探究：认知建筑中石灰的应用与优势

【任务描述】

本任务是认知建筑石灰的生产工艺、消化硬化机理及运输储存注意事项。

【学习目标】

①能叙述欠火石灰和过火石灰的特性及危害。

②能叙述石灰消化硬化机理。

③熟悉石灰的运输储存注意事项。

1）生产工艺概况

生石灰是由富含碳酸钙的岩石(如石灰岩、白垩、白云岩等)为原料，经高温煅烧(加热至900℃以上)，逸出CO2气体后得到白色或灰白色的块状材料。其主要化学成分为氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。化学反应可表示为：

天然的石灰岩常含有碳酸镁、黏土及其他杂质，因此生石灰中还含有氧化镁。生石灰的品质不仅与原料的纯度有关，生产石灰的窑型、煅烧工艺及煅烧水平等也直接影响其质量。为了使石灰岩能得到完全分解，通常煅烧温度为1 000～1 100℃。

在煅烧过程中，由于火候控制不均，会出现过火石灰、欠火石灰和正火石灰。正火石灰是在正常温度下煅烧得到的石灰，具有多孔结构，内部孔隙大，表观密度较小，与水作用速度快；欠火石灰是由于温度过低或煅烧时间不足，内部残留一部分未分解的石灰岩内核，外部为正常煅烧的石灰，欠火石灰降低了石灰的利用率，使用时缺乏黏结力；过火石灰由于煅烧温度过高、时间过长而使石灰表面出现玻璃状的外壳，孔隙率减小，表观密度增大。

过火石灰加水后消解缓慢，用于建筑结构物中仍能继续消化，引起成型的结构物体积膨胀，导致结构物表面鼓包、隆起、剥落或产生裂缝等破损现象，影响工程质量。

2）石灰的消化和硬化

（1）石灰的消化

块状生石灰在使用前一般都需加水消解，这一过程称为“消化”或“熟化”。消化后的石灰称为“消石灰”或“熟石灰”。其化学反应式如下：

CaO＋H2O—→Ca(OH)2＋64.9 kJ/mol

生石灰消解时放出大量的热量，消解后体积增大1～2.5倍。消解石灰的理论加水量为石灰质量的32%，由于消化过程中放热反应导致水分的损失，实际加水量需达70%以上。在石灰的消解期间应严格控制加水量和加水速度。对消解速度快、活性大的石灰，消解时加水要快，水量要足，并加速搅拌，避免已消解的石灰颗粒包围于未消化颗粒周围，使内部石灰不易消解。对消解速度慢的石灰，则应采用相反措施，使生石灰充分消解，尽量减少未消化颗粒含量。

石灰在消化时，为了消除“过火石灰”的危害，可在消化后“陈伏”半月左右再使用。石灰浆在“陈伏”期间，在其表面应有一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。

（2）石灰的硬化

石灰的硬化过程包括干燥硬化和碳化硬化两部分。

①石灰浆的干燥硬化(结晶作用)。石灰浆在干燥过程中游离水逐渐蒸发，或被周围砌体吸收，形成氢氧化钙饱和溶液，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶析出，产生网状孔隙。这时滞留在孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰颗粒互相靠拢黏紧，强度也随之提高。(www.xing528.com)

②硬化石灰浆的碳化(碳化作用)。氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙晶体，称为熟石灰的碳化作用。石灰浆体经碳化后获得最终强度称为碳化强度。熟石灰的碳化作用在有水条件下才能进行。

该反应主要发生在与空气接触的表面，当浆体表面生成一层CaCO3薄膜后，碳化进程减慢，同时内部的水分不易蒸发，石灰的硬化速度随时间增长逐渐减慢。

石灰浆体的硬化包括上述两个同时进行的过程，即表层以碳化为主，内部则以干燥硬化为主。纯石灰浆硬化时发生收缩开裂，所以工程上常配制成石灰砂浆使用。

3）生石灰的加工品种

煅烧制成的生石灰一般为块状，块状生石灰可加工成生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳。

①生石灰粉：由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分为CaO。

②消石灰粉：生石灰淋以适量的水，经熟化所得到的粉末状产品，其主要成分为Ca(OH)2。

③石灰膏：生石灰消解过程加多量的水(为石灰体积的3～4倍)消化得到的可塑性浆体称为石灰膏，主要成分为Ca(OH)2和水。常用于石灰砌筑砂浆或抹面砂浆，也可调制混合砂浆。

④石灰乳：在石灰膏中加更多水制成的白色悬浮液称为石灰乳。

4）石灰的应用和储存

（1）石灰在公路工程中的应用

①石灰砂浆。主要用于地面以上部分的砌筑工程，并可用于抹面等装饰工程。

②加固软土地基。在软土地基中打入生石灰桩，可利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用，利用生石灰和黏土矿物间产生的胶凝反应使周围的土固结，从而达到提高地基承载力的目的。

③石灰和黏土按一定比例拌和制成石灰土或与黏土、砂石、炉渣制成三合土，用于道路工程的垫层。

④在道路工程中，随着半刚性基层在高等级路面中的应用，石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土及其稳定碎石等广泛用于路面基层。在桥梁工程中，石灰、粉煤灰、砂浆广泛用于圬工砌体。

（2）石灰的运输及储存

建筑石灰是自然材料，不应与易燃、易爆和液体物品混装，在运输和储存时不应受潮和混入杂物，不宜长期储存。不同类别石灰应分别储存运输，不得混杂。

需较长时间储存生石灰时，最好将其消解成石灰浆，并使其表面隔绝空气，以防碳化。

石灰能侵蚀呼吸器官和皮肤，在装卸和放置石灰时，应披戴必要的防护用具。