石灰的特性及应用

2　气硬性胶凝材料

(1)理解气硬性胶凝材料的特性。

(2)掌握石灰、石膏、水玻璃的生产、技术性质、质量标准和应用。

(3)了解镁质胶凝材料的性能和应用。

胶凝材料是指在一系列复杂的物理、化学作用下，能够产生胶凝性物质，将散粒状材料(如砂、石子)或块状材料(如砖、石块)黏结成为具有一定强度的整体的一类材料的统称。胶凝材料根据其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两类。如表2.1所示。

表2.1　胶凝材料根据其化学成分分类

无机胶凝材料按照凝结硬化条件不同又可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、保持并发展强度，一般仅适用于干燥环境。水硬性胶凝材料不仅能够在空气中凝结硬化，而且能够更好地在水中凝结硬化、保持并发展强度；水硬性胶凝材料既适用于干燥环境，又适用于潮湿环境或水下工程。

2.1　石灰

2.1.1　石灰的生产

石灰是一种古老的建筑材料，是不同化学组成和物理形态的生石灰、消石灰的统称。由于原材来源广泛、生产工艺简单、产品成本低廉、使用简捷方便，所以广泛用于建筑工程中。

1)石灰的原料

生产石灰的原材料是石灰岩、白垩或白云质石灰岩等天然岩石，其主要化学成分是碳酸钙(CaCO3)。

2)石灰的生产

将原料在900～1100℃进行高温煅烧，得到的白色块状材料即为生石灰，其主要成分为氧化钙(CaO)。煅烧反应式为：

生产石灰的原料中都会含有少量碳酸镁(MgCO3)，在煅烧时会生成MgO。

由于煅烧窑内温度不均匀，煅烧后的产物除了正火石灰以外，还含有少量的欠火石灰和过火石灰。正火石灰是严格控制煅烧温度和煅烧时间而得到的，属多孔结构，孔隙率大，表观密度小，自重轻，与水反应速度快，且颜色均匀(白色或灰白色)。欠火石灰是由于煅烧温度过低或煅烧时间不足而生成的，原料石灰石分解不完全，降低了石灰的质量，使得产物利用率低，胶凝能力差。过火石灰是由于煅烧温度过高或煅烧时间过长而生成的。过火石灰内部结构致密，晶粒粗大，与水反应速度慢，且产物体积膨胀，使得已经硬化的砂浆产生“崩裂”或“鼓泡”的现象，工程中称之为“爆灰”，严重影响工程质量。

3)石灰的熟化

(1)熟化过程

生石灰与水反应生成Ca(OH)2的过程称为熟化，也称为消化。熟化产物Ca(OH)2称为熟石灰或消石灰。熟化反应式如下：

Ca(OH)2+64.83kJ/mol

生石灰熟化能力极强，反应速度快，放出大量的热(64.83kJ/mol)，而且伴随着体积膨胀1.0～2.5倍。煅烧良好、CaO含量高、杂质少的生石灰，不仅熟化速度快、放热量大，而且体积膨胀也大。

(2)熟化方法

根据熟化时加水量的不同，生石灰的熟化方法有两种：淋灰法和化灰法。

淋灰法是将生石灰块分层叠放，每隔半米厚淋入适量的水，水量以生石灰能充分熟化又不过湿成团为度，通常加入生石灰质量60%～80%左右的水(理论需水量为31.2%)，熟化后得到颗粒细小、分散的粉状物质，称为熟石灰粉。

化灰法是向化灰池内的生石灰块中加入适量水(生石灰质量的2.5～3倍)，得到的浆体为石灰乳。石灰乳过筛后流入储灰池中继续熟化，待其沉淀后滤去表面多余水分即可得到石灰膏(含水量约为50%，体积密度1300～1400kg/m3)。为了消除过火石灰熟化缓慢造成的危害，石灰膏应在储灰池中存放两周以上，使过火石灰充分熟化，这一过程称为“陈伏”。陈伏期间，石灰膏表面应覆盖一定厚度的水，以隔绝空气，防止石灰浆表面碳化。

