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将石灰与粘土掺合使用后，发现其强度和耐水性有所提高。

这期间也有人尝试用火LU灰作为胶凝材料，但火L1J灰单独使用时，并不具有胶结能力。

但将火LU灰与石灰共同使用其强度及耐水性有较大改善，古罗马许多建筑均是采用这种材料，这就是水泥的前身。

后来化学作为一门学科兴起，人们在研究粘土与火』灰后，发现其主要成分相似，“粘土+石灰”性能没有“火山灰+石灰”好，是由于粘土没有经过火LU暴发时高温的焜烧。

因此，开始用石灰岩和粘土同时焜烧的方法制造胶凝材料，至十八世纪初，英国人终于制造出了水泥。

这是胶凝材料发展史也是建筑史上的一个飞跃。

因硬化后的水泥石与波特兰山的岩石相似，故命名为“波特兰水泥”。

一'

石灰

1、石灰的生产

生产石灰所用原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石，如石灰石、白垩等。

将这些原料在高温下*段烧，即得生石灰：

CaCO39«

'

1,0＜）caoco2f

在石灰生产过程中，对质量有影响的因素有：

（1）石灰岩类原料中MgCO3的含量。

在锻烧过程中，MgCsO分解成MgO,也是石灰有效成分。

如MgO含量大（〉5%）则成为镁质石灰。

（2）石灰岩中粘土等杂质的含量。

粘土等杂质不仅影响到石灰的白度，更影响到石灰的使用性能。

如含量高，石灰的熟化速度慢。

含量过高，甚至使石灰具有水硬性特征（变成焜烧水泥了）。

（3）锻烧的温度、时间、入窑岩石块大小相差的程度。

CaCO3i°

CaO+

CO2f过程中，质量减少44%，而体积只减小约15%（焜烧温度高、时间长体积收缩大），所以正常锻烧得的生石灰具有多孔结构、晶粒细小、体积密度小，与水作用速度快。

若生产时，温度和时间控制不好，或原料入窑时块的大小相差过于悬殊，常会产出欠火石灰和过火石灰。

欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常焜烧石灰。

欠火石灰只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。

温度过高、焜烧时间过长得到的生石灰，称为过火石灰。

过火石灰的结构致密、孔隙率较小、体积密度大

（接近于密度），并且晶粒粗大，甚至发生烧结。

此外由于原料中混入或夹带有粘土成分，在高温下熔融，使过火石灰与水的作用很慢（需数十天至数年以上），这对使用非常不利。

2、石灰的熟化

石灰的熟化，又称消解，是生石灰（氧化钙）与水作用生成熟石灰（氢

氧化钙）的过程，即：

CaO+H2O一Ca（OH）2+64.8KJ伴随着熟化过程有二个显著的特点：

一是放

热量大，放热速度快；

二是体积迅速膨胀，增加1〜2.5倍。

所以生石灰不能像水泥一样使用（生石灰与水接触后放热、体积膨胀，破坏初始结构，不能成型），使用前需先进行熟化。

为避免过火石灰在使用后，因吸收空气中的水蒸汽而逐步水化膨胀，使硬化砂浆或石灰制品产生隆起、开裂等破坏，在使用前必需使其熟化或将其去除。

常采用的方法是在熟化过程中首先将较大尺寸的过火石灰块利用筛网等去除（同时也为了去除较大的欠火石灰块，以改善石灰质量），之后利用二周以上的熟化时间（即陈伏），使较小的过火石灰块熟化。

