土木工程材料土木工程材料 (3).pdf

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1、第第4章章 无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料 4.3 石膏石膏 石膏胶凝材料是一种古老的建材，具有悠久的发展史，早在公元前，中国、埃及、希腊、罗马等国家就已开始利用经煅烧的石膏和石灰作为胶结材料应用，著名的古埃及大金字塔等许多古代宏伟建筑，均采用了石灰石膏作为胶凝材料砌筑而成的。石膏及其制品是一种理想的高效节能材料且原料资源丰富，在建筑工程中得到了广泛应用，具有质量轻，抗火、隔音、绝热效果好等优点，同时生产工艺简单。目前常用于制作轻质建筑板材和建筑饰品等。石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。主要的生产流程为破碎、加热和磨细。将二水石膏在不同煅烧条件、不同压力和温度下加热，

2、可制得晶体结构和性质不同的多种石膏产品。天然二水石膏在干燥条件下经过107170 C 的炉窑低温煅烧，可得到型半水石膏，这种石膏磨细加工即为建筑石膏，又称熟石膏。生石膏在加热过程中，随着温度和压力不同，其产品的性能也随之变化。上述条件下生产的为型半水石膏，也是最常用的建筑石膏。若将生石膏在 125 C、0.13MPa 压力的蒸压锅内蒸炼，则生成型半水石膏，其晶粒较粗，拌制石膏浆体时的需水量较小，因此，硬化后强度较高，故称为高强石膏。当煅烧温度升高到 170300 C 时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏，凝结速度比半水石膏快，但需水量大，强度低。温度继续升高到 4001000 C，则生成慢溶

3、性硬石膏。这种石膏难溶于水，只有当加入某些激发剂后，才具有水化硬化能力，但强度较高，耐磨性能较好。将可溶性硬石膏与激发剂混磨后的产品称为硬石膏水泥。建筑石膏加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙的过程称为水化生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但由于结晶度和结晶型态不同，物理力学性能有了差异。由于二水石膏的溶解度比半水石膏小，故二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。随着水化反应的不断进行，自由水分被水化和蒸发而不断减少，加之生成的二水石膏微粒比半水石膏细，比表面积大，吸附更多的水，从而使石膏浆体很快失去塑性而凝结

4、。此后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成晶体，晶体颗粒不断长大并互相交错，结构中孔隙率逐渐减小，石膏强度也不断增长，直至剩余水分完全蒸发后，强度才停止发展，形成硬化后的石膏结构。这就是建筑石膏的硬化。实际上，上述水化和凝结硬化过程是相互交叉而连续进行的。在此过程中，随着水化的进行，生成的二水石膏不断增加，浆体中水分逐渐减少，浆体开始失去可塑性，称为初凝。而后浆体继续变稠，颗粒之间的摩擦力和黏结力增加，浆体完全失去可塑性，称为终凝。建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点有两个：（1）速度快。水化过程一般为 712min，整个凝结硬化过程只需 2030min。（2）体积微膨胀。建筑石膏凝结硬化过程产生约 1%左

5、右的体积膨胀。这是其它胶凝材料所不具有的特性。建筑石膏为粉状胶凝材料，根据 GB97762008 的规定，建筑石膏按照强度、细度和凝结时间划分为优等品、一等品和合格品。建筑石膏加水拌合后 10min 内便失去塑性而初凝，30min 内即终凝硬化，并产生强度。由于初凝时间短不便于施工操作，使用时一般加入缓凝剂以延长凝结时间。但是掺入缓凝剂后，石膏制品的强度将有所降低。建筑石膏凝结硬化过程的体积微膨胀的特性，使得石膏制品表面光滑、体形饱满、无收缩裂纹，特别适用于抹面和制作建筑装饰制品。由于石膏制品生产时往往加入过量的水，蒸发后形成大量的内部毛细孔，孔隙率较大，表观密度小，导热系数小，因此具有良好的

6、保温绝热性能，常用作保温材料，并具有一定的吸声效果。建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又大，最重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用。但脱水后强度会下降。建筑石膏制品的软化系数低，不耐水。但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则能释放出水分，从而调节空气中的相对湿度。可以采取掺加矿渣、粉煤灰等活性混合材料，或者掺加防水剂、表面防水处理等措施来提高石膏的耐水性。抹灰指的是以建筑石膏为胶凝材料，加入水和砂子配成石膏砂浆，作为内墙面抹平使用。由建筑石膏特性可知，石膏砂浆具有良好的保温隔热性能，调节室内空气的湿度和良好的隔音与防火性能。由于不耐水，故不宜在外墙使用。粉刷指的是建筑石膏加水和适量外加剂，调制成涂料，涂刷装修内墙面。表面光洁、细腻、色白，且透湿透气，凝结硬化快、施工方便、粘结强度高，是良好的内墙涂料。以杂质含量少的建筑石膏（有时称为模型石膏）加入少量纤维增强材料和建筑胶水等制作成各种装饰制品。也可掺入颜料制成彩色制品。土木工程中使用量最大的一类板材，包括石膏装饰板、空心石膏板、蜂窝板等。作为装饰吊顶、隔板或保温、隔声、防火等使用。