4)石灰的硬化

石灰浆在空气中逐渐干燥变硬的过程，称为石灰的硬化。硬化可分为两个同时进行的过程：结晶和碳化。

(1)结晶过程

石灰浆体中的水分蒸发或被砌体吸收后，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中析出，形成相互交错的晶体，并产生一定的强度。

(2)碳化过程

石灰浆表面的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生碳化反应，生成碳酸钙晶体和水。碳化反应式如下：

石灰浆的硬化非常缓慢，且强度不高，主要是因为空气中二氧化碳的浓度很低，石灰浆表面发生碳化后会形成坚硬致密的CaCO3外壳，阻碍了外界的二氧化碳的进入，使得碳化仅发生在石灰表面，并且内部的水分很难蒸发出来，所以石灰的硬化过程需要一周左右的时间。碳化生成的CaCO3外壳，强度和硬度都比Ca(OH)2高，故CaCO3外壳也称为CaCO3保护膜。保护膜内部仍然是Ca(OH)2，所以说石灰的耐水性差。

2.1.2　石灰的品种及技术指标

1)根据生石灰中MgO的含量分类

由于生产生石灰的原料里常含有MgCO3，因此在建筑生石灰中也常含有MgO。按照生石灰中MgO的含量，将建筑生石灰分为钙质石灰(MgO≤5%)和镁质石灰(MgO>5%)。按照扣除游离水和结合水后(CaO+MgO)的含量，将建筑消石灰分为钙质消石灰和镁质消石灰，如表2.2、表2.3所示。

表2.2　建筑生石灰的分类(JC/T 479—2013)

表2.3　建筑消石灰的分类(JC/T 481—2013)

2)按成品的加工方法分类

(1)建筑生石灰。由石灰石(包括钙质石灰石和镁质石灰石)直接焙烧而成，呈块状、粒状或粉状，多为白色或灰色，主要成分CaO，密度3.1～3.4g/cm3，表观密度800～1000kg/m3。

(2)建筑生石灰粉。由建筑生石灰磨细而成，也称为磨细的生石灰粉。其特点是细度高，表面积大，与水反应速度快，无需“陈伏”即可直接使用，提高了工作效率。过火石灰因磨细后熟化速度大大加快，欠火石灰也因磨细而混合得更为均匀，提高了石灰的质量和利用率。磨细的生石灰粉的熟化和硬化过程同时进行，熟化放热促进其硬化，明显改善石灰硬化慢的缺点。

(3)建筑消石灰粉。以建筑生石灰为原料，经过水化(即淋灰)和加工而制得的粉状物，主要成分为Ca(OH)2。消石灰粉在使用之前必须陈伏，以消除过火石灰的危害。

(4)石灰膏。用约为生石灰体积3～4倍的水将生石灰进行熟化(化灰)，在储灰池充分沉淀后的膏状物或是将消石灰粉和适量水拌合而成的膏状物，即为石灰膏，主要成分Ca(OH)2。石灰膏的表观密度为1300～1400kg/m3，常用于配制砌筑和抹面用的石灰砂浆和混合砂浆。

(5)石灰乳。生石灰中加入大量的水拌制而成的乳状物，主要成分Ca(OH)2。

2.1.3　石灰的特性及应用

1)石灰的特性

(1)可塑性和保水性好。生石灰熟化为石灰浆时，氢氧化钙颗粒极为细小(直径约为1μm)，颗粒表面吸附了一层较厚的水膜，降低了颗粒间的摩擦阻力，因此具有良好的可塑性和保水性。在水泥砂浆中掺入石灰膏，可以显著提高砂浆的可塑性，改善砂浆的保水性，防止在施工过程中发生泌水现象。

