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主讲： 第二章石灰和水泥思考:什么是石灰?石灰在工程中有什么用途？工程用石灰怎么选择？工地现场石灰堆放工地现场石灰过筛 内容提要及知识要点本章阐述了石灰的消化、硬化过程和质量检验评定指标；通过学习，要求学生能够：具有石灰消化与硬化、硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性方面的知识；具有石灰、技术性质的知识，并能进行检验；能根据工程情况合理选用石灰。 第一节概述胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 胶凝材料：在建筑工程中，能以自身的物理化学作用将松散材料(如砂、石)胶结合成为具有一定强度的整体结构的材料，统称为胶凝材料。返回前页 气硬性胶凝材料：如石灰、石膏、菱苦土的水玻璃等只能在空气中硬化、保持或继续提高强度的胶凝材料。返回前页 水硬性胶凝材料如各种水泥，则不仅能在空气中硬化、而且能更好的在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高速度。返回前页 石灰根据化学成分的不同分为生石灰和熟石灰。石灰的主要化学成分是CaO，熟石灰的主要成分是Ca(OH)2。根据成品加工方法的不同，可分为块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰浆、石灰乳。 石灰的生产工艺石灰是由富含碳酸钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石经过煅烧，逸出二氧化碳气体后得到的块状材料。煅烧过程中，碳酸钙的分解需要吸收热量，通常需加热至900℃以上，其化学反应可表示如下：CaCO3——CaO+CO2↑（178kJ/mol）900℃178kJ/mol优质的石灰，色质洁白或带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为800-1000kg/m。石灰在烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不匀等原因，使得石灰中含有未烧透的内核，这种石灰即称为“欠火石灰”。欠火石灰的未消化残渣含量高，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏粘结力。另一种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢。这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起成型的结构物体体积膨胀，导致结构物表面产生鼓包、隆起、起皮、剥落或产生裂缝等破坏现象，故危害极大。 石灰的消化和硬化1.石灰的消化烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰”．其化学反应为：CaO+H20—Ca(OH)2+64.9kJ/mol消石灰主要化学成分为氢氧化钙Ca(OH)2。上式理论需水量仅为石灰的32％，但是由于石灰消化是一个放热反应过程，实际加水量达70％以上。根据加水量的不同，可以得到不同形态的熟石灰，加水量恰好完成上述反应，可得到细粉状的熟石灰即消石灰粉；加入超过上述反应所需的水，可得石灰浆；加入更多的水稀释石灰浆可得到石灰乳。块状石灰从加水至产生热量达到最高温度所需的时间称为消解速度。在石灰消化时，应注意加水速度。对消解速度快、活泼性大的石灰，如加水过慢，水量不够，则已消化的石灰颗粒生成Ca(OH)2包围于未消化颗粒周围，使内部石灰不易消化，这种现象称为“过烧”现象；相反，对于消解速度慢、活泼性差的石灰，如加水过快，则发热量少，水温过低，增加了未消化颗粒，这种现象称为“过冷”现象。石灰消化时，为了消除“过火石灰”的危害，可在消化后“陈伏”半月左右再使用。石灰浆在陈伏期间，在其表面应有一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。 2．石灰的硬化石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳酸化两部分。2.1石灰浆的干燥硬化(结晶作用)石灰浆体干燥过程，由于水分蒸发形成网状孔隙，这时滞留在孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更加密实，而获得“附加强度”。此外，由于水分的蒸发，引起Ca(OH)：。溶液过饱和而结晶析出，并产生“结晶强度”。但从溶液中析出Ca(OH)2数量极少，因此强度增长不显著。其反应为：Ca(OH)2+nH2O——Ca(OH)2·nH2O2.2硬化石灰浆的碳化(碳化作用)氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙晶体，为熟石灰的“碳化”，石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。其化学反应式为：Ca(OH)2+C02+nH20——CaCO3+(n+1)H2O该反应主要发生在与空气接触的表面，当浆体表面生成一层CaCO3薄膜后，碳化进程减慢，同时内部的水分不易蒸发，所以石灰的硬化速度随时间增长逐渐减慢。结晶碳化 石灰的技术要求和技术标准用于道路或桥梁工程的石灰，应符合下列技术要求：1.有效氧化钙和氧化镁含量（理论内容）2.生石灰产浆量和未消化残渣含量（理论内容）3.二氧化碳(CO2)含量（理论内容）4.消石灰游离水含量（理论内容）5.细度（理论内容）观看试验部分内容 石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量是评价石灰质量的主要指标，其含量愈多，活性愈高，质量也愈好。有效氧化钙和氧化镁含量的测定方法，按我国现行行业标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程规定，有效氧化钙含量用中和滴定法测定，氧化镁含量用络合滴定法测定。返回前页 产浆量是单位质量(1kg)的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积(L)。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。按现行标准《建筑石灰物理试验方法》(JC/T478.1—92)规定，取石灰试样1kg，倒人装有2500mL(20±5℃)清水的标准产浆桶内的筛筒中，盖上盖子，静置消化20min，用圆木棒连续搅动2min，继续静置消化40min，再搅动2min。提取筛筒，用清水冲洗筛筒内残渣，至水流不浑浊，冲洗残渣的清水仍倒入产浆桶内，水的总体积控制在3000mL。将残渣在100～105~C烘箱烘干至恒重，冷却至室温后用5mm圆孔筛筛分，称量筛余物，计算未消化残渣含量。石灰浆体在产浆桶中静置24h后，用钢尺量出浆体高度，计算产浆量。返回前页 控制生石灰或生石灰粉中CO2的含量，是为了检测石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则(CaO+MgO)含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。