1.1.1 石灰
1.1.1.1 生石灰的生产
生石灰是以CaCO3为主要成分的石灰石、白垩、白云石等为原料(图1.2和图1.3),在低于烧结温度下煅烧所得的产物,其主要成分是CaO。煅烧反应如下：
图1.2 石灰石
图1.3 白云石
生石灰生产中为了使CaCO3能充分分解生成CaO,必须提高温度,但煅烧温度过高过低,或煅烧时间过长过短都会影响烧成生石灰的质量。生石灰煅烧过程见图1.4。
图1.4 生石灰煅烧
由于煅烧的不均匀性,或多或少的都存在少量的欠火石灰和过火石灰。
(1)欠火石灰中CaO 的含量低,会降低石灰的质量等级和利用率。
(2)过火石灰结构密实,且表面有一层深褐色的玻璃状外壳,熟化极其缓慢。当用这种未充分熟化的石灰抹灰后,会吸收空气中大量的水蒸气,继续熟化,体积膨胀,致使墙面砂浆隆起、开裂,从而引起裂缝和局部脱落现象,严重影响工程质量。
1.1.1.2 生石灰的熟化
生石灰的熟化(又称消化或消解)是指生石灰与水发生化学反应生成熟石灰的过程,见图1.5。其反应式如下：
图1.5 生石灰的熟化
CaO＋H2O══Ca(OH)2＋64.9kJ
生石灰遇水反应剧烈,放出大量的热,同时体积膨胀1～2.5倍。
块状生石灰熟化后体积膨胀,产生的膨胀压力会致使石灰块自动分散成为粉末,应用此法可将块状生石灰加工成为消石灰粉,见图1.6。
图1.6 消石灰粉
熟化后的石灰在使用前必须进行“陈伏”。这是因为生石灰中存在着过火石灰。过火石灰结构密实,熟化极其缓慢,当这种未充分熟化的石灰抹灰后,会吸收空气中大量的水蒸气,继续熟化,体积膨胀,致使墙面砂浆隆起、开裂,严重影响工程质量。为了消除过火石灰的危害,生石灰在使用前应提前化灰,使石灰浆在灰坑中储存两周以上,以使生石灰得到充分熟化,这一过程称为“陈伏”。陈伏期间,为了防止石灰碳化,应在其表面保留一定厚度的水层,用以隔绝空气。
1.1.1.3 石灰的硬化
石灰的硬化速度很缓慢,且硬化体强度很低。石灰浆体在空气中逐渐硬化,主要是干燥结晶和碳化这两个过程同时进行来完成的。
石灰的硬化主要依靠结晶作用,而结晶作用又主要依靠水分蒸发速度。由于自然界中水分的蒸发速度是有限的,因此石灰的硬化速度很缓慢。
1.1.1.4 石灰的技术性质
按石灰中氧化镁的含量分类,生石灰可分为钙质生石灰和镁质生石灰。镁质生石灰的熟化速度较慢,但硬化后其强度较高。根据建材行业标准,建筑生石灰可划分为优等品、一等品和合格品共三个质量等级,见表1.1。
表1.1 建筑生石灰技术指标
注 本表引自《建筑生石灰》(JC/T479—2013)。
1.1.1.5 石灰的特性、应用及储存
1. 石灰的特性
(1)凝结硬化缓慢,强度低。石灰浆在空气中的碳化过程很缓慢,且结晶速度主要依赖于浆体中水分蒸发的速度,因此,石灰的凝结硬化速度是很缓慢的。
(2)可塑性好,保水性好。生石灰熟化为石灰浆时, 能形成颗粒极细(粒径为0.001mm)呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子,表面吸附一层厚厚的水膜,使颗粒间的摩擦力减小,因而具有良好的可塑性。
(3)硬化后体积收缩较大。石灰浆中存在大量的游离水,硬化后大量水分蒸发,导致石灰内部毛细管失水收缩,引起显著的体积收缩变形。这种收缩变形使得硬化石灰体产生开裂,因此,石灰浆不宜单独使用,通常工程施工中要掺入一定量的骨料(砂子)或纤维材料(麻刀、纸筋等)。
(4)吸湿性强,耐水性差。生石灰具有很强的吸湿性,传统的干燥剂常采用这类材料。生石灰水化后的产物其主要成分是Ca(OH)2,能溶解在水中,若长期受潮或被水侵蚀,会使硬化的石灰溃散,因此它是一种气硬性胶凝材料,不宜用于潮湿的环境中,更不能用于水中。
2. 石灰的应用
石灰是建筑工程中面广量大的建筑材料之一,其常见的用途如下：
(1)广泛用于建筑室内粉刷。石灰乳是一种廉价的涂料,且施工方便,颜色洁白,能为室内增白添亮,因此在建筑中应用十分广泛。墙体砌筑见图1.7。
图1.7 墙体砌筑
(2)用于配制建筑砂浆。石灰和砂或麻刀、纸筋配制成石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰,主要用于内墙、顶棚的抹面砂浆。石灰与水泥和砂可配制成混合砂浆,主要用于墙体砌筑或抹面之用,见图1.8。
图1.8 砂浆抹面
(3)配制三合土和灰土。三合土是采用生石灰粉(或消石灰粉)、黏土和砂子按1∶2∶3的比例,再加水拌和,经夯实后而成。灰土是用生石灰粉和黏土按1∶2～4的比例加水拌和,经夯实后而成。经夯实后的三合土和灰土广泛应用于建筑物的基础、路面或地面垫层,见图1.9。
图1.9 三合土用于路面
(4)制作碳化石灰板。碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料(如玻璃纤维等)或轻质骨料(如矿渣等)经搅拌、成型,然后人工碳化而成的一种轻质板材。这种板材能锯、刨、钉,适宜作非承重内墙板、天花板等。
(5)生产硅酸盐制品。以石灰和硅质材料(如石英砂、粉煤灰等)为原料,加水拌和,经成型,蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料,统称为硅酸盐制品。如粉煤灰砖、灰砂砖、加气混凝土砌块等。
(6)配制无熟料水泥。将具有一定活性的混合材料,按适当比例与石灰配合,经共同磨细,可得到水硬性的胶凝材料,即为无熟料水泥。
3. 石灰的储存
生石灰具有很强的吸湿性,在空气中放置太久,会吸收空气中的水分而消化成消石灰粉而失去胶凝能力。因此储存生石灰时,一定要注意防潮防水,而且存期不宜过长。
另外,生石灰熟化时会释放大量的热,且体积膨胀,故在储存和运输生石灰时,还应注意将生石灰与易燃易爆物品分开保管,以免引起火灾和爆炸。