第二章 石灰

1、第二章 石灰,第一節(jié) 概 述石灰(CaO): 石灰石(CaCO3)煅燒→CaO+CO2氣體分類: 1、使用性質(zhì)：氣硬性石灰、水硬性石灰； 2、加工方法：塊狀生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰漿等； 3、消化速度：快速消化石灰（30min）,第二節(jié) 石灰的原料天然原料：普通石灰石（致密石灰石）—CaCO3含量≥90%，粘土雜質(zhì)。 大理石—直接用于裝飾工程，一些碎塊可燒制石灰，可得幾乎是化學(xué)純的CaO。 鮞狀

2、石灰石、貝殼石灰石、白堊等。廢渣原料：電石渣、氨堿法制堿的殘渣。,第三節(jié) 石灰石的煅燒及石灰的結(jié)構(gòu)特性一、碳酸鈣的分解反應(yīng) CaCO3+178 kj/mol CaO+CO2↑⑴碳酸鈣的分解作用是吸熱反應(yīng)⑵碳酸鈣的分解決定于煅燒溫度 隨溫度的↑，分解速率加快； 由右圖可得出分解壓力達1atm時， 分解溫度為898℃，即為CaCO3的 分解溫度。⑶碳酸鈣的分解過程是可逆的,,,石灰具有多

3、孔結(jié)構(gòu)：,二、碳酸鈣的分解設(shè)備 1、立窯用立窯生產(chǎn)石灰比較廣泛。最常用的立窯有普通立窯和機械化立窯。 2、回轉(zhuǎn)窯 窯的裝置和原理與生產(chǎn)水泥所用的回轉(zhuǎn)窯相似。 3、土窯 屬間歇作業(yè)窯。,三、碳酸鈣的分解溫度石灰石的實際煅燒，一般在1000～1200℃，高于理論分解溫度。石灰石的致密程度、料塊大小、雜質(zhì)（成分）不同對煅燒溫度有較大的影響。 J.伍勒提出的片狀石灰石的分解溫度T的數(shù)學(xué)關(guān)系式 T=,

4、該公式只適用于片狀石灰石，對其他形狀的石灰石采 用形狀因數(shù)F，如果F片狀 =1，則F圓柱體 =0.55， F立方體 =0.48，F(xiàn)球體 =0.37。,石灰石中粘土雜質(zhì)對煅燒制度的影響 a- CaCO3+SiO2 b- CaCO3+C2S d-CaCO3對菱鎂礦雜質(zhì)，為避免體積安定性不良，應(yīng)限制石灰石中菱鎂礦的含量。,四、石灰（氧化鈣）的活性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系“活性”—與水反應(yīng)的能力。

5、 D.R.格拉森的研究表明：石灰的活性主要是由（1）內(nèi)比表面積；（2）晶格變形程度 決定CaCO3的煅燒機理： 碳酸鈣分解形成假晶的氧化鈣→ 氧化鈣晶體再結(jié)晶形成面心立方體晶體→ 再結(jié)晶的氧化鈣燒結(jié)。,碳酸鈣煅燒過程中內(nèi)比表面積的變化：,第四節(jié) 石灰的水化反應(yīng) 一、石灰的水化反應(yīng)過程及影響因素 石灰的水化反應(yīng)又稱石灰的“消化”或“熟化”。 CaO + H2O Ca(OH

6、)2+ 64.9KJ石灰水化時要注意控制溫度及周圍介質(zhì)中水蒸氣的壓力，才能保證反應(yīng)向右方進行。,石灰的水化過程：（A.Backmann理論） CaO吸水→CaO·2H2O→轉(zhuǎn)化為Ca(OH)2+H2O→凝聚硬化幾乎所有的消石灰都有一定量的過剩水，吸附結(jié)合的水量取決于比表面積、沉淀條件等。影響石灰水化反應(yīng)能力的因素： 1、煅燒條件對石灰水化反應(yīng)能力的影響 在不同溫度下煅燒的石灰，其結(jié)構(gòu)的物理特征有很大 的差異，直

