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鈣質石灰,指氧化鎂(MgO)含量小於或等於百分之五的生石灰。

1概述

生石灰的主要成分是氧化鈣(CaO),鈣(Ca)與鎂(Mg)都是二價鹼金屬,在天然石灰礦中常常既有鈣又有鎂,當然它們都以不可溶的碳酸鹽(*CO3)及硅酸鹽(*SiO3)形式出現。在冶鍊石灰石的過程中,碳酸鈣與硅酸鈣,碳酸鎂與硅酸鎂被熱分解為氧化鈣、氧化鎂與二氧化碳(CO2)氣體和二氧化硅(SiO2)晶體礦渣。氧化鈣與氧化鎂是粉末狀固體,與二氧化硅晶體篩選分離。
石灰是人類使用較早的無機膠凝材料之一。由於其原料分佈廣。生產工藝簡單。成本低廉,在土木工程中應用廣泛。

2石灰的原料及生產

凡是以碳酸鈣為主要成分的天然岩石,如石灰岩、白堊、白雲質石灰岩等,都可用來生產石灰。
將主要成分為碳酸鈣的天然岩石,在適當溫度下煅燒,排除分解出的二氧化碳后,所得的以氧化鈣(CaC)為主要成分的產品即為石灰,又稱生石灰。
在實際生產中,為加快分解,煅燒溫度常提高到1000~1100℃。由於石灰石原料的尺寸大或煅燒時窯中溫度分佈不勻等原因,石灰中常含有欠火石灰和過火石灰。欠火石灰中的碳酸鈣未完全分解,使用時缺乏粘結力。過火石灰結構密實,表面常包覆一層熔融物,熟化很慢。由於生產原料中常含有碳酸鎂(MgCO3),因此生石灰中還含有次要成分氧化鎂(MgO),根據氧化鎂含量的多少,生石灰分為鈣質石灰(MgO≤5%)和鎂質石灰(MgO>5%)。
生石灰呈白色或灰色塊狀,為便於使用,塊狀生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由塊狀生石灰磨細而得到的細粉,其主要成分是CaO;消石灰粉是塊狀生石灰用適量水熟化而得到的粉末,又稱熟石灰,其主要成分是Ca(OH)2;石灰膏是塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的3—4倍)熟化而得到的膏狀物.也稱石灰漿。其主要成分也是Ca(OH)2。

3石灰的熟化與硬化

生石灰(CaO)與水反應生成氫氧化鈣的過程,稱為石灰的熟化或消化。反應生成的產物氫氧化鈣稱為熟石灰或消石灰。
石灰熟化時放出大量的熱,體積增大1—2.5倍。煅燒良好、氧化鈣含量高的石灰熟化較快,放熱量和體積增大也較多。
根據加水量的不同,石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。石灰熟化的理論需水量為石灰重量的32%。在生石灰中,均勻加入60%~80%的水,可得到顆粒細小、分散均勻的消石灰粉。若用過量的水熟化,將得到具有一定稠度的石灰膏。石灰中一般都含有過火石灰,過火石灰熟化慢,若在石灰漿體硬化后再發生熟化,會因熟化產生的膨脹而引起隆起和開裂。為了消除過火石灰的這種危害,石灰在熟化后,還應「陳伏」2周左右。
石灰漿體的硬化包括乾燥結晶和碳化兩個同時進行的過程。石灰漿體因水分蒸發或被吸收而乾燥,在漿體內的孔隙網中,產生毛細管壓力。使石灰顆粒更加緊密而獲得強度。這種強度類似於粘土失水而獲得的強度,其值不大,遇水會喪失。同時,由於乾燥失水。引起漿體中氫氧化鈣溶液過飽和,結晶出氫氧化鈣晶體,產生強度;但析出的晶體數量少,強度增長也不大。在大氣環境中,氫氧化鈣在潮濕狀態下會與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣,並釋放出水分,即發生碳化。
碳化所生成的碳酸鈣晶體相互交叉連生或與氫氧化鈣共生,形成緊密交織的結晶網,使硬化石灰漿體的強度進一步提高。但是,由於空氣中的二氧化碳含量很低,表面形成的碳酸鈣層結構較緻密,會阻礙二氧化碳的進一步滲入,因此,碳化過程是十分緩慢的。