(2)吸湿性强。生石灰吸湿性很强，是传统的干燥剂。

(3)凝结硬化慢，强度低。石灰在使用过程中会吸收空气中的CO2发生碳化反应，生成致密的CaCO3保护膜，使得内部水分难以蒸发，阻碍了碳化的继续深入，因此石灰凝结硬化慢，强度低。例如1∶3的石灰砂浆28d的抗压强度只有0.2～0.5MPa，受潮后强度会更低，所以只适用于干燥环境。

(4)硬化时体积收缩大。石灰浆体含水量高，凝结硬化时需蒸发大量水分而使体积明显收缩。为抑制体积收缩，避免开裂，常在石灰中掺入砂、麻刀、纸筋等，提高其抗裂性。

(5)耐水性差。石灰熟化产物Ca(OH)2溶于水，若长期受潮或被水浸泡，会使已经硬化的石灰溃散，所以石灰不能用于水工建筑物或潮湿环境中。

2)石灰的应用

(1)配制石灰乳。用熟化并陈伏好的石灰膏稀释成石灰乳，广泛用作内墙及顶棚的粉刷涂料。还可根据装饰需求，在石灰乳里掺入碱性颜料，用以调整涂料的颜色。

(2)配制石灰砂浆。用石灰膏与砂、麻刀、纸筋配制成的石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰广泛用作内墙、顶棚的抹灰砂浆。在水泥、砂配制成的水泥砂浆中掺入石灰膏，即成为混合砂浆，不但可以节约水泥，而且能提高水泥砂浆的保水性和砌筑、抹灰质量，广泛用于砌筑工程中。

(3)配制灰土和三合土。熟石灰和黏土按比例配制、夯实即为灰土，常用的二八灰土、三七灰土和四六灰土，是指熟石灰和黏土的体积比分别为2∶8、3∶7和4∶6。在灰土中掺入砂、石或炉渣等填料即可得到三合土。夯实后的灰土和三合土广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层，其强度和耐水性均比石灰和黏土高，这是因为石灰与黏土中的活性SiO2、活性Al2O3反应生成不溶于水的水硬性物质——水化硅酸钙和水化铝酸钙的缘故。

(4)生产无熟料水泥。石灰与粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石等按比例混合、磨细，即为无熟料水泥。生石灰熟化产物Ca(OH)2会激发粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石生成水硬性物质，这些水硬性矿物与水泥熟料水化生成的胶凝物质相似。由此可以看出，无熟料水泥具有水硬性。

(5)生产硅酸盐制品和碳化石灰板。将磨细的生石灰粉与硅质材料(砂、粉煤灰、火山灰等)、外加剂、水按比例混合、制作成型，再经常压或高压蒸汽养护，得到的制品统称为硅酸盐制品,如灰砂砖、粉煤灰砖、砌块等。

将磨细的生石灰粉、纤维状填料(如玻璃纤维)或轻质骨料(如矿渣)按比例混合，搅拌成型，然后经12～14h人工碳化而成的轻质板材，称为碳化石灰板。为减轻自重，提高碳化效果，多制成空心板，其特点是孔隙率大，表观密度小，绝热性能好，方便加工(可锯、刨、钉等)，主要用作非承重的室内分隔墙板、顶棚等。

(6)加固含水软土地基。软土地基(指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基，承载能力很低，一般不超过50kN/m2)可用石灰桩来加固。机械成孔后，将生石灰块压入孔内，生石灰吸水熟化生成消石灰时，体积膨胀会挤密周围土壤，从而提高地基的承载力。

2.1.4　石灰的储存和运输

生石灰在储存和运输时应注意防水、防潮。生石灰在空气中放置太久，会吸收空气中的水分而熟化成熟石灰粉，再与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙而失去胶凝能力。一般为防止其碳化失效，石灰运到现场后立即熟化成石灰乳(即随到随化)，将储存期变成陈伏期。生石灰熟化时放出大量的热，因此应与易燃、易爆物品分开存放。

