無機(jī)膠凝材料( inorganic cementing material) 建筑材料中，凡是自身經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，或與其他物質(zhì)(如水等)混合后一起經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由槳體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散粒材料(如砂、石等)或塊、片狀材料(如磚、石塊等)膠結(jié)成整體的物質(zhì)，稱為膠凝材料。

　　簡介

　　中國在使用無機(jī)膠凝材料方面，也有悠久的歷史。早在周朝已使用石灰修筑帝王的陵墓。從周朝至南北朝時(shí)期，人們以石灰、黃土和細(xì)砂的混合物作夯土墻或土坯墻的抹面，或制作居室和墓道的地坪。明清時(shí)期，三合土的使用和發(fā)展，使石灰的用途更為廣泛。至今，石灰在中國建筑中還占有一定地位。此外，在中國古建筑中，常用石灰和某些有機(jī)物配制成復(fù)合膠凝材料使用，取得了良好的效果。據(jù)史料記載：南宋乾道六年(1170年)在修筑和州城時(shí)，采用了糯米汁與石灰的混合物作膠凝材料;建于明代的南京城，其磚石城垣的重要部位，即是以石灰加糯米汁作為灌漿材料。明《天工開物》一書中，關(guān)于糯米汁-石灰更有詳細(xì)的記載。此外，在古建筑中血料-石灰和桐油-石灰等，常用作膩?zhàn)印?/p>

　　分類

　　1、膠凝材料按其化學(xué)組成，可分為有機(jī)膠凝材料(如瀝青、樹脂等)與無機(jī)膠凝材料(如石灰、水泥等)。

　　2、無機(jī)膠凝材料又稱礦物膠凝材料，它根據(jù)硬化條件可分為氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料。

　　氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并旦只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度，如石膏、石灰等;水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度，如水泥。

　　歷史

　　在人類早期的建筑活動中，石灰、石膏是最早被使用的膠凝材料。埃及古王國時(shí)期(公元前3000年左右)的大金字塔，是用石膏砂漿膠結(jié)石塊和石板砌筑的。公元前8世紀(jì),希臘人就已使用石灰。羅馬人用石灰砂漿作為墻體砌筑材料。古希臘人和古羅馬人利用火山灰摻入石灰中制作砂漿，用它砌筑的構(gòu)筑物堅(jiān)固耐久。這種膠凝材料曾延續(xù)使用了相當(dāng)長的一段歷史時(shí)期，直到羅馬水泥和波特蘭水泥問世，才逐漸被取代。20世紀(jì)初，隨著現(xiàn)代土木工程的發(fā)展，石膏、石灰、波特蘭水泥等膠凝材料已不能滿足特種工程的需要，必須開發(fā)研究新膠凝材料。一方面通過調(diào)整波特蘭水泥的礦物組成，獲得了一大類具有特殊性能的特種水泥，如快硬水泥、低熱和中熱水泥、抗硫酸鹽水泥、油井水泥、膨脹水泥、白色水泥、彩色水泥和抗菌水泥等。另一方面通過改變原材料種類，研制成功了鋁酸鹽、硫鋁酸鹽和氟鋁酸鹽等系統(tǒng)的特種水泥，如快硬水泥、型砂水泥、耐火水泥、防輻射水泥和防藻水泥等。此外，還對磷酸鹽、水玻璃、鎂質(zhì)和硫磺等氣硬性膠凝材料進(jìn)行研究，并取得成功。一大批新無機(jī)膠凝材料的產(chǎn)生，促進(jìn)了土木工程的發(fā)展。

