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1、 第 3 章 气硬性胶凝材料 教学提示：气硬性胶凝材料的特点是只能在空气中凝结硬化，产生和发展强度，一般仅适用于地上和干燥环境中。本章可根据“原材料生产水化硬化硬化体结构性质应用”这一主线来学习。教学要求：掌握石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理、性质和主要用途，了解它们的原材料和生产。在土木工程中，将散粒状材料(如砂和石子)或块状材料(如砖块和石块)粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学组成成分的不同，可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类，无机胶凝材料按硬化条件不同又分为气硬性和水硬性两种。相比较而言，无机胶凝材料在土木工程中的应用更加广泛。气硬性胶凝材料只能在空气中凝
2、结硬化和增长强度，所以只适用于地上和干燥环境中，不能用于潮湿环境，更不能用于水中。如建筑石膏、石灰和水玻璃等。而水硬性胶凝材料不但能在空气中凝结硬化和增长强度，在潮湿环境甚至水中能更好地凝结硬化和增长强度，因此它既适用于地上，也能适用于潮湿环境或水中。如各种水泥。本章主要论述气硬性胶凝材料。有机胶凝材料是以天然或人工合成高分子化合物为主要成分的胶凝材料。常用的有机胶凝材料主要有石油沥青、煤沥青和各种天然或人造树脂。胶凝材料分类如下：胶凝材料 有机胶凝材料：如沥青、树脂 无机胶凝材料 水硬性胶凝材料：如各种水泥 气硬性胶凝材料：如石灰、石膏、水玻璃 3.1 石 膏 石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主
3、要成分的气硬性胶凝材料。石膏胶凝材料及其制品是一种理想的高效节能材料，在建筑中已得到广泛应用。其制品具有质量轻、抗火、隔音、绝热效果好等优点，同时生产工艺简单，资源丰富。它不仅是一种有悠久历史的胶凝材料，而且是一种有发展前途的新型建筑材料。如美国目前 80%的住宅用石膏板作内墙和吊顶，在日本、欧洲，石膏板的应用也很普遍。我国石膏板的应用正越来越多。第 3 章 气硬性胶凝材料 33333.1.1 石膏的种类和建筑石膏的生产 1.石膏的种类 根据硫酸钙所含结晶水数量的不同，石膏分为二水石膏(CaSO42H2O)、半水石膏4(CaSO21H O)2和无水石膏(CaSO4)。二水石膏有两个来源，一是天
4、然石膏矿，这种石膏又称为软石膏或生石膏；二是化工石膏，这种石膏是含有较大量 CaSO42H2O 的化学工业副产品，是一种废渣或废液，如磷化工厂的废渣为磷石膏，氟化工厂的废渣为氟石膏。此外，还有脱硫排烟石膏、硼石膏、盐石膏、钛石膏等。无水石膏亦有两个来源，一是天然石膏矿，这种石膏又称为硬石膏；二是来源于二水石膏高温煅烧后的产物，这种石膏有三个形态(如图 3.1 所示)。半水石膏是二水石膏加热后生成的产物(见图 3.1)。2.建筑石膏的生产 生产建筑石膏的原材料主要是天然二水石膏，也可采用化工石膏。纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但在含杂质时可呈灰色、褐色、黄色、红色等。根据 CaSO42
5、H2O 的含量，天然二水石膏量分为五个等级(JC 1682)，如表 3-1 所示。采用化工石膏时作为生产原料时应注意，如废渣(液)中含有酸性成分时，须预先用水洗涤或用石灰中和后才能使用。用化工石膏生产建筑石膏，可扩大石膏原料的来源，变废为宝，达到综合利用的目的。表 3-1 天然二水石膏的等级 等 级 一 二 三 四 五 CaSO42H2O 含量(%)95 9485 8475 7465 6455 将 CaSO42H2O 在不同煅烧条件下、不同压力和温度下加热，可制得晶体结构和性质各异的多种石膏胶凝材料，如图 3.1 所示。107170 -CaSO41/2H2O 320360 -CaSO4 二 在
6、干燥条件下 （型半水石膏）（型可溶硬石膏）水 （炒锅、回转窑）400750 CaSO4 石 125 0.13MPa -CaSO41/2H2O 230 -CaSO4 （不溶硬石膏）膏 有液态水存在 （型半水石膏）（型可溶硬石膏）（蒸压锅）CaSO4 800 （煅烧石膏）图 3.1 二水石膏的加热变种 从上图可知，CaSO42H2O 在干燥条件下经过低温煅烧，可得到 型半水石膏(-CaSO41/2H2O)，这种石膏磨细加工即为建筑石膏。建筑石膏为白色粉末，密度约为2.60g/cm32.75g/cm3，堆积密度约为 800kg/m31 000kg/m3。土木工程材料 34 34 3.1.2 建筑石膏
