人气排行榜蒸发作用下的天然胶凝材料：探索硬石膏的化学反应
本期为大家介绍的是来自于加拿大安大略省的石膏标本，淡淡的浅红色犹如少女羞涩的脸庞，令人惊叹。这件标本也是昆理工大学地学博物馆所珍藏的世界岩石矿物标本之一。
石膏是一种硫酸盐矿物，其化学成分为无水硫酸钙，属于斜方晶系，晶体呈方双锥状，晶形呈厚板状或柱状，但完美晶体较为罕见，多为纤维状、致密粒状或隐晶质块状集合体。硬石膏通常是无色或白色，常带有微的浅红、浅蓝和浅灰色，被铁氧化物或粘土染成红色、褐色、灰色。具有玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。其具有三组相互垂直的解理，可分成长方形块。摩氏硬度在3-3.5之间，比重为2.98。
硬石膏在石膏系统中被认为有五个相和七个变体。在生产生活中，通常说的石膏泛指硬石膏和生石膏这两种变体。生石膏的化学成分是二水硫酸钙（含有两分子结晶水），又称为二水石膏、水石膏或软石膏；而硬与石膏的主要区别在于它不含结晶水。虽然石膏系统中存在多个变体，但在自然界中，硫酸钙的两种稳定形式就是硬石膏和石膏。
硬主要是由化学沉积形成，是蒸发作用的产物，在盐湖等地大量存在，常与石膏、石盐等共存。在一些石膏矿床中，从浅到深可以看到以石膏为主转变为以硬石膏为主的过渡状态，也常见两种石膏层交替产出。在热液脉和火山熔岩孔洞中偶尔也可发现硬石膏。在某些硫化物矿床的氧化带也会有少量硬石膏产生。
地表下石膏比硬石膏更为常见，这是因为接近地表时，由于外部压力减小，硬石膏会吸收水分转变成石膏同时体积显著增加约30%，这对工程建筑具有危害性。
自然硬石膏可作为胶凝材料，主要用于水泥工业。将硬石膏与适量的激发剂（如灰、页岩灰、粒化高炉矿渣、硫酸钠、硫酸氧钠等）共同磨细制成的气硬性胶凝材料（无水石膏水泥）可用于配制建筑砂浆、保温混凝土抹灰、制造石膏制品和石膏板等。硬石膏和石膏有许多用途相似之处，但由于性质上的不同，也略有差异。石膏在建筑材料工业中用途最为，用于生产各种石膏建筑材料制品，作为水泥和胶结材料的原料。
模型石膏可用于铸造、美术、陶瓷等领域。石膏还可用于制造，同时也可用于食品工业和药用，在传统中药和西药中都有广泛应用。
硬石膏的世界著名产地包括波兰的维利奇卡、奥地利的布莱格、德国的施塔斯富特、瑞士的贝城、美国的洛克波特以及中国南京的周村等。我国硬石膏资源相当丰富，主要分布在长江流域，如四川、湖北湖南、安徽、江苏等地区。
撰稿：朱俊、申岑、王雷，科学顾问：张世涛，拍摄：杨宇晨，海报：郑弼尹，依托单位：昆明理工大学土资源工程学院。
混泥土中的水到哪里去了? 混泥土凝固或干燥后,水是蒸发了,还是结合到里边了. 最好有化学式.
由胶凝材料(如水泥)、骨料、水按适当比例配合,经混合搅拌,成型和硬化而制成的一种人工石材.你的问题主要是针对混凝土中的水化反应,硅酸盐水泥拌合水后,四种主要熟料矿物与水反应.分述如下：①硅酸三钙水化 硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙.3CaO•SiO2+nH2O=xCaO•SiO2•yH2O+(3-x)Ca(OH)2 ②硅酸二钙的水化 β-C2S的水化与C3S相似,只不过水化速度慢而已.2CaO•SiO2+nH2O=xCaO•SiO2•yH2O+(2-x)Ca(OH)2 所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别,故也称为C-S-H凝胶.但CH生成量比C3S的少,结晶却粗大些.③铝酸三钙的水化 铝酸三钙的水化迅速,放热快,其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大,先生成介稳状态的水化铝酸钙,最终转化为水石榴石（C3AH6）.在有石膏的情况下,C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关.最初形成的三硫型水化硫铝酸钙,简称钙矾石,常用AFt表示.若石膏在C3A完全水化前耗尽,则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm).④铁相固溶体的水化 水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表.它的水化速率比C3A略慢,水化热较低,即使单独水化也不会引起快凝.其水化反应及其产物与C3A很相似.C3A是3CaO*Al2O3,铝酸三钙,它水化反应迅速,水化放热量很大,生成水化铝酸三钙.水化铝酸三钙为立方晶体.在液相中氢氧化钙浓度达到饱和时,铝酸三钙还和氢氧化钙和水反应生成水化铝酸四钙,在氢氧化钙浓度达到饱和时,其数量迅速增加,使得水泥浆体加水后迅速凝结,来不及施工.因此在硅酸盐水泥生产中,常加入2%到3%的石膏,调节水泥的凝结时间.-----------此外,混凝土中的水,也被减水剂等外加剂“吸”走了,减水剂通常有奈系、氨基磺酸系、三聚氰胺系、纤维素系减水剂,利用丰富的亲水基团与水作用而减水.如有兴趣,可以专门提问,我是这个专家哦~
什么是胶凝材料
胶凝材料，又称胶结料。 在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。 胶凝材料的发展有着悠久的历史，人们使用最早的胶凝材料——粘土来抹砌简易的建筑物。 接着出现的水泥等建筑材料都与胶凝材料有着很大的关系。 而且胶凝材料具有一些优异的性能，在日常生活中应用较为广泛。 随着胶凝材料科学的发展，胶凝材料及其制品工业必将产生新的飞跃。 分类根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。 石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。 无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。 1、水硬性胶凝材料和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。 这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。 2、气凝性胶凝材料非水硬性胶凝材料的一种。 只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。 水玻璃无色正交双锥结晶或白色至灰白色块状物或粉末。 能风化。 在100℃时失去6分子结晶水。 易溶于水，溶于稀氢氧化钠溶液，不溶于乙醇和酸。 熔点40～ 48℃。 低毒，半数致死量(大鼠，经口)1280mg/kg(无结晶水)。 用途：水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。 在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。 