磨细生石灰粉在干燥条件下储存期一般不超过1个月。

2.2　石膏

石膏是传统的气硬性胶凝材料，广泛应用于建筑工程中。石膏及石膏制品具有许多优良性能，如轻质、耐火、隔声、吸热、装饰效果好等，多用于内墙和吊顶等。水泥及其制品、硅酸盐制品的生产过程中，石膏作为外加剂也必不可少。

2.2.1　石膏的生产与品种

生产石膏的主要原料是天然二水石膏CaSO4·2H2O(又称生石膏、软石膏)，或是一些含有CaSO4·2H2O的化工副产品或废料，如磷石膏、氟石膏等。

石膏的生产过程是将二水石膏在不同的压力和温度下煅烧、磨细，得到结构和性质均不相同的石膏产品。

1)建筑石膏

将二水石膏加热至110～170℃，脱水生成β型半水石膏(熟石膏)，磨细后的白色粉末即为工程中常用的建筑石膏，密度为2.50～2.80g/cm3。反应式如下：

建筑石膏晶粒细小，将其配制成浆体时需水量较大，因此其制品具有孔隙率大、强度低的特点，主要应用于建筑工程中。建筑石膏按照原材料的种类，可以分成天然建筑石膏(代号N)、脱硫建筑石膏(代号S)、磷建筑石膏(代号P)。

质量良好、颜色洁白、杂质少的建筑石膏，磨细后即为模型石膏，主要用来制作建筑装饰制品。

2)高强石膏

将二水石膏在0.13MPa、124℃的饱和水蒸气下蒸炼，则生成α型半水石膏，磨细后的白色粉末即为高强石膏，密度为2.60～2.80g/cm3。高强石膏晶粒粗大，表面积小，拌制相同稠度浆体时的用水量(35%～40%)约为建筑石膏的一半，因此硬化后结构致密，强度较高，3h的抗压强度可达9～24MPa，7d的抗压强度可达15～40MPa。高强石膏可以用于室内抹灰，制作装饰制品和石膏板。掺入防水剂后可用于潮湿环境，形成高强防水石膏。

3)可溶性石膏

将二水石膏加热至170～360℃，脱水生成结构疏松的无水石膏，即为可溶性石膏。其水化反应需水量大，凝结迅速，强度低，不宜直接使用。但经过一段时间的储存(陈化处理)之后，该石膏会转化为半水石膏，方可使用。

4)不溶性石膏(死烧石膏)

将二水石膏加热至400～750℃，脱水生成的无水石膏，即为不溶性石膏。其特点是难溶于水，不能凝结硬化。若掺入适量激发剂(如石灰等)混合磨细，即为无水石膏水泥，强度为5～30MPa，可用于制造石膏板等。

5)高温煅烧石膏

将二水石膏加热至800℃，脱水生成的无水石膏，即为高温煅烧石膏。该石膏在高温下才能稳定存在，常温下无法使用。

2.2.2　建筑石膏的凝结与硬化

建筑石膏与适量水拌合后，开始形成均匀的可塑性浆体，很快石膏浆体失去塑性，这个过程称为石膏的凝结；此后浆体开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体，这个过程称为石膏的硬化。其水化反应式如下：

CaSO4·2H2O

半水石膏遇水溶解，生成不稳定的饱和溶液，溶液中的半水石膏水化成为二水石膏；由于二水石膏在水中的溶解度较半水石膏的溶解度小得多，所以二水石膏很快会从过饱和溶液中析出成为晶体；二水石膏的析出又促使上述过程不断进行，直到半水石膏完全转变成二水石膏为止。浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少，浆体变稠并失去塑性，强度不断增长直至最大值，完成了石膏的硬化。

