工程中将能够把散粒材料或块状材料粘结成一个整体的材料称为 胶凝材料 。

1. 第2章 气硬性无机胶凝材料 工程中将能够把散粒材料或块状材料粘结成一个整体的材料称为胶凝材料。 按化学成分，可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。有机胶凝材料常用的有各种沥青、树脂、橡胶等。无机胶凝材料按硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。 气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持和发展其强度，即气硬性胶凝材料的耐水性差，不宜用于潮湿环境； 水硬性胶凝材料则既能在空气中硬化，又能在水中更好地硬化，并保持和发展其强度，即水硬性胶凝材料的耐水性好，可用于潮湿环境或水中。 常用的气硬性胶凝材料有石膏、石灰、水玻璃、菱苦土等，常用的水硬性胶凝材料有各种水泥。

2. 2.1石灰 石灰(lime)是一种古老的建筑材料。由于其原料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉，所以至今仍被广泛用于建筑工程中。 一、石灰的煅烧 生产石灰所用的原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石，常用的是石灰石、白云石质石灰石。 石灰的煅烧一般在立窑中进行。将石灰石矿石在高温下煅烧，即得生石灰，其主要成分为氧化钙。 正常温度下煅烧得到的石灰具有多孔结构，即内部孔隙率大、晶粒细小、体积密度小，与水作用速度快。生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。

3. 致密CaO 多孔CaO 釉状物 CaCO3 欠火石灰 过火石灰 欠火石灰只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。过火石灰是由于煅烧温度过高，导致内部孔隙率小，而且过火石灰颗粒表面部分被玻璃状物质(即釉状物)所包覆，因此过火石灰与水的作用慢(需数十天至数年)，这对使用非常不利。 二、石灰的熟化与硬化 (一)石灰的熟化 石灰的熟化，又称消解，是生石灰(氧化钙)与水作用生成熟石灰(氢氧化钙)的过程，即

4. 伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速增加1~2.5倍。根据熟化时加水量的不同，石灰的熟化方式分为以下两种：伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速增加1~2.5倍。根据熟化时加水量的不同，石灰的熟化方式分为以下两种： (1) 石灰膏 在化灰池中加入大量的水(生石灰的3~4倍)熟化成石灰乳，然后经筛网(3×3mm)流入储灰池，经沉淀除去多余的水分得到的膏状物即为石灰膏。石灰膏含水约50%，体积密度为1300~1400kg/m3。1kg生石灰可熟化成2.1～3.0L的石灰膏。 (2) 消石灰粉 每半米高的生石灰块，淋适量的水(生石灰量的60%~80%)，直至数层，经熟化得到的粉状物称为消石灰粉。加水量以消石灰粉略湿，但不成团为宜。 为避免过火石灰在使用后，因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀，使已硬化的浆体产生隆起、开裂等破坏，在使用前必须使其熟化或将其去除。

5. 抹面用石灰膏需在储灰池中存放15d以上(生石灰粉需熟化3d)，即进行陈伏，以使较小的过火石灰块充分熟化。陈伏时为防止石灰碳化，石灰膏表面须保存有一层水，消石灰粉也须采取相应的措施。抹面用石灰膏需在储灰池中存放15d以上(生石灰粉需熟化3d)，即进行陈伏，以使较小的过火石灰块充分熟化。陈伏时为防止石灰碳化，石灰膏表面须保存有一层水，消石灰粉也须采取相应的措施。 (二) 石灰的硬化 石灰浆体的硬化包括干燥硬化和碳化硬化。 (1) 干燥硬化 干燥过程中，石灰浆体中的毛细孔隙失水，产生毛细管压力，使氢氧化钙颗粒间的接触紧密。同时干燥过程中氢氧化钙也会在过饱和溶液中结晶，但结晶数量很少，产生的强度很低。若再遇水，因毛细管压力消失，氢氧化钙颗粒间紧密程度降低，且氢氧化钙微溶于水，强度丧失。

6. (2) 碳化硬化 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体称为碳化。其反应如下： 生成的碳酸钙具有相当高的强度。由于空气中CO2的浓度很低，因此碳化过程极为缓慢。当石灰浆体含水量过少，处于干燥状态时，碳化反应几乎停止。石灰浆体含水量多时，孔隙中几乎充满水，CO2气体难以渗透，碳化作用仪在表面进行，生成的碳酸钙达到一定厚度时，阻碍CO2向内渗透，同时也阻碍内部水分向外蒸发，从而减慢了碳化速度。 由石灰硬化的原因及过程可以得出石灰浆体硬化慢、强度低、不耐水的结论。

7. 三、石灰的技术要求 按石灰中氧化镁的含量，将生石灰和生石灰粉划分为钙质石灰(MgO＜5%)和镁质石灰(MgO≥5%)；按消石灰中氧化镁的含量将消石灰粉划分为钙质消石灰粉(MgO＜4%)、镁质消石灰粉(4%≤MgO≤24%)和白云石消石灰粉(24%≤MgO＜30%)。 建筑生石灰各等级的技术指标（JC/T479－92）

