第二章--石灰PPT课件

.,1,第一节概述,1、根据使用性质气硬性石灰水硬性石灰2、根据成品加工方法块状生石灰（CaO）生石灰粉（CaO）消石灰粉石灰浆3、根据消化速度的快慢快速消化石灰（10min内）中速消化石灰（1030min）慢速消化石灰（30min以上）4、根据生石灰消化时达到的最高温度低热石灰高热石灰,石灰石,白云质石灰石,.,2,第二节石灰的原料,常用的石灰原料的种类致密石灰石大理石鲕状石灰石（鱼卵石）贝壳石灰石白垩,除上述天然原料外，还可以用有机合成工厂中消化电石而得的电石渣以及用氨碱法制碱的残渣来生产石灰。,以碳酸钙（CaCO3）为主的矿物，即方解石和文石。,.,3,表2-1生产石灰用原料的化学成分,.,4,第三节石灰石的煅烧及石灰的结构特征,一、碳酸钙的分解反应,CaCO3+178kJ/molCaO+CO2,图2-1在空气中950下经过1h的煅烧而获得的石灰（SEM，放大400倍）,图2-2CaCO3的分解压力与温度的关系,898,生石灰,.,5,碳酸钙在各种温度下的分解压力,为了使反应向正方向进行，必须适当提高煅烧温度并及时排除CO2气体，以降低周围介质中CO2分压，使其压力小于该温度下CO2的分解压力。,.,6,二、碳酸钙的分解设备,图2-3石灰石煅烧过程示意,（一）立窑普通立窑：结构简单，容易建造，投资小，钢材省，而且见效快，适于中小型石灰厂。机械化立窑：机械加料和出料的立窑。产量高，质量好，燃料消耗量低，能减轻工人劳动强度，改善操作条件。（二）回转窑用于煅烧松、软、强度低或小块的石灰石，如白垩、贝壳岩等原料。（三）土窑（野窑）分堆窑和坑窑两种。投资少，但生产能力低、燃耗大、石灰质量差、工人劳动强度大，操作条件恶劣。仅限于农村小手工生产使用，或临时采用。,.,7,土窑,.,8,立窑,河北省唐山丰南石源冶金炉料公司2002年5月建成投产日产480吨的节能型石灰立窑,.,9,回转窑,武钢乌龙泉矿日产600吨回转窑,.,10,三、碳酸钙的分解温度,1）粒度对分解温度的影响V.J.Azbe提出：煅烧消耗与石灰石颗粒平均直径的平方直接成正比。J.Wuhrer提出：片状石灰石分解温度T的数学关系式为2）石灰石的形状对分解温度的影响若片状的因数F片体1，则圆柱体状的因数F圆柱体0.55立方体状的因数F立方体0.48，球体状的因数F球体0.373）石灰石的杂质对分解温度的影响,.,11,第一种情况:生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。第二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，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。,.,12,例某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。,解：引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。,.,13,四、氧化钙的活性与结构的关系,D.R.Glasson认为：新制备的石灰的活性（与水反应的能力）主要取决于两方面的因素：1、内比表面积；2、晶格变形程度。碳酸钙加热分解所经历的三个阶段：1）碳酸钙（或氢氧化钙）分解，形成具有碳酸钙（或氢氧化钙）假晶的氧化钙。2）亚稳的氧化钙晶体再结晶成更稳定的氧化钙晶体，内比表面积达到最高。3）再结晶的氧化钙烧结，比表面积降低。,.,14,第四节石灰的水化反应,一、石灰的水化反应过程及影响因素,CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ/mol,石灰的水化反应（消化、熟化）,消石灰形成过程的反应步骤CaO吸水；中间产物CaO2H2O；转化反应CaO2H2OCa(OH)2+H2O；凝聚、硬化。,消石灰,.,15,影响石灰水化反应能力的因素,1煅烧条件对石灰水化反应能力的影响,1-有15%欠烧的石灰；2-煅烧正常的石灰；3-有15%过烧的石灰；4-含32%MgO的苦土石灰。,室温下的消化速度，0.3m颗粒是10m颗粒的120倍左右，1m颗粒比10m颗粒快30倍.,.,16,2水化温度对石灰水化反应能力的影响,3外加剂对石灰水化反应能力的影响,随着水化温度的提高，石灰水化反应速度显著提高。