第四章 无机气硬性胶凝材料

4.2.7石灰的应用 4.2.7石灰的应用 1.石灰乳 在石灰浆中加入大量水配制成稀浆， 石灰乳： 1.石灰乳：在石灰浆中加入大量水配制成稀浆，用于要求不高的室 内粉刷。 内粉刷。 2.配制混合砂浆 用于砌筑和抹面。 配制混合砂浆， 2.配制混合砂浆，用于砌筑和抹面。 3.石灰土和三合土 石灰土和三合土： 3.石灰土和三合土：生/消石灰粉和粘土加水拌合夯实后即为石灰 石灰土中再加入砂、石屑、炉渣等即为三合土。 土。石灰土中再加入砂、石屑、炉渣等即为三合土。由于氢氧化 钙能和粘土中少量的活性SiO 钙能和粘土中少量的活性SiO2和Al2O3反应生成具有水硬性的产物 水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体），使粘土的密实度、强度、 ），使粘土的密实度 （水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体），使粘土的密实度、强度、 耐水性得到改善。因此广泛由于建筑物的基础和道路垫层。 耐水性得到改善。因此广泛由于建筑物的基础和道路垫层。 目前更常用的方法是将石灰、 目前更常用的方法是将石灰、粉煤灰和石子混合成三合土作为道路 垫层，其固结强度高于粘土。 垫层，其固结强度高于粘土。 4.制作硅酸盐制品 4.制作硅酸盐制品 以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰等）为原料，加上拌合， 以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰等）为原料，加上拌合，经 成型、蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料， 成型、蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料，统称硅酸盐制 如粉煤灰砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等。硅质材料中的SiO 品，如粉煤灰砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等。硅质材料中的SiO2、 Al2O3与石灰在蒸汽养护或蒸压养护条件下生成水化硅酸钙和水 化铝酸钙等水硬性产物，从而能产生强度。 化铝酸钙等水硬性产物，从而能产生强度。
石灰的陈伏： 石灰的陈伏： 在生石灰的煅烧过程中产生过火石灰是难免 由于过火石灰的表面包覆着一层玻璃状釉状物， 的 。 由于过火石灰的表面包覆着一层玻璃状釉状物，熟化 很慢，通常在石灰浆硬化后才开始水化， 很慢 ，通常在石灰浆硬化后才开始水化， 水化时体积膨胀 引起石灰硬化体隆起 鼓包和开裂 隆起、 开裂。 引起石灰硬化体隆起、 鼓包和开裂。为消除过火石灰的危 石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上， 害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上，目的是使过 火石灰充分熟化，这个过程称为陈伏。 火石灰充分熟化，这个过程称为陈伏。 磨细生石灰粉不需要陈伏。因为过火石灰被磨细， 磨细生石灰粉不需要陈伏。因为过火石灰被磨细，表面 积增大，水化速度加快，几乎可同步熟化， 积增大，水化速度加快，几乎可同步熟化，同时将局部大 膨胀变成了均匀分布的微小膨胀， 膨胀变成了均匀分布的微小膨胀，从而消除了大的局部膨 胀应力。 胀应力。
第四章
无机气硬性胶凝材料
4.1概述 概述
气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结硬化， 气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结硬化 ， 也只 能在空气中保持或发展其强度的胶凝材料。 能在空气中保持或发展其强度的胶凝材料 。 如石 石膏、水玻璃、 灰、石膏、水玻璃、菱苦土等 。水硬性胶凝材料 是指不仅能在空气中硬化， 是指不仅能在空气中硬化 ， 而且能更好地在水中 硬化、保持并继续提高其强度的胶凝材料。 硬化 、 保持并继续提高其强度的胶凝材料 。 如各 种水泥。 种水泥。
