2015年一建備考《建筑工程》考點講解1A412014石灰、石膏的性能和應用
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1A412014 石灰、石膏的性能和應用
在建筑材料中，經過一系列物理作用、化學作用，能從漿體變成堅固的石狀體，并能將其他固體物料膠結成整體而具有一定機械強度的物質，統稱為膠凝材料。根據化學組成的不同，膠凝材料可分為無機與有機兩大類。石灰、石膏、水泥等工地上俗稱為“灰”的建筑材料屬于無機膠凝材料;而瀝青、天然或合成樹脂等屬于有機膠凝材料。無機膠凝材料按其硬化條件的不同又可分為氣硬性和水硬性兩類。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發展其強度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等;既能在空氣中，還能更好地在水中硬化、保持和繼續發展其強度的稱水硬性膠凝材料，如各種水泥。氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環境中，而不宜用于潮濕環境，更不可用于水中。
一、石灰
將主要成分為碳酸鈣( CaCO3)的石灰石在適當的溫度下煅燒，所得的以氧化鈣(CaO)為主要成分的產品即為石灰，又稱生石灰。在煅燒過程中，由于原料石灰石的尺寸大或煅燒時窯中溫度分布不均勻等原因，所生產出的石灰中常含有欠火石灰和過火石灰。欠火石灰實質上是未完全分解的石灰石，它在使用前可用過篩除去，對施工質量影響不大。過火石灰顏色較深、結構密實，表面常包覆一層熔融物，與水反應(即熟化)較慢，對工程施工有比較嚴重的影響。煅燒出來的生石灰呈塊狀，稱為塊灰，塊灰經磨細后成為生石灰粉。
(一)石灰的熟化
生石灰(CaO)與水反應生成氫氧化鈣(熟石灰，又稱消石灰)的過程，稱為石灰的熟化或消解(消化)。石灰熟化過程中會放出大量的熱，同時體積增大1～2.5倍。生石灰(塊灰)不能直接用于工程，使用前需要進行熟化。
根據加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。將塊灰淋以適當的水，使之充分熟化成粉狀，再干燥篩分而制成的干粉，稱消石灰粉或熟石灰粉，主要成分為Ca(OH)2。將塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的3～4倍)熟化，或將消石灰粉與水拌合，所得到的具有一定稠度的膏狀物，稱石灰膏或石灰乳，主要成分為Ca(OH)2和水。
石灰中的過火石灰熟化較慢，若在石灰漿體硬化后再發生熟化，會因熟化產生的膨脹而引起“崩裂”或“鼓泡”現象，嚴重影響工程質量。為了消除過火石灰的這種危害，石灰膏在使用前應進行陳伏。由塊狀生石灰熟化而成的石灰膏，一般應在儲灰坑中陳伏2周左右。石灰膏在陳伏期間，表面應覆蓋有一層水，以隔絕空氣，避免與空氣中的二氧化碳發生碳化反痘。
(二)石灰的硬化
石灰漿體的硬化包括干燥結晶和碳化兩個同時進行的過程。石灰漿體因水分蒸發或被吸收而干燥，一方面使得其中的石灰顆粒更加緊密而產生強度，另一方面也會引起漿體中氫氧化鈣溶液呈過飽和，結晶析出氫氧化鈣晶體，產生強度，但強度增長不大。在大氣環境中，石灰漿體中的氫氧化鈣在潮濕狀態下會與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，并釋放出水分，即發生碳化。但是，由于空氣中的二氧化碳含量較低，且表面碳化形成的碳酸鈣膜層較致密，會阻礙空氣中二氧化碳的滲入，也阻礙了內部水分的蒸發，因此碳化過程很緩慢。
(三)石灰的技術性質
(1)保水性好。在水泥砂漿中摻人石灰膏，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。
(2)硬化較慢、強度低。1：3的石灰砂漿28d抗壓強度通常只有0.2～0.5MPa。
(3)耐水性差。石灰不宜在潮濕的環境中使用，也不宜單獨用于建筑物基礎。
(4)硬化時體積收縮大。除調成石灰乳作粉刷外，不宜單獨使用，工程上通常要摻人砂、紙筋、麻刀等材料以減小收縮，并節約石灰。
(5)生石灰吸濕性強。儲存生石灰不僅要防止受潮，而且也不宜儲存過久。
(四)石灰的應用
(1)石灰乳。主要用于內墻和頂棚的粉刷。
(2)砂漿。用石灰膏或消石灰粉配成石灰砂漿或水泥混合砂漿，用于抹灰或砌筑。
(3)硅酸鹽制品。常用的有蒸壓灰砂磚、粉煤灰磚、蒸壓加氣混凝土砌塊或板材等。
一、石膏
石膏膠凝材料是一種以硫酸鈣(CaS04)為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。由于石膏制品具有質輕、強度較高、隔熱、耐火、吸聲、美觀及易于加工等優良性質，且原料來源豐富，生產能耗較低，因而在建筑工程中得到廣泛的應用。