　　中國在使用無機(jī)膠凝材料方面，也有悠久的歷史。早在周朝已使用石灰修筑帝王的陵墓。從周朝至南北朝時(shí)期，人們以石灰、黃土和細(xì)砂的混合物作夯土墻或土坯墻的抹面，或制作居室和墓道的地坪。明清時(shí)期，三合土的使用和發(fā)展，使石灰的用途更為廣泛。至今，石灰在中國建筑中還占有一定地位。在中國古建筑中，常用石灰和某些有機(jī)物配制成復(fù)合膠凝材料使用，取得了良好的效果。據(jù)史料記載：南宋乾道六年(1170年)在修筑和州城時(shí)，采用了糯米汁與石灰的混合物作膠凝材料;建于明代的南京城，其磚石城垣的重要部位，即是以石灰加糯米汁作為灌漿材料。明《天工開物》一書中，關(guān)于糯米汁-石灰更有詳細(xì)的記載。此外,在古建筑中血料-石灰和桐油-石灰等，常用作膩?zhàn)印?/p>

　　發(fā)展

　　在近代土木工程中，水泥和混凝土的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但是這些材料在性能上存在著抗拉、抗沖擊強(qiáng)度低，抗?jié)B性和耐蝕性較差等缺點(diǎn)。為了改善水泥和混凝土的性能，開展了聚合物水泥和聚合物混凝土等近代復(fù)合材料的研究，成效顯著。用于土木工程的無機(jī)膠凝材料，不但品種多，而且用量大,使用面廣,是一類極為重要的土木建筑材料。根據(jù)現(xiàn)代土木工程發(fā)展的需要，無機(jī)膠凝材料的發(fā)展趨勢，將是在改進(jìn)舊有品種的基礎(chǔ)上，不斷開發(fā)研究多功能、低能耗、經(jīng)久耐用和物美價(jià)廉的新品種。兼?zhèn)錈o機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合膠凝材料，也將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

　　性能

　　石灰

　　將主要成分為碳酸鈣(CaCO3)的石灰石在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵�，所得的以氧化鈣(CaO)為主要成分的產(chǎn)品即為石灰，又稱生石灰。煅燒出來的生石灰呈塊狀，稱塊灰，塊灰經(jīng)磨細(xì)后成為生石灰粉。

　　(一)石灰的熟化與硬化

　　生石灰(塊灰)不能直接用于工程，使用前需要進(jìn)行熟化。生石灰(CaO)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣Ca(OH)2(熟石灰，又稱消石灰)的過程，稱為石灰的熟化或消解(消化)。石灰熟化過程中會放出大量的熱，同時(shí)體積增大1～2.5倍。根據(jù)加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。

　　(二)石灰的技術(shù)性質(zhì)

　　1.保水性好。在水泥砂漿中摻入石灰膏，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。

　　2.硬化較慢、強(qiáng)度低。1：3的石灰砂漿28d抗壓強(qiáng)度通常只有0.2~0.5MPa。

　　3.耐水性差。石灰不宜在潮濕的環(huán)境中使用，也不宜單獨(dú)用于建筑物基礎(chǔ)。

　　4.硬化時(shí)體積收縮大。除調(diào)成石灰乳作粉刷外，不宜單獨(dú)使用，工程上通常要摻入砂、紙筋、麻刀等材料以減小收縮，并節(jié)約石灰。

　　5.生石灰吸濕性強(qiáng)。儲存生石灰不僅要防止受潮，而且也不宜儲存過久。

　　石膏

　　石膏膠凝材料是一種以硫酸鈣(CaSO4)為主要成分的氣硬性無機(jī)膠凝材料。其品種主要有建筑石膏、高強(qiáng)石膏、粉刷石膏、無水石膏水泥、高溫煅燒石膏等。其中，以半水石膏(CaSO4·1/2H2O)為主要成分的建筑石膏和高強(qiáng)石膏在建筑工程中應(yīng)用較多，最常用的是建筑石膏。

　　建筑石膏是以β型半水石膏β-CaSO4·1/2H2O)為主要成分，不添加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏建筑制品。建筑石膏色白，雜質(zhì)含量很少，粒度很細(xì)，亦稱型石膏，也是制作裝飾制品的主要原料。由于建筑石膏顆粒較細(xì)，比表面積較大，故拌合時(shí)需水量較大，因而強(qiáng)度較低。

