第二節(jié)氣硬性無機膠凝材料
本節(jié)主要介紹石膏、石灰、菱苦土、水玻璃氣硬性膠凝材料的組成、硬化過程、主要技術(shù)性質(zhì)及應用。通過學習了解這四種材料的特性。
建筑上能將砂、石子、磚、砌塊等散�；驂K狀材料粘結(jié)為一體的材料稱為膠凝材料。膠凝材料分類如下：
無機膠凝材料：氣硬性膠凝材料一一石膏、石灰、菱苦土、水玻璃
水硬性膠凝材料一各種水泥
有機膠凝材料一一石油瀝青、各種天然和人造樹脂
一、石膏
(一)石膏膠凝材料的生產(chǎn)
天然石膏礦有天然二水石膏(CaS04·2H2O)及天然無水石膏(CaSO4)。天然二水石膏質(zhì)地較軟，稱為軟石膏;天然無水石膏質(zhì)地較硬，稱為硬石膏。
生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要原料是軟石膏，以及含CaSO4·2H20或CaS04·2H20與CaS04混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣，如磷石膏、氟石膏、棚石膏等。
生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要工序是破碎、加熱與磨細。由于加熱方式和溫度不同，可生產(chǎn)出不同性質(zhì)的石膏膠凝材料品種。當溫度加熱到65°C——75°C時，二水石膏開始脫水，至107°C——170°C時生成半水石膏(CaS04·0.5H2O)，與水調(diào)合后能很快凝結(jié)硬化;溫度為170°C——200°C時，石膏繼續(xù)脫水，成為可溶性硬石膏[CaSO4(III)，與水調(diào)合后仍能很快凝結(jié)硬化;溫度升高到200°C-250°C時，石膏中殘留很少的水，凝結(jié)硬化非常緩慢;當加熱溫度高于400°C時，石膏完全失去水分，成為不溶性硬石膏[CaSO4(II)J，失去凝結(jié)硬化能力，成為死燒石膏;當溫度高于800°C時，得到的石膏稱為高溫鍛燒石膏或地板石膏[CaSO4(I)，由于部分石膏分解出的氧化鈣起催化作用，所得產(chǎn)品又重新具有凝結(jié)硬化性能。
(二)建筑石膏
將二水石膏在常壓非密閉狀態(tài)下加熱至107°C——170°C時，二水石膏脫水可得到自型半水石膏。建筑石膏是以自型半水石膏為主要成分，不預加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏制品。建筑石膏色白，雜質(zhì)含量很少，粒度很細，亦稱模型石膏，是制作裝飾制品的主要原料。
1.建筑石膏的凝結(jié)硬化
建筑石膏與適量的水混合，最初成為可塑的漿體，但很快失去塑性，這個過程稱為凝結(jié);以后迅速產(chǎn)生強度，并發(fā)展成為堅硬的固體，這個過程稱為硬化。石膏的凝結(jié)硬化是一個連續(xù)的溶解、水化、膠化、結(jié)晶過程。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，半水石膏的飽和溶液對于二水石膏就成了過飽和溶液，所以二水石膏以膠體微粒自水中析出。由于二水石膏的析出，破壞了半水石膏溶解的平衡狀態(tài)，新的一批半水石膏又可繼續(xù)溶解和水化。如此循環(huán)進行，直到半水石膏全部耗盡。漿體中的自由水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少，二水石膏膠體微粒數(shù)量則不斷增加，而這些微粒比原來的半水石膏粒子要小得多，由于粒子總表面積增加，需要更多得水分來包裹，所以，漿體的稠度使逐漸增大，顆粒之間的摩擦力和粘結(jié)力逐漸增加，因而漿體可塑性增加，表現(xiàn)為石膏的嘴結(jié)"。其后，漿體繼續(xù)變稠，逐漸凝聚成為晶體，晶體逐漸長大，共生和相互交錯，石膏強度隨之增加，最后成為堅硬的固體。
2.建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)
建筑石膏分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。
建筑石膏的密度為2.50——2.80g/cm3，堆積密度為800'-1100kg/m3，建筑石膏具有以下特性：
(1)孔隙率大(約占50%-60%)，強度低。石膏的理論需水量為18.6%，但為了使石膏具有必要的可塑性，通常加水量達60%-80%，水蒸發(fā)后留下大量孔隙，所以孔隙率很大。一等石膏硬化后1天強度約5-8MPa，7天最大強度可達8-12MPa。
(2)凝結(jié)硬化快。3-5min內(nèi)即可凝結(jié)，終凝不超過30min。在應用時需摻加緩凝劑。如棚砂、酒石酸鉀鈉、擰橡酸、聚乙烯醇、石灰活化骨膠或皮膠等。
(3)硬化后體積微膨脹，膨脹率約1%。
(4)耐水性、抗凍性差。建筑石膏硬化后具有很強的吸濕性，在潮濕環(huán)境中，晶體間粘結(jié)力削弱，強度顯著降低。吸水后受凍，孔隙中水分結(jié)冰而是使石膏崩裂。
(5)防火性好。遇火災時，二水石膏的結(jié)晶水蒸發(fā)，吸收熱量，表面生成的無水石膏是良好的絕緣體。
3.建筑石膏的應用及保管
(1)石膏抹灰材料。
(2)石膏板材：紙面石膏板、石膏空心條板、纖維石膏板等。
(3)石膏砌塊。
建筑石膏在運輸和儲存中要注意防止受潮，一般儲存3個月后，其強度會降低約30%。
(三)高強石膏
將二水石膏在0.13MPa密閉狀態(tài)下加熱至125°C時，二水石膏脫水可得到α型半水石膏。α半水石膏結(jié)晶良好，晶粒堅實、粗大，因而比表面積較小，需水量約為35%~45%，所以此石膏硬化后具有較高密實度和強度。3h抗壓強度可達9~24MPa，7天抗壓強度可達15~40MPa，故名高強石膏。
高強石膏適用于強度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板。摻入防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境中。加入有機材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液等，可配成膠粘劑，其特點是元收縮。