陈伏时需防止石灰碳化。

方法是与空气隔绝，措施有：

上部留一定高度的水

层；

用塑料薄膜覆盖，再用土盖实。

3、石灰的硬化石灰的硬化是二个过程同时进行的。

一是干燥结晶硬化；

二是碳化硬化。

石灰浆在干燥过程中，因失水产生毛细管压力，使氢氧化钙颗粒间的接触紧密，产生一定的塔接。

此外氢氧化钙也会在饱和溶液中结晶，但结晶数量很少，故由此过程产生的强度很低。

若再遇水后，因毛细管压力消失，且氢氧化钙吸附水的能力极强（所以水分蒸发难也慢）且微溶于水，强度丧失。

碳化硬化是氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙而使石灰硬化，即：

Ca（OH）卄CO2+nH2O->

CaCO3+（n+1）H2O生成的碳酸钙具有相当高的

强度、硬度和耐水性。

但由于空气中二氧化碳的浓度很低，故碳化过程极为缓慢。

且碳化过程需要一定的湿度，湿度过小（<

25%=或过大（〉75%）均不利于石灰的碳化硬化。

碳化过程是由表及里（且有收缩），但表层生成的碳酸钙结晶硬壳，阻碍了二氧化碳的深入，也影响了内部水分的蒸发，所以碳化过程长时间只限于表面。

氢氧化钙的结晶作用则主要发生在内部（也很慢）。

石灰的硬化过程有二个特点：

一是速度慢；

二是体积收缩大。

石灰在硬化的相当长时间内，主要成分是Ca（OH）2+CaCO3。

（在早期前者含量高，随着时间的延长后者慢慢、慢慢增多。

）所以强度低、硬度小、不耐水是相当长时间内石灰的特点。

4、石灰的主要性质

（1）'

保水性和可塑性好。

氢氧化钙颗粒极细小，比表面积大，对水的吸附能力强。

这一性质常用来改善砂浆的保水性。

（2）、硬化慢、强度低石灰浆的碳化极慢，且氢氧化钙干燥结晶也很慢，因而硬化慢，强度低。

如石灰砂浆（1：

3）28天强度仅0.2〜0.5MPa。

（3）、耐水性差石灰在硬化后，其内部成分大部分为氢氧化钙，仅有极少量的碳酸钙。

由于氢氧化钙吸附水的能力极强，且可微溶于水，故耐水性极差，软化系数接近于零，即浸水后强度丧失贻尽。

（4）、硬化时体积收缩大氢氧化钙吸附的大量水在蒸发时，产生很大的毛细管压力，致使石灰浆体硬化时产生很大的收缩（碳化也会产生体积收缩，但较小），从而使石灰制品开裂。

因此石灰除配制成稀浆用于粉刷外，不宜单独使用。

二、建筑石膏

1、建筑石膏的生产、水化与凝结硬化

（D建筑石膏的生产

将天然二水石膏CaSO4-2H2O（又称生石膏或软石膏）加热脱水而得，反应式如下：

CaSO4.2H2OCaSCU.1甩0+3H2O

'

22

（生石膏）熟石膏）

生成的产物称为卩型半水石膏，将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为建筑石膏。

色白的称做模型石膏。

若在1.3大气压（约127Kpa）的水蒸汽中脫水，得到的是晶粒较卩型半水石膏粗大、使用时拌合用水量少的半水石膏，称为a型半水石膏，将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为高强度石膏。

（2）水化与凝结硬化建筑石膏与水拌合后，即与水发生化学反应（简称为水化），反应式如下：

CaSO4.1H2O+3H2O->

CaSO4.2H2O

22

随着CaSO4.2H2O的增多，浆体迅速凝结，并形成强度即硬化，随后随着水分的蒸发强度提高。

此过程有如下特点：

1实践用水量较理论用水量大得多。

建筑石膏水化的理论需水量为18.6%，但在建筑石膏拌合时，为使浆体具有施工要求的可塑性，需加入60%〜80%的用水量，故大量多余的水使建筑石膏制品具有多孔的特点。

2石膏浆体凝结硬化快。

由于二水石膏的溶解度比半水石膏小许多，所以二水石膏胶体微粒不断从过饱和溶液（即石膏浆体）中沉淀析出。

二水石膏的析出促使上述水化反应继续进行，直至浆体中的水份因水化和蒸发而减少，浆体的稠度逐步增加，胶体微粒间的搭接、粘结逐步增强，使浆体逐渐失去可塑性，即浆体逐渐产生凝结。

