2015年一建备考《建筑工程》考点讲解1A412014石灰、石膏的性能和应用
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1A412014 石灰、石膏的性能和应用
在建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料;而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等;既能在空气中，还能更好地在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料，如各种水泥。气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
一、石灰
将主要成分为碳酸钙( CaCO3)的石灰石在适当的温度下煅烧，所得的以氧化钙(CaO)为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。在煅烧过程中，由于原料石灰石的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不均匀等原因，所生产出的石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰实质上是未完全分解的石灰石，它在使用前可用过筛除去，对施工质量影响不大。过火石灰颜色较深、结构密实，表面常包覆一层熔融物，与水反应(即熟化)较慢，对工程施工有比较严重的影响。煅烧出来的生石灰呈块状，称为块灰，块灰经磨细后成为生石灰粉。
(一)石灰的熟化
生石灰(CaO)与水反应生成氢氧化钙(熟石灰，又称消石灰)的过程，称为石灰的熟化或消解(消化)。石灰熟化过程中会放出大量的热，同时体积增大1～2.5倍。生石灰(块灰)不能直接用于工程，使用前需要进行熟化。
根据加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。将块灰淋以适当的水，使之充分熟化成粉状，再干燥筛分而制成的干粉，称消石灰粉或熟石灰粉，主要成分为Ca(OH)2。将块状生石灰用较多的水(约为生石灰体积的3～4倍)熟化，或将消石灰粉与水拌合，所得到的具有一定稠度的膏状物，称石灰膏或石灰乳，主要成分为Ca(OH)2和水。
石灰中的过火石灰熟化较慢，若在石灰浆体硬化后再发生熟化，会因熟化产生的膨胀而引起“崩裂”或“鼓泡”现象，严重影响工程质量。为了消除过火石灰的这种危害，石灰膏在使用前应进行陈伏。由块状生石灰熟化而成的石灰膏，一般应在储灰坑中陈伏2周左右。石灰膏在陈伏期间，表面应覆盖有一层水，以隔绝空气，避免与空气中的二氧化碳发生碳化反痘。
(二)石灰的硬化
石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个同时进行的过程。石灰浆体因水分蒸发或被吸收而干燥，一方面使得其中的石灰颗粒更加紧密而产生强度，另一方面也会引起浆体中氢氧化钙溶液呈过饱和，结晶析出氢氧化钙晶体，产生强度，但强度增长不大。在大气环境中，石灰浆体中的氢氧化钙在潮湿状态下会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并释放出水分，即发生碳化。但是，由于空气中的二氧化碳含量较低，且表面碳化形成的碳酸钙膜层较致密，会阻碍空气中二氧化碳的渗入，也阻碍了内部水分的蒸发，因此碳化过程很缓慢。
(三)石灰的技术性质
(1)保水性好。在水泥砂浆中掺人石灰膏，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。
(2)硬化较慢、强度低。1：3的石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.2～0.5MPa。
(3)耐水性差。石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。
(4)硬化时体积收缩大。除调成石灰乳作粉刷外，不宜单独使用，工程上通常要掺人砂、纸筋、麻刀等材料以减小收缩，并节约石灰。
(5)生石灰吸湿性强。储存生石灰不仅要防止受潮，而且也不宜储存过久。
(四)石灰的应用
(1)石灰乳。主要用于内墙和顶棚的粉刷。
(2)砂浆。用石灰膏或消石灰粉配成石灰砂浆或水泥混合砂浆，用于抹灰或砌筑。
(3)硅酸盐制品。常用的有蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、蒸压加气混凝土砌块或板材等。
一、石膏
石膏胶凝材料是一种以硫酸钙(CaS04)为主要成分的气硬性无机胶凝材料。由于石膏制品具有质轻、强度较高、隔热、耐火、吸声、美观及易于加工等优良性质，且原料来源丰富，生产能耗较低，因而在建筑工程中得到广泛的应用。
石膏胶凝材料品种主要有建筑石膏、高强石膏、粉刷石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。其中，以半水硫酸钙(CaS04?1/2 H20)为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是以β半水硫酸钙(β-CaS04?1/2 H20)为主要成分的建筑石膏。
