2.2 石灰

胶凝材料学2020年1月27日4时33分第二章石灰胶凝材料学2020年1月27日4时33分于谦[明代]千锤万击出深山，烈火焚烧若等闲；粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。石灰吟2.1石灰概述胶凝材料学2020年1月27日4时33分原料：石灰石白云质石灰石白垩贝壳胶凝材料学2020年1月27日4时33分CaCO3胶凝材料学2020年1月27日4时33分大理石石灰石胶凝材料学2020年1月27日4时33分CaO和Ca(OH)2胶凝材料学2020年1月27日4时33分生产：石灰窑（Limekiln）900-1000℃CaCO3CaO+CO2↑（块状生石灰）放出44%的CO2主要设备：立窑和回转窑胶凝材料学2020年1月27日4时33分注意1、料块的尺寸均匀性欠火过火1、料块的尺寸均匀性2、窑内温度的均匀性胶凝材料学2020年1月27日4时33分河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑土窑武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑胶凝材料学2020年1月27日4时33分竖窑唐山三丰集团2003年10月建成投产4×140m3气烧石灰竖窑胶凝材料学2020年1月27日4时33分注意：生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧的石灰，它只是降低了石灰的利用率，不会带来危害；过火石灰的结构致密，孔隙率小，体积密度大，并且晶粒粗大，表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆，与水作用的速度很慢，须数天甚至数年，对石灰的使用极为不利。去除方法:熟化过程中，利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒，而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上，使其充分熟化，此即所谓的“陈伏”。陈伏时为防止石灰炭化，石灰膏的表面须保存有一层水。胶凝材料学2020年1月27日4时33分１．石灰的熟化烧制成的生石灰为块状的，在使用时必须加水使其“消化”成为粉未状的“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”。其化学反应式为：CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9×103J特点：石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大１～２.５倍。胶凝材料学2020年1月27日4时33分熟化过程的特点（1）速度快煅烧良好的CaO与水接触时几秒钟内即反应完毕。（2）体积膨胀CaO与水反应生成Ca(OH)2时，体积增大1.5～2.0倍。（3）放出大量的热1克分子CaO熟化生成1克分子Ca(OH)2约产生64.9kJ热量。胶凝材料学2020年1月27日4时33分2.石灰的硬化石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳化两部分。１）石灰浆的干燥硬化水分蒸发Ca（OH）2从饱和溶液中结晶析出。２）硬化石灰浆的碳化Ca（OH）2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O胶凝材料学2020年1月27日4时33分2六方板状结晶强度大于Ca(OH)2硬化结构的形成胶凝材料学2020年1月27日4时33分石灰凝结硬化过程的特点1.速度慢水分从内部迁移到表层被蒸发或被吸收的过程本身较慢，若表层Ca（OH）2被碳化，生成的CaCO3在石灰表面形成更加致密的膜层，使水分子和CO2的进出更加困难。因此，石灰的凝结硬化过程极其缓慢，通常需要几周的时间。加快硬化速度的简易方法有加强通风和提高空气中CO2的浓度。2.体积收缩大容易产生收缩裂缝。胶凝材料学2020年1月27日4时33分生熟石灰和石灰石的三角关系CaCO3碳酸鈣.石灰石Ca(OH)2氢氧化钙.熟石灰加高溫加CO2加水CaO氧化鈣.(生)石灰水化形成的Ca(OH)2和碳化形成的CaCO3晶体交错形成结晶网从而产生强度胶凝材料学2020年1月27日4时33分石灰的性质（1）可塑性好（2）硬化较慢、强度低（3）硬化时体积收缩大（4）耐水性差（5）石灰吸湿性强胶凝材料学2020年1月27日4时33分四、石灰的技术性质和应用1.石灰的主要技术性质（1）保水性与可塑性好Ca（OH）2颗粒极细，比表面积很大，每一颗粒均吸附一层水膜，使石灰浆具有良好的保水性和塑性。工程中常用来改善水泥砂浆保水性和塑性差的缺陷。（2）凝结硬化慢、强度低石灰浆凝结硬化时间一般需要数周，硬化后的强度一般小于1MPa。如1:3的石灰砂浆强度仅为0.2～0.5MPa。但通过人工碳化，可使强度大幅度提高。胶凝材料学2020年1月27日4时33分（3）耐水性差石灰浆在水中或潮湿环境中没有强度，在流水中还会溶解流失。但固化后的石灰制品经人工碳化处理后，耐水性大大提高。（4）干燥收缩大石灰浆体中游离水，特别是吸附水蒸发，引起硬化时体积收缩、开裂。碳化过程也引起体积收缩。因此，石灰一般不宜单独使用，通常掺入砂子、麻刀、纸筋等以减少收缩或提高抗裂能力。