建筑上把通过自身的物理化学作用后,能够由浆体变成坚硬的石状体,并在变化过程中一些把散粒材料(如砂和碎石)或块状材料(如砖和石块)胶结成为具有一定强度的整体的材料,统称为胶凝材料,亦称为胶结材料。
分类
胶凝材料可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两类。有机胶凝材料以天然或人工合成的高分子化合物为基本组分,如沥青、树脂等;无机胶凝材料是以无机矿物为主要成分的一类胶凝材料。
无机胶凝材料又可分为气硬性的与水硬性的两类。
气硬性胶凝材料,只能在空气中硬化,并保持或继续提高其强度,属于这类材料的有石灰、石膏与水玻璃等。
水硬性胶凝材料,不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化,保持并继续提高其强度,属于这类材料的有硅酸盐水泥及其他品种的水泥等。
气硬性胶凝材料,只能用于地面上干燥环境的建筑物;水硬性胶凝材料既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。
作用
胶凝材料在工程中起到了连接、填充、硬化和保护的重要作用,使得不同材料能够协同工作,形成坚固、稳定和耐久的结构。它的主要作用有以下几个方面:
1. 粘结作用:胶凝材料能够将多个材料粘结在一起,形成一个整体结构。例如,在混凝土中,水泥是一种常用的胶凝材料,它可以将砂、石等骨料黏结在一起,形成坚固的混凝土结构。
2. 填充作用:胶凝材料可以填充材料之间的空隙,提高整体结构的密实性和稳定性。例如,在瓷砖铺贴过程中,瓷砖胶就起到了填充瓷砖与地面之间的空隙,增加了铺贴的牢固度。
3. 硬化作用:胶凝材料在适当的条件下可以发生化学反应,形成坚硬的物质。例如,水泥在与水发生反应后会逐渐硬化,并且具有一定的强度和耐久性。
4. 保护作用:胶凝材料可以形成一层保护层,防止外界环境对结构材料的侵蚀和损坏。例如,在钢筋混凝土结构中,混凝土作为胶凝材料能够保护钢筋免受氧化和腐蚀的影响。
发展史
胶凝材料的发展经历了漫长的历史,从古代的天然材料到现代的高性能材料,不断地推动着建筑和基础设施领域的进步和发展。
在古代,人们使用天然材料如黏土、石灰、沥青等作为胶凝材料。例如,古埃及人使用石灰和沙子制作石灰石,用于建造金字塔和其他建筑。罗马人在公元前3世纪发明了一种名为水泥的胶凝材料。他们使用石灰、火山灰和水混合后形成一种可硬化的材料,用于建造罗马的建筑和道路。中世纪时期,人们广泛使用石灰和砂浆作为胶凝材料。这种混合物由石灰、沙子和水组成,用于修建城堡、教堂和其他石结构。19世纪的工业革命推动了水泥的现代化生产。英国人约瑟夫·阿斯坎斯(Joseph Aspdin)于1824年发明了一种称为普通水泥(Portland Cement)的胶凝材料,其名称源于与英国波特兰石相似的颜色。此后,水泥的生产和应用迅速发展。
随着科学技术的进步,现代胶凝材料得到了不断的改进和创新。例如,引入了掺合料、添加剂和高性能胶凝材料,以提高水泥的强度、耐久性和可持续性。
今天,水泥、石灰、沥青等仍然是常见的胶凝材料。此外,还涌现出了新型胶凝材料如高性能混凝土、自愈合混凝土和环保胶凝材料等,以满足不断变化的工程需求和环境要求。