(一)建筑石膏
1.建筑石膏的水化与凝结硬化
建筑石膏加水拌合后，其主要成分半水石膏将与水发生化学反应生成二水石膏，放出热量，这一过程称为水化。石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体渐渐变稠，可塑性逐渐减小，这一过程称为凝结。其后，浆体继续变稠，逐渐凝聚为晶体，并不断增长，直至完全干燥，这一过程称为硬化。
2.建筑石膏的技术性质
(1)凝结硬化快。石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期完全硬化。
(2)硬化时体积微膨胀。石膏浆体凝结硬化时不像石灰、水泥那样出现收缩，反而略有膨胀(膨胀率约为1‰)，使石膏硬化体表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。
(3)硬化后孔隙率高。石膏浆体硬化后内部孔隙率可达50%～60%，因而石膏制品具有表观密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性强、吸湿性大、可调节室内温度和湿度的特点。
(4)防火性能好。石膏制品在遇火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层，可有效减少火焰对内部结构的危害。
(5)耐水性和抗冻性差。建筑石膏硬化体的吸湿性强，吸收的水分会减弱石膏晶粒间的结合力，使强度显著降低;若长期浸水，还会因二水石膏晶体逐渐溶解而导致破坏。石膏制品吸水饱和后受冻，会因孔隙中水分结冰膨胀而破坏。所以，石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。
3.建筑石膏的技术要求
建筑石膏的技术要求包括组成、物理力学性能、放射性核素限量和限制成分含量。物理力学性能指标主要有细度、初凝时间、终凝时间、抗折强度和抗压强度。《建筑石膏》GB/T 9776--2008规定，建筑石膏组成中β半水硫酸钙(β-CaS04?1/2 H20)的含量(质量分数)应不小于60.0%，细度(0.2mm方孔筛筛余)不大于l0%，初凝时间不小于3min，终凝时间不大于30min。对工业副产建筑石膏，还需满足放射性核素限量和限制成分含量的有关要求。
4.建筑石膏的分类与标记
根据《建筑石膏》GB/T 9776--2008规定，建筑石膏按原材料种类分为三类：天然建筑石膏(代号N)、脱硫建筑石膏(代号S)和磷建筑石膏(代号P);按2h抗折强度分为3.O、2.O、1.6三个等级。建筑石膏按产品名称、代号、等级及标准编号的顺序标记，例如等级为2.0的天然建筑石膏标记为：建筑石膏N2.0 GB/T 9776--2008。
5.建筑石膏的应用
建筑石膏的应用很广，除加水、砂及缓凝剂拌合成石膏砂浆用于室内抹面粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品，如石膏板、石膏砌块及装饰件等。
建筑石膏在运输及储存时应注意防潮，一般储存3个月后，强度将降低30%左右。储存期超过3个月或受潮的石膏，需经检验后才能使用。
(二)高强石膏
高强石膏以α型半水石膏(a-CaS04?1/2 H20)为主要成分。由于α型半水石膏结晶良好，晶粒坚实、粗大，因而比表面积较小，拌合时需水量仅约为建筑石膏的一半(“水膏比”小)，因此硬化后具有较高密实度和强度，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。掺人防水剂，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，可配成胶粘剂，其特点是无收缩。
(三)粉刷石膏
粉刷石膏是由β型半水石膏(即建筑石膏)和其他石膏相(硬石膏或煅烧黏土质石膏)、各种缓凝剂及辅料(石灰、烧黏土、氧化铁红等)所组成的一种新型抹灰材料。按用途可分为面层粉刷石膏(M)、底层粉刷石膏(D)和保温层粉刷石膏(W)三类。粉刷石膏可以现拌现用，不仅可以在水泥砂浆或混合砂浆底层上抹灰，也可在各种混凝土墙、板等较为光滑的底层上抹灰。石膏粉刷层表面坚硬、光滑细腻、不起灰，便于进行再装饰，如贴墙纸、刷涂料等，还具有调节室内空气湿度，提高舒适度的功能。
(四)无水石膏水泥和高温煅烧石膏
人工在600～750℃下煅烧二水石膏制得的硬石膏或天然硬石膏，加入适量激发剂混合磨细后可制成无水石膏水泥。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。
天然二水石膏或天然硬石膏在800～1000℃下煅烧，使部分CaS04分解出CaO，磨细后可制成高温煅烧石膏。由于硬化后有较高的强度和耐磨性，抗水性、抗冻性较好，适宜作地板，故又称地板石膏。
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