1.4　气硬性胶凝材料

在园林建筑工程中，常常需要将散粒状材料（如砂和石子）或块状材料（如石块和砖块）黏结成一个整体的材料，这些材料统称为胶凝材料。胶凝材料是指能够通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把砂、石等散粒材料或砖、砌块等块状材料胶结为一个整体的材料。胶凝材料可以分为有机胶凝材料和无机胶凝材料，如沥青和橡胶属于有机胶凝材料；建筑石膏、石灰、水玻璃和各种水泥为无机胶凝材料。无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。建筑石膏、石灰、水玻璃等属于气硬性胶凝材料，水泥属于水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化并保持和发展强度，只适用于地上或干燥环境。

1.4.1　石膏

（1）石膏的生产

石膏是单斜晶系矿物。生产石膏的原料主要是天然二水石膏（CaSO₄·2H₂O），又称为生石膏，经加热、煅烧、磨细即得石膏胶凝材料。在常压下加热至107～170℃时，煅烧成β型半水石膏（CaSO₄·H₂O），即建筑石膏；若温度升高至190℃，失去全部水分变成无水石膏，又称为熟石膏。如果将生石膏在125℃、0.13MPa压力的蒸压锅内蒸练得到的是α型半水石膏，其晶粒较粗，拌制石膏浆体时的需水量较少，所以硬化后强度较高，称为高强石膏。

（2）石膏的凝结硬化

半水石膏加水后首先进行的过程是溶解，然后产生水化反应，生成二水石膏（CaSO₄·2H₂O），因为二水石膏常温下在水中的溶解度比β型半水石膏小得多。所以，二水石膏从过饱和溶液中以胶体微粒析出，这样，促进了半水石膏不断地溶解和水化，直至完全溶解。在这个过程中，浆体中的游离水分逐渐减少，二水石膏胶体微粒不断增加，浆体稠度增大，可塑性逐渐降低，这时称为“凝结”。随着浆体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成晶体，晶体逐渐长大、共生并相互交错，使浆体产生强度，并不断增长，此过程称为“硬化”。

（3）建筑石膏的分类

建筑石膏的分类、组成、特性及用途，见表1-17。

（4）建筑石膏的应用

①室内抹灰及粉刷　建筑石膏是洁白细腻的粉末，用作室内抹灰、粉刷等装修有良好的效果，比石灰洁白、美观。

②建筑装饰制品　建筑石膏配以纤维增强材料、胶黏剂等可制成各种石膏装饰制品，也可掺入颜料制成彩色制品。如石膏线条，用于室内墙体构造角线、柱体的装饰。

③石膏板材　建筑石膏可与石棉、玻璃纤维、轻质填料等配制成各种石膏板材。目前我国使用较多的是纸面石膏板、石膏空心条板、纤维石膏板等，是一种良好的建筑功能材料。

（5）石膏建筑制品

①纸面石膏板　在建筑石膏中加入少量胶黏剂、纤维、泡沫剂等与水拌和后连续浇注在两层护面纸之间，再经辊压、凝固、切割、干燥而成。板厚9～25mm，干容重750～850kg/m³，板材韧性好，不燃，尺寸稳定，表面平整，可以锯割，便于施工。主要用于内隔墙、内墙贴面、天花板、吸声板等，但耐水性差，不宜用于潮湿环境中，在潮湿环境下使用容易生霉。

②纤维石膏板　将掺有纤维和其他外加剂的建筑石膏料浆，用缠绕、压滤或辊压等方法成型后，经切割、凝固、干燥而成。厚度通常为8～12mm，与纸面石膏板比，其抗弯强度较高，不用护面纸和胶黏剂，但容重较大，用途与纸面石膏板相同。

③装饰石膏板　将配制的建筑石膏料浆，浇注在底模带有花纹的模框中，经抹平、凝固、脱模、干燥而成，板厚为10mm左右。为了提高其吸声效果，还可制成带穿孔和盲孔的板材，常用作天花板和装饰墙面。

④石膏空心条板和石膏砌块　将建筑石膏料浆浇注入模，经振动成型和凝固后脱模、干燥而成。空心条板的厚度通常为60～100mm，孔隙率为30%～40%；砌块尺寸通常为600mm×600mm，厚度60～100mm，周边有企口，有时也可做成带圆孔的空心砌块。空心条板和砌块均用专用的石膏砌筑，施工方便，常用作非承重内隔墙。

⑤建筑石膏粉系列产品　主要粉刷石膏、满批石膏、嵌缝石膏、黏结石膏等。

（6）建筑石膏的特征

①凝结硬化快。

②硬化时体积微膨胀。石灰和水泥等胶凝材料硬化时通常会产生收缩，而建筑石膏却略有膨胀（膨胀率为0.05%～0.15%），这能使石膏制品表面光滑饱满、棱角清晰，干燥时不开裂。

③硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低。

④隔热吸声性能良好。

⑤防火性能良好。遇火时，石膏硬化后的主要成分二水石膏中的结晶水蒸发并吸收热量，制品表面形成蒸汽幕，能有效阻止火的蔓延。

⑥具有一定的调温调湿性。

⑦耐水性和抗冻性差。

⑧加工性能好。石膏制品可锯，可刨，可钉，可打眼。

1.4.2　石灰

（1）生石灰的生产

石灰最主要的原材料是含碳酸钙的石灰石、白云石和白垩等。石灰石原料在适当温度下煅烧，碳酸钙将分解，释放出CO₂，得到以CaO为主要成分的生石灰。生石灰是一种白色或灰色的块状物质，由于石灰原料中常含有一些碳酸镁成分，煅烧后生成的生石灰中常含有MgO成分，通常把MgO的含量≤5%的生石灰称为钙质生石灰，把MgO的含量>5%的生石灰称为镁质生石灰。同等级的钙质生石灰质量优于镁质生石灰。

（2）石灰的特点

①干燥收缩大　氢氧化钙颗粒吸附大量的水分，在凝结硬化过程中不断蒸发，并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，所以石灰除粉刷外不宜单独使用。

②保水性、可塑性好　熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚水膜，即石灰的保水性好。由于颗粒间的水膜较厚，颗粒间的滑移较宜进行，即可塑性好。这一性质常被用来改善砂浆的保水性，以克服水泥砂浆保水性差的缺点。

③凝结硬化慢、强度低　石灰的凝结硬化很慢，且硬化后的强度很低。

④耐水性差　潮湿环境中石灰浆体不会产生凝结硬化。硬化后的石灰浆体的主要成分为氢氧化钙，仅有少量的碳酸钙。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。

（3）石灰的品种、组成、特性及用途

石灰的品种、组成、特性及用途，见表1-18。

（4）石灰的应用

①配制石灰乳涂料　将消石灰粉或熟化后的石灰膏加入适量的水搅拌稀释后，成为石灰乳。石灰乳是一种廉价易得的涂料，施工简便且颜色洁白，主要用于内墙和顶棚的刷白，增加室内美观度和亮度。

②配制石灰砂浆或水泥混合砂浆　由于石灰膏和消石灰粉中的氢氧化钙颗粒非常小，调水后石灰具有良好的可塑性和黏结性，常将其配制成砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。在石灰膏或消石灰粉中，掺入砂和水拌和后，可制成石灰砂浆；在水泥砂浆中掺入石灰膏后，可制成水泥混合砂浆，在园林建筑工程中用量都很大。

③拌制石灰土和三合土　熟石灰粉可用来拌制石灰土（熟石灰+黏土）和三合土（熟石灰+黏土+砂、石或炉渣等填料）。常用的三七灰土和四六灰土，分别表示熟石灰和砂土体积比例为3∶7和4∶6。由于黏土中含有的活性氧化硅和活性氧化铝与氢氧化钙反应可生成水硬性产物，使黏土的密实程度、强度和耐水性得到改善，因此灰土和三合土广泛用于建筑的基础和道路的垫层。

④生产硅酸盐制品　以石灰（消石灰粉或生石灰粉）与硅质材料（砂、粉煤灰、火山灰、矿渣等）为主要原料，经过配料、拌和、成型和养护后可制得砖、砌块等各种制品。因内部的胶凝物质主要是水化硅酸钙，所以称为硅酸盐制品，常用的有蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土等，主要用做墙体材料。

⑤生产灰砂砖　灰砂砖是磨细生石灰或消石灰粉与天然砂配合均匀，搅拌加水，再经陈伏、加压成型和经压蒸处理而成，灰砂砖是一种技术成熟、性能优良、节能的新型建筑材料，适用于各类民用建筑、公用建筑和工业厂房的内、外墙及房屋的基础，是替代烧结黏土砖的产品。

⑥碳化石灰板　 碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）搅拌成型，然后用二氧化碳进行人工碳化（12～14h）而成的一种轻质板材，为了减轻表观密度和提高碳化效果，多制成空心板，这种板适于做非承重隔墙板、顶棚等。

⑦制作无熟料水泥　石灰还可以用来配制无熟料水泥，如石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等。这类水泥的水硬性、强度等性能取决于原料的性质和配合比，其强度等级一般都较低，早期强度不高，但后期强度较高，抗水性、耐蚀性和耐热性较好，而抗冻性、大气稳定性较差，易风化，不宜长期贮存。适用于地下、水中和潮湿环境中的建筑工程，也可用于制作地坪、路面以及一般建筑；不适用于冻融交替频繁、要求早期强度较高、长期处于干燥地区的建筑工程。

⑧加固软土地基　生石灰块可直接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时体积膨胀的性能产生膨胀压力，从而使地基加固。

⑨制造静态破碎剂和膨胀剂　利用过烧石灰水化慢且同时伴随体积膨胀的特性，可用它来配制静态破碎剂和膨胀剂。这种破碎剂可用于混凝土和钢筋混凝土构筑物的拆除，以及对岩石的破碎和切割。