無機(jī)膠凝材料

　　一、膠凝材料的定義與分類

　　凡經(jīng)過自身的物理、化學(xué)作用，能夠由可塑性漿體變成堅(jiān)硬固體，并具有膠結(jié)能力，能把粒狀材料或塊狀材料粘結(jié)為一個(gè)整體，具有一定力學(xué)強(qiáng)度的物質(zhì)統(tǒng)稱為膠凝材料。

　　膠凝材料分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。石油瀝青、高分子樹脂、以及古代使用的糯米汁、動(dòng)物血等屬于有機(jī)膠凝材料。無機(jī)膠凝材料通常為粉末狀，與水拌合形成可塑性漿體，經(jīng)過一定時(shí)間后凝結(jié)硬化成為具有一定強(qiáng)度和粘結(jié)性的固體。最常用的無機(jī)膠凝材料有水泥、石灰、石膏等，根據(jù)其凝結(jié)硬化條件及適用環(huán)境，無機(jī)膠凝材料又分為氣硬性和水硬性兩類。

　　所謂氣硬性膠凝材料是指只能在空氣中凝結(jié)硬化、并且只能在空氣中保持和發(fā)展強(qiáng)度的膠凝材料，石灰、石膏、水玻璃等屬于這一類。而水硬性膠凝材料不僅能在空氣中、而且能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度。建設(shè)工程中大量使用的各種水泥即屬于水硬性膠凝材料。氣硬性膠凝材料只能用于地面以上、處于干燥環(huán)境中的部位，而水硬性膠凝材料既可用于干燥環(huán)境，也可用于地下或水中環(huán)境。

　　二、氣硬性膠凝材料

　　建筑上常用的氣硬性膠凝材料有石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等品種。

　　(一)建筑石膏

　　建筑石膏的主要化學(xué)成分為半水石膏[CaS04?H20]。

　　建筑石膏具有質(zhì)地細(xì)膩，色彩潔白，硬化快速，容易加工等特點(diǎn)，在建筑材料領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。例如，在生產(chǎn)普通硅酸鹽類水泥時(shí)通常摻入3%～5%的石膏來調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間;在生產(chǎn)膨脹水泥時(shí)石膏通常作為不可缺少的膨脹組分。石膏質(zhì)量輕，加工性能好，耐火，保溫隔熱、隔聲性能好，原材料資源豐富，可大量用做建筑物的裝飾、裝修材料，例如建筑石膏與水拌制的漿體可用做建筑物內(nèi)墻的抹面材料，以建筑石膏為原材料，配合纖維材料、細(xì)骨料等制作的紙面石膏板、建筑飾面板、保溫、隔聲板和各種砌塊等被大量用于建筑領(lǐng)域。此外，石膏還被用做日常生活和裝飾品的原材料，例如石膏塑制工藝品，制作牙科、陶瓷和機(jī)械模型等。

　　1.建筑石膏的生產(chǎn)

　　生產(chǎn)建筑石膏的原料有天然石膏和化工石膏兩大類。

　　天然石膏包括二水石膏(也叫生石膏，分子式為CaSO4?2H20)、無水石膏(也叫硬石膏，分子式為CaSO4)和石膏礦石，石膏礦石是一種細(xì)分散的機(jī)械混合物，含有較多的雜質(zhì)成分，CaSO4?2H20的含量為30%～60%。

　　表2-2-5 木材各方向的強(qiáng)度對(duì)比表

　　化工石膏品種 CaSO4?2H20含量范圍(%)

　　磷石膏 64 ～ 96

　　氟石膏 88 ～ 95

　　鹽石膏 80 ～ 99

　　乳石膏 77 ～ 80

　　黃石膏 67 ～ 84

　　化工石膏是以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)品。目前我國化工石膏的主要品種有磷石膏、氟石膏、鹽石膏、乳石膏和黃石膏等。各品種化工石膏中CaSO4?2H20的含量范圍如表2-2-5所示。這些化工石膏經(jīng)適當(dāng)處理后可代替天然石膏作為生產(chǎn)建筑石膏的原材料。

　　生產(chǎn)石膏的主要工序是加熱與磨細(xì)。由于加熱方式和溫度的不同，可生產(chǎn)不同性質(zhì)的石膏品種，統(tǒng)稱熟石膏。建筑上作為膠凝材料使用的半水石膏是二水石膏在常壓、107～170℃的溫度下脫水得到的β型半水石膏，其脫水反應(yīng)式如式2-2-26所示。將脫水得到的β型半水石膏磨細(xì)成白色粉末狀，叫做建筑石膏。

　　可見，建筑石膏的生產(chǎn)是對(duì)二水石膏加熱使之脫水，生成半水石膏的過程，而建筑石膏的應(yīng)用是將半水石膏加水拌合成膏狀，在未硬化之前做成所需的形狀，然后利用半水石膏與水的反應(yīng)又生成二水石膏同時(shí)硬化并產(chǎn)生強(qiáng)度的過程。

　　2.建筑石膏的特性

　　(1)凝結(jié)硬化快。初凝不小于6min，終凝不大于30min，一周左右完全硬化。所謂初凝時(shí)間是指自石膏與水拌合起，至漿體開始失去流動(dòng)性的時(shí)間;終凝時(shí)間指自石膏加水拌合時(shí)起，至漿體完全失去流動(dòng)性，并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間。由于建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間很短，在實(shí)際工程中通常要摻緩凝劑，以保證施工時(shí)間的需要。

　　(2)硬化后體積稍有膨脹，膨脹量約為0.05%～0.15%。這一特性對(duì)建筑石膏作板材制品或抹面等十分有利。因?yàn)槿绻z凝材料硬化后體積收縮，表面將產(chǎn)生裂紋;而建筑石膏的微量膨脹特性使得硬化后石膏制品表面能保持不開裂。

　　(3)硬化后的石膏具有多孔性，表觀密度小、導(dǎo)熱性較小，強(qiáng)度較低。建筑石膏水化反應(yīng)理論上需水僅為18.6%，但在攪拌時(shí)為保證半水石膏充分溶解以及漿體具有流動(dòng)性，通常需加50%～70%的水。多余的水分蒸發(fā)后在石膏硬化體內(nèi)將留下大量的孔隙，所以硬化后的石膏孔隙率高達(dá)50%～60%。由于多孔性，建筑石膏的保溫隔熱性能好，但強(qiáng)度較低。

　　(4)吸濕性強(qiáng)，耐水性、抗凍性差。建筑石膏水化后生成二水石膏結(jié)晶體，具有溶解性，因此，遇水將嚴(yán)重削弱晶體粒子之間的結(jié)合力。吸水受凍后，將因孔隙中水分結(jié)冰而崩裂。

　　(5)石膏硬化體的防火性能好。由于建筑石膏硬化后的主要成分是CaSO4?2H20，遇火將放出H20，在制品表面形成水蒸氣幕，可防止火的蔓延。

　　(6)裝飾性好，可加工性好。石膏制品表面平整、色彩潔白。并可進(jìn)行鋸、刨、釘、雕刻等加工，具有良好的裝飾性能。

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