石膏的凝结和硬化是一个连续的过程，这个过程既有物理变化又有化学变化。凝结可分为两个阶段：初凝和终凝。石膏浆体开始失去可塑性的状态称为初凝，从加水开始至初凝的这段时间为初凝时间；石膏浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为终凝，从加水开始至终凝的这段时间为终凝时间。

2.2.3　建筑石膏的特性

(1)凝结硬化快。建筑石膏加水拌合后，3min开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性并具备一定强度(终凝)。为方便施工，常掺入适量的缓凝剂，如亚硫酸盐酒精废液(1%)、经石灰处理过的动物胶(0.1%～0.2%)、硼砂、聚乙烯醇等。在自然干燥条件下，建筑石膏完全硬化需要约一周的时间。

(2)凝固时体积微膨胀。建筑石膏在凝结硬化时体积膨胀率为0.05%～0.15%，这使得成型的石膏制品纹理细致、表面光滑、棱角饱满、轮廓清晰、尺寸准确，干燥时不易开裂。石膏制品质地洁白细腻，适合制作建筑装饰制品。

(3)孔隙率大。为使石膏浆体满足施工要求的可塑性，通常加入石膏质量60%～80%的水，而建筑石膏水化反应的理论需水量仅为18.6%。硬化时多余水分蒸发，形成大量的孔隙，石膏制品的孔隙率可达40%～60%。因此，建筑石膏制品具有孔隙率大、表观密度小、保温隔热和吸声性能好等优点；同时，也具有强度低、吸水性强、抗渗性差等缺点。

(4)环境调节性。石膏制品的热容量大，吸湿性强，绝热性能好，可以缓和室内温度和湿度的波动，这种调节作用称为“呼吸”作用。

(5)耐水性差，抗冻性差。石膏属多孔结构，吸水性强。长期在潮湿环境中，水分子会削弱石膏晶体粒子间的结合力，直至其溃散。因此石膏制品耐水性、抗渗性、抗冻性都很差。

(6)防火性好，耐火性差。建筑石膏制品的主要成分是二水石膏，结晶水在常温下是稳定的。但是当其遇火后，石膏因吸收大量的热而使两个结晶水蒸发，形成蒸汽幕，可以阻止火势蔓延，防火性能好。但二水石膏脱水后强度明显下降，所以石膏的耐火性差。建筑石膏不宜长期在65℃以上的高温环境中使用。

2.2.4　建筑石膏的技术指标

建筑石膏组成中β型半水石膏的含量(质量分数)应不小于60.0%。按2h抗折强度可将其划分为3.0、2.0和1.6三个强度等级，其产品的标记顺序为产品名称、代号、等级、标准编号。例如，建筑石膏N 2.0 GB/T 9776—2008表示强度等级为2.0的天然建筑石膏。建筑石膏的物理力学性质见表2.4。

表2.4　建筑石膏技术指标(GB/T 9776—2008)

2.2.5　建筑石膏的应用

建筑石膏在工程中主要用于室内抹灰、粉刷、油漆打底等材料，还可以用来生产石膏板和建筑装饰制品，以及用作水泥原料中的缓凝剂和激发剂等。

1)室内粉刷及抹灰

建筑石膏颜色洁白、质地细腻，与水拌合成石膏浆体，用作室内粉刷涂料，也可以在石膏浆中掺入部分石灰后用于室内粉刷。

建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，多用于室内抹灰。用石膏砂浆处理过的墙面和顶棚光滑平整，可直接涂刷涂料或粘贴壁纸。建筑石膏或建筑石膏和不溶性硬石膏混合后再掺入外加剂、细骨料即制成了粉刷石膏，是工程中应用较多的一种内墙抹灰材料。

2)建筑艺术制品

以优质石膏为主要原料，掺入少量的纤维增强材料和胶料，加水拌合成石膏浆体，注模后得到的。利用石膏硬化时体积微膨胀、质轻、隔声、防火性能好等特点，将其制成各式的石膏艺术制品，主要有平板、多孔板、花纹板、浮雕板系列(石膏装饰板)，浮雕饰线系列(阴型饰线及阳型饰线)，以及艺术顶棚、灯圈、浮雕壁画、画框等。

