2011年一級建筑師材料與構造輔導：氣硬性無機膠凝材料

建筑上能將砂、石子、磚、砌塊等散粒或塊狀材料粘結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
　　石膏
　　(一)石膏膠凝材料的生產
　　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 膏質地較軟，稱為軟石膏;天然無水石膏質地較硬，稱為硬石膏。
　　生產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混合物的化工副產品及廢渣，如磷石膏、氟石膏、棚石膏等。
　　生產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 出不同性質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) ，與水調合后能很快凝結硬化;溫度為170°C——200°C時，石膏繼續脫水，成為可溶性硬石膏[CaSO4 (III)，與水調合后仍能很快凝結硬化;溫度 升高到200°C -250°C時，石膏中殘留很少的水，凝結硬化非常緩慢;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[Ca SO4 (II) J，失去凝結硬化能力，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[Ca SO4(I)，由于部 分石膏分解出的氧化鈣起催化作用，所得產品又重新具有凝結硬化性能。
　　(二)建筑石膏
　　將二水石膏在常壓非密閉狀態下加熱至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料，主要 用于制作石膏制品。建筑石膏色白，雜質含量很少，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;以后迅速產生強度，并發展成為堅硬的固體，這個過程稱為硬化。 石膏的凝結硬化是一個連續的溶解、水化、膠化、結晶過程。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，新的一批半水石膏又可繼續溶解和水化。如此循環進行，直到 半水石膏全部耗盡。漿體中的自由水分因水化和蒸發而逐漸減少，二水石膏膠體微粒數量 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力逐漸增加，因而漿體可塑性增加，表現為石膏的嘴結"。其后，漿體繼續變稠，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.建筑石膏的技術性質
　　建筑石膏分為優等品、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)凝結硬化快。3-5min內即可凝結，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，在潮濕環境中，晶體間粘結力削弱，強度顯著降低。吸水后受凍，孔隙中水分結冰而是使石膏崩裂。
　　(5)防火性好。遇火災時，二水石膏的結晶水蒸發，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。