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第三章气硬性胶凝材料☆知识点1．石灰、石膏、水玻璃的特性及应用。
2．以上三种气硬性胶凝材料的凝结硬化原理。
★要求掌握：1．石灰、石膏的技术要求、特性、应用及保管。
2．水玻璃的特性及工程中的应用。
了解：1．胶凝材料的分类。
2．石灰、石膏、水玻璃的生产工艺及对性能的影响。
在建筑工程中，把经过一系列的物理、化学作用后，由液体或膏状体变为坚硬的固体，同时能将砂、石、砖、砌块等散粒或块状材料胶结成具有一定机械强度的整体的材料，统称为胶凝材料。
胶凝材料品种繁多，按化学成分可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类，其中无机胶凝材料按硬化条件又可分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料两类。
所谓气硬性胶凝材料，是指只能在空气中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃等。
气硬性胶凝材料一般只适合用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如水泥。
水硬性胶凝材料既适用于地上，也适用于地下或水中。
3.1 石灰石灰是建筑工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。
由于其原料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉，具有其特定的工程性能，所以至今仍广泛应用于建筑工程中。
3.1.1 石灰的生产1.原料生产石灰的原料有两种：一是天然原料，以碳酸钙为主要成分的矿物、岩石(如石灰岩、白云岩)或贝壳等；一是化工副产品，如电石渣（是碳化钙制取乙炔时产生的，其主要成分是氢氧化钙）。
而主要原料是天然的石灰岩。
2.生产过程将主要成分为碳酸钙和碳酸镁的岩石经高温锻烧(加热至900℃以上)，逸出CO2气体，得到的白色或灰白色的块状材料即为生石灰，其主要化学成分为氧化钙和氧化镁。
CaCO 3 09001100C−−−−−→ CaO + CO 2↑ 在上述反应过程中，CaCO 3、CaO 、CO 2的质量比为100∶56∶44，即质量减少44%，而在正常煅烧过程中，体积只减少约15%，所以生石灰具有多孔结构。
济南大学自命题科目考试大纲
[考试内容]
原料、燃料及预处理
无机非金属材料的组成及配料计算
配合料的制备与加工
煅烧、烧成与熔化
冷却
制品加工
第三章无机非金属材料的物化性能
[学习要求]熟练掌握硅酸盐水泥的水化过程及物化性能；掌握陶瓷的物理性能，了解陶瓷增韧原理；掌握玻璃的基本物化性质。
[考试内容]
第一节硅酸盐水泥的物化性能
第二节陶瓷的物理性能
第三节玻璃的物理化学性质
第四章其他胶凝材料和新材料
[学习要求]了解石灰、石膏等其他胶凝材料，了解复合材料工艺及新材料。
[考试内容]
第一节其它胶凝材料
第二节复合材料工艺
第三节发展中的新材料。
胶凝材料分类一、水泥类胶凝材料水泥是一种常用的胶凝材料，主要用于混凝土和砂浆的制作。
根据其成分和用途的不同，水泥可分为硅酸盐水泥、矿渣水泥、石膏水泥、高铝水泥等多种类型。
水泥的主要特点是具有较高的强度和耐久性，适用于各种建筑工程。
二、石膏类胶凝材料石膏是一种常见的胶凝材料，主要用于石膏板、石膏线和装饰材料的制作。
石膏可以分为石膏粉和石膏砂两种类型。
石膏的主要特点是具有良好的可塑性和可加工性，可以根据需要进行模塑和雕刻。
三、粉煤灰类胶凝材料粉煤灰是一种由燃烧煤炭产生的细粉状物质，可以用作胶凝材料。
根据粉煤灰的硅铝比和活性指数的不同，可以将其分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类粉煤灰。
粉煤灰的主要特点是具有较高的活性和较低的胶凝性，适用于混凝土和砂浆的制作。
四、矿渣类胶凝材料矿渣是一种由冶炼金属时产生的副产物，可以用作胶凝材料。
常见的矿渣包括炉渣、高炉渣和转炉渣等。
根据矿渣的成分和活性指数的不同，可以将其分为矿渣水泥、矿渣粉和矿渣砂等多种类型。
矿渣的主要特点是具有较高的活性和较低的胶凝性，适用于混凝土和砂浆的制作。
五、高效胶凝材料高效胶凝材料是指在常规胶凝材料的基础上，通过添加剂改善其性能的材料。
常见的高效胶凝材料包括减水剂、增强剂和延缓剂等。
减水剂可以改善混凝土的流动性和工作性能，增强剂可以提高混凝土的强度和耐久性，延缓剂可以延长混凝土的凝结时间。
高效胶凝材料的主要特点是具有较好的可操作性和性能调控性，适用于各种特殊工程。
六、其他胶凝材料除了上述分类的胶凝材料外，还有一些特殊的胶凝材料被广泛应用于工程建设中。
例如，聚合物胶凝材料可以通过聚合反应形成胶凝体，具有良好的柔性和抗裂性；纳米胶凝材料可以通过纳米技术改善材料的性能，具有较高的强度和耐久性。
这些胶凝材料的特点各不相同，可以根据具体工程的要求进行选择和应用。
胶凝材料是一类广泛应用于工程建设中的材料，根据其成分和性能的不同，可以将其分为水泥类、石膏类、粉煤灰类、矿渣类、高效胶凝材料和其他胶凝材料等多种类型。
胶凝材料学历史回顾：古埃及人发现尼罗河流域盛产的石膏可以做成很好的粘结材料。
他们发现，把开采出来的石膏碾碎磨细，再加上少量粘土一起煅烧，就会失去一部分结晶水成为熟料。
熟料中加水，调成糊状，过不了多久又会重新变硬，而且石膏糊粘性甚好。
由此，埃及人发明了与水泥相似的石膏粘结剂，并用它创造了世界建筑史上的奇迹——金字塔。