随水化的进一步进行，胶体凝聚并逐步转变为晶体，且晶体间相互搭接、交错、

共生，使浆体完全失去可塑性，产生强度，即硬化。

最终成为具有一定强度的人造石材。

石膏是所有无机胶凝材料中凝结硬化最快的。

3具有约1%的微膨胀。

是无机胶凝材料中唯一的。

2、建筑石膏具有以下性质：

（1）初凝硬化快。

熟石膏加水拌合后，几分钟内便开始失去可塑性。

为满足施工操作的要求，一般均需加硼砂或柠檬酸、亚硫酸盐纸浆废液、动物胶（需用石灰处理过）等做缓凝剂。

（2）凝结硬化时体积微膨胀。

凝结硬化初期的这种体积微膨胀（约0.5〜

1.0%），使制得的石膏制品的表面光滑、细腻、尺寸精确、形体饱满，因而装饰性能好。

（3）孔隙率高、体积密度小。

建筑石膏在拌合时，为使浆体具有施工要求的可塑性，需加入60%〜80%的用水量，而建筑石膏水化的理论需水量为18.6%，故大量多余的水造成了建筑石膏制品多孔的性质（P可达50%〜60%），并且体积密度小（800〜lOOOkg/m^）。

（4）保温性、吸声性好孔隙率大且均为微细的毛吸孔，故导热系数小，保温性与吸声性好。

（5）具有一定的调温调湿性。

（6）强度较低2h强度为3〜6MPa、7天为8〜12MPa。

（7）防火性好因其导热系数小，传热慢，且二水石膏在10OoC多点就开始脫水，脱水产生的水蒸汽能延缓火势的蔓延。

（8）抗渗性、耐水性、抗冻性差因孔隙率大，并且二水石膏可以微溶于水。

软化系数Kp为0.2〜0.3。

故石膏制品不宜用于室外。

三、水玻璃

水玻璃又称泡花碱。

建筑上常用的为硅酸钠（Na2O?

nSiO2）的水溶液，要求高时也可使用硅酸钾（K2O?

nSiO2）的水溶液。

水玻璃为青灰或淡黄色粘稠液体。

SiO2与Na?

。

的摩尔数的比值n称水玻璃的模数。

n值大，则水玻璃的粘度大，粘结力与强度及耐酸、耐热性高。

但n值太大不利于施工，会导致性能下降。

建筑上常用n=2.6〜3.0的水玻璃。

水玻璃的浓度大，粘度增加、粘结力与强度、耐酸性与耐热性均提高，但太大时不利于施工。

一般常用密度为1.3〜1.5g/cm彳的水玻璃。

水玻璃可吸收空气中的二氧化碳，生成二氧化硅凝胶（又称硅酸凝胶），凝胶脫水转变为二氧化硅而硬化。

Na2O-nSiO2+CO2+mH2O^Na2CO3+nSiO2-mbkO为加速硬

化常加入促硬剂（硬化剂），常用12%〜15%的氟硅酸钠NazSiFs。

反应如下：

2rNa2OnSiOaj+NasSiFelmH2O->

（2n+1）SiO2IDH2O+6NaF加入

Na2SiF6后，水玻璃的初凝时间可缩短到30min左右。

水玻璃的特性与应用主要有：

（1）耐酸性好，用做耐酸材料水玻璃在硬化后主要成分为SiO2，可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。

用于配制耐酸胶泥、砂浆、混凝土等

（2）耐热性好，用做耐热材料硬化后形成SiO2网状骨架，在高温下强度不降低。

常用于配制耐火胶泥、砂浆、混凝土等。

（3）粘结力大、强度较高水玻璃混凝土的强度可达到15〜40MPa。

有于粘贴耐酸或耐热材料等。

（4）耐碱性、耐水性差水玻璃在加入NazSiFs后仍不能完全固化，约有30%仍为Na2O?

nSiO2°

由于SiC^tlNa2O?

nSiC>

2均可溶于碱，且Na2O?

2可溶于水，故水玻璃在硬化后，不耐碱、不耐水。

为提高耐水性，常采取酸洗处理方法。

即用中等浓度的盐酸或硫酸进行酸洗'

以溶液掉NazCCh，促进水玻璃的分解，经过几

次的酸洗可提高硅胶的含量，提高其密实程度，改善耐水性。