7、的水化与凝结硬化 建筑石膏与适量的水拌和后，最初形成可塑性良好的浆体，但很快就失去塑性而产生凝结硬化，继而发展成为固体。发生这种现象的实质，是由于浆体内部经历了系列的物理化学变化。首先，型半水石膏溶解于水，与水化合形成了二水石膏。水化反应按下式进行。422224211CaSOH O+1H OCaSO2H O22 由于二水石膏在常温下的溶解度半水仅为半水石膏溶解度的 15，故二水石膏胶体微粒就从溶液中结晶析出。这时溶液浓度降低，并且促使新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行，直到半水石膏全部耗尽，转化为二水石膏。在这个过程中，随着水化的进行，二水石膏生成量不断增加，水分逐渐减少，浆体开
8、始失去可塑性，这称为初凝。而后浆体继续变稠，颗粒之间的摩擦力和粘结力增加，完全失去可塑性，并开始产生结构强度，称为终凝。石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大并连生并互相交错，结构中孔隙率逐渐减小，石膏强度也不断增长，直至剩余水分完全蒸发后，强度才停止发展，形成硬化后的石膏结构。这就是建筑石膏的硬化过程(如图 3.2 所示)。(a)胶化 (b)结晶开始 (c)结晶长大与交错 图 3.2 建筑石膏凝结硬化示意图 1.半水石膏 2.二水石膏胶体微粒 3.二水石膏晶体 4.交错的晶体 3.1.3 建筑石膏及其制品的技术性质 1.等级及质量标准 根据建筑石膏(GB 977688)的规定，建筑石膏按抗折、抗
9、压强度和细度分为优等品、一等品和合格品三个等级，具体质量指标见表 3-2 所示。表 3-2 建筑石膏技术指标 技 术 指 标 优 等 品 一 等 品 合 格 品 抗折强度(MPa)2.5 2.1 1.8 抗压强度(MPa)4.9 3.9 2.9 细度(0.2mm 方孔筛筛余)(%)5.0 10.0 15.0 凝结时间 初凝时间不早于 6min；终凝时间不迟于 30min 第 3 章 气硬性胶凝材料 3535建筑石膏产品的标记顺序为产品名称、抗折强度、标准号。例如，抗折强度为 2.5MPa的建筑石膏标记为建筑石膏 2.5GB 9776。2.建筑石膏的特性 1)凝结硬化快 建筑石膏凝结硬化过程很快
10、，初凝时间不小于 6min，终凝时间不超过 30min，在室内自然干燥条件下，一星期左右完全硬化。所以在施工时往往要根据实际需要掺加适量的缓凝剂，如 0.1%0.2%的动物胶、0.1%0.5%的硼砂等。2)硬化时体积微膨胀 建筑石膏硬化时体积微膨胀(膨胀率为 0.05%0.15%)，这使石膏制品表面光滑饱满、棱角清晰，干燥时不开裂。3)硬化后空隙率大、表观密度和强度较低 建筑石膏在使用时为获得良好的流动性，加入的水量往往比水化所需水分多。石膏凝结后，多余水分蒸发，在石膏硬化体内留下大量孔隙(孔隙率高达 50%60%)，故表观密度小，强度低，其硬化后的强度仅为 3MPa5MPa，但这已能满足用作
11、隔墙和饰面的要求。不同品种的石膏胶凝材料硬化后的强度差别很大。高强石膏硬化后的强度通常比建筑石膏要高 2 倍7 倍。建筑石膏粉易吸潮，长期储存会降低强度，因此建筑石膏粉在贮存及运输期间必须防潮，储存时间一般不得超过三个月。4)绝热、吸声性良好 建筑石膏制品的导热系数较小，一般为 0.121W/(mK)0.205W/(mK)，具有良好的绝热能力；5)防火性能良好 建筑石膏硬化后生成二水石膏，遇火时，由于石膏中结晶水吸收热量蒸发，在制品表面形成蒸汽幕，有效阻止火的蔓延。制品厚度越大，防火性能越好。6)有一定的调温调湿性 建筑石膏热容量大、吸湿性强，所以能对室内温度和湿度起到一定的调节作用。7)耐水
12、性、抗冻性差 因建筑石膏硬化后具有很强的吸湿性，在潮湿环境中会削弱晶体间结合力，使强度显著下降。调水时晶体溶解而引起破坏，吸水后再受冻，孔隙内水分结冰而制品崩裂。因此，建筑石膏不耐水，不抗冻。8)加工性和装饰性好 石膏硬化体可锯、可钉、可刨、可打眼，便于施工；其制品表面细腻平整，色洁白，极富装饰性。3.1.4 建筑石膏的应用 石膏在建筑中的应用十分广泛，可用来制作各种石膏板、各种建筑艺术配件及建筑装饰、彩色石膏制品、石膏砖、空心石膏砌块、石膏混凝土、粉刷石膏和人造大理石等。另外，石膏也作为重要的外加剂，用于水泥及硅酸盐制品中。土木工程材料 36 36 1.粉刷石膏 粉刷石膏是由建筑石膏或由建筑
