2019年巖土工程師《土木工程材料》輔導(dǎo)：氣硬性膠凝材料

氣硬性膠凝材料

一、石灰

1、原料與生產(chǎn)：石灰石(主要成分是CaCO3)經(jīng)過高溫煅燒而成，其主要成分為氧化鈣(CaO)，根據(jù)其中MgO的含量，分為鈣質(zhì)石灰(MgO<5%)和鎂質(zhì)石灰(MgO>5%)。

2、石灰的消化與硬化

(1)石灰的消化

生石灰加水變成粉末的方法稱為消化，成品稱為消石灰。石灰的消化過程用下面放熱反應(yīng)化學(xué)式表示：

特點：放熱，體積增大1～2.5倍。

生石灰消化過程需要一定時間，如果生石灰消化不充分，在消石灰粉中殘留有未消化的生石灰，則在使用后，由于未消化的生石灰繼續(xù)消化，從而導(dǎo)致爆裂或不正常的膨脹現(xiàn)象。陳伏(2周以上)的目的就是使石灰充分熟化，消除過火石灰的危害，防止抹灰后爆灰起鼓。

(2)石灰硬化

石灰漿體的硬化包括兩個同時進行的過程：結(jié)晶作用和碳化作用。

結(jié)晶作用：石灰漿在干燥環(huán)境中，多余的游離水逐漸蒸發(fā)，使顆粒聚結(jié)在一起，同時生石灰漿體的內(nèi)部形成大量的毛細孔隙。另外，當水分蒸發(fā)時，液體中氫氧化鈣達到一定程度的過飽和，從而會產(chǎn)生氫氧化鈣的析晶過程，加強了石灰漿中原來的氫氧化鈣顆粒之間的結(jié)合。

碳化作用：石灰漿能吸收空氣中的二氧化碳而發(fā)生碳化作用，其反應(yīng)如下：

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

石灰在硬化過程非常緩慢，且要蒸發(fā)大量的水分，引起體積顯著收縮，易出現(xiàn)干裂紋。所以，石灰不宜單獨使用，一般要摻入砂、紙筋、麻刀等材料，以減少收縮，增加抗拉強度，并節(jié)省石灰。

3、石灰的應(yīng)用

配制石灰砂漿、石灰乳;

配制石灰土(石灰和粘土)、三合土(再加填料)：石灰中的氧化鈣(或氫氧化鈣)與粘土中的氧化硅、氧化鋁反應(yīng)生成不溶于水的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣，具有水硬性。

生產(chǎn)灰砂磚、碳化石灰板。

二、建筑石膏

1、定義：建筑石膏主要成分為半水硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)。

2、水化：將半水石膏粉末倒入調(diào)和水中攪拌成漿體時，則半水石膏遇水后將重新水化生成二水石膏，放出熱量并逐漸凝結(jié)硬化。其化學(xué)反應(yīng)可用下式表達：

2(CaSO4·1/2H2O)+3H2O=2(CaSO4·2H2O)

3、建筑石膏的特點有：

(1)凝結(jié)硬化快

建筑石膏加水拌合后，漿體的初凝和終凝時間都很短，一般初凝時間為幾分鐘至十幾分鐘，終凝時間在30min以內(nèi)。

(2)硬化后體積微膨脹，制品尺寸穩(wěn)定不出現(xiàn)裂紋，裝飾性好

石膏在凝結(jié)硬化時，不像其他膠凝材料(如石灰、水泥)那樣出現(xiàn)收縮，反而略有膨脹(膨脹率為0.05%～0.15%)，使石膏硬化表面光滑飽滿，可制作出紋理細致的浮雕花飾。石膏硬化后的濕漲干縮較小，尺寸穩(wěn)定，干燥時不開裂。

(3)硬化體的孔隙率高

石膏漿體硬化后，多余的自由水將蒸發(fā)，內(nèi)部將留下大量的孔隙，因而表觀密度小，并使石膏制品具有導(dǎo)熱系數(shù)、吸聲性強、吸濕性大、可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度的特點。

(4)防火性好，耐熱性差

石膏制品在遇到火災(zāi)時，二水石膏將脫出結(jié)晶水，吸熱蒸發(fā)，并在制品表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱膜，有效地減少火焰對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的危害，具有較好的防火性能。但是石膏制品的耐熱性差，使用溫度低于65 ℃。

(5)耐水性和抗凍性能差

建筑石膏硬化體吸濕性強，吸收的水分會削弱晶體粒子的粘結(jié)力，使強度顯著降低。吸水飽和的石膏制品受凍后，會因孔隙中的水結(jié)冰而開裂崩潰。

4、應(yīng)用：室內(nèi)抹灰、制作石膏制品等。

[例題1] 在三合土中，不同材料組分間可發(fā)生的反應(yīng)為：

A.3CaO.SiO2與土作用，生成了不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣

B.2CaO.SiO2與土作用，生成了不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣

C.CaSO4.2H2O與土作用，生成了不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣

D.CaO與土作用，生成了不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣

【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礎(chǔ)，路面或路基的墊層。在長期的使用環(huán)境下，石灰中的氧化鈣在有水分存在的條件下，與粘土中的氧化硅和氧化鋁發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。

【答案】D

三、練習(xí)題

1、下列關(guān)于建筑石膏的描述正確的是：

①建筑石膏凝結(jié)硬化快

②建筑石膏凝結(jié)硬化后表觀密度小，強度低

③凝結(jié)硬化后建筑石膏導(dǎo)熱性小，吸聲性強

④建筑石膏硬化后體積產(chǎn)生微膨脹

A、①②③④

B、①②

C、②③

D、①④

提示：建筑石膏凝結(jié)硬化快，硬化后體積微膨脹，孔隙率高，表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小，吸聲性強，吸濕性大，防火性好，耐熱性差，耐水性和抗凍性能差。

答案：A

2、消除過火石灰的危害，所采取的措施是：

A、碳化

B、結(jié)晶

C、煅燒

D、陳伏

提示：為了消除過火石灰的危害，應(yīng)陳伏至少兩周。

答案：D

3、石灰不適用于下列哪一種情況?

A、用于基礎(chǔ)墊層

B、用于硅酸鹽水泥的原料

C、用于砌筑砂漿

D、用于屋面防水隔熱層

提示：石灰是氣硬性膠凝材料，不適用于屋面防水。

答案：D

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