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石灰
- 評論：0 瀏覽：3534 發布時間：2006/5/11
- 石灰是人類使用較早的無機膠凝材料之一。由于其原料分布廣。生產工藝簡單。成本低廉，在土木工程中應用廣泛。
一、石灰的原料及生產
凡是以碳酸鈣為主要成分的天然巖石，如石灰巖、白堊、白云質石灰巖等，都可用來生產石灰。
將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當溫度下煅燒，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化鈣(CaC)為主要成分的產品即為石灰，又稱生石灰。
在實際生產中，為加快分解，煅燒溫度常提高到1000～1100℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅燒時窯中溫度分布不勻等原因，石灰中常含有欠火石灰和過火石灰。欠火石灰中的碳酸鈣未完全分解，使用時缺乏粘結力。過火石灰結構密實，表面常包覆一層熔融物，熟化很慢。由于生產原料中常含有碳酸鎂(MgCO3)，因此生石灰中還含有次要成分氧化鎂(MgO)，根據氧化鎂含量的多少，生石灰分為鈣質石灰(MgO≤5％)和鎂質石灰(MgO>5％)。
生石灰呈白色或灰色塊狀，為便于使用，塊狀生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由塊狀生石灰磨細而得到的細粉，其主要成分是CaO；消石灰粉是塊狀生石灰用適量水熟化而得到的粉末，又稱熟石灰，其主要成分是Ca(OH)2；石灰膏是塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的3—4倍)熟化而得到的膏狀物．也稱石灰漿。其主要成分也是Ca(OH)2。
二、石灰的熟化與硬化
生石灰(CaO)與水反應生成氫氧化鈣的過程，稱為石灰的熟化或消化。反應生成的產物氫氧化鈣稱為熟石灰或消石灰。
石灰熟化時放出大量的熱，體積增大1—2．5倍。煅燒良好、氧化鈣含量高的石灰熟化較快，放熱量和體積增大也較多。
根據加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。石灰熟化的理論需水量為石灰重量的32％。在生石灰中，均勻加入60％～80％的水，可得到顆粒細小、分散均勻的消石灰粉。若用過量的水熟化，將得到具有一定稠度的石灰膏。石灰中一般都含有過火石灰，過火石灰熟化慢，若在石灰漿體硬化后再發生熟化，會因熟化產生的膨脹而引起隆起和開裂。為了消除過火石灰的這種危害，石灰在熟化后，還應“陳伏”2周左右。
石灰漿體的硬化包括干燥結晶和碳化兩個同時進行的過程。石灰漿體因水分蒸發或被吸收而干燥，在漿體內的孔隙網中，產生毛細管壓力。使石灰顆粒更加緊密而獲得強度。這種強度類似于粘土失水而獲得的強度，其值不大，遇水會喪失。同時，由于干燥失水。引起漿體中氫氧化鈣溶液過飽和，結晶出氫氧化鈣晶體，產生強度；但析出的晶體數量少，強度增長也不大。在大氣環境中，氫氧化鈣在潮濕狀態下會與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，并釋放出水分，即發生碳化。
碳化所生成的碳酸鈣晶體相互交叉連生或與氫氧化鈣共生，形成緊密交織的結晶網，使硬化石灰漿體的強度進一步提高。但是，由于空氣中的二氧化碳含量很低，表面形成的碳酸鈣層結構較致密，會阻礙二氧化碳的進一步滲入，因此，碳化過程是十分緩慢的。
三、石灰的技術性質、質量要求及應用
(一)石灰的技術性質
生石灰熟化后形成的石灰漿中，石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結構，顆粒極細(粒徑約為1μm)，比表面積很大(達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部滲透，也妨礙水分向外蒸發，因而硬化緩慢，硬化后的強度也不高，1：3的石灰砂漿28 d的抗壓強度只有0.2～0.5 MPa。在處于潮濕環境時，石灰中的水分不蒸發，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溶解潰散。因此，石灰不宜在長期潮濕和受水浸泡的環境中使用。
石灰在硬化過程中，要蒸發掉大量的水分，引起體積顯著收縮，易出現干縮裂縫。所以，石灰不宜單獨使用，一般要摻人砂、紙筋、麻刀等材料，以減少收縮，增加抗拉強度，并能節約石灰。
石灰具有較強的堿性，在常溫下，能與玻璃態的活性氧化硅或活性氧化鋁反應，生成有水硬性的產物，產生膠結。因此，石灰還是建筑材料工業中重要的原材料。
(二)石灰的質量要求
石灰中產生膠結性的成分是有效氧化鈣和氧化鎂，它們的含量是評價石灰質量的主要指標。石灰中的有效氧化鈣和氧化鎂的含量可以直接測定，也可以通過氧化鈣與氧化鎂的總量和二氧化碳的含量反映。除了有效氧化鈣和氧化鎂這一主要指標外，生石灰還有未消化殘渣含量的要求；生石灰粉有細度的要求；消石灰粉則還有體積安定性、細度和游離水含量的要求。
國家建材行業標準根據有關指標，將建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分為優等品和合格品三個等級。但在交通部門，JTJ 034—2000《公路路面基層施工技術規范》仍按原國家標準(GB1594—79)將生石灰和消石灰劃分為三個等級。
(三)石灰的應用
石灰在土木工程中應用范圍很廣，主要用途如下
1．石灰乳和砂漿 消石灰粉或石灰膏摻加大量粉刷。
用石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂漿或水泥石灰混合砂漿，用于砌筑或抹灰工程。
2．石灰穩定土 將消石灰粉或生石灰粉摻人各種粉碎或原來松散的土中，經拌合、壓實及養護后得到的混合料，稱為石灰穩定土。它包括石灰土、石灰穩定砂礫土、石灰碎石土等。石灰穩定土具有一定的強度和耐水性。廣泛用作建筑物的基礎、地面的墊層及道路的路面基層。
3．硅酸鹽制品 以石灰(消石灰粉或生石灰粉)與硅質材料(砂、粉煤灰、火山灰、礦渣等)為主要原料，經過配料、拌合、成型和養護后可制得磚、砌塊等各種制品。因內部的膠凝物質主要是水化硅酸鈣，所以稱為硅酸鹽制品，常用的有灰砂磚、粉煤灰磚等。
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