第二章 石灰和水泥

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1、第二章石灰和水泥[重点内容和学习要求]本章阐述石灰的消化、硬化过程和质量检验测定指标，重点讲述硅酸盐水泥的熟料矿物组成和技术性质，同时也简要介绍掺混合材料的硅酸盐水泥和其它品种水泥。通过学习，要求学生必须了解石灰消化、硬化过程，质量检验测定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性和技术性质的检验测定方法，以及其它水泥的特性和应用。工程上用来将松散材料（如砂或石子）胶结为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶结材料按其化学成分不同分为有机胶凝材料（如各种沥青和树脂）和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按其硬化条件不同又分为水硬性胶凝材料和

2、气硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或继续提高强度（如石灰、石膏和水玻璃）。水硬性胶凝材料则不仅能在空气硬化，而且能更好地在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高强度，各种水泥都属于水硬性胶凝材料。2.1石灰石灰是由以碳酸钙为主要成分的石灰石煅烧而得的一种胶凝材料。主要成分为氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。根据成品加工方法的不同，石灰可分为以下几种。①块状生石灰：由原料锻烧而成的原产品，主要成分为CaO；②生石灰粉：由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分亦为CaO；③消石灰：将生石灰用适量的水消化而得

3、的粉末，亦称熟石灰，其主要成分为Ca(OH)2；④石灰浆：将生石灰加多量的水(约为石灰体积的3～4倍)消化而得可塑性浆体，称为石灰膏，主要成分为Ca(OH)2和H2O，如果水分加得更多，则呈白色悬浮液，称为石灰乳。2.1.1石灰的生产工艺概述用于煅烧石灰的原料，主要以富含氧化钙的岩石(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。石灰石在煅烧过程中，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：(2-1)碳酸钙在分解时，每100份质量的CaC03，失去44份质量的CO2，而得到56

4、份质量的CaO。但煅烧后得到的生石灰(CaO)体积，仅比原来石灰石(CaC03)的体积减少10％～15％，所以石灰是一种多孔结构材料。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／m3。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

5、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，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，故危害极大。2.1.2石灰的消化和硬化1．石灰的消化生石灰在使用前一般都要加水消解，这一过程称为“消化”或“熟化”，消化后的石灰称为“熟石灰”。其化学方程为：(2-2)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。块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度时，所需要的时间称为水消化速度。根据消化速度的快慢，石灰有快熟、中熟、慢熟三种。快熟石灰10min就完成消化过程，中熟石灰10min～30mi

6、n，慢熟石灰则需30min以上的时间才能完成消化。生石灰熟化时，应控制加水速度。对于快熟石灰，熟化快，放热量大，加水量应大，加水速度应较快，并用搅拌帮助散热，以防温度过高；对慢熟石灰，则加水量应少而慢，保持较高温度，促使熟化较快完成。生石灰消化的理论加水量为石灰质量的32.13%，但由于消化过程中水分的损失，实际加水量通常为理论加水量的2～3倍。石灰中含有过火石灰时，因过火石灰消化慢，在正常石灰已经硬化后，过火石灰颗粒才逐渐消化，体积膨胀，从而引起结构物隆起和开裂。为了消除“过火石灰”的危害，石灰消化后要“陈伏”两星期，然后才能使用

7、。陈伏期间，石灰浆表面应有一层水分，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硬化两部分。(1)石灰浆的干燥硬化：石灰浆体干燥过程中，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)2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:(2-3)(2)硬化石灰浆的碳化：石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。石灰碳化作用

8、只有在有水条件下才能进行，其化学反应式为：（2-4）纯的石灰浆硬化时发生收缩开裂，所以工程上常配制成石灰砂浆使用。2.1.3石灰的技术性质、技术要求和技术标准1．石灰的技术性质石灰与其他胶凝材料比较有如下特点：(1)可塑性好。生石灰熟