无机气硬性材料.doc

第四章无机气硬性胶凝材料
4.1概述
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。如石灰、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，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。如各种水泥。
4.2石灰
石灰是以碳酸钙（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）和氧化镁（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）。
原理：高温煅烧

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。
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。
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。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，水化时体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，危害极大。
4.2.3石灰的熟化
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）2的过程。其化学反应式为：
CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9×103J
生石灰熟化的特点：
（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1d放热量的9倍；
（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。
（3）反应可逆。常温下反应向右进行，在547℃时反应向左进行。
（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%），则生成粉状熟石灰，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，其主要成分为Ca（OH）2和水。
石灰的陈伏：在生石灰的煅烧过程中产生过火石灰是难免的。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，水化时体积膨胀引起石灰硬化体隆起、鼓包和开裂。为消除过火石灰的危害，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。
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，同时将局部大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。
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。
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）2结晶析出，促使浆体硬化。
碳化过程：空气中的CO2遇水生成碳酸，再与Ca（OH）2反应生成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，使其表面结构更加致密。
Ca（OH）2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O
石灰浆凝结硬化过程的特点：
（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，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，使碳化作用变得更慢，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，表层为碳酸钙，内部仍为氢氧化钙。
（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
（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。同时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。
（2）硬化较慢、强度低：石灰浆硬化后的强度一般小于1MPa。
（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。故石灰浆不宜单独使用，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。
（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，故石灰不宜用于潮湿环境。
4.2.6石灰的技术标准
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，建筑石灰按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。
由于生石灰和消石灰粉的分级技术指标不同，故分别提出不同要求。
生石灰技术标准
根据氧化镁含