模块3 石灰、石膏和水玻璃 第1讲 石灰的组成、生产、性质和应用

1 胶凝材料的概念和分类 1.1 胶凝材料的定义 1.2 胶凝材料的分类 能通过自身的物理化学作用，从浆体变成坚硬的固体，并能把散粒（如砂、石）或块状（如砖、石块）材料胶结成整体的材料，称为胶凝材料。 1.2 胶凝材料的分类 根据化学成分不同，可将胶凝材料分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。根据凝结硬化条件和使用特性，无机胶凝材料通常又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。

气硬性胶凝材料—只在空气中硬化并保持和发展强度(石灰、石膏等)。在水中不凝结，也基本无强度，即使在潮湿环境中强度也很低，通常不宜直接使用。 ●无机胶凝材料 （是以无机氧化物或矿物为主要组成的一类胶凝材料 ） 按凝结硬化条件分类 水硬性胶凝材料—能在空气中，而且能更好地在水中凝结硬化并保持和发展其强度（各种水泥）。因此，在空气中使用时，凝结硬化初期要尽可能浇水或保湿养护。 ●有机胶凝材料 （是以天然或合成有机高分子化合物为基本成分的一类胶凝材料） 沥青、树脂、橡胶等

2 石灰的组成与生产 石灰是一种传统气硬性胶凝材料。原料来源广、生产工艺简单、成本低。至今仍为土木工程广泛使用。

CaCO3  CaO ＋ CO2↑ MgCO3  MgO ＋ CO2↑ 2.1 石灰的生产 石灰最主要的原材料是含碳酸钙（CaCO3）的石灰石，其次是碳酸镁（MgCO3）。原料品种和产地不同，对石灰性质的影响较大，一般要求原材料中黏土杂质含量＜8%。石灰石经过煅烧生成生石灰，其化学反应式如下： CaCO3  CaO ＋ CO2↑ 900℃ MgCO3  MgO ＋ CO2↑ 650℃

生石灰块

欠火石灰与欠火石灰？？ ●生石灰是白色或灰色的块状物质，主要成分是CaO，其次是MgO。MgO含量高低会影响石灰的品质。 石灰生产中，煅烧温度一般控制在1000～1200C。温度过低或时间不足，导致CaCO3不能完全分解，称欠火石灰，其CaO含量低，导致其质量等级和利用率。煅烧温度过高或时间过长，石灰颗粒表面会形成结构致密的釉状物，称过火石灰，其颜色较深，密度较大，熟化速度缓慢。

2.2 石灰品种 ●建筑用石灰有生石灰、生石灰粉、熟石灰粉和石灰膏等形态。建筑工程中生石灰又分建筑生石灰和建筑生石灰粉两种。 《建筑生石灰》(JC/T479—1992)规定，将MgO含量≤5%的生石灰称为钙质生石灰；MgO含量＞5%的生石灰称为镁质生石灰。同等级的钙质石灰质量优于镁质石灰。 将块状生石灰破碎、磨细，即可制得生石灰粉。《建筑生石灰粉》(JC/T480—1992)规定，生石灰粉分为钙质生石灰粉(MgO含量≤5%)和镁质生石灰粉(MgO含量＞5%)。

3 石灰的性质 3.1 石灰的熟化 （1）定义 生石灰CaO加水反应生成Ca(OH)2的过程称为熟化。生成物Ca(OH)2称为熟石灰。反应式如下： （2）熟化过程的特点 熟化速度快：只需几秒钟 体积膨胀大：CaO熟 化为Ca(OH)2后， 体积增大1.5~2.0倍 热量放出多： 1mol CaO熟 化可后可放 热64.9KJ CaO＋H2O＝Ca(OH)2＋64.9kJ

◆石灰熟化时加入适量（60%～80%）的水（即CaO加水生成Ca(OH)2后继续加入一定的水），则生成粉状熟石灰。这一过程通常称为消化，其产品称为消石灰粉。 ◆工地上可通过人工分层喷淋进行消化，在工厂集中用机械法生产消石灰粉，再供利用。 ◆石灰熟化时加入过量的水，所得浆体是石灰乳。石灰乳沉淀后除去表层多余水分，所得膏状物称为石灰膏。