3)石膏板

石膏板具有轻质、绝热、吸声、不污染、不老化、对人体健康无害等优点，而且施工方便快捷。常用的石膏板主要有以下几种。

(1)纸面石膏板。以建筑石膏为原料，掺入适量特殊功能的外加剂形成芯材，两面粘贴特定的护面纸而成，具有重量轻、隔声、隔热、加工性能强、施工方法简便的特点。纸面石膏板有普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板、耐火纸面石膏板和防潮纸面石膏板。普通纸面石膏板适用于办公楼、酒店、影剧院等建筑室内吊顶、墙面隔断的装饰；耐水纸面石膏板主要用于连续相对湿度不超过95%的场所，如厨房、卫生间等潮湿环境的装饰；耐火纸面石膏板适用于防火等级较高的建筑物，如影剧院、展览馆、体育馆等；防潮石膏板用于环境湿度较大的房间吊顶、隔墙和贴面墙。

(2)纤维石膏板。以建筑石膏为原料，掺入适量纤维增强材料(玻璃纤维、纸筋、矿物棉等)混合均匀，脱水成型而制得。它具有质轻、高强、耐火、隔声、韧性高的性能，可进行锯、钉、刨、粘等，不仅适用于内墙和隔墙，也可替代木材制作家具。

(3)石膏空心条板。以建筑石膏为主要材料，掺入适量水泥或粉煤灰，同时加入少量增强纤维(如玻璃纤维、纸筋等)，也可以加入适量的膨胀珍珠岩及其他掺加料，经料浆拌合、浇注成型、抽芯、干燥等工序制成的轻质板材，形状与混凝土空心楼板类似。石膏空心条板具有重量轻、强度高、隔热、隔声、防水等特点，并且可锯、可刨、可钻、施工简便。与纸面石膏板相比，石膏用量少、不用纸和胶黏剂、不用龙骨，工艺设备简单，所以比纸面石膏板造价低。石膏空心条板主要用于工业与民用建筑的内隔墙，其墙面可做喷浆、涂料、贴瓷砖、贴壁纸等各种饰面。

2.2.6　建筑石膏的储存和运输

建筑石膏在储存和运输过程中要注意防水防潮，一般储存期为3个月，过期或受潮后，强度会下降，要重新检验，确定等级。

2.3　水玻璃

2.3.1　水玻璃的组成

水玻璃是一种无色或黄绿色、青灰色的透明或半透明的黏稠液体，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的水溶性碱金属硅酸盐，俗称“泡花碱”，其化学通式为：R2O·nSiO2。式中n为水玻璃模数，是水玻璃中的二氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5～3.5之间。水玻璃模数越大，其黏度越大，越难溶于水，但是硬化速度也越快，黏结力与强度也越高。n为1时，水玻璃溶解于常温水中；n为2时，需溶解于热水中；n大于3时，需在4个大气压以上的蒸汽中才能溶解。

水玻璃根据碱金属的不同分为钠水玻璃(硅酸钠Na2O·nSiO2)和钾水玻璃(硅酸钾K2O·nSiO2)。

2.3.2　水玻璃的生产

水玻璃的生产有干法生产和湿法生产两种。主要原料是以含SiO2为主的石英岩、石英砂、砂岩、无定形硅石及硅藻土和含Na2O为主的纯碱(Na2CO3)、小苏打、硫酸钠(Na2SO4)及烧碱(NaOH)等。