13、石膏和 CaSO4二者混合后再加入外加剂、细骨料等而制成的气硬性胶凝材料。其按用途可分为面层粉刷石膏(M)、底层粉刷石膏(D)和保温层粉刷石膏(W)三类。粉刷石膏产品标记的顺序为产品名称、代号、等级和标准号。例如优等品面层粉刷石膏的标记为：粉刷石膏 MAJC/T 517。2.建筑石膏制品 建筑石膏制品的种类很多，如纸面石膏板、空心石膏条板、石膏砌块和装饰石膏制品等。主要用作分室墙、内隔墙、吊顶和装饰。纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入纤维、外加剂和适量的轻质填料等，加水拌成料浆，浇注在行进中的纸面上，成型后再覆以上层面纸。料浆经过凝固形成芯材，经切断、烘干，使芯材与护面纸牢固地结合在一起。
14、空心石膏条板生产方法与普通混凝土空心板类似。生产时常加入纤维材料或轻质填料，以提高板的抗折强度和减轻自重。多用于民用住宅的分室墙。建筑石膏配以纤维增强材料、胶粘剂等可制成石膏角线、线板、角花、灯圈、罗马柱和雕塑等艺术装饰石膏制品。3.2 石 灰 石灰是以氧化钙或氢氧化钙为主要成分的气硬性胶凝材料，是一种传统而又古老的建筑材料。石灰的原料来源广泛，生产工艺简单，使用方便，成本低廉，并具有良好的建筑性能，所以目前仍然是一种使用十分广泛的建筑材料。3.2.1 石灰的种类和建筑石灰的生产 1.石灰的种类 根据石灰成品的加工方法不同，石灰有以下四种成品。(1)生石灰。由石灰石煅烧成的白色或浅灰色疏松结构
15、块状物，主要成分为 CaO。(2)生石灰粉。由块状生石灰磨细而成。(3)消石灰粉。将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为 Ca(OH)2，亦称熟石灰。(4)石灰膏。将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的 3 倍4 倍)消化，或将消石灰粉和水拌和，所得达一定稠度的膏状物，主要成分是 Ca(OH)2和水。2.建筑石灰的原材料与生产 用于制备石灰的原料有石灰石、白垩、白云石和贝壳等，它们的主要成分都是碳酸钙，在低于烧结温度下煅烧所得到的块状物质即生石灰。反应式如下：9001 00032CaCOCaO+CO 第 3 章 气硬性胶凝材料 3737煅烧良好的生石灰，质轻色匀，密度约为3.2g/
16、cm3,表观密度约为800kg/m31 000kg/m3。煅烧温度的高低及分布情况，对石灰质量有很大影响。温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将生成“欠火石灰”，如果煅烧温度过高或时间过长，将生成颜色较深的“过火石灰”。欠火石灰中含有较多的未消化残渣，影响成品的出材率；过火石灰内部结构致密，CaO晶粒粗大，表面被一层玻璃釉状物包裹，与水反应极慢，会引起制品的隆起或开裂。建筑生石灰JC/T 47992中规定，按氧化镁含量的多少，建筑石灰分为钙质石灰和镁质石灰两类，前者氧化镁含量小于5%。3.2.2 石灰的水化与凝结硬化 1.石灰的水化 工地上在使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消
17、解为膏状或粉末状的消石灰，这个过程称为石灰的水化，又称消化或熟化。其反应式如下：22CaO+H OCa(OH)64.9kJ+上述化学反应有两个特点：一是水化热大、水化速率快；二是水化过程中固相体积增大1.5倍2倍。后一个特点易在工程中造成事故，应予高度重视。如前所述，过火石灰水化极慢，它要在占绝大多数的正常石灰凝结硬化后才开始慢慢熟化，并产生体积膨胀，从而引起已硬化的石灰体发生鼓包开裂破坏。为了消除过火石灰的危害，通常将生石灰放在消化池中“陈伏”2周3周以上才予使用。陈伏时，石灰浆表面应保持一层水来隔绝空气，防止碳化。2.石灰浆的凝结硬化 石灰的硬化是指石灰浆体由塑性状态逐步转化为具有一定强度