石膏膠凝材料品種主要有建筑石膏、高強石膏、粉刷石膏、無水石膏水泥、高溫煅燒石膏等。其中，以半水硫酸鈣(CaS04?1/2 H20)為主要成分的建筑石膏和高強石膏在建筑工程中應用較多，最常用的是以β半水硫酸鈣(β-CaS04?1/2 H20)為主要成分的建筑石膏。
(一)建筑石膏
1.建筑石膏的水化與凝結硬化
建筑石膏加水拌合后，其主要成分半水石膏將與水發生化學反應生成二水石膏，放出熱量，這一過程稱為水化。石膏漿體中的自由水分因水化和蒸發而逐漸減少，漿體漸漸變稠，可塑性逐漸減小，這一過程稱為凝結。其后，漿體繼續變稠，逐漸凝聚為晶體，并不斷增長，直至完全干燥，這一過程稱為硬化。
2.建筑石膏的技術性質
(1)凝結硬化快。石膏漿體的初凝和終凝時間都很短，一般初凝時間為幾分鐘至十幾分鐘，終凝時間在半小時以內，大約一星期完全硬化。
(2)硬化時體積微膨脹。石膏漿體凝結硬化時不像石灰、水泥那樣出現收縮，反而略有膨脹(膨脹率約為1‰)，使石膏硬化體表面光滑飽滿，可制作出紋理細致的浮雕花飾。
(3)硬化后孔隙率高。石膏漿體硬化后內部孔隙率可達50%～60%，因而石膏制品具有表觀密度較小、強度較低、導熱系數小、吸聲性強、吸濕性大、可調節室內溫度和濕度的特點。
(4)防火性能好。石膏制品在遇火災時，二水石膏將脫出結晶水，吸熱蒸發，并在制品表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層，可有效減少火焰對內部結構的危害。
(5)耐水性和抗凍性差。建筑石膏硬化體的吸濕性強，吸收的水分會減弱石膏晶粒間的結合力，使強度顯著降低;若長期浸水，還會因二水石膏晶體逐漸溶解而導致破壞。石膏制品吸水飽和后受凍，會因孔隙中水分結冰膨脹而破壞。所以，石膏制品的耐水性和抗凍性較差，不宜用于潮濕部位。
3.建筑石膏的技術要求
建筑石膏的技術要求包括組成、物理力學性能、放射性核素限量和限制成分含量。物理力學性能指標主要有細度、初凝時間、終凝時間、抗折強度和抗壓強度。《建筑石膏》GB/T 9776--2008規定，建筑石膏組成中β半水硫酸鈣(β-CaS04?1/2 H20)的含量(質量分數)應不小于60.0%，細度(0.2mm方孔篩篩余)不大于l0%，初凝時間不小于3min，終凝時間不大于30min。對工業副產建筑石膏，還需滿足放射性核素限量和限制成分含量的有關要求。
4.建筑石膏的分類與標記
根據《建筑石膏》GB/T 9776--2008規定，建筑石膏按原材料種類分為三類：天然建筑石膏(代號N)、脫硫建筑石膏(代號S)和磷建筑石膏(代號P);按2h抗折強度分為3.O、2.O、1.6三個等級。建筑石膏按產品名稱、代號、等級及標準編號的順序標記，例如等級為2.0的天然建筑石膏標記為：建筑石膏N2.0 GB/T 9776--2008。
5.建筑石膏的應用
建筑石膏的應用很廣，除加水、砂及緩凝劑拌合成石膏砂漿用于室內抹面粉刷外，更主要的用途是制成各種石膏制品，如石膏板、石膏砌塊及裝飾件等。
建筑石膏在運輸及儲存時應注意防潮，一般儲存3個月后，強度將降低30%左右。儲存期超過3個月或受潮的石膏，需經檢驗后才能使用。
(二)高強石膏
高強石膏以α型半水石膏(a-CaS04?1/2 H20)為主要成分。由于α型半水石膏結晶良好，晶粒堅實、粗大，因而比表面積較小，拌合時需水量僅約為建筑石膏的一半(“水膏比”小)，因此硬化后具有較高密實度和強度，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。摻人防水劑，可用于濕度較高的環境中。加入有機材料，如聚乙烯醇水溶液、聚醋酸乙烯乳液，可配成膠粘劑，其特點是無收縮。
(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(硬石膏或煅燒黏土質石膏)、各種緩凝劑及輔料(石灰、燒黏土、氧化鐵紅等)所組成的一種新型抹灰材料。按用途可分為面層粉刷石膏(M)、底層粉刷石膏(D)和保溫層粉刷石膏(W)三類。粉刷石膏可以現拌現用，不僅可以在水泥砂漿或混合砂漿底層上抹灰，也可在各種混凝土墻、板等較為光滑的底層上抹灰。石膏粉刷層表面堅硬、光滑細膩、不起灰，便于進行再裝飾，如貼墻紙、刷涂料等，還具有調節室內空氣濕度，提高舒適度的功能。
(四)無水石膏水泥和高溫煅燒石膏
人工在600～750℃下煅燒二水石膏制得的硬石膏或天然硬石膏，加入適量激發劑混合磨細后可制成無水石膏水泥。無水石膏水泥宜用于室內，主要用作石膏板或其他制品，也可用于室內抹灰。
天然二水石膏或天然硬石膏在800～1000℃下煅燒，使部分CaS04分解出CaO，磨細后可制成高溫煅燒石膏。由于硬化后有較高的強度和耐磨性，抗水性、抗凍性較好，適宜作地板，故又稱地板石膏。
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