温度每升高10，消化速度增加1倍；即温度由20提高到100时，石灰水化反应速度加快28=256倍。,加快：氯盐（CaCl，CaCl2）延缓：磷酸盐、草酸盐、硫酸盐和碳酸盐等。某些有机表面活性物质也会使石灰水化速率降低：木质磺酸素是强烈的减速剂，甚至在湿磨时，还对石灰的水化过程起抑制作用。,.,17,二、石灰的水化特点,（一）水化热高（二）需水量大理论需水量32%蒸发水量37%（三）体积膨胀,实际需水量70%左右,表2-3胶凝材料水化时放出的热量,表2-4石灰-水系统中体积变化的情况,.,18,石灰水化时体积显著增大的原因,1水化过程中物质的转移,一是水分子进入石灰粒子内部，并与之发生水化反应，生成水化物；二是水化反应产物向原来充水空间转移。,2空隙体积增量,图2-13空隙体积增量效应,固相体积增加的两个因素：CaO与H2O反应时，生成Ca(OH)2的固相体积比CaO的固相体积增大97.92%；石灰在水化过程中，石灰粒子分散，比表面积增大，在分散粒子的表面上吸附水分子，具有某种固体的性质，可看做固相体积的增加。,球体的绝对体积每增加1%，空隙绝对体积增加,.,19,控制石灰水化时体积变化的方法,1石灰细度的影响,2水灰比的影响,粗磨石灰：石灰全部通过50目筛而不通过70目筛；中磨石灰：石灰全部通过70目筛而不通过170目筛；细磨石灰：石灰全部通过170目筛。,图2-14石灰磨细度对消化时石灰体积变化的影响（W/C=0.7）,图2-15水灰比对石灰在消化时体积变化的影响,.,20,3介质温度的影响,4石膏掺合料的影响,石膏抑制石灰浆体体积膨胀的原因：石膏是一种石灰水化抑制剂，可以延缓石灰的水化速率，从而使石灰水化速率与水化产物转移速率相适应；由于石膏的存在，压缩了石灰水化时吸附水扩散层的厚度，从而减少了空隙体积增量。,图2-16介质温度对石灰消化时体积变化的影响，水灰比为1.0,图2-175%石膏掺合料对石灰消化时体积变化的影响,.,21,三、石灰的消化方法,（1）消石灰粉人工消化有两种方法：喷淋法和浸水法（人工消化后所得的消石灰粉还要经过储存及筛分）机械方法消化石灰的消化机：间歇操作消化机连续操作消化机,.,22,（2）石灰浆一般采用人工消化方法，集中需要大量石灰浆时才采用机械消化。,在化灰池或熟化机中加2.5-3倍生石灰质量的水，拌制成石灰浆，熟化的氢氧化钙经筛网过滤（除渣）流入储灰池（或消化坑），在储灰池中沉淀陈伏成膏状材料，即石灰膏。,.,23,石灰熟化示意图,陈伏：为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,.,24,第五节石灰在水作用下的分散与浆体的结构形成过程,一、石灰在水作用下的溶解与分散,CaO+H2OCa(OH)2Ca2+2OH-,表2-5不同温度下Ca(OH)2在纯水中的溶解度（gCaO/1000gH2O）,.,25,当达到消石灰饱和溶液以后，水对未消化石灰的作用包括水分子和氢氧根离子沿着石灰离子的微细裂纹向内深入，并在裂纹的两壁形成吸附层，由于这种吸附层降低了石灰粒子内部的表面张力，在热运动的作用下，将加速石灰粒子沿着裂纹分裂成更细的颗粒，这种分散称为吸附分散。水分子或氢氧根离子直接与CaO反应，形成Ca(OH)2晶体，当CaO转变为Ca(OH)2时，固相体积增大，这种膨胀也会使石灰粒子分散，这种分散称之为化学分散。,两种分散的特点分散过程是放热过程；形成大量胶体尺寸的新生成物，固相比表面积增大；固相体积明显增大；形成右图胶体粒子。,图2-19石灰胶团结构示意图,.,26,二、石灰浆体凝聚结构的形成及其特性,控制凝聚结构的形成与强度发展的途径：单位体积将体中固相粒子的数量；+固相粒子的分散度，如提高反应温度、施加能量以及掺入表面活性物质；+水灰比；-掺入电解质，如石膏，可压缩扩散层，发生静电收缩，使范德华分子引力增大，石灰粒子结合更紧密。+,.,27,三、石灰浆体结晶结构的形成及其条件,石灰浆体在凝聚结构的基础上向结晶结构转变是一自发过程，它通过细分散状态的氢氧化钙晶粒的溶解和较粗大的氢氧化钙晶粒的长大并互相连生而形成的。容易被破坏。