第二章石灰、水泥和稳定土

第二章 石灰、水泥和稳定土

胶凝材料：在土木工程材料中，凡是经过一系列的 物理、化学作用，能将松散材料胶结成具有一定强度的整体结构的材料。如沥青、树脂等有机胶凝材料胶凝材料如石膏、石灰、菱苦土、水玻璃气硬性胶凝材料无机胶凝材料水硬性胶凝材料各种水泥

第一节石灰 内容提要 • 石灰的生产工艺 • 生石灰的熟化 • 熟石灰的硬化 • 石灰的技术要求和技术标准 • 石灰的应用和储存

工地现场石灰堆放 工地现场石灰过筛思考:什么是石灰? 石灰在工程中有什么用途？工程用石灰怎么选择？

一、生产工艺 1、原料 2、过程 3、生产中存在的问题 1、以富含碳酸钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为原料（可含少量的MgCO3、SiO2、Al2O3），经过高温煅烧，逸出二氧化碳气体后得到的块状材料。

原料： 石灰石白垩白云质石灰石贝壳

生产过程： 块状生石灰化工副产品主要有电石渣(消化电石而得)等: 熟石灰优质的石灰，色质洁白或略带灰色，质量较轻，具有多孔结构。

土窑立窑竖窑回转窑

温度过低时 温度在900℃左右时温度过高时生产中出现的问题：欠火石灰煅烧石灰石 (内含CaCO3) 正火石灰过火石灰

①欠火石灰： • 原因：由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不匀、较低或时间过短等原因，使得石灰中含有未烧透的内核，即碳酸钙没有完全分解。 • 特点：（颜色发青、密度大），质量不好，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏粘结力，但对工程无害。

②过火石灰 • 原因：温度过高，时间过长，熔融物填在孔隙中 • 特点：颜色发黑、体积收缩明显、结构密实、消化慢、对工程有害。

消除方法： 欠火石灰：用过滤残渣法处理过火石灰: 陈伏法

二、石灰的消化和硬化 1、生石灰的消化烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“消石灰”，这一过程亦称“熟化”，故消石灰亦称“熟石灰” 。特点：①反应快，放热量大； ②体积急剧膨胀。熟化后的消石灰粉体可增大1-2.5倍。

熟化方法 根据熟化时加水量的不同，石灰的方式分为两种。 1、熟化为消石灰粉：将生石灰块分层淋适量的水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉，又称为淋灰法。

2、陈伏法-熟化为石灰膏： 将生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏。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，方可使用，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。

石灰浆要陈伏半个月左右再使用。 石灰陈伏示意图

严格控制加水量和加水速度 不同品质的石灰熟化速度不同：活性大的石灰：加水要快，水量充足，并加速搅拌散热，否则已消化的石灰颗粒包围于未消化颗粒周围，使内部石灰不易消化，称为“过烧”现象；活性小的石灰：加水要慢，水量少，如加水过快，则发热量少，水温过低，增加了未消化颗粒，称为“过冷”现象。

2、熟石灰的硬化 一个物理过程：干燥硬化（结晶过程）一个化学过程：碳化过程（1）石灰浆的干燥硬化（结晶作用）游离水蒸发或被周围砌体吸收，使石灰粒子密实，Ca(OH)2溶液饱和，析出结晶，因其数量少，强度增长不显著。

（2）石灰浆的碳化（碳化作用） 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体。只有在有水的条件下才能进行。？结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。

CaCO3 Ca(OH)2 问题：熟石灰硬化后的主要成分？少量的碳酸钙，大量的氢氧化钙

CaO 氧化鈣.(生)石灰石灰三角加水，消解 Ca(OH)2 氢氧化钙.熟石灰高溫煅烧加CO2，碳化 CaCO3 碳酸鈣.石灰石

三、石灰的技术要求和技术标准 （一）用于道路或桥梁工程的石灰，应符合下列技术要求： 1.有效氧化钙和氧化镁含量--评价石灰质量的主要指标，提供石灰粘结性。 2.生石灰产浆量和未消化残渣含量—反映石灰质量的好坏 3.二氧化碳(CO2)含量--测定石灰中没有分解的碳酸钙和碳酸镁含量。胶结质量 4.消石灰游离水含量--游离水孔隙率易碳化。 5.细度—不能过粗，影响石灰的黏结性。