　　建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)

　　1.凝結(jié)硬化快。石膏漿體的初凝和終凝時(shí)間都很短，一般初凝時(shí)間為幾分鐘至十幾分鐘，終凝時(shí)間在半小時(shí)以內(nèi)，大約一星期左右完全硬化。為滿足施工要求，需要加入緩凝劑，如硼砂、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨膠或皮膠等。

　　2.硬化時(shí)體積微膨脹。石膏漿體凝結(jié)硬化時(shí)不像石灰、水泥那樣出現(xiàn)收縮，反而略有膨脹(膨脹率約為1%)，使石膏硬化體表面光滑飽滿，可制作出紋理細(xì)致的浮雕花飾。

　　3.硬化后孔隙率高。石膏漿體硬化后內(nèi)部孔隙率可達(dá)50～60%，因而石膏制品具有表觀密度較小、強(qiáng)度較低、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸聲性強(qiáng)、吸濕性大、可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的特點(diǎn)。

　　4.防火性能好。石膏制品在遇火災(zāi)時(shí)，二水石膏將脫出結(jié)晶水，吸熱蒸發(fā)，并在制品表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層，可有效減少火焰對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的危害。建筑石膏制品在防火的同時(shí)自身也會遭到損壞，而且石膏制品也不宜長期用于靠近65℃以上高溫的部位，以免二水石膏在此溫度下失去結(jié)晶水，從而失去強(qiáng)度。

　　5.耐水性和抗凍性差。建筑石膏硬化體的吸濕性強(qiáng)，吸收的水分會減弱石膏晶粒間的結(jié)合力，使強(qiáng)度顯著降低;若長期浸水，還會因二水石膏晶體逐漸溶解而導(dǎo)致破壞石膏制品吸水飽和后受凍，會因孔隙中水分結(jié)晶膨脹而破壞。所以，石膏制品的耐水性和抗凍性較差，不宜用于潮濕部位。為提高其耐水性，可加入適量的水泥、礦渣等水硬性材料，也可加入有機(jī)防水劑等，可改善石膏制品的孔隙狀態(tài)或使孔壁具有憎水性。

　　水泥

　　水泥為無機(jī)水硬性膠凝材料，是重要的建筑材料之一，在建筑工程中有著廣泛的應(yīng)用。水泥品種非常多，按其主要水硬性物質(zhì)名稱可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥等。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥命名原則》GB4131-84規(guī)定，水泥按其性能及用途可分為通用水泥、專用水泥及特性水泥三類。我國建筑工程中常用的是通用水泥，主要有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥(表2A311022-1)。

　　常用水泥的技術(shù)要求

　　1.細(xì)度

　　細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度。水泥顆粒愈細(xì)，與水起反應(yīng)的表面積就愈大，水化較快且較完全，因而凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度高，但早期放熱量和硬化收縮較大，且成本較高，儲存期較短。因此，水泥的細(xì)度應(yīng)適中。

　　2.凝結(jié)時(shí)間

　　水泥的凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間是從水泥加水拌合起至水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間;終凝時(shí)間是從水泥加水拌合起至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。水泥的凝結(jié)時(shí)間在施工中具有重要意義。為了保證有足夠的時(shí)間在初凝之前完成混凝土的攪拌、運(yùn)輸和澆搗及砂漿的粉刷、砌筑等施工工序，初凝時(shí)間不宜過短;為使混凝土、砂漿能盡快地硬化達(dá)到一定的強(qiáng)度，以利于下道工序及早進(jìn)行，終凝時(shí)間也不宜過長。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，六大常用水泥的初凝時(shí)間均不得短于45min，硅酸鹽水泥的終凝時(shí)間不得長于6.5h，其他五類常用水泥的終凝時(shí)間不得長于10h。