在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、实验室坩埚等耐高温材料、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等……。 分类介绍：1．硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量122.00。 另一种为正硅酸钠（原硅酸钠），化学式Na4SiO4，相对分子质量184.04。 2．正硅酸钠是无色晶体，熔点1291K(1088℃)，不多见。 水玻璃溶液因水解而呈碱性（比纯碱稍强）。 因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。 保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。 工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。 用为无机粘接制剂（可与滑石粉等混合共用），肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。 3．偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42℃，贮存时很容易变为液体或膏状，正逐步被淘汰，但由于一些用户习惯和一些领域对结晶水不是很在意，九水偏硅酸钠还是有一定市场。 石灰石灰一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。 石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经900～1100℃煅烧而成。 石灰是人类最早应用的胶凝材料。 石灰在土木工程中应用范围很广，在我国还可用在医药用途。 为此，古代流传下以石灰为题材的诗词，千古吟颂。 石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30 m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。 将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显着提高砂浆的和易性。 石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有0.2～0.5 MPa。 在处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。 因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。 石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显着收缩，易出现干缩裂缝。 所以，石灰不宜单独使用，一般要掺人砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。 石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。 因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。
2010年岩土工程师基础知识：无机气硬性胶凝材料(2)
下面我们讲一下建筑中使用最多的三种石膏胶凝材料。 (1) 建筑石膏：建筑石膏是二水石膏在一定温度下加热脱水，并磨细制成的以β-半水石膏为主要组成的气硬性胶凝材料。 加水后拌制的浆体具有良好的可塑性。 建筑石膏的生产过程主要是对二水石膏进行热处理，使其脱水成半水石膏，这一反应是吸热反应。 建筑石膏的密度通常为2500~2700kg/m3,分为优等品、一等品、合格品三个等级。 凝结时间：初凝不小于6min，终凝不大于30min。 用途：(1)室内抹灰，粉刷(2)制成多孔的石膏制品(3)制作模型或雕塑(4)制作装饰涂料的填料以及人造大理石(5)制作各种石膏板。 (2) 高强石膏：是二水石膏在加压蒸汽热处理条件下，形成α-半水石膏，再经干燥、磨细制成的气硬性胶凝材料。 高强石膏的生产过程同建筑石膏类似，也是对二水石膏进行脱水处理，但是在蒸汽压力封闭式设备内热处理二水石膏，或者在具有某些盐类的水溶液内加热二水石膏，使其脱水为α-半水石膏，然后通过干燥磨成粉状产品。 高强石膏的密度通常为2600~2800 kg/m3，初凝时间不早于3min，终凝时间不早于5min，不迟于30min。 (3) 硬石膏：即无水石膏。 硬石膏胶凝材料是由天然硬石膏或人工加热脱水所制得的无水石膏，掺加活化剂制成的粉状物料，又称硬石膏水泥。 高温煅烧石膏不属于这一类。 硬石膏在活化剂的作用下，水化硬化能力增强，凝结时间缩短，强度提高。 与建筑石膏相比，硬石膏胶凝材料标准稠度用水量较小，凝结时间较长，强度较高，具有较好的耐水性，可以在一般潮湿环境中应用，硬石膏材料具有较好的抗酸、抗碱侵蚀的能力，适合用作化学药品仓库的建筑材料。 高温煅烧石膏的抗水性较好，而磨性好，可以作为地板材料，故又称为地板石膏。 例4、 指出下列错误的一个()A、 建筑石膏可用于室内抹灰、粉刷，有良好的效果。 B、 建筑石膏可用于制作各种石膏板C、 建筑石膏可用于湿度、温度过高的环境中D、 建筑石膏可用于制作装饰涂料的填料，也可以制造人造大理石。 答案为：(C)3.2石灰胶凝材料：石灰，是建筑石灰的简称，是在建筑上使用最早的矿物胶凝材料之一。 石灰是具有不同化学成分和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。 石灰是一种气硬性胶凝材料，它是以碳酸钙为主要成分的原料如石灰石、白垩等，经过高温煅烧而成，其主要成分是氧化钙，煅烧反应式如下： 由于生产石灰的原料中常含有碳酸镁(MgC03)，所以石灰中也会含有一定量的氧化镁(MgO)。 按照《建筑生石灰》等有关标准规定，根据氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰和镁质石灰两类。 根据成品加工方法不同，可将石灰分成以下几种：(1).块状生石灰：由原料煅烧而得的原产品，主要成分为氧化钙。 (2).生石灰粉：由块状生石灰磨细而得的细粉，其细度一般要求为0.125毫米方孔筛的筛余(7～18)%，主要成分是氧化钙。 (3).消石灰粉：将生石灰用适量水消化而得的粉末，亦称熟石灰，主要成分为氢氧化钙(Ca(OH)2)。 (4).石灰浆：将生石灰用过量水(约为生石灰体积的3～4倍)消化而得的粘稠浆体，亦称石灰膏，主要成分为氢氧化钙和水。 如果水量加得更多，所得到的白色悬浊液，称为石灰乳。 在15C时溶有0.3%氢氧化钙的透明液体，称为石灰水。
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