特種膠凝材料

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特種膠凝材料需求趨旺。當(dāng)前，中國特種膠凝材料國產(chǎn)化率較高，少部分依賴進(jìn)口，但核心配置技術(shù)掌握較少，中國相關(guān)企業(yè)和研究院所正在積極攻關(guān)，并在一些領(lǐng)域有所突破。核相關(guān)建筑行業(yè)的對(duì)膠凝材料的性能要求會(huì)越來約嚴(yán)苛 ，這也是中國特種膠凝材料以后的出路所在。

特種膠凝材料主要有以下四種。

特種膠凝材料耐酸水泥

能抵抗強(qiáng)酸侵蝕的水泥。主要有水玻璃耐酸水泥、硫磺水泥和聚合物耐酸水泥。水玻璃耐酸水泥由鈉（或鉀）水玻璃、硬化劑與耐酸填料所組成。硬化劑通常用氟硅酸鈉。主要用作防腐設(shè)備內(nèi)襯，設(shè)備基礎(chǔ)及建筑物或構(gòu)筑物的耐酸防腐層，使用溫度可達(dá)800℃。硫磺水泥由硫磺、增韌劑與耐酸填料組成。增韌劑通常用聚硫橡膠或聚氯乙烯。主要用于聯(lián)結(jié)耐酸槽的襯砌、制作防腐地面以及固定設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋件等。聚合物耐酸水泥由合成樹脂、固化劑、增韌劑與耐酸填料等組成。所用合成樹脂有環(huán)氧、酚醛與不飽和聚酯等。其固體的耐酸性好，但價(jià)格較高，主要用于結(jié)合層、嵌縫、修補(bǔ)、密封及設(shè)備基礎(chǔ)覆面等。

特種膠凝材料防輻射水泥

用于制備防輻射的混凝土。有鋇水泥、鍶水泥和含硼水泥等。鋇水泥的主要原料是重晶石與黏土，經(jīng)燒結(jié)生成以硅酸三鋇為主的熟料，再加適量石膏共同磨細(xì)而成。其密度高于普通硅酸鹽水泥，可與重質(zhì)集料配制成防γ射線與X射線的混凝土。因其熱穩(wěn)定性較差，只適于制作不受熱防護(hù)墻、儲(chǔ)源室、活動(dòng)防護(hù)屏等，以及原子反應(yīng)堆外殼低溫部位。鍶水泥的主要原料是碳酸鍶與黏土，經(jīng)燒結(jié)生成以硅酸三鍶為主的熟料，加適量石膏共同磨細(xì)而成。其密度高于普通硅酸鹽水泥，可與重質(zhì)集料配制成防γ射線與X射線的混凝土，但防射線性能較鋇水泥稍差。硼水泥是由高鋁水泥熟料，經(jīng)800～1?000℃煅燒過的硼鎂石和硬石膏共同粉磨制成的。由于組分中含有一定量的三氧化二硼和較多的結(jié)晶水，故對(duì)快中子的慢化、熱中子的吸收和減少以及γ射線輻射的俘獲有明顯的效果。可與含硼集料、重質(zhì)集料配制成防混合輻射（γ射線和中子）的混凝土，適用于核反應(yīng)堆、粒子加速器和防原子輻射的工程等。

特種膠凝材料磷酸鹽膠結(jié)料

由特定的磷酸或磷酸鹽溶液與各種集料所組成的特種膠凝材料。磷酸鹽溶液在其中起膠結(jié)劑的作用，可用磷酸鋁、磷酸鎂、磷酸鋅或聚磷酸鈉等溶液。此種膠結(jié)料既同水泥一樣有可塑性、膠結(jié)性與凝固性，又同高溫陶瓷一樣有高的耐火度、熱穩(wěn)定性和荷載軟化溫度等。由磷酸鋁或磷酸鎂溶液與耐火集料（鋁質(zhì)、硅質(zhì)等）組成的膠結(jié)料可用于冶金、石化、電力、建材和國防工業(yè)中制作耐火混凝土和耐火膠泥等。由磷酸鉀鹽溶液與氧化鎂粉末所組成的膠結(jié)料可用于包裹與穩(wěn)定核廢料。由氧化鋅為主要成分的原料，經(jīng)煅燒后磨細(xì)，加入適量的磷酸鹽溶液，可調(diào)制成補(bǔ)牙膠結(jié)料，具有優(yōu)良的黏結(jié)性和速凝性。