4石灰的技術性質

技術性質
生石灰熟化后形成的石灰漿中,石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結構,顆粒極細(粒徑約為1μm),比表面積很大(達10~30 m2/g),其表面吸附一層較厚的水膜,可吸附大量的水,因而有較強保持水分的能力,即保水性好。將它摻入水泥砂漿中,配成混合砂漿,可顯著提高砂漿的和易性。
石灰依靠乾燥結晶以及碳化作用而硬化,由於空氣中的二氧化碳含量低,且碳化后形成的碳酸鈣硬殼阻止二氧化碳向內部滲透,也妨礙水分向外蒸發,因而硬化緩慢,硬化后的強度也不高,1:3的石灰砂漿28 d的抗壓強度只有0.2~0.5 MPa。在處於潮濕環境時,石灰中的水分不蒸發,二氧化碳也無法滲入,硬化將停止;加上氫氧化鈣易溶於水,已硬化的石灰遇水還會溶解潰散。因此,石灰不宜在長期潮濕和受水浸泡的環境中使用。
石灰在硬化過程中,要蒸發掉大量的水分,引起體積顯著收縮,易出現干縮裂縫。所以,石灰不宜單獨使用,一般要摻人砂、紙筋、麻刀等材料,以減少收縮,增加抗拉強度,並能節約石灰。
石灰具有較強的鹼性,在常溫下,能與玻璃態的活性氧化硅或活性氧化鋁反應,生成有水硬性的產物,產生膠結。因此,石灰還是建築材料工業中重要的原材料。
用途 
1.可作填充劑,例如:用作環氧膠黏劑的填充劑;  
2.用作分析試劑,氣體分析時用作二氧化碳吸收劑,光譜分析試劑,高純試劑用於半導體生產中的外延、擴散工序,實驗室氨氣的乾燥及醇類脫l水等;  
3.用作原料,可製造電石、純鹼、漂白粉等,也用於製革、廢水凈化,氫氧化鈣及各種鈣化合物;  
4.可用作建築材料、冶金助熔劑,水泥速凝劑,熒光粉的助熔劑。  
5.用作植物油脫色劑,藥物載體,土壤改良劑和鈣肥;
6.還可用於耐火材料、乾燥劑;  
7.可配製農機1、2號膠和水下環氧膠黏劑,還用作與2402樹脂預反應的反應劑;  
8.用於酸性廢水處理及污泥調質;  
9.還可用作鍋爐停用保護劑,利用石灰的吸濕能力,使鍋爐水汽系統的金屬表面保持乾燥,防止腐蝕,適用於低壓、中壓、小容量汽包鍋爐的長期停用保護;

5石灰的質量要求

石灰中產生膠結性的成分是有效氧化鈣和氧化鎂,它們的含量是評價石灰質量的主要指標。石灰中的有效氧化鈣和氧化鎂的含量可以直接測定,也可以通過氧化鈣與氧化鎂的總量和二氧化碳的含量反映。除了有效氧化鈣和氧化鎂這一主要指標外,生石灰還有未消化殘渣含量的要求;生石灰粉有細度的要求;消石灰粉則還有體積安定性、細度和遊離水含量的要求。
國家建材行業標準根據有關指標,將建築生石灰、建築生石灰粉和建築消石灰粉分為優等品和合格品三個等級。但在交通部門,JTJ 034—2000《公路路面基層施工技術規範》仍按原國家標準(GB1594—79)將生石灰和消石灰劃分為三個等級。