干法生产是以石英岩和纯碱(Na2CO3)为原料，磨细拌匀后，在1300～1400℃的熔炉内熔化，冷却后即为固体水玻璃，溶解于水后制得液体水玻璃。反应式如下：

湿法生产以石英岩和烧碱(NaOH)为原料，在0.2～0.3MPa的高压蒸锅内发生压蒸反应，直接生成液体水玻璃。反应式如下：

2.3.3　水玻璃的凝结硬化

水玻璃吸收空气中的CO2生成无定形硅酸凝胶(nSiO2·mH2O)，脱水后形成空间网状结构的SiO2晶体，并逐渐干燥而硬化，生成物表面覆盖一层致密的Na2CO3薄膜。反应式如下：

由于空气中的CO2浓度较低，因此上述反应进行得很缓慢。为加速硬化，可加热或掺入12%～15%的促硬剂氟硅酸钠(Na2SiF6)，加速硅酸凝胶的析出。反应式如下：

(2n+1)SiO2·mH2O+6NaF

促硬剂氟硅酸钠的掺量需要严格控制。掺量太少，不仅硬化慢、强度低，而且未反应的水玻璃易溶于水，耐水性很差；掺量太多，又会引起水玻璃凝结过速、强度下降，以至于难以施工。由于水玻璃具有腐蚀性，会灼伤眼睛和皮肤，氟硅酸钠有毒，因此在使用时应注意安全。

2.3.4　水玻璃的技术性质

1)黏结力强

水玻璃硬化后黏结强度、抗拉强度和抗压强度都比较高，水玻璃胶泥的抗拉强度大于2.5MPa，水玻璃混凝土的抗压强度为15～40MPa。水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还可以堵塞材料的毛细孔隙，防止水分渗透。模数相同的液体水玻璃，稠度越大、密度越大，黏结力越强；模数越大，黏结力越强。

2)耐酸性好

硬化后的水玻璃的主要成分是硅酸凝胶，可以抵抗大多数无机酸和有机酸的作用(除氢氟酸、热磷酸和高级脂肪酸以外)，但不耐碱性介质侵蚀。

3)耐热性好

水玻璃硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度不降低，因此具有良好的耐热性。

2.3.5　水玻璃的应用

1)作为涂料

将液体水玻璃直接涂刷在材料表面或浸渍材料后，其硬化生成的硅酸凝胶能堵塞材料的表面及内部孔隙，提高材料的密实度、强度、抗渗性，从而改善材料的抗风化能力，适用于砖石、混凝土及硅酸盐制品。但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品，这是因为水玻璃与石膏(Ca2SO4)会发生化学反应，生成体积膨胀的硫酸钠(Na2SO4)晶体，导致石膏制品开裂。

2)加固地基

将液体水玻璃(模数为2.5～3)与氯化钙溶液交替压入地下，两种溶液发生化学反应生成硅胶，能够填充土壤的孔隙并将其胶结起来，土壤固结使得地基的承载能力和抗渗性明显提高。适用于粉土、砂土和回填土的地基加固，通常称作双液注浆。

3)修补裂缝、堵漏

水玻璃与适量的多种矾(蓝矾、明矾、红矾、紫矾各1份)混合，可制成四矾防水剂，属于速凝防水剂，一般1min之内即可凝结，故使用时要做到即配即用，常用于建筑物和构筑物的堵漏、填缝等抢修工程。

4)配制耐酸、耐热混凝土和砂浆

水玻璃能抵抗大多数酸的作用，常用模数为2.6～2.8的水玻璃配制耐酸胶泥(水玻璃+石英砂)、耐酸砂浆和耐酸混凝土等。水玻璃耐热性能良好，可用于配制耐热砂浆和耐热混凝土，耐热温度可达1200℃。

2.4　镁质胶凝材料

镁质胶凝材料是以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料。主要有菱苦土(又称苛性苦土，主要成分MgO)和苛性白云石(主要成分MgO和CaCO3)两种。