胶凝材料学2020年1月27日4时33分与石灰有关的一些词汇生石灰——CaO（QuickLime)正火（烧）石灰（Normallyburntlime）欠火（烧）石灰（Underburntlime）过火（烧）石灰(Verburntlime)熟石灰（slakedlime,whitelime,hydratedlime)镁质石灰(High-magnesiumlime)MgO5%、熟化和硬化较慢，但强度较高钙质石灰(Siliceouslime)MgO5%冶金石灰（metallurgicallime)胶凝材料学2020年1月27日4时33分三、石灰的技术要求1.建筑生石灰根据MgO含量分为钙质石灰和镁质石灰；又根据CaO和MgO总含量及残渣、CO2含量和产浆量分为优等、一等和合格三个等级。见表2-1。表2-1建筑生石灰的技术指标项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量（%，≮）908580858075未消化残渣含量（5mm圆孔筛余，%，≯）5101551015二氧化碳（%，≯）5796810产浆量（L/kg，≮）2.82.82.02.82.32.0胶凝材料学2020年1月27日4时33分2.建筑生石灰粉与生石灰一样分为钙质和镁质生石灰粉；又根据CaO和MgO总含量、CO2含量和细度分为优等、一等和合格。表2-2建筑生石灰粉的技术指标项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量（%，≮）858075807570二氧化碳（%，≯）791181012细度0.90mm筛筛余（%，≯）0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余（%，≯）7.012.018.07.012.018.0胶凝材料学2020年1月27日4时33分3.建筑消石灰粉根据MgO含量分钙质（MgO＜4%）、镁质（4%≤MgO＜24%）和白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%），并根据CaO和MgO总含量、体积安定性和细度分优等、一等和合格。见表2-3。表3-1-3建筑消石灰粉的技术指标项目钙质消石灰镁质消石灰白云石消石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量(%，≮）706560656055656055游离水（%）0.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～20.4～2体积安定性合格合格-合格合格-合格合格细度0.90mm筛筛余（%，≯）000.5000.5000.50.125mm筛筛余（%，≯）310153101531015胶凝材料学2020年1月27日4时33分表2-4各类石灰的用途品种名称适用范围生石灰配制石灰膏；磨细成生石灰粉石灰膏用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆稀释成石灰乳(石灰水)涂料，用于内墙和平顶刷白生石灰粉(磨细生石灰粉)用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆配制无熟料水泥(石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等)制作硅酸盐制品(如灰砂砖等)制作碳化制品(如碳化石灰空心板)用于石灰土(灰土)和三合土消石灰粉制作硅酸盐制品用于石灰土(石灰+粘土)和三合土冶金石灰钢铁冶金中脱磷、脱硫药用（支气管炎，溃疡，烧伤等）明代末年宋应星在《天工开物》一书中介绍说：“用以襄墓及贮水池，则灰一分，入河沙、黄土二分，用糯粳米、羊桃、藤汁和匀，轻筑坚固，永不隳坏，名曰三合土。胶凝材料学2020年1月27日4时33分（1）石灰乳涂料和抹面石灰乳通常采用石灰浆（膏）加入大量水调制成稀浆，用于要求不高的室内粉刷。石灰膏掺入麻刀或纸筋作为墙面抹面材料，也称之为黄灰，过去较常用。目前主要采用石灰膏与水泥、砂或直接与砂配制成混合砂浆或石灰砂浆抹面。（2）石灰混合砂浆石灰、水泥和砂按一定比例与水配制成混合砂浆，用于砌筑和抹面。返回胶凝材料学2020年1月27日4时33分（3）石灰土和三合土消石灰粉和粘土拌合后称为石灰土。石灰土中再加入砂和石屑、炉渣等即为三合土。由于Ca（OH）2能和粘土中少量的活性SiO2和Al2O3反应生成具有水硬性的产物，使密实度、强度和耐水性得到改善。因此广泛用于建筑物的基础和道路垫层。如石灰桩加固地基等。但是，目前更常用的方法是石灰、粉煤灰和石子混合成“三合土”作为道路垫层，其固结强度高于粘土（因粉煤灰中活性SiO2和Al2O3的含量高），且利用废渣。返回胶凝材料学2020年1月27日4时33分（4）用于生产硅酸盐制品硅酸盐制品主要包括粉煤灰混凝土、粉煤灰砖、硅酸盐砌块、灰砂砖、加气混凝土等等。硅酸盐制品主要以石英砂、粉煤灰、矿渣、炉渣等为原料，其中的SiO2、Al2O3与石灰在蒸汽养护或蒸压养护条件下生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性产物，产生强度。若没有Ca（OH）2参与反应，则强度很低。生石灰块和粉料在运输和储存过程中应注意密封防潮，否则吸水潮解后与空气中CO2作用生成碳酸钙，使石灰胶结能力下降。返回胶凝材料学2020年1月27日4时33分思考题：名词：生石灰、熟石灰、消石灰、过火石灰、欠火石灰、石灰的陈伏、石灰土、三合土1.石灰熟化过程的特点。2.磨细生石灰为什么不经“陈伏”可直接使用？3.石灰的凝结硬化过程、特点是什么？提高凝结硬化速度的简易措施有哪些？4.石灰的主要用途有哪些?5.某多层住宅楼室内抹灰采用的是石灰砂浆，交付使用后出现墙面普遍鼓包开裂，试分析其原因。欲避免这种情况发生，应采取什么措施?5.石灰是气硬性胶凝材料，为什么由它配制的石灰土和三合土可以用来建造灰土渠道、三合土滚水坝等水工建筑物?