4.2.3石灰的熟化 石灰的熟化：又称消化、水化， 石灰的熟化：又称消化、水化，它是指生石灰与水发生水化反应 生成Ca OH） 的过程。其化学反应式为： Ca（ 生成Ca（OH）2的过程。其化学反应式为： O=Ca（OH） 64. CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9×103J 生石灰熟化的特点： 生石灰熟化的特点： 水化热大，放热速度快，体积膨胀。在最初1 （1 ）水化热大 ，放热速度快 ， 体积膨胀 。 在最初 1h内的放热量几 乎是硅酸盐水泥1 放热量的9 乎是硅酸盐水泥1d放热量的9倍； 水化速度快。 （2 ）水化速度快。 煅烧良好的生石灰与水接触几秒种内即反应完 毕。 反应可逆。常温下反应向右进行， 547℃时反应向左进行。 （3）反应可逆。常温下反应向右进行，在547℃时反应向左进行。 体积膨胀。质纯且煅烧良好的生石灰熟化时体积增大１ （4 ） 体积膨胀。 质纯且煅烧良好的生石灰熟化时体积增大１ .5 ～ ２倍。 消石灰粉：熟化时在生石灰中加入适量的水（ 60～80% 消石灰粉 ： 熟化时在生石灰中加入适量的水 （ 60 ～ 80% ） ， 则生 成粉状熟石灰，称消石灰粉，其成分主要为Ca OH） Ca（ 成粉状熟石灰，称消石灰粉，其成分主要为Ca（OH）2 。 石灰膏：熟化时在生石灰中加入大量的水，则生成浆状石灰膏， 石灰膏：熟化时在生石灰中加入大量的水，则生成浆状石灰膏， 其主要成分为Ca OH） 和水。 Ca（ 其主要成分为Ca（OH）2 和水。
4.2.4石灰的凝结硬化 石灰的凝结硬化过程包括结晶过程和碳化过程两个过程。 石灰的凝结硬化过程包括结晶过程和碳化过程两个过程。 结晶过程： 石灰浆中游离水分蒸发或被基底材料吸收，Ca（OH） 结晶过程 ： 石灰浆中游离水分蒸发或被基底材料吸收 ， Ca （ OH ） 2 溶液达到饱和状态，于是Ca OH） 结晶析出，促使浆体硬化。 Ca（ 溶液达到饱和状态，于是Ca（OH）2结晶析出，促使浆体硬化。 碳化过程： 空气中的CO 遇水生成碳酸， 再与Ca OH） Ca（ 碳化过程 ： 空气中的 CO2 遇水生成碳酸 ， 再与 Ca （ OH ） 2 反应生成 晶体，释放出水分并被蒸发的过程。由于CaCO CaCO3晶体，释放出水分并被蒸发的过程。由于CaCO3晶体不溶于 水且结构致密，它覆盖在石灰浆体的表面， 水且结构致密，它覆盖在石灰浆体的表面，使其表面结构更加致 密。 Ca（OH） Ca（OH）2+CO2+H2O= CaCO3+2H2O 石灰浆凝结硬化过程的特点： 石灰浆凝结硬化过程的特点： 速度慢：碳化作用是由表及里进行的，当表层Ca OH） Ca（ （ 1 ） 速度慢 ： 碳化作用是由表及里进行的 ， 当表层 Ca （ OH ） 2 被碳化，生成的碳酸钙在石灰浆体表面形成更加致密的膜层， 被碳化 ， 生成的碳酸钙在石灰浆体表面形成更加致密的膜层 ， 阻碍了内部水分向外蒸发，使氢氧化钙的结晶作用变得更慢， 阻碍了内部水分向外蒸发 ， 使氢氧化钙的结晶作用变得更慢 ， 同时阻碍了二氧化碳向内部进一步渗入， 同时阻碍了二氧化碳向内部进一步渗入 ， 使碳化作用变得更 随时间延长，表层碳酸钙膜层逐渐增厚，阻碍作用更大， 慢 ， 随时间延长 ， 表层碳酸钙膜层逐渐增厚 ， 阻碍作用更大 ， 导致石灰凝结硬化过程极其缓慢，在相当长时间内， 导致石灰凝结硬化过程极其缓慢 ， 在相当长时间内 ， 表层为 碳酸钙，内部仍为氢氧化钙。 碳酸钙，内部仍为氢氧化钙。 体积收缩大。容易产生收缩裂缝。 （2）体积收缩大。容易产生收缩裂缝。
