第二章石灰课件

第二章石灰

第一节概述石灰(CaO):石灰石(CaCO3)煅烧→CaO+CO2气体分类:1、使用性质：气硬性石灰、水硬性石灰；

2、加工方法：块状生石灰、生石灰粉、消石灰粉、石灰浆等；

3、消化速度：快速消化石灰（<10min）

中速消化石灰（10～30min）

慢速消化石灰（>30min）

第二节石灰的原料天然原料：普通石灰石（致密石灰石）—CaCO3含量≥90%，粘土杂质。大理石—直接用于装饰工程，一些碎块可烧制石灰，可得几乎是化学纯的CaO。

鲕状石灰石、贝壳石灰石、白垩等。废渣原料：电石渣、氨碱法制碱的残渣。

第三节石灰石的煅烧及石灰的结构特性一、碳酸钙的分解反应

CaCO3+178kj/molCaO+CO2↑⑴碳酸钙的分解作用是吸热反应⑵碳酸钙的分解决定于煅烧温度随温度的↑，分解速率加快；由右图可得出分解压力达1atm时，分解温度为898℃，即为CaCO3的分解温度。⑶碳酸钙的分解过程是可逆的

石灰具有多孔结构：

二、碳酸钙的分解设备

1、立窑用立窑生产石灰比较广泛。最常用的立窑有普通立窑和机械化立窑。

2、回转窑窑的装置和原理与生产水泥所用的回转窑相似。

3、土窑属间歇作业窑。

三、碳酸钙的分解温度石灰石的实际煅烧，一般在1000～1200℃，高于理论分解温度。石灰石的致密程度、料块大小、杂质（成分）不同对煅烧温度有较大的影响。

J.伍勒提出的片状石灰石的分解温度T的数学关系式

T=

该公式只适用于片状石灰石，对其他形状的石灰石采用形状因数F，如果F片状

=1，则F圆柱体=0.55，

F立方体=0.48，F球体=0.37。石灰石中粘土杂质对煅烧制度的影响

a-CaCO3+SiO2

b-CaCO3+C2Sd-CaCO3对菱镁矿杂质，为避免体积安定性不良，应限制石灰石中菱镁矿的含量。

四、石灰（氧化钙）的活性与结构的关系“活性”—与水反应的能力。

D.R.格拉森的研究表明：石灰的活性主要是由（1）内比表面积；（2）晶格变形程度决定CaCO3的煅烧机理：碳酸钙分解形成假晶的氧化钙→氧化钙晶体再结晶形成面心立方体晶体→再结晶的氧化钙烧结。碳酸钙煅烧过程中内比表面积的变化：

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石灰的水化反应又称石灰的“消化”或“熟化”。

CaO+H2OCa(OH)2+64.9KJ石灰水化时要注意控制温度及周围介质中水蒸气的压力，才能保证反应向右方进行。

石灰的水化过程：（A.Backmann理论）

CaO吸水→CaO·2H2O→转化为Ca(OH)2+H2O→凝聚硬化几乎所有的消石灰都有一定量的过剩水，吸附结合的水量取决于比表面积、沉淀条件等。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在不同温度下煅烧的石灰，其结构的物理特征有很大的差异，直接影响石灰的水化反应能力。下图为各种石灰的水化速度和水化温度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。2、水化温度对石灰水化反应能力的影响

石灰水化反应速度随着水化温度的提高而显著增加。3、外加剂对石灰水化反应能力的影响加快消化速率——氯盐延缓消化速率——磷酸盐、草酸盐、硫酸盐等。

二、石灰的水化特点：

1、水化热高、放热速率快——使用石灰时，先拌水形成消石灰或石灰膏的原因之一。2、需水量大

CaO+H2OCa(OH)2+64.9KJ

理论需水量仅为32%，但实际要使CaO全部转变为Ca(OH)2，约需加入70%的水才可得到十分干燥、体积疏松的消石灰粉。3、体积膨胀石灰水化前后石灰-水系统体积变化如何？如下表反应式分子量比密度系统的绝对体积（cm3）固体的绝对体积（cm3）绝对体积的变化（％）反应所需的相对水量反应前反应后反应前反应后系统固相CaO+H2O=Ca(OH)256.083.3434.833.216.733.2—4.54＋97.920.32118.021.0074.102.23理论上石灰与水泥等其他胶凝材料一样，和水进行化学反应时，都产生了化学减缩。但实际上石灰与水作用时，外观体积是增大的。右图为磨细生石灰在水灰比为0.33的情况下石灰浆体体积增大的数值。

石灰水化产生显著的体积增大的原因：

1、水化过程中物质的转移——水分子进入石灰粒子内部，发生水化反应，生成水化产物。——水化产物向原来的充水空间转移。当前者的速率大于后者，则产生试件膨胀和开裂。

2、孔隙体积增加

——固相体积增加引起孔隙体积增加。固相体积和孔隙体积增量之和可能超过石灰-水系统的空间，引起石灰浆体的体积增大。通过对石灰消化时体积变化机理的研究，可得出控制石灰体积变化的主要方法：

1、改变石灰的细度试验表明，石灰磨得越细，石灰消化时的体积变化就越小。

2、水灰比的影响水灰比对石灰消化时体积变化的影响如下图所示。3、介质温度的影响石灰消化时的介质温度对石灰体积变化有显著的影响。随着介质温度的提高，水灰浆体的体积增大明显，如图所示。

4、石膏掺合料的影响石灰中掺5%的石膏，可显著减少其膨胀值。石膏抑制石灰浆体体积膨胀的原因有两方面：

水化速率和孔隙体积。

第五节石灰在水作用下的分散与浆体的结构形成一、石灰在水作用下的溶解与分散溶解：

Ca(OH)2→Ca2++2OH-分散：吸附分散与化学分散。石灰粒子分散后，形成如右图所示的胶体粒子。

二、石灰浆体凝聚结构及其特性石灰水化→溶解与分散→胶体粒子→凝聚结构凝聚结构的特性：具有触变性与结构强度影响凝聚结构性能的因素：——粒子数量、粒子细度与扩散层厚度。可控制的途径

——石灰的细度；水灰比；外加剂的掺入等。

三、石灰浆体结晶结构的形成及其条件

凝聚结构→结晶结构受到许多破坏因素：——剧烈的放热、——显著的体积膨胀、——过大的水灰比等。结晶结构形成后在潮湿环境下强度的降低。原因为：结晶接触点的溶解右图为石灰浆体在不同水灰比条件下的水化过程与塑性强度Pm发展情况：1-水化动力学曲线2-结构形成动力学曲线

水固比（W/S）塑性强度Pm(MPa)强度降低（％）最大(Pm)max水化完成瞬时(Pm)H水化结束后养护4小时(Pm)40.41.20.90.90250.50.750.60.3837200.60.120.1050.0455712.5

第六节石灰浆体的硬化机理：结晶与干燥；碳酸化。

主要是干燥与碳酸化。影响石灰碳酸