7、接影響石灰的水化反應(yīng)能力。,下圖為各種石灰的水化速度和水化溫度1-有15%欠燒的石灰；2-煅燒正常的石灰；3-有15%過燒的石灰；4-含32%MgO的苦土石灰。,2、水化溫度對石灰水化反應(yīng)能力的影響 石灰水化反應(yīng)速度隨著水化溫度的提高而顯著增加。3、外加劑對石灰水化反應(yīng)能力的影響加快消化速率——氯鹽延緩消化速率——磷酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽等。,二、石灰的水化特點： 1、水化熱高、放熱速率快——使用石灰時，先拌水形成

8、消石灰或石灰膏的原因之一。2、需水量大 CaO + H2O Ca(OH)2+ 64.9KJ 理論需水量僅為32%，但實際要使CaO全部轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)2，約需加入70%的水才可得到十分干燥、體積疏松的消石灰粉。,3、體積膨脹石灰水化前后石灰-水系統(tǒng)體積變化如何？如下表,理論上石灰與水泥等其他膠凝材料一樣，和水進行化學(xué)反應(yīng)時，都產(chǎn)生了化學(xué)減縮。但實際上石灰與水作用時，外觀體積是增大的。右圖為磨細

9、生石灰在水灰比為0.33的情況下石灰漿體體積增大的數(shù)值。,石灰水化產(chǎn)生顯著的體積增大的原因： 1、水化過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)移——水分子進入石灰粒子內(nèi)部，發(fā)生水化反應(yīng)，生 成水化產(chǎn)物?！a(chǎn)物向原來的充水空間轉(zhuǎn)移。當(dāng)前者的速率大于后者，則產(chǎn)生試件膨脹和開裂。,2、孔隙體積增加 ——固相體積增加引起孔隙體積增加。固相體積和孔隙體積增量之和可能超過石灰-水系統(tǒng)的空間，引起石灰漿體的體積增大。,通過對石灰消化時

10、體積變化機理的研究，可得出控制石灰體積變化的主要方法： 1、改變石灰的細度試驗表明，石灰磨得越細，石灰消化時的體積變化就越小。,2、水灰比的影響水灰比對石灰消化時體積變化的影響如下圖所示。,3、介質(zhì)溫度的影響石灰消化時的介質(zhì)溫度對石灰體積變化有顯著的影響。隨著介質(zhì)溫度的提高，水灰漿體的體積增大明顯，如圖所示。,4、石膏摻合料的影響石灰中摻5%的石膏，可顯著減少其膨脹值。石膏抑制石灰漿體體積 膨脹的原因

11、有兩方面： 水化速率和孔隙體積。,第五節(jié) 石灰在水作用下的分散與漿體的結(jié)構(gòu)形成 一、石灰在水作用下的溶解與分散溶解： Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-分散：吸附分散與化學(xué)分散。 石灰粒子分散后， 形成如右圖所示的膠體粒子。,二、石灰漿體凝聚結(jié)構(gòu)及其特性 石灰水化→溶解與分散→膠體粒子→凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)的特性：具有觸變性與結(jié)構(gòu)強度影響凝聚結(jié)構(gòu)性能的因素：——粒子數(shù)量、粒子細度與擴散層厚度?？煽刂频耐?/p>

12、徑 ——石灰的細度；水灰比；外加劑的摻入等。,三、石灰漿體結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成及其條件 凝聚結(jié)構(gòu)→結(jié)晶結(jié)構(gòu) 受到許多破壞因素：——劇烈的放熱、——顯著的體積膨脹、——過大的水灰比等。結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成后在潮濕環(huán)境下強度的降低。原因為：結(jié)晶接觸點的溶解,右圖為石灰漿體在不同水灰比條件下的水化過程與塑性強度Pm發(fā)展情況：1-水化動力學(xué)曲線2-結(jié)構(gòu)形成動力學(xué)曲線,,,第六節(jié) 石灰漿體的硬化機理：結(jié)晶與干燥；碳酸化。