6土木工程應用

石灰  
1.概念  
生石灰是將以含碳酸鈣為主的天然岩石,在高溫下煅燒而得,其主要成分為氧化鈣(CaO)。在煅燒時由於火候或溫度控制不均,常會含有欠火石灰或過火石灰。欠火石灰產漿量小,質量較差,利用率降低,不會帶來危害。過火石灰的水化速度大大減慢,在硬化后才與水發生水化反應,產生較大的體積膨脹,致使硬化后的石灰表面局部產生鼓包、崩裂等現象,工程上稱為「爆灰」。「爆灰」是建築工程質量通病之一。  生石灰與水作用生成熟石灰(Ca(OH)2)的過程,稱為熟化。工程上,將生石灰加大量的水(生石灰質量的2~3倍)熟化成石灰乳,然後經篩網流入儲灰池並「陳伏」至少兩周,以消除過火石灰的危害,經沉澱除去多餘的水分得到的膏狀物即為石灰膏。也可將每半米高的生石灰塊,淋上適當的水(生石灰量的60%~80%),經熟化得到的粉狀物稱為消石灰粉。加水量以消石灰粉略濕、但不成團為宜。  
2.基本性能與應用  
石灰的保水性、可塑性好,工程上常被用來改善砂漿的保水性,以克服水泥砂漿保水性差的缺點。石灰凝結硬化速度慢、強度低、耐水性差。石灰的乾燥收縮大,因此除粉刷以外,不宜單獨使用。  
石灰在建築上的用途主要有:  
A、石灰乳塗料 石灰加大量的水所得的稀漿,即為石灰乳。主要用於要求不高的室內粉刷。  
B、砂漿 利用石灰膏或消石灰粉可配製成石灰砂漿或水泥石灰混合砂漿,用於抹灰和砌築。  
C、灰土和三合土 消石灰粉與黏土拌合后稱為灰土,再加砂或石屑、爐渣等即成三合土。灰土和三合土廣泛用於建築物的基礎和道路的墊層。
D、硅酸鹽混凝土及其製品 以石灰與硅質材料(如石英砂、粉煤灰、礦渣等)為主要原料,經磨細、配料、拌合、成型、養護(蒸汽養護或壓蒸養護)等工序得到的人造石材。常用的硅酸鹽混凝土製品有蒸汽養護和壓蒸養護的各種粉煤灰磚、灰砂磚、砌塊及加氣混凝土等。  
E、碳化石灰板 將磨細生石灰、纖維狀填料(如玻璃纖維)或輕質骨料加水攪拌成型為坯體,然後再通入二氧化碳進行人工碳化(約12~24小時)而成的一種輕質板材。適合作非承重的內隔牆板、頂棚等。  
生石灰塊及生石灰粉須在乾燥條件下運輸和貯存,且不宜存放太久。長期存放時應在密閉條件下,且應防潮、防水。  
石灰在土木工程中應用範圍很廣,主要用途如下:  
(1)石灰乳和砂漿 消石灰粉或石灰膏摻加大量粉刷。用石灰膏或消石灰粉可配製石灰砂漿或水泥石灰 混合砂漿,用於砌築或抹灰工程。  
(2)石灰穩定土 將消石灰粉或生石灰粉摻人各種粉碎或原來鬆散的土中,經拌合、壓實及養護后得到的混合料,稱為石灰穩定土。它包括石灰土、石灰穩定砂礫土、石灰碎石土等。粘土顆粒表面的少量活性氧化硅和氧化鋁與氫氧化鈣發生反應,生成水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,使粘土的抗滲能力,抗壓強度,耐水性得到改善。廣泛用作建築物的基礎、地面的墊層及道路的路面基層。  (3)硅酸鹽製品 以石灰(消石灰粉或生石灰粉)與硅質材料(砂、粉煤灰、火山灰、礦渣等)為主要原料,經過配料、拌合、成型和養護后可製得磚、砌塊等各種製品。因內部的膠凝物質主要是水化硅酸鈣,所以稱為硅酸鹽製品,常用的有灰砂磚、粉煤灰磚等。

7腐蝕性防護

其粉塵或懸浮液滴對粘膜有刺激作用,雖然程度上不如氫氧化鈉重,但也能引起噴嚏和咳嗽,和鹼一樣能使脂肪乳化,從皮膚吸收水分、溶解蛋白質、刺激及腐蝕組織。吸入石灰粉塵可能引起肺炎。最高容許濃度為5mg/m3。吸入粉塵時,可吸入水蒸氣、可待因及猶奧寧,在胸廓處塗芥末膏;當落入眼內時,可用流水儘快沖洗,再用5%氯化銨溶液或0.01%CaNa-EDTA溶液沖洗,然後將0.5%地卡因溶液滴入。工作時應注意保護呼吸器官,穿戴用防塵纖維制的工作服、手套、密閉防塵眼鏡,並塗含油脂的軟膏,以防止粉塵吸入。

8注意事項

1、使用操作過程時間越短越好,放置在包裝容器內的適當處,起到密封吸濕的作用。
2、存放在乾燥庫房中,防潮,避免與酸類物接觸。
3、運輸過程中避免受潮,小心輕放,以防止包裝破損而影響產品質量。
4、禁止食用,萬一入口,用水漱口立即求醫。(切記不能飲水,生石灰是鹼性氧化物遇水會腐蝕!)
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