18、的固体的过程。石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成。1)结晶作用 石灰浆体在干燥过程中由于水分蒸发或被周围气体吸收，各个颗粒间形成网状孔隙结构，在毛细管压力的作用下，颗粒间距逐渐减小，因而产生一定强度。同时氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶析出，并形成一定的结晶强度。2)氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发。22232Ca(OH)+CO+nH OCaCO+(n+1)H O 因为碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这个过程不能在没有水分的全干状态下进行。而且在长时间内，碳化作用只在表面进行，所以只有当孔壁完全湿润而孔中不
19、充满水时，碳化作用才能进行较快。随着时间延长，表面形成的碳酸钙层达到一定厚度时，将阻碍CO2向内渗透，同时也使浆体内部的水分不易脱出，使氢氧化钙结晶速度减慢。所以，石灰浆体的硬化过程只能是很缓慢的。硬化后的石灰体表面为碳酸钙层，它会随着时间延长而厚度逐渐增加，里层是氢氧化钙晶体。土木工程材料 38 38 3.2.3 石灰及其制品的技术性质 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，能自动形成颗粒极细的呈胶体状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚水膜，因而颗粒间的摩擦力减小，可塑性好。在水泥砂浆中加入石灰浆，可使可塑性和保水性显著提高。2)硬化缓慢，硬化后强度低 石灰的硬化只能在空气中
20、进行，空气中CO2含量少，使碳化作用进行缓慢。已硬化的表层对内部的硬化又有阻碍作用，所以石灰浆的硬化很缓慢。熟化时的大量多余水分在硬化后蒸发，在石灰体内留下大量孔隙，所以硬化后的石灰体密实度小，强度也不高。石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.2MPa0.5MPa，受潮后石灰溶解，强度更低。3)硬化时体积收缩大 由于石灰浆中存在大量游离水，硬化时大量水分蒸发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩变形，使硬化石灰体产生裂纹。故除调成石灰乳作薄层粉刷外，石灰浆不宜单独使用。通常工程施工时常掺入一定量的骨料(如砂子)或纤维材料(如麻刀、纸筋等)。4)耐水性差 石灰浆硬化慢、强度低，所以在石灰硬化体
21、中，大部分仍是尚未碳化的Ca(OH)2,易溶于水，这会使硬化石灰体遇水后产生溃散。所以石灰不宜在潮湿的环境下使用，也不宜单独用于建筑物基础。2.石灰的技术要求 1)建筑生石灰和建筑生石灰粉的技术要求 根据我国建材行业标准建筑生石灰(JC/T 4791992)与建筑生石灰粉(JC/T 4801992)的规定，钙质生石灰、镁质生石灰可分为优等品、一等品和合格品三个等级，生石灰和生石灰粉的技术指标见表3-3和表3-4。表 3-3 建筑生石灰技术指标 钙质生石灰 镁质生石灰 项 目 优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品(CaO+MgO)含量(%)90 85 80 85 80 75 未消化残渣
22、含量(5mm 圆孔筛筛余)(%)5 10 15 5 10 15 CO2含量(%)5 7 9 6 8 10 产浆量(L/kg)2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0 第 3 章 气硬性胶凝材料 3939表 3-4 建筑生石灰粉的技术指标 钙质生石灰 镁质生石灰 项 目 优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品(CaO+MgO)含量(%)85 80 75 80 75 70 CO2 含量(%)7 9 11 8 10 12 0.90mm 筛筛余(%)0.2 0.5 1.5 0.2 0.5 1.5 细度 0.125mm 筛筛余(%)7.0 12.0 18.0 7.0 12.0 18.0 2
23、)建筑消石灰粉的技术要求 根据建筑消石灰粉(JC/T 4811992)的规定，消石灰粉分为钙质消石灰粉、镁质消石灰粉和白云石消石灰粉三类，并按它们的技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级，主要技术指标见表3-5和表3-6。通常优等品、一等品适用于建筑装饰工程中的饰面层和中间涂层施工；合格品仅用于砌筑工程的施工。表 3-5 建筑消石灰粉按氧化镁含量的分类界限 品种名称 钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉 氧化镁含量(%)4 4MgO24 24MgO30 表 3-6 建筑消石灰粉的技术指标 钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉 项 目 优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格
