速度很慢，须数天甚至数年，这对石灰的使用极为不利。
为避免过火石灰在使用以后，因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀，使已硬化的砂浆或制品产生隆起、开裂等破坏现象，在使用以前必须使过火石灰熟化或将过火石灰去除。
常采用的方法是在熟化过程中，利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒，而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上，使其充分熟化，此即所谓的“陈伏”。
陈伏时为防止石灰炭化，石灰膏的表面须保存有一层水。
2.生石灰在运输或贮存时，应避免受潮，以防止生石灰吸收空气中的水分而自行熟化，然后又在空气中谈话而失去胶结能力。
3.石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。
4.石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显著收缩，易出现干缩裂缝。
所以，石灰不宜单独使用，一般要掺人砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。
（二）建筑石膏，不仅是一种有悠久历史的古老的胶凝材料，而且也是一种有发展前途的新型建筑材料。
作为气硬性胶凝材料的石膏，通常是由天然二水石膏经过低温煅烧、脱水、磨细制成。
1.建筑石膏在实际应用时，为了保证可塑性，实际加水量通常为百分之六十到八十。
气硬性胶凝材料介绍(石灰、石膏、水玻璃)
七、石灰的应用
• 配制建筑砂浆和石灰乳 • 配制三合土（石灰＋粘土＋砂）、石灰土（石灰＋粘
土）
• 作为其它建材制品的原料
如：硅酸盐制品、灰砂砖、碳化板等。
• 配制无熟料水泥
石灰＋火山灰活性材料
• 软土地基加固（石灰桩） • 制造静态破碎剂和膨胀剂
第2章 气硬性胶凝材料
2.1 石 灰( lime)
石灰是使用最早的矿物胶凝材料之一。由于原料分 布广泛，生产工艺简单，成本低廉，所以在建筑上历来 应用很广。
石灰要点
•化学组成与品种 •制备工艺 •熟化与陈伏 •凝结与硬化 •技术要求 •特性 •应用
第2章 气硬性胶凝材料
一、石灰的化学组成与品种
生产石灰的原料：
CaCO3为主要成分的天然岩石。如：石灰石、白垩等。
• 过火石灰
煅烧温度过高或时间过长，部分块状石灰表层 会被煅烧成十分致密的釉状物。过火石灰颜色较深， 与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀 而引起开裂 。
第2章 气硬性胶凝材料
3、石灰的陈伏
• 为了避免过火石灰吸水熟化产生膨胀，造成已硬化的砂
浆或制品隆起、开裂等质量事故，生石灰在使用前必须 进行彻底的熟化（水化）。
➢ 生石灰水化理论需水量32.1％，但为充分水化，实际加水 量为70～100％。
第2章 气硬性胶凝材料
2、欠火石灰和过火石灰
煅烧过程中，由于块度、受热状态及煅烧时间 的差异，不可避免地存在过火石灰和欠火石灰。
• 欠火石灰
煅烧温度不足或时间不足时，碳酸钙不能完全 分解，即生石灰中含有石灰石。欠火石灰不能完全熟 化，产浆量低。石灰利用率低。
硬化时大量水分蒸发，导致显著的体积收缩，使硬化石灰体产 生裂纹。石灰浆不宜单独使用，施工时常掺入一定量的骨料(砂子) 或纤维材料(麻刀、纸筋等)。
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建筑气硬性胶凝材料---水玻璃
1、水玻璃的分类与组成
水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。
建筑常用的为硅酸钠（Na2O·nSiO2)的水溶液，又称钠水玻璃。
要求高时也使用硅酸钾（K2O.nSiO2)的水溶液，又称钾水玻璃。
水玻璃为青灰色或淡黄色黏稠状液体。
二氧化硅（SiO2)与氧化钠（Na2O)的摩尔数的比值n,称为水玻璃的模数。
水玻璃的模数越高，越难溶于水；水玻璃的密度和强度越大、硬化速度越快，硬化后的黏结力与强度、耐热性与耐酸性越高；水玻璃的浓度太高，则强度太大，不利于施工操作，难以保证施工质量。
建筑中常用的水玻璃模数为2.6~3.0。
水玻璃的浓度一般用密度来表示。
常用水玻璃的密度为（1.3~1.5)g/cm3。
水玻璃的密度太大或太小时，可用加热浓缩或加水稀释的办法来改变。
2、水玻璃的硬化
水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化，即：Na2O.nSiO2+CO2+mH,O→nSiO2.mH2O+Na2CO2由于空气中二氧化碳的浓度较低，故上述过程很慢，为加速水玻璃的硬化常加入氟硅酸钠（Na2SiF)作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出，其反应如下2Na2O.nSiO2+Na2SiF.+mH2O→（2n+1)SiO2.mH2O+6NaF氟硅酸钠的适宜掺量为12%~15%,掺量少，则硬化慢，且硬化不充分，强度和耐水性均较低；但掺量过多，则凝结过速，造成施工困难，且强度和抗渗性均降低。
加入氟硅酸钠后，水
玻璃的初凝时间可缩短到（30~60)min,终凝时间可缩短到（240~360)min,7d基本上达到最高强度。
3、水玻璃的性质
水玻璃在凝结硬化后，具有以下特性：
(1)黏结力强、强度较高。
水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度，用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达（15~40)MPa。
(2)耐酸性好。
由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，所以其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸，可用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆等。
(3)耐热性好。
硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大，用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆等。
(4)耐碱性和耐水性差。
水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O.nSiO2。
由于SiO2和Na2O.nSiO2均可溶于碱，且Na2O.nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。
为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。
4 、水玻璃的应用
(1)涂刷材料表面，提高抗风化能力。
以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷砌块砖、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。
这是因为水玻璃与空气中的二氧化碳反应生成硅酸凝胶，同时水玻璃也与材料中的氢氧化钙
反应生成硅酸钙凝胶，两者填充于材料的孔隙，使材料致密。
不能用水玻璃涂刷或浸渍石膏制品，因为硅酸钠会与硫酸钙反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品破坏。
水玻璃还可用于配制内墙涂料或外墙涂料。
(2)配制速凝防水剂。
水玻璃加两种、三种或四种矶即可配置成砚、三砚、四矶速凝防水剂。
此类防水剂与水泥浆调合，可堵塞建筑物的漏洞、缝隙。
(3)修补砖墙裂缝。
将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌和后，直接压入砖墙裂缝，可起到黏结和补强作用。
(4)加固土壤。
将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土壤固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土壤下沉。
水玻璃应在密闭条件下存放。
长时间存放后，水玻璃会产生一定的沉淀，使用时应搅拌均匀。