石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁。它们的含量是评价石灰质量主要指标，其含量愈多，活性愈高，质量也愈好。按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057—94)规定，有效氧化钙含量用中和滴定法测定，氧化镁含量用络合滴定法测定。

产浆量是单位质量(1Kg)的生石灰经消化后， 所产石灰浆体的体积(L)。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣质量占试样质量的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。

CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则（CaO+MgO）含量相对降低，导致石灰的胶结性能的下降。生石灰试样1g放于坩埚内，在高温电炉中于580±20℃灼烧结晶水，再将试样950～1000℃高温 1h，冷却至室温。以试验前后试样质量的差与原试样质量的百分比计算CO2含量。

游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰消化时加入的水比理论需水量多很多，多加的水残留于氢氧化钙中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，因而影响其使用质量。游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰消化时加入的水比理论需水量多很多，多加的水残留于氢氧化钙中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，因而影响其使用质量。取试样100g，在100～105℃烘箱中烘干至恒重，冷却至室温。以试验前后试样质量的差与原试样质量的百分比计算游离水含量。

细度与石灰的质量有密切联系，过量的筛余物影响石灰的粘结性。现行标准《建筑生石灰粉》(JC／T480—92)和《建筑消石灰粉》(JC／T 481—92)以0.9mm和0.125mm筛余百分率控制。试验方法是，称取试样50g，倒入0.9mm、0.125mm套筛内进行筛分，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。

（二）技术标准 建筑石灰按现行标准《建筑生石灰》(JC／T 479一92)、《建筑生石灰粉》(JC／T 480—92)和《建筑消石灰粉》(JC／T481—92)规定，按其氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类。见下表。钙质石灰和镁质石灰中氧化镁含量(%)界限

根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。根据其各项技术指标分为优等品、一等品及合格品。生石灰技术指标：有效氧化钙和氧化镁含量、产浆量、未消解残渣和CO2含量等4个；生石灰粉技术指标：有效氧化钙和氧化镁含量、CO2含量及细度三个；消石灰粉：按氧化镁含量<4％时称为钙质消石灰粉， 4％≤氧化镁含量<24％时称为镁质消石灰粉， 24％≤氧化镁含量<30％时称为白云石消石灰粉。技术指标：有效氧化钙和氧化镁含量、游离水含量和细度三个。

工程实例 某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？ • 过程： • 1.检测石灰中CaO和MgO的含量、二氧化碳的含量、细度。 • 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别（钙质/镁质石灰） • 3.判定该石灰的等级。

四、石灰的应用和储存 石灰的储运 • 生石灰应贮存于干燥的仓库内，防止受潮，不宜长期存贮。运输时要采取防水措施。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。 • 如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆，并使表面隔绝空气，以防碳化。 • 由于石灰能侵蚀呼吸器官及皮肤，且受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以在装卸石灰和施工时，要注意安全。

问：石灰的技术性质有哪些？ • 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。因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。

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，因此，石灰是硬化缓慢的材料，硬化后的强度也不高。如1：3石灰砂浆28天抗压强度仅为0.2-0.5MPa。

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。

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。

总结 石灰的生产工艺——生石灰的消化和熟石灰的硬化——石灰的技术要求、技术标准——石灰的应用和贮存

1.气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有何区别？1.气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有何区别？ 2.简述石灰的消化与硬化原理？ 3.生石灰与熟石灰有什么不同？在使用运输与储存时要注意什么？ 4.为什么“陈伏”在池中的石灰浆，只能熟化而不能硬化？问题：

第二章 石灰、水泥和稳定土