24、品 优等品 一等品 合格品(CaO+MgO)含量(%)70 65 60 65 60 55 65 60 55 游离水(%)0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 体积安定性 合格 合格 合格 合格 合格 合格 0.9mm 筛筛余(%)0 0 0.5 0 0 0.5 0 0 0.5 细度 0.125mm 筛筛余(%)3 10 15 3 10 15 3 10 15 3.2.4 石灰的应用 石灰在建筑工程中的应用范围很广，常作以下几种用途。1.配制砂浆 石灰具有良好的可塑性和粘结性，常用来配制砂浆用于墙体的砌筑和抹面。石灰浆或消石灰粉与砂和水单独配制成
25、的砂浆称石灰砂浆，与水泥、砂和水一起配制成的砂浆称混合砂浆。为了克服石灰浆收缩大的缺点，配制时常加入纸筋等纤维质材料。土木工程材料 40 40 2.拌制三合土和灰土 三合土按生石灰粉(或消石灰粉)粘土砂子(或碎石、炉渣)=123的比例来配制。灰土按石灰粉(或消石灰粉)粘土=124的比例来配制。它们主要用于建筑物的基础、路面或地面的垫层，也就是说用于与水接触的环境，这与其气硬性相矛盾。这可能是三合土和灰土在强力夯打之下，密实度大大提高，粘土中的少量活性SiO2和活性Al2O3与石灰粉水化产物作用，生成了水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而有一定耐水性之故。3.制作石灰乳涂料 将消石灰粉或熟化好的
26、石灰膏加入适量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价易得得涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度，我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种颜色的耐碱材料，以获得更好的装饰效果。4.生产硅酸盐制品 以石灰和硅质材料(如粉煤灰、石英砂、炉渣等)为原料，加水拌合，经成型，蒸养或蒸压处理等工序而成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。如蒸压灰砂砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等，主要用作墙体材料。生石灰的水化产物Ca(OH)2能激发粉煤灰、炉渣等硅质工业废渣的活性，起碱性激发作用，Ca(OH)2能与废渣中的活性SiO2、Al2O3反应，生成有胶凝性、耐水性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，这一原理在利用工业废渣来生产建
27、筑材料时广泛采用。5.磨制生石灰粉 建筑工程中大量用磨细生石灰来代替石灰膏和消石灰粉配制灰土或砂浆，或直接用于生产硅酸盐制品。磨细生石灰可不经预先消化和陈伏直接应用。因为这种石灰具有很高的细度，水化反应速度快，水化时体积膨胀均匀，避免了产生局部膨胀过大现象。另外，石灰中的过火石灰和欠火石灰被磨细，提高了石灰的质量和利用率。6.加固软土地基 块状生石灰可用来加固含水的软土地基(称为石灰桩)。它是在桩孔内灌入生石灰块，利用生石灰吸水熟化产生体积膨胀的特性来加固地基。7.制造静态破碎剂和膨胀剂 将含有一定量CaO晶体、粒径为10100m，的过火石灰粉，与5%70%的水硬性胶凝材料及0.1%0.5%的
28、调凝剂混合，可制得静态破碎剂。使用时将它与适量的水混合调成浆体，注入到欲破碎物的钻孔中。由于水硬性胶凝材料硬化后，过火石灰才水化，水化时体积膨胀，从而产生很大的膨胀压力，使物体破碎。该破碎剂可用于拆除建筑物和破碎分割岩石。用石灰制膨胀剂详见5.1.5“膨胀剂”。3.3 水 玻 璃 水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属氧化物和二氧化第 3 章 气硬性胶凝材料 4141硅所组成。目前最常用的是硅酸钠水玻璃Na2OnSiO2，还有硅酸钾水玻璃K2OnSiO2。3.3.1 水玻璃的种类与生产 水玻璃按其形态可分为液体水玻璃和固体水玻璃两种。液体水玻璃无色透明，当含有不同杂质时可