2.4.1　镁质胶凝材料的生产

将原材料菱镁矿MgCO3或白云石CaMg(CO3)2煅烧、磨细即生成镁质胶凝材料。

菱镁矿在400℃开始分解，当温度达到600～650℃时，分解反应非常剧烈，为保证产品质量，在实际生产时的煅烧温度为800～850℃。煅烧反应式如下：

MgO+CO2

白云石在600～750℃进行煅烧，这个过程可分成两步，首先是复盐的分解，然后是碳酸镁的分解，反应式如下：

MgCO3+CaCO3

MgO+CO2

煅烧温度严重影响镁质胶凝材料的质量。煅烧温度过低时，MgCO3分解不完全，生烧产物活性差；煅烧温度过高时，MgO由于过度烧结而变得坚硬，过烧产物胶凝性很差。煅烧良好的菱苦土为白色或浅黄色粉末，苛性白云石为白色粉末。

镁质胶凝材料磨得越细，强度越高；细度相同时，MgO含量越高，活性越强，胶凝性越好。

2.4.2　菱苦土的水化

菱苦土直接与水拌合生成Mg(OH)2，疏松无胶凝能力。因此常用氯化镁(MgCl2)、硫酸镁(MgSO4)、氯化铁(FeCl3)或硫酸亚铁(FeSO4)等盐溶液拌合菱苦土,其中以MgCl2最好，拌合后浆体凝结快，硬化后强度高，但吸湿性强，耐水性差；同时加入硫酸亚铁可以提高其耐水性。加热氯化镁溶液，可缩短菱苦土凝结时间，加速硬化。

菱苦土水化后体积略有膨胀，使得制品表面光滑饱满，无裂纹。

2.4.3　菱苦土的应用

菱苦土碱性较弱，对有机物无腐蚀性，但对铝、铁等金属有腐蚀作用，因此菱苦土不能直接接触金属。

1)制作板材

菱苦土掺入木屑、刨花、木丝等制成木屑板、刨花板、木丝板等板材。木屑板适用于内墙、天花板和地板；刨花板、木丝板可以制作成窗台板、门窗框等制品。目前菱苦土板材多用于机械设备的包装，可节省大量木材。

2)制作地面

菱苦土木屑地面有弹性，能防爆(碰撞时不产生火星)、防火、防静电，不起尘而且表面光洁，适用于军工厂、纺织车间、电子车间等。

3)制作菱苦土混凝土

菱苦土混凝土可用来制作空心楼板、小型屋架、檩条、龙骨等，配了芦苇筋的菱苦土混凝土还具有较好的抗裂性能。菱苦土中还可加入一些颜料，制作人造大理石，或者用作人造大理石的基体。

2.4.4　菱苦土的储存和运输

菱苦土在储存和运输过程中应避免受潮，也不易久放，防止因吸收空气中的水分而生成Mg(OH)2，再碳化成MgCO3而失去胶凝能力。因此，菱苦土及其制品只适用于干燥环境，不可用于潮湿、遇水或有酸性介质的地方。

苛性白云石的性质、用途与菱苦土相似，但质量稍差。

复习思考题

1.填空题

(1)生石灰具有熟化反应速度　　　　、放热量　　　　、熟化产物体积　　　　等特点，石灰硬化时体积　　　　。生石灰是传统的　　　　剂。

(2)建筑石膏的特性：凝结硬化　　　　、体积　　　　、孔隙率　　　　、防火性好，耐火性　　　　，对环境温湿度的调节作用通常称为　　　　作用。

(3)石灰膏“陈伏”的目的是要消除　　　　的危害。

(4)水玻璃的黏结力　　　　，可以用来涂刷和浸渍材料，从而提高材料的抗渗性。

2.简述题

(1)什么是欠火石灰和过火石灰？对石灰的使用有何影响？如何消除？

(2)生石灰在使用时为何要陈伏？有哪些注意事项？

(3)医用石膏是利用了石膏的哪些特性？

(4)水玻璃有何特性及用途？

(5)镁质胶凝材料分几类？各有什么特点？