8. 四、石灰的性质与应用 (一)石灰的性质 石灰与其它胶凝材料相比具有以下特性： (1) 保水性，可塑性好 氢氧化钙颗粒比表面积很大，表面吸附一层较厚水膜，这一性质常被用来改善砂浆的保水性。 (2) 凝结硬化慢，强度低 石灰的凝结硬化很慢，潮湿环境中不会产生凝结硬化。硬化后的强度很低。如1:3的石灰砂浆28d的抗压强度仅为0.2~0.5MPa。 (3) 耐水性差 硬化后石灰浆体的主要成分为氢氧化钙，仅有少量的碳酸钙。由于氢氧化钙可微溶于水，所以石灰的耐水性很差，软化系数接近于零。 (4) 干燥收缩大 氢氧化钙颗粒吸附的大量水分，蒸发后产生很大的毛细管压力，使石灰浆体产生很大的收缩而开裂，因此石灰除粉刷外不宜单独使用。

9. (二) 石灰的主要应用 1. 灰土和二合土 消石灰粉与粘土拌合后称为灰土或石灰土，再加砂或石屑、炉渣等即成三合土。由于消石灰粉的可塑性好，在夯实或压实下，灰土和三合土的密实度增加，并且粘土中所含的少量活性SiO2和活性Al2O3与Ca(OH)2反应生成了少量的水硬性产物，所以二者的密实程度、强度和耐水性得到改善。因此，灰土和三合土广泛用于建筑物的基础和道路的垫层。 2.石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆 利用石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆。 生石灰块(粉)须在干燥条件下运输和贮存，且不宜存放太久。因在存放过程中，生石灰会吸收空气中的水分熟化成消石灰粉，并进一步与空气中的CO2作用生成碳酸钙，从而失去胶结能力。长期存放时应在密闭条件下，且应防潮、防水。

10. 2.2 水玻璃 一、水玻璃的组成及生产 水玻璃(俗称泡花碱)是一种水溶性硅酸盐。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。n↑，则水玻璃的粘度愈大、粘结力与强度及耐酸、耐热性愈高，但也愈难溶于水中，且由于粘度太大，不利于施工；同一模数的水玻璃，其浓度（或密度）增加，则粘度增大，粘结力与强度及耐酸、耐热性均提高，但太大时不利于施工。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠(Na2O·nSiO2)的水溶液，要求高时也使用硅酸钾(K2O·nSiO2)的水溶液，呈青灰或黄色粘稠液体。常用水玻璃模数为2.6~3.0、密度为1.3~1.5。 干法： Na2CO3+nSiO2 Na2O·nSiO2 (固态)+CO2↑ 湿法：SiO2+NaOH Na2O·nSiO2 (液态) 1300～1400℃ 0.2～0.3MPa 蒸汽

11. 若用碳酸钾代替碳酸钠, 则可制得碳酸钾水玻璃。 二、水玻璃的硬化 水玻璃是气硬性胶凝材料，能与空气中的CO2反应，生成无定形的SiO2凝胶(又称硅酸凝胶)，凝胶脱水转变成SiO2而硬化(又称自然硬化)，其化学反应如下： Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→ Na2CO3+nSiO2·mH2O 由于空气中的CO2含量极少，上述反应极其缓慢，因此水玻璃在使用时常加入促硬剂，以加快其硬化速度(又称加速硬化)，常用的硬化剂为Na2SiF6，其化学反应如下： 加入氟硅酸钠后，初凝时间可缩短至30～60min。 氟硅酸钠的适宜掺量，一般占水玻璃的12%~15%，若掺量少，则凝结硬化慢，强度低，并且存在有较多的没参加反应的水玻璃，当遇水时，残余水玻璃易溶于水，影响硬化后水玻璃的耐水性；若其掺量超过15%，则凝结硬化过快，造成施工困难，且抗渗性和强度降低。

12. 三、水玻璃的性质 1. 粘结强度高 硬化后，主要成分为SiO2凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土抗压强度可达15～40MPa。 2. 耐酸性好 硬化后的主要为SiO2，可抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、砂浆、胶泥等。 3. 耐热性好 硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、砂浆、胶泥(1000℃)。 4. 耐碱性和耐水性差 水玻璃硬化不完全，其中仍含有一定量的Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱，不耐水。常采用酸洗处理。

13. 四、水玻璃的应用 1、耐热和耐酸材料 2、涂刷材料表面，提高其抗风化能力，不可涂刷石膏制品。 以密度为1.35g/cm3的水玻璃浸渍或涂刷粘土砖、水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料等。 3、加固土壤 将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土壤中，生成的硅酸凝胶在潮湿环境下，因吸收土壤中水分处于膨胀状态，使土壤固结。 4、配制速凝防水剂 水玻璃加二种、三种或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂 5、修补砖墙裂缝 水玻璃+矿渣粉+砂+氟硅酸钠，压入砖墙裂缝，起到粘结和补强作用。