一级建筑师辅导之建筑材料与构造(7)

　　第二节 气硬性无机胶凝材料一级建筑师

　　本节主要介绍石膏、石灰、菱苦土、水玻璃气硬性胶凝材料的组成、硬化过程、主要 技术性质及应用。通过学习了解这四种材料的特性。

　　建筑上能将砂、石子、砖、砌块等散粒或块状材料粘结为一体的材料称为胶凝材料。 胶凝材料分类如下：

　　无机胶凝材料：气硬性胶凝材料一一石膏、石灰、菱苦土、水玻璃

　　水硬性胶凝材料一各种水泥

　　有机胶凝材料一一石油沥青、各种天然和人造树脂

　　一、石膏

　　(一)石膏胶凝材料的生产

　　天然石膏矿有天然二水石膏(CaS04 ? 2H2O)及天然无水石膏(CaSO4 )。天然二水石 膏质地较软，称为软石膏;天然无水石膏质地较硬，称为硬石膏。

　　生产石膏胶凝材料的主要原料是软石膏，以及含CaSO4?2H20或CaS04? 2H20与 CaS04混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏、氟石膏、棚石膏等。

　　生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细。由于加热方式和温度不同，可生产 出不同性质的石膏胶凝材料品种。当温度加热到65°C ――75°C时，二水石膏开始脱水，至107°C ――170°C时生成半水石膏(CaS04 ?0.5H2O) ，与水调合后能很快凝结硬化;温度为170°C――200°C时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏[CaSO4 (III)，与水调合后仍能很快凝结硬化;温度 升高到200°C -250°C时，石膏中残留很少的水，凝结硬化非常缓慢;当加热温度高于400°C 时，石膏完全失去水分，成为不溶性硬石膏[Ca SO4 (II) J，失去凝结硬化能力，成为死烧石 膏;当温度高于800°C时，得到的石膏称为高温锻烧石膏或地板石膏[Ca SO4(I)，由于部 分石膏分解出的氧化钙起催化作用，所得产品又重新具有凝结硬化性能。

　　(二)建筑石膏

　　将二水石膏在常压非密闭状态下加热至107°C ――170°C时，二水石膏脱水可得到自型半 水石膏。建筑石膏是以自型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要 用于制作石膏制品。建筑石膏色白，杂质含量很少，粒度很细，亦称模型石膏，是制作装 饰制品的主要原料。

　　1.建筑石膏的凝结硬化

　　建筑石膏与适量的水混合，最初成为可塑的浆体，但很快失去塑性，这个过程称为凝 结;以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体，这个过程称为硬化。 石膏的凝结硬化是一个连续的溶解、水化、胶化、结晶过程。由于二水石膏在水中的 溶解度(2.05g/L)比半水石膏溶解度(8. 5g/L)小得多，半水石膏的饱和溶液对于二水石膏 就成了过饱和溶液，所以二水石膏以胶体微粒自水中析出。由于二水石膏的析出，破坏了 半水石膏溶解的平衡状态，新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行，直到 半水石膏全部耗尽。浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量 则不断增加，而这些微粒比原来的半水石膏粒子要小得多，由于粒子总表面积增加，需要 更多得水分来包裹，所以，浆体的稠度使逐渐增大，颗粒之间的摩擦力和粘结力逐渐增加，因而浆体可塑性增加，表现为石膏的嘴结"。其后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体，晶体逐渐长大，共生和相互交错，石膏强度随之增加，最后成为坚硬的固体。

　　2.建筑石膏的技术性质

　　建筑石膏分为优等品、一等品和合格品三个等级。

　　建筑石膏的密度为2. 50――2. 80g/ cm3，堆积密度为800'- 1100kg/m3 ，建筑石膏具有 以下特性：

　　(1)孔隙率大(约占50%-60%)，强度低。石膏的理论需水量为18.6% ，但为了使 石膏具有必要的可塑性，通常加水量达60 %-80 % ，水蒸发后留下大量孔隙，所以孔隙 率很大。一等石膏硬化后1天强度约5- 8MPa， 7天最大强度可达8- 12MPa。

　　(2)凝结硬化快。3-5min内即可凝结，终凝不超过30min。在应用时需掺加缓凝剂。 如棚砂、酒石酸钾钠、拧橡酸、聚乙烯醇、石灰活化骨胶或皮胶等。

　　(3)硬化后体积微膨胀，膨胀率约1%。

　　(4)耐水性、抗冻性差。建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性，在潮湿环境中，晶体间粘结力削弱，强度显著降低。吸水后受冻，孔隙中水分结冰而是使石膏崩裂。

　　(5)防火性好。遇火灾时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，表面生成的无水石膏 是良好的绝缘体。

　　3.建筑石膏的应用及保管

　　(1)石膏抹灰材料。

　　(2)石膏板材：纸面石膏板、石膏空心条板、纤维石膏板等。

　　(3)石膏砌块。

　　建筑石膏在运输和储存中要注意防止受潮，一般储存3个月后，其强度会降低约30%。

　　(三)高强石膏

　　将二水石膏在0. 13MPa密闭状态下加热至125°C时，二水石膏脱水可得到α型半水 石膏。α半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，因而比表面积较小，需水量约为35%~ 45% ，所以此石膏硬化后具有较高密实度和强度。3h抗压强度可达9~24MPa， 7天抗压 强度可达15~40MPa，故名高强石膏。

　　高强石膏适用于强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。掺入防水剂，可用于 湿度较高的环境中。加入有机材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成胶粘 剂，其特点是元收缩。

　　(四)粉刷石膏

　　粉刷石膏是由自型半水石膏和其他石膏相(硬石膏或假烧结土质石膏)、各种外加剂 (木质磺酸钙、拧橡酸、酒石酸等缓凝剂)及附加材料(石灰、烧稀土、氧化铁红等)所组成 的一种新型抹灰材料。

　　粉刷石膏具有表面坚硬、光滑细腻、不起灰的优点，还可调节室内空气湿度，提高舒 适度的功能。

　　(五)无水石膏水泥和地板石膏

　　将天然二水石膏加热至400°C以上(400~750°C) ，石膏完全失去水分，成为不溶性硬 石膏，失去凝结硬化能力，但当加入适量激发剂混合磨细后，又能凝结硬化，称为无水石 膏水泥。

　　无水石膏水泥宜用于室内，主要用作石膏板或其他制品，也可用于室内抹灰。 将天然二水石膏加热到800°C以上，得到的地板石膏，由于部分石膏分解出的氧化钙 起催化作用，具有凝结硬化性能。地板石膏有较高的强度和耐磨性，抗冻性也较好。