返回前页 游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰在消化过程中加入的水是理论需水量的2～3倍，除部分水被石灰消化过程中放出的热蒸发掉外，多加的水分残留于氢氧化钙(除结合水外)中。残余水分蒸发后，留下孑L隙会加剧消石灰粉的碳化作用，以致影响石灰的质量，因此对消石灰粉的游离水含量需加以限制。返回前页 细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘结性。现行标准《建筑生石灰粉》(JC/T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC/T481—92)以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制。返回前页 石灰的技术标准建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》(JC/T479—92)、《建筑生石灰粉》(JC/T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC/T481—92)的规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类，其分类界限按下表的规定。生石灰生石灰粉消石灰粉钙质石灰≤5≤5<4镁质石灰>5>5≥4 生石灰技术标准根据氧化镁含量按表2-1分为钙质生石灰和镁质生石灰两类，然后再按有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个项目的指标分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表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1.(CaO+Mg0)含量(％)　　　　　　　不小于9085808580752.未消化残渣含量(5mm)圆孔筛筛余量(％)不大于51015510153.C02(％)　　　　　　　　　　　　不大于57968104.产浆量(L／kg)　　　　　　　　　不小于2.82.32.02.82.32.0 生石灰粉技术标准　根据氧化镁含量分为钙质石灰和镁质石灰两类后，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和细度等项目的指标，分为优等品、一等品和合格品3个等级，如下表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1.(CaO+Mg0)含量(％)　　　　不小于8580758075702.C02(％)　　　　　　　　　不大于791181012细度0.9mm筛筛余(％)不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛筛余(％)不大于7.012.018.07.012.018.0 消石灰粉技术标准消石灰粉按氧化镁含量<4％时称为钙质消石灰粉，4％≤氧化镁含量<24％时称为镁质消石灰粉，24％≤氧化镁含量<30％时称为白云石消石灰粉。按等级分为优等品、一等品和合格品等3个等级，如下表。项目钙质生石灰镁质生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1．(CaO+Mgo)含量(％)不小于7065606560556560552．游离水(％)0.4—2.00.4—2.00.4—2.03．体积安定性合格合格--合格合格--合格合格--4.细度0.9mm筛筛余(％)不大于000.5000.5000.50.125mm筛余(％)不大于310153101531015 石灰石的应用和储存1.石灰的应用1.1石灰砂浆主要用于地面以上部分的砌筑工程，并可用于抹面等装饰工程。1.2加固软土地基，在软土地基中打人生石灰桩，可利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和粘土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到提高地基承载力的目的。1.3石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土或与粘土、砂石、炉渣制成三合土，用于道路工程的垫层。1.4在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层。在桥梁工程中，石灰砂浆、石灰水泥砂浆、石灰粉煤灰砂浆广泛用于圬工砌体。2.石灰的储存2.1磨细的生石灰粉应储存于干燥仓库内，采取严格防水措施。2.2如需较长时间储存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。 石灰试验石灰有效氧化钙试验试验目的及适用范围石灰的质量主要取决于有效氧化钙和氧化镁的含量，它们的含量愈高，则石灰粘结力愈好。本方法适用于测定各种石灰的有效氧化钙含量。注：石灰中的有效氧化钙是指游离的氧化钙，它不同于总钙量，因为有效氧化钙不包括碳酸钙、硅酸钙以及其他钙盐中的钙。石灰中氧化钙的含量，以能溶解于蔗糖溶液中，并能与盐酸作用生成蔗糖钙的钙含量占石灰原试样的重量的百分率表示。试验仪器试验过程返回前页 石灰有效氧化钙试验仪器1.筛子：O.15mm，1个。2.烘箱：50～250~C，1台。3.干燥器：直径25cm，1个。4.称量瓶：直径30mm×50mm，10个。5.瓷研钵：直径12～13cm，1个。6.分析天平：万分之一，1台。7.架盘天平：感量0.1g，1台。8.电炉：1500W，1个。9.石棉网：20cm×20cm，1块。10.玻璃球：直径3mm，1袋(O.25kg)。11.具塞三角瓶：250mL，20个。12.漏斗：短颈，3个。13.塑料洗瓶，1个。14.塑料桶：20L，1个。15.下口蒸馏水瓶：5000mL，1个。16.三角瓶：300ml，10个。17.容量瓶：250mL、1000ml，各1个。18.量筒：200mL、100ml、50ml、5ml，各1个。19.试剂瓶：250mL、1000ml,各5个。20.塑料试剂瓶：1L，1个。21.烧杯：50mL5个;250ml(或300mL)10个。22.棕色广口瓶：60mL，4个；250ml，5个。23.滴瓶：60mL，3个。24.酸滴定管：50mL，2支。25.滴定台及滴定管夹，各一套。26.大肚移液管：25mL、50ml，各1个。27.表面皿：7cm，10块。28.玻璃棒：8mm×250mm及4mm×180mm各10支。29.试剂勺：5个。30.吸水管：8mm×150mm，5支。31.洗耳球：大、小各1个。返回前页 石灰有效氧化钙试验过程试验步骤1.称取约0.5g(用减量法称准至0.0005g)试样，放人干燥的250ml具塞三角瓶中，取5g蔗糖覆盖在试样表面，投入干玻璃珠15粒；然后迅速加入新煮沸并已冷却的蒸馏水50mL，立即加塞振荡15min(如有试样结块或粘于瓶壁现象，则应重新取样)。2.打开瓶塞，用水冲洗瓶塞及瓶壁，加人2～3滴酚酞指示剂，以0.5N盐酸标准溶液滴定(滴定速度以每秒2～3滴为宜)，至溶液的粉红色显著消失，并在30s内不再复现即为终点。3.读出中和后盐酸消耗的滴定管读数，减去初读数，即为实际消耗的盐酸数量(mL)。4.计算结果。返回前页观看试验录象