◆CaO熟化生成Ca(OH)2的理论需水量只要32 ◆CaO熟化生成Ca(OH)2的理论需水量只要32.1%，实际熟化时均加入过量的水。一方面考虑熟化时放热引起水分蒸发损失，另一方面是确保CaO充分熟化。 ◆工地上常在化灰池中进行石灰膏的生产，即将块状生石灰用水冲淋，通过筛网，滤去欠火石灰和杂质，流入储灰池沉淀而得。

◆生石灰含有一定的过火石灰，其结构紧密，熟化缓慢。如果熟化不充分，使用后过火石灰在抹灰层中仍能熟化，并产生体积膨胀使抹灰层表面隆起和开裂，影响工程质量。为消除过火石灰的危害，保证石灰完全熟化，石灰膏必须在储灰池中存放两周以上，这一过程称为“陈伏”。陈伏期间，石灰浆体表面应保留一层水，以隔绝空气，防止碳化。 何为“陈伏”

Ca(OH)2＋ CO2 ＋nH2O＝CaCO3＋(n＋1)H2O 3.2 石灰的硬化 （1）石灰的硬化机理 石灰浆体的硬化过程包括结晶硬化和碳化硬化。 1）结晶硬化过程 石灰浆体在结晶硬化过程中，游离水将蒸发，氢氧化钙逐渐从过饱和溶液中结晶析出，形成结晶结构网，使强度不断增加。 2）碳化硬化过程 氢氧化钙与空气中二氧化碳化合生成碳酸钙晶体，使石灰浆体硬化，进一步提高石灰的强度。 Ca(OH)2＋ CO2 ＋nH2O＝CaCO3＋(n＋1)H2O

（2）石灰硬化的特点 1）速度慢 一方面由于空气中CO2浓度低，碳化主要发生在与空气接触的表面，使碳化进行得很慢；二是碳化生成的CaCO3在表面形成致密外壳，阻止CO2继续渗入内部，影响水分蒸发，使Ca(OH)2结晶速度减慢 。 2）体积收缩 石灰浆体中存有大量自由水。硬化过程中自由水分蒸发，导致体积收缩，产生裂缝。所以，石灰除石灰乳作粉刷外不宜单独使用。使用石灰时，常在其中掺入砂、麻刀、纸筋等以抵抗收缩引起的裂缝。

4 石灰的技术性质与技术标准 4.1 石灰的技术指标项目 （1）有效氧化钙和氧化镁含量 石灰的主要成分是氧化钙，次要成分是氧化镁，其含量高低决定了石灰的黏结能力，所以，有效氧化钙和氧化镁含量是评定石灰质量的重要指标。 （2）生石灰产浆量 产浆量是指单位质量生石灰经熟化后所产生石灰浆的体积。有效氧化钙和氧化镁含量越高，生石灰的产浆量越高，石灰的质量越好。

（3）未消化的残渣含量 未消化的残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样的百分率。其值越低，表明生石灰的有效成分含量越高，生石灰的品质越优良。 （4）二氧化碳的含量 生石灰或石灰粉中CO2的含量指标，是为控制石灰石在煅烧时未分解的碳酸钙含量增多。 CO2含量高，表明未分解的碳酸盐含量偏高，则有效氧化钙和氧化镁的含量相对降低，未消化残渣含量高，使石灰产浆量降低，表明生石灰质量较差。

（5）消石灰粉游离水含量 游离水含量指化合水以外的富余含水量。这些水分蒸发后，会留下许多孔隙和毛细管道，使空气中二氧化碳沿着这些“通道”渗入消石灰粉内部，与氢氧化钙反应生成碳酸钙，降低消石灰粉品质，影响使用质量。 （6）细 度 细度是反映石灰粉质量的一个技术指标。现行标准以0.900mm和0.125mm圆孔筛筛余百分率表示石灰的细度。

4.2 各种石灰的技术标准 （1）建筑生石灰的技术标准 生石灰可分为建筑生石灰和建筑生石灰粉两种。现行相关标准将生石灰和生石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级。其技术指标见表3-1和表3-2。 2.0 2.3 2.8 产浆量/L·kg-1 ≮ 10 8 6 9 7 5 C02含量/% ≯ 15 未消化残渣含量 （5mm圆孔筛余）/% ≯ 75 80 85 90 CaO+MgO含量/% ≮ 合格品 一等品 优等品 镁质生石灰 钙质生石灰 项 目 表3-1 建筑生石灰技术标准（JC/T 479-1992）