4.2.5石灰的主要技术性质 4.2.5石灰的主要技术性质 保水性和可塑性好：氢氧化钙颗粒极细（粒径为1微米）， （1）保水性和可塑性好：氢氧化钙颗粒极细（粒径为1微米）， 比表面积很大，因而对水的吸附能力强，故保水性好。 比表面积很大，因而对水的吸附能力强，故保水性好。同时 颗粒表面吸附一层厚的水膜，使颗粒间的摩擦力减小， 颗粒表面吸附一层厚的水膜，使颗粒间的摩擦力减小，因而 其可塑性好。 其可塑性好。 硬化较慢、强度低：石灰浆硬化后的强度一般小于1MPa 1MPa。 （2）硬化较慢、强度低：石灰浆硬化后的强度一般小于1MPa。 硬化时体积收缩大： （3）硬化时体积收缩大：石灰浆硬化过程中会有大量游离水蒸 导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩， 发，导致内部毛细管失水紧缩，引起显著的体积收缩，同时 碳化过程也会引起体积收缩，使石灰硬化体产生裂纹。 碳化过程也会引起体积收缩，使石灰硬化体产生裂纹。故石 灰浆不宜单独使用，通常掺入砂子、或纤维材料（麻刀（ 灰浆不宜单独使用，通常掺入砂子、或纤维材料（麻刀（指 细麻丝,碎麻）、纸筋等），以减少收缩或提高抗裂能力。 ）、纸筋等），以减少收缩或提高抗裂能力 细麻丝,碎麻）、纸筋等），以减少收缩或提高抗裂能力。 耐水性差：石灰浆在水中不会凝结硬化， （4）耐水性差：石灰浆在水中不会凝结硬化，同时由于氢氧化 钙微溶于水，石灰硬化体遇水会产生溃散， 钙微溶于水，石灰硬化体遇水会产生溃散，故石灰不宜用于 潮湿环境。 潮湿环境。
粉煤灰砖：以粉煤灰，石灰为主要原料， 粉煤灰砖：以粉煤灰，石灰为主要原料，掺加适 量石膏和骨料经坯料制备、压制成型、 量石膏和骨料经坯料制备、压制成型、高压或常 压蒸汽养护而成的实心粉煤灰砖。 压蒸汽养护而成的实心粉煤灰砖。 灰砂砖：以石灰和砂为主要原料， 灰砂砖：以石灰和砂为主要原料，允许掺入颜料 和外加剂，经坯料制备、压制成型、 和外加剂，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而 成的实心灰砂砖。 成的实心灰砂砖。 粉煤灰砌块：以粉煤灰、石灰、 粉煤灰砌块：以粉煤灰、石灰、石膏和骨料等为 原料，经加水搅拌、振动成型、 原料，经加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而制成 的砌块。酸钙（ＣａＣＯ3）为主要成分的石灰石煅烧而 得到的一种胶凝材料。 主要成分为氧化钙（ ＣａＯ） 得到的一种胶凝材料 。 主要成分为氧化钙 （ ＣａＯ ） 和氧化 ＭｇＯ） 镁（ＭｇＯ）。 4.2.2石灰的生产工艺 原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等） 原料：富含碳酸钙的岩石（如石灰石、白云石、白垩等）。 900-1200℃ 原理： 原理：高温煅烧 CaCO 3 → CaO + CO 2 ↑ 优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻， 优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，块状石灰 堆积密度为８００～１０００ｋｇ／ｍ3，具有多孔结构。 堆积密度为８００～１０００ｋｇ／ｍ 具有多孔结构。 ８００ 欠火石灰：当煅烧温度过低或时间不足时， 欠火石灰：当煅烧温度过低或时间不足时，碳酸钙不能完 全分解， 生石灰中含有石灰石， 这类石灰称为欠火石灰。 欠 全分解 ， 生石灰中含有石灰石 ， 这类石灰称为欠火石灰 。 火颜色发青， 内部有未烧透的内核， 使用时不能完全消化， 火颜色发青 ， 内部有未烧透的内核 ， 使用时不能完全消化 ， 产浆量低，石灰利用率下降。 产浆量低，石灰利用率下降。 过火石灰： 当煅烧温度过高或时间过长时， 过火石灰 ： 当煅烧温度过高或时间过长时 ， 部分块状石灰 的表面会出现玻璃状的釉状外壳，这类石灰称为过火石灰。 的表面会出现玻璃状的釉状外壳 ， 这类石灰称为过火石灰 。 过火石灰的特点是体积收缩明显， 颜色呈灰黑色， 过火石灰的特点是体积收缩明显 ， 颜色呈灰黑色 ， 石灰块体 密度增大，消化缓慢， 往往要在石灰硬化后才开始水化， 水 密度增大 ， 消化缓慢 ， 往往要在石灰硬化后才开始水化 ， 化时体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。 化时体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。