这些金字塔是由巨大的石块以石膏复合胶凝材料粘结而成的具有良好的耐久性。
一、石灰1.石灰的生产及分类：生石灰粉：石灰在制备过程中，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料经煅烧后，即得到块状的生石灰，生石灰粉是由块状生石灰磨细而成。
消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2,称为消石灰粉。
石灰膏：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3～4倍)消化，或将消石灰粉和水拌和，所得的一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水。
2.石灰的熟化与硬化：a.石灰的熟化生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。
石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。
为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。
陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置14d以上的过程。
b.石灰浆体的硬化石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。
（1）干燥结晶硬化过程石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密并使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。
（2）碳化过程Ca(OH)2与空气中的CO2和水反应，形成碳酸钙。
由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCO3膜层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。
3.石灰的性质与技术要求石灰的性质是可塑性好；硬化较慢，强度低，硬化时体积收缩大，耐水性差，吸湿性强。
a. 石灰乳将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水搅拌稀释，成为石灰乳。
主要用于内墙和天棚刷白，石灰乳中加入各种耐碱颜料，可形成彩色石灰乳。
3. 1. 其他胶凝材料
3. 1. 1 石灰
石灰是将以碳酸钙为主要成分的原料，经适当温度煅烧后，所得到的以氧化钙为主要成分的物质。
生产石灰的原料主要是天然原料，如石灰石、白垩等。
一、石灰的生产
二、煅烧温度
三、石灰的水化硬化
二、煅烧温度
石灰的煅烧温度主要与窑的形式、石灰石的致密程度以及杂质含量有关。
煅烧温度过高或过低和煅烧时间长短都会影响石灰的质量，因为石灰的活性主要由其内比表面积和晶粒尺寸大小决定。
随着煅烧温度提高和煅烧时间延长，石灰的内比表面积将逐渐减小。
过烧石灰内部多孔结构致密，氧化钙结晶粗大，消化时与水反应的速度极慢；
煅烧温度过低和时间太短，石灰石烧不透，形成生烧。
三、石灰的水化硬化
石灰消化而得的浆体即石灰浆，其硬化包括两个同时进行的过程：干燥和碳酸化。
1. 干燥
石灰浆体在干燥环境中，多余的游离水分逐渐蒸发：
在石灰浆内部形成大量的彼此相通的毛细孔隙，残留在孔隙内的游离水分形成了弯月面，从而产生毛细管压力，使颗粒
聚结而互相粘结，产生强度。
使液相中氢氧化钙达到某种程度的饱和，从而产生氢氧化钙析晶过程，加强了石灰浆中原来的强氧化钙颗粒之间的结合。
一、氯氧镁水泥水化机理
MgO-MgCl2-H2O系统在常温下的主要水化产物是：
5Mg(OH)2•MgCl2•8H2O （简称5•1•8）
3Mg(OH)2•MgCl2•8H2O （简称5•1•8）
这些水化产物的形成和水化相的转变与MgO/MgCl
摩尔比，
2
MgO活性及其液相中镁离子浓度有关。
二、氯氧镁水泥的物化性能
构成镁水泥强度的基础是5•1•8和3•1•8两种复盐晶体，这两种复盐晶体以结晶较好的棒状或结晶较差的凝胶状连结在一起，形成网络，即形成了高强度的硬化体。
1. 氯氧镁水泥强度的影响因素
MgO ：MgCl 2：H 2O 摩尔比，以7：1：16最为理想 MgO 的活性和粒度，砂率取10%较好
添加剂，较为流行的添加剂为Si 、Fe 、P 等的复合型添加剂，总量为10%
2. 氯氧镁水泥的耐水性
材料的耐水性是其与水长期接触或在水的作用下继续保持其性能不变的能力。
氯氧镁水泥耐水性很差的突出表现是其硬化体强度在水中大幅度下降，可损失60%以上。
一般认为影响耐水性的因素主要有以下几点：
氯氧镁水泥硬化体是一个多孔性的多晶体堆积结构
氯氧镁水泥的部分水化物在水中的可溶性甚大
硬化试体浸水后5相或3相会转变成Mg(OH)
，进而与HCl
2
发生反应：
2HCl + Mg(OH)2 = MgCl2 + 2H2。
形成了可溶于水的MgCl
2
改善耐水性的方法主要有：
（1）选择合理的配比和工艺方法
（2）改变氯氧镁水泥的水化物组成与结构（3）掺加抗水外加剂
二、石膏的水化硬化
石膏与适量的水混合，成为可塑性浆体，然后很快失去流动性、硬化并产生强度，最终成为坚硬的固体。
1. 半水石膏的水化硬化
半水石膏加水发生化学反应：
CaSO4•1/2H2O + 3/2H2O CaSO4•2H2O + Q
结晶理论
胶体理论。
