土木工程材料

胶凝材料能把散粒材料或块状材料粘结成整体。按硬化条件，无机胶凝材料分气硬性与水硬性：气硬性只能在空气中硬化并保持强度（石膏、石灰、水玻璃、菱苦土），适于地上干燥环境；水硬性能在水中更好硬化并保持强度（各类水泥）。

建筑石膏又称烧石膏或熟石膏，主要成分为半水石膏。原料为天然二水石膏$CaSO_4\cdot 2H_2O$（生石膏）或化学石膏（脱硫石膏、磷石膏等）。按 GB/T 5483，硬石膏类需$CaSO_4/(CaSO_4+CaSO_4\cdot 2H_2O)\ge 0.80$。

建筑石膏水化：$CaSO_4\cdot 0.5H_2O+1.5H_2O\rightarrow CaSO_4\cdot 2H_2O$。半水石膏溶解→二水石膏过饱和析晶→晶体交错失去塑性（凝结）并增长强度（硬化）。

按 GB 9776，建筑石膏分 3.0、2.0、1.6 三级，以 2 h 抗折/抗压、细度与凝结时间控制。初凝≥3 min，终凝≤30 min；0.2 mm 筛余≤10%。3.0 级 2 h 抗折≥$3.0\,\mathrm{MPa}$、抗压≥$6.0\,\mathrm{MPa}$。

石灰由石灰石等碳酸钙质原料煅烧制得，主要成分为$CaO$（生石灰）。煅烧反应：$CaCO_3\xrightarrow{\Delta}CaO+CO_2$。过烧石灰消化慢，欠烧则有效氧化钙低。

生石灰加水熟化（消化）生成熟石灰：$CaO+H_2O\rightarrow Ca(OH)_2$，放热且体积膨胀。陈伏可消除过烧颗粒危害；熟石灰膏用于砌筑抹灰。

石灰硬化主要靠干燥结晶与碳化：$Ca(OH)_2+CO_2\rightarrow CaCO_3+H_2O$。碳化由表及里、速度慢；石灰硬化慢、强度低、耐水性差。

石灰按加工形态有生石灰、消石灰粉、石灰膏等；按氧化镁含量分钙质、镁质。工程上石灰不宜单独承重，常与砂、水泥组成砂浆；生石灰粉可直接用于硅酸盐制品等。

水玻璃是碱金属硅酸盐的水溶液，常用钠水玻璃$Na_2O\cdot nSiO_2$。模数$n=SiO_2/Na_2O$（摩尔比）影响溶解性、粘结与耐酸性能；建筑常用$n=2.6\sim 2.8$左右。

水玻璃可吸收空气中$CO_2$析出硅酸凝胶而硬化，也可加促硬剂（如氟硅酸钠）加速。硬化后耐酸、耐热较好，但不耐氢氟酸与强碱。