,表2-6石灰浆体强度的相对降低与水固比关系,水化完成瞬间试样的塑性强度；同样的试样在水化完成后通过潮湿养护4小时的塑性强度,.,28,第六节石灰浆体的硬化,石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：,.,29,一、结晶与干燥附加强度,.,30,二、碳酸化,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。而且，碳化作用在长时间内只限于表面，石灰浆硬化后，是由碳酸钙和氢氧化钙两种不同的晶体组成。随着干燥硬化和碳化硬化的不断进行，Ca(OH)2晶体和CaCO3固体逐渐增加，阻止了水分的蒸发和CO2的进入，从而速度是逐渐减慢的，致使纯石灰浆，在较长时间内经常处于湿润状态，不易硬化，强度，硬度不高，收缩得很慢，所以纯石灰浆不能单独使用，必须掺填充材料配和使用。掺入砂子减少收缩，更主要的是砂掺入能在石灰浆内形成连通的毛细孔道使内部水分蒸发并进一步碳化，以加速硬化。为了避免收缩裂缝，常加纤维材料，制成石灰麻刀灰，石灰纸筋灰等。,.,31,表2-7碳酸化过程对试件强度的影响,人工加速石灰浆体碳酸化的方法,增大空气中CO2的浓度：利用煅烧石灰，燃烧燃料排除的气体；提高溶解石灰的浓度：采用提高石灰溶解度的外加剂；增大“溶液-气体”的界面：使材料具有最适宜的湿度。,.,32,第七节石灰的应用,一、石灰的技术性质,（1）建筑生石灰（2）建筑生石灰粉（3）建筑消石灰粉具体技术指标参见：JC/T479-1992建筑生石灰（P54表2-8）JC/T480-1992建筑生石灰粉(P54表2-9）JC/T481-1992建筑消石灰粉(P55表2-10）,.,33,表2-8建筑生石灰的技术指标（JC/T479-1992）,.,34,表2-9建筑生石灰粉的技术指标,2.建筑生石灰粉,.,35,表2-10建筑消石灰粉的技术指标,3.建筑消石灰粉,.,36,二、石灰的技术性质,1.可塑性好生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。2.硬化慢、强度低从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发。如1：3石灰砂浆28天抗压强度仅为0.2-0.5MPa。3.硬化时体积收缩大石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。4.耐水性差氢氧化钙易溶于水，如果长期受潮或被水浸泡，会使已硬化的石灰溃散。若石灰浆体在完全硬化之前就处于潮湿的环境中，石灰中的水分不能蒸发出去，其硬化就会被阻止，所以石灰不易在潮湿的环境中应用。,.,37,石灰石,块状生石灰,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,常用建筑石灰的产品,三、石灰的应用,.,38,各类石灰的用途,.,39,（一）石灰乳和石灰砂浆A）石灰乳：将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。B）石灰砂浆：是将石灰浆、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹灰砂浆。,.,40,（二）三合土和灰土（石灰土）如建筑物或道路基础中使用的石灰土（石灰:粘土=1:24），三合土（石灰:粘土:炉渣或砂=1:2:3），二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。,灰土桩,三合土桩,三合土作铺筑步道砖的垫层,.,41,（三）配制无熟料水泥及硅酸盐制品将具有一定火山灰活性的材料如粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石灰渣等工业废渣，按适当比例加入石灰作为碱性激发剂，经共同磨细可制得具有水硬性的胶凝材料。石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌,经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土砌块等。,.,42,（四）石灰碳化制品例如碳化石灰板制作就是将磨细的生石灰掺30%-40%的短玻璃纤维加水搅拌，震动成形，然后利用石灰窑的废气碳化（CO2