话说石灰爆裂.doc

浅析烧结砖瓦中的石灰爆裂贵州省黔西南州质量技术监督检测所 李飞石灰爆裂是烧结砖原料中的碳酸钙焙烧后变成氧化钙（生石灰），初窑后吸取了空气中的水分变成氢氧化钙（熟石灰），体积剧烈膨胀，使砖局部产生爆裂。从石灰爆裂的定义中我们知道，石灰爆裂是由碳酸钙（CaCO3）焙烧过程中分解形成CaO和CO2,然后在出窑后CaO以空气中的水分发生水化作用变成氢氧化钙，从而引起体积膨胀，产生爆裂。因此我们先来了解产生石灰爆裂的这两个反应机理。一、石灰爆裂形成的机理1我们先来了解CaCO3的分解机理，众所周知CaCO3在焙烧过程中分解形成CaO和CO2并吸收了热量，其反应式如下： CaCO3+177.73KJ/克分子=CaO+ CO2因为CaCO3在分解时，反应产生CO2气体逸出，从而分解后的重量就减轻。一般每100份重量的CaCO3分解后可得到56份重量的CaO，失去44份重量的CO2。但实际上焙烧后形成的石灰石的体积比原来石灰石的缩小10-15，这就使焙烧后形成的石灰具有多孔结构。由于原材料中有酸性氧化物的存在，它们能与石灰石分解生成的CaO发生固相反应，生成型硅酸二钙（C2S）、铝酸一钙（CA）和铁酸二钙（C2F）等稳定化合物，这些化合物石灰石含量的增大而提高。因为这种反应是纯固相反应，也就是与它周围的原子或离子产生“换位”，但是当石灰石在坯体中以块状形式存在时，其半径大大超过了原子或离子反应能够达到的距离，因此石灰石分解后的氧化钙还是以石灰的形态保留在产品中。二、石灰爆裂形成的机理2现在我们进一步来了解石灰水化的机理。从CaCO3分解中我们知道在烧结砖瓦中石灰都具有多微孔性，因此当与水作用时，能迅速水化生成氢氧化钙，并放出大量的热，其反应式为： CaO+H2O=Ca（OH）2+64.79 KJ/克分子上述反应式可逆的，在547时，反应会向左进行，即Ca（OH）2分解成CaO和H2O。众所周知，石灰水化过程中，除了上述强烈的放热外，还伴随着体积的显著增大。石灰水化过程中，体积为什么会显著增大呢？研究认为，石灰水化时，CaO和H2O化合生成Ca（OH）2，固相体积增加了所以产生了体积膨胀，表1为石灰-水系统中体积的变化数据 表1为石灰-水系统中体积的变化数据反应式分子量比重系统绝对体积/ CM3固相绝对体积/ CM3绝对体积的变化/反应需水量反应前反应后反应前反应前系统固相CaO+H2O= Ca（OH）2，56.083.3434.8133.2316.7933.23-4.54+97.920.32118.021.0074.102.23从表中所示体积的情况可以看出，当石灰与水进行化学反应时，其固相的绝对体积反应后比反应前增加了97.9但是就石灰-水系统来讲，反应的总体积不仅没有增加，反而减少了34.5。由此可知，石灰和谁进行化学反应时，产生了化学减缩。然而在实际上，石灰与水作用时，外观体积确实增大，在没有任何外力的情况下，膨胀率达到44，而且大部分膨胀是发生在加水后30min内，石灰水化时，同时伴随着巨大的压力，有人曾测定过当水灰比为0.33时。如果要完全控制石灰水化的膨胀，则需要加上140kg/ cm3以上的外力。这种力称之为“膨胀压力”。正因为是这种压力造成了烧结砖瓦出窑后的“石灰爆裂”。这种压力的直接原因就是石灰水化时体积显著增加。从水化过程中物质转移的观点来分析，当石灰遇水后，立即发生两类物质的转移过程。一是水分子或氢氧根离子通过石灰颗粒的多微孔结构进入内部，并与之发生水化反应生成水化产物;二是水化产物向原来充水空间转移。如果前者与后者相适应，即水化速度与水化产物速度相适应时，石灰-水化系统的体积就不会发生膨胀，但是由于石灰的结构特性，即多微孔、内比表面积大，水化速度快。这时，由于石灰颗粒周围的反应产物还没有转移，而里面的反应产物又大量地产生了，这些新的反应产物将冲破原来的反应层，使粒子产生机械跳跃，因 而产生膨胀压力。从以上石灰爆裂反应机理来看，碳酸盐在坯体中的存在形态，对烧结砖瓦产品来讲是非常重要的。特别是碳酸盐以块状形式存在时，它的最大颗粒尺寸则成为非常重要的影响因素，尽管在某些原料中碳酸盐的含量并不高，但仍然引起了严重的石灰爆裂。三、石灰爆裂的防治要完全消除烧结砖瓦石灰爆裂的影响，主要是预防，要确实加强对原料中所含矿物存在形态的鉴别。鉴别的方法是用5浓度的盐酸溶液在块状原料上滴定，如该块状物料含有碳酸盐，则会发出嗞嗞声音，并冒出气泡，其反应式如下: CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2根据德国艾森砖瓦研究所多年的研究结论，在烧结砖瓦产品中，要完全消除石灰爆裂的缺陷，在坯体混合料中石灰石的颗粒必须小于0.5mm。所以如果是块状，就必须采取相应的处理措施，如加强粉碎，使其最大颗粒在0.5mm以下；