29、呈青灰色、绿色或微黄色等，可以与水按任意比例混合而成不同浓度的溶液，浓度越稠粘结力越强；固体水玻璃的形状呈块状、粒状或粉状。水玻璃的生产方法有湿法生产和干法生产两种。湿法生产是将石英砂和氢氧化钠水溶液在压蒸锅(0.2MPa0.3MPa)内用蒸汽加热溶解而制成水玻璃溶液。干法是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于1 3001 400温度下熔融，其反应式如下：32222NaCOSiONa OSiOCO+nn 熔融的水玻璃冷却后得到固态水玻璃，然后在0.30.8MPa的蒸压釜内加热溶解成胶状玻璃溶液。水玻璃分子式中SiO2与Na2O分子数比值n称为水玻璃硅酸盐模数，一般在1.53.5之间。n值越大，
30、水玻璃中胶体组分越多，水玻璃粘性越大，越难溶于水。3.3.2 水玻璃的硬化与特性 水玻璃溶液在空气中吸收CO2形成无定形硅胶，并逐渐干燥而硬化，其反应为：Na2OnSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+nSiO2mH2O 上述反应过程进行缓慢。为加速硬化，常在水玻璃中加入促硬剂氟硅酸钠，促使硅酸凝胶加速析出，其反应式如下：2Na2OnSiO2+Na2SiF6+mH2O 6NaF+(2n+1)SiO2mH2O 氟硅酸钠的适宜掺量为水玻璃质量的12%15%。用量太少，硬化速度慢、强度低，且未反应的水玻璃易溶于水，导致耐水性差；用量过多，则凝结过快，造成施工困难，且渗透性大，强度也低。水玻璃有以
31、下特性：(1)良好的粘结性。(2)很强的耐酸性。水玻璃能抵抗多数酸的作用(氢氟酸除外)。(3)较好的耐高温性。水玻璃可耐1 200的高温，在高温下不燃烧，不分解，强度不降低，甚至有所增加。3.3.3 水玻璃的应用 利用水玻璃的上述性能，在建筑工程中可有下列用途。(1)涂刷建筑材料表面，提高密实度和抗风化能力。用水将水玻璃稀释，多次涂刷或浸渍材料表面，可提高材料的抗风化能力或使其密实度和强度提高。如果在液体水玻璃中加入适量尿素，在不改变其粘度情况下可提高粘结力25%左右。此方法对粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等含Ca(OH)2的材料效果良好。不能用于涂刷或浸渍石膏制品，因为Na2OnSiO2与C
32、aSO4反应生成Na2SO4，Na2SO4在制品孔隙中结晶，结晶时体积膨胀，引起制品开裂破坏。土木工程材料 42 42(2)配制成耐热砂浆和耐热混凝土。水玻璃可与耐热骨料等一起来配制成耐热砂浆和耐热混凝土。(3)配制成耐酸砂浆和耐酸混凝土。水玻璃可与耐酸骨料等一起来配制成耐酸砂浆和耐酸混凝土。(4)加固地基。将水玻璃溶液与氯化钙溶液交替注入土壤内，两者反应析出硅酸胶体，能起胶结和填充孔隙的作用，并可阻止水分的渗透，提高土壤的密度和强度。(5)以水玻璃为基料，配制各种防水剂。水玻璃能促进水泥凝结，如在水泥中掺入约为水泥重量0.7倍的水玻璃，初凝为2min，可直接用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。因凝
33、结过速，不宜配制水泥防水砂浆用于屋面和地面刚性防水。(6)在水玻璃中加入二至五种矾，能配制各种快凝防水剂。常见的矾有蓝矾、明矾、红矾、紫矾等。防水剂的配制方法为选取二种、三种、四种或五种矾各1份溶于60份100的水中，冷却至50后，投入400份水玻璃中搅拌均匀即可。这种防水剂分别称为二矾、三矾、四矾或五矾防水剂。(7)配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝。将液体水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合，压入砖墙裂缝。粒化高炉矿渣粉的加入不仅起填充及减少砂浆收缩的作用，还能与水玻璃起化学反应，成为增进砂浆强度的一个因素。3.4 思 考 题 1.何谓气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料？如何正确使用这两类胶凝材料？2.建筑石膏有哪些特性及用途。3.生石灰熟化时为什么必须进行“陈伏”？磨细生石灰为什么可以不经“陈伏”而直接使用？4.石灰有哪些特性？在工程上有哪些应用？5.水玻璃有哪些特性？在工程中有哪些用途？