特種膠凝材料堿激活水泥

由某些超細(xì)的火山灰材料（如礦渣、硅灰與粉煤灰等）與堿性激發(fā)劑（如苛性鈉、非硅酸的弱酸鹽、硅酸鹽水泥或高鋁水泥、硫酸鈉或明礬等）配制而成。具有凝結(jié)硬化快、強(qiáng)度高、抗?jié)B性與抗凍性好及耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜谥谱髂透g的制品與構(gòu)件。

根據(jù)化學(xué)組成的不同，膠凝材料可分為無機(jī)與有機(jī)兩大類。石灰、石膏、水泥等工地上俗稱為“灰”的建筑材料屬于無機(jī)膠凝材料；而瀝青、天然或合成樹脂等屬于有機(jī)膠凝材料。

無機(jī)膠凝材料按其硬化條件的不同又可分為氣硬性和水硬性兩類。

1、水硬性膠凝材料

和水成漿后，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化、保持和繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度的稱水硬性膠凝材料。這類材料通稱為水泥，如硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。

2、氣硬性膠凝材料

非水硬性膠凝材料的一種。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不可用于水中。

膠凝材料水玻璃

無色正交雙錐結(jié)晶或白色至灰白色塊狀物或粉末。能風(fēng)化。在100℃時(shí)失去6分子結(jié)晶水。易溶于水，溶于稀氫氧化鈉溶液，不溶于乙醇和酸。熔點(diǎn)40～ 48℃。低毒，半數(shù)致死量(大鼠，經(jīng)口)1280mg/kg(無結(jié)晶水)。

用途：

水玻璃的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。在化工系統(tǒng)被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、五水偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀硅酸鈉、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產(chǎn)品，是硅化合物的基本原料。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，以硅酸鈉為原料的深加工系列產(chǎn)品已發(fā)展到50余種，有些已應(yīng)用于高、精、尖科技領(lǐng)域；在輕工業(yè)中是洗衣粉、肥皂等洗滌劑中不可缺少的原料，也是水質(zhì)軟化劑、助沉劑；在紡織工業(yè)中用于助染、漂白和漿紗；在機(jī)械行業(yè)中廣泛用于鑄造、砂輪制造和金屬防腐劑等；在建筑行業(yè)中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化劑、耐火材料等；在農(nóng)業(yè)方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅鋁催化劑、肥皂的填料、瓦楞紙的膠粘劑、實(shí)驗(yàn)室坩堝等耐高溫材料、金屬防腐劑、水軟化劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料、紡織品的漂、染和漿料、礦山選礦、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制膠粘劑等。

膠凝材料石灰

石灰一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機(jī)膠凝材料。石灰是用石灰石、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經(jīng)900～1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應(yīng)用的膠凝材料。石灰在土木工程中應(yīng)用范圍很廣，在我國還可用在醫(yī)藥用途。為此，古代流傳下以石灰為題材的詩詞，千古吟頌。

石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結(jié)構(gòu)，顆粒極細(xì)(粒徑約為1μm)，比表面積很大(達(dá)10～30 m2/g)，其表面吸附一層較厚的水膜，可吸附大量的水，因而有較強(qiáng)保持水分的能力，即保水性好。將它摻入水泥砂漿中，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。

石灰依靠干燥結(jié)晶以及碳化作用而硬化，由于空氣中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸鈣硬殼阻止二氧化碳向內(nèi)部滲透，也妨礙水分向外蒸發(fā)，因而硬化緩慢，硬化后的強(qiáng)度也不高，1：3的石灰砂漿28 d的抗壓強(qiáng)度只有0.2～0.5 MPa。在處于潮濕環(huán)境時(shí)，石灰中的水分不蒸發(fā)，二氧化碳也無法滲入，硬化將停止；加上氫氧化鈣易溶于水，已硬化的石灰遇水還會(huì)溶解潰散。因此，石灰不宜在長期潮濕和受水浸泡的環(huán)境中使用。

石灰在硬化過程中，要蒸發(fā)掉大量的水分，引起體積顯著收縮，易出現(xiàn)干縮裂縫。所以，石灰不宜單獨(dú)使用，一般要摻入砂、紙筋、麻刀等材料，以減少收縮，增加抗拉強(qiáng)度，并能節(jié)約石灰。

石灰具有較強(qiáng)的堿性，在常溫下，能與玻璃態(tài)的活性氧化硅或活性氧化鋁反應(yīng)，生成有水硬性的產(chǎn)物，產(chǎn)生膠結(jié)。因此，石灰還是建筑材料工業(yè)中重要的原材料。

膠凝材料石膏

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(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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。

氣硬性膠凝材料是非水硬性膠凝材料的一種。

非水硬性膠凝材料的一種。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不可用于水中。

氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化并保持或維持提高其強(qiáng)度的膠凝材料。