项 目 钙质生石灰 镁质生石灰 优等品 一等品 合格品 CaO+MgO含量/% ≮ 85 80 75 70 C02含量/% ≯ 7 9 11 表3-2 建筑生石灰粉技术标准（JC/T 480-1992） 项 目 钙质生石灰 镁质生石灰 优等品 一等品 合格品 CaO+MgO含量/% ≮ 85 80 75 70 C02含量/% ≯ 7 9 11 8 10 12 细度 0.90mm筛筛余/%≯ 0.2 0.5 1.5 0.125mm筛筛余/%≯ 7.0 12.0 18.0

《建筑消石灰粉》(JC/T481—1992)将建筑消石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级。技术指标见表3-3。 （2）建筑消石灰粉的技术标准 《建筑消石灰粉》(JC/T481—1992)将建筑消石灰粉分为优等品、一等品和合格品三个等级。技术指标见表3-3。 表3-3 建筑消石灰粉技术标准（JC/T 481-1992） 项 目 钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉 优等品 一等品 合格品 CaO+MgO含量/% ≮ 70 65 60 55 游离水/% 0.4～２ 体积安定性 合格 — 细度 0.90mm筛 筛余/%≯ 0.5 0.125mm筛 筛余%≯ 3 10 15

5 石灰的应用与储存 5.1 石灰的应用 (1)配制砂浆 用石灰膏配制的砂浆主要有石灰砂浆和水泥石灰混合砂浆两类。石灰砂浆主要用于砌筑围墙和临时性建筑，水泥石灰混合砂浆用于砌筑多层建筑±0.00以上的墙体和室内抹灰工程。 水 泥 石 灰 混 合 砂 浆

消石灰粉与黏土按 3∶7 配合称为三七灰土，如再加入砂、石等填料，即成三合土。灰土和三合土主要用于建筑物、道路等的基础和垫层。 (2)配制灰土 消石灰粉与黏土按 3∶7 配合称为三七灰土，如再加入砂、石等填料，即成三合土。灰土和三合土主要用于建筑物、道路等的基础和垫层。 30cm碎石三合土

将磨细生石灰粉与纤维状填料或轻质集料加水拌和成型，再经人工碳化，制成轻质碳化石灰板。因其导热性差，保温绝热性能较好，主要用作内隔墙板。 (3)制作碳化石灰板 将磨细生石灰粉与纤维状填料或轻质集料加水拌和成型，再经人工碳化，制成轻质碳化石灰板。因其导热性差，保温绝热性能较好，主要用作内隔墙板。 碳化石灰板

将磨细生石灰粉或消石灰粉与硅质材料按一定比例配合，经成型、养护等工序可制成各种硅酸盐制品，如蒸压灰砂砖、粉煤灰砌块、加气混凝土砌块等产品。 (4)生产硅酸盐制品 将磨细生石灰粉或消石灰粉与硅质材料按一定比例配合，经成型、养护等工序可制成各种硅酸盐制品，如蒸压灰砂砖、粉煤灰砌块、加气混凝土砌块等产品。 硬质复合硅酸盐制品

5.2 石灰的储运 (1)防潮、防水 石灰吸湿性吸水性很强，储运中应注意防潮防水。 (2)防火、防爆 石灰熟化是放热反应，在淋灰过程中要防烫伤，储运中不要将石灰与易燃易爆物品放在一起，以免发生火灾或引起爆炸事故。 (3)防碳化 石灰在储运过程中，在潮湿条件下极易吸收空气中二氧化碳和水分生成碳酸钙，使石灰活性降低，胶结能力减弱，所以，石灰不宜长期存储，应随进随用。

习题 一、名词解释 1.气硬性胶凝材料 2.石灰陈伏 二、简答题 三、分析题 石灰的消化和硬化过程各什么特点？ 某办公楼内墙抹灰时采用水泥石灰混合砂浆，可过了一段时间，墙体出现起鼓并伴有放射状的网状裂纹，试分析其原因。