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石灰

(無機膠凝材料)

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石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。石灰是用石灰石白雲石白堊貝殼碳酸鈣含量高的產物,經900~1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應用的膠凝材料。石灰在土木工程中應用範圍很廣,在我國還可用在醫藥方面。為此,古代流傳下以石灰為題材的詩詞,千古吟頌。
中文名
石灰
外文名
Lime
別    名
生石灰
石灰
主要成分
氧化鈣
酸鹼性
鹼性
歷    史
人類最早應用的膠凝材料
化學式
CaO
分子量
56.08  
比    重
3.25-3.38
熔    點
2580℃-沸2850℃

石灰物理性質

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石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。石灰是用石灰石、白雲石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的產物,經900~1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應用的膠凝材料。石灰在土木工程中應用範圍很廣,在我國還可用在醫藥方面。為此,古代流傳下以石灰為題材的詩詞,千古吟頌。

石灰發展歷程

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石灰石 石灰石
公元前8世紀古希臘人已用於建築,中國也在公元前7世紀開始使用石灰。至今石灰仍然是用途廣泛的建築材料。石灰有生石灰和熟石灰(即消石灰),按其氧化鎂含量(以 5%為限)又可分為鈣質石灰和鎂質石灰。由於其原料分佈廣,生產工藝簡單,成本低廉。
石灰具有較強的鹼性,在常温下,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。

石灰陶弘景

石灰,今近山生石,青白色,作灶燒竟,以水沃之,即熱蒸而解末矣。性至烈,人以度酒飲之,則腹痛下痢。療金瘡亦甚良。

石灰唐本草

石灰,《名醫別錄》及今人用療金瘡止血大效。若五月采蘩縷、葛葉鹿活草槲葉芍藥、地黃葉、蒼耳葉、青蒿葉,合石灰搗為團如雞卵,暴幹,末,以療瘡生肌,大驗。

石灰《本草圖經》

石灰,今所在近山處皆有之,此燒青石為灰也。又名石鍛,有兩種:風化、水化,風化者,以鍛了石,置風中自解,此為有力;水化者,以水沃之,則熱蒸而解,力差劣。古方多用合百草團,末,治金創殊勝。今醫家或以臘月黃牛膽取汁搜和,卻納膽中,掛之當風,百日,研之,更勝草葉者。

石灰《綱目》

今人作窯燒之,一層柴,或煤炭一層在下,上累青石,自下發火,層層自焚而散。入藥惟用風化、不夾石者良。

石灰生產工藝

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石灰 石灰
原始的石灰生產工藝是將石灰石與燃料(木材)分層鋪放,引火煅燒一週即得。現代則採用機械化、半機械化立窯以及迴轉窯、沸騰爐等設備進行生產。煅燒時間也相應地縮短,用迴轉窯生產石灰僅需2~4小時,比用立窯生產可提高生產效率5倍以上。又出現了橫流式、雙斜坡式及燒油環行立窯和帶預熱器的短迴轉窯等節能效果顯著的工藝和設備,燃料也擴大為煤、焦炭、重油或液化氣等。

石灰原料成分

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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,在適當温度下煅燒,排除分解出的二氧化碳後,所得的以氧化鈣(CaO)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,煅燒温度常提高到1000~1100℃。由於石灰石原料的尺寸大或煅燒時窯中温度分佈不勻等原因,石灰中常含有欠火石灰過火石灰。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。
化學式:
CaO+H2O=Ca(OH)2
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

石灰適用範圍

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特別適用於膨化食品、香菇、木耳等土特產,以及儀表儀器、醫藥、服飾、電子電訊、皮革、紡織等行業的產品。
石灰和石灰石大量用做建築材料,也是許多工業的重要原料。石灰石可直接加工成石料和燒製成生石灰。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是CaO,一般呈塊狀,純的為白色,含有雜質時為淡灰色或淡黃色。生石灰吸潮或加水就成為消石灰,消石灰也叫熟石灰,它的主要成分是Ca(OH)₂。熟石灰經調配成石灰漿、石灰膏、石灰砂漿等,用作塗裝材料和磚瓦粘合劑。純鹼是用石灰石、食鹽、氨等原料經過多步反應制得(索爾維法)。利用消石灰和純鹼反應制成燒鹼(苛化法)。利用純有1286處,其中大型礦牀257處、中型481處、小型486處(礦石儲量大於8000萬噸為大型、4000~8000萬噸為中型、小於4000萬噸為小型),共計保有礦石儲量542億噸,其中石灰岩儲量504億噸,佔93%;大理岩儲量38億噸,佔7%。保有儲量廣泛分佈於除上海市以外29個省、直轄市、自治區,其中陝西省保有儲量49億噸,為全國之冠;其餘依次為安徽省、廣西自治區、四川(含重慶市)省,各保有儲量34~30億噸;山東、河北、河南、廣東、遼寧、湖南、湖北7省各保有儲量30~20億噸;黑龍江、浙江、江蘇、貴州、江西、雲南、福建、山西、新疆、吉林、內蒙古、青海、甘肅13省各保有儲量20~10億噸;北京、寧夏、海南、西藏、天津5省各保有儲量5~2億噸。

石灰深加工

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(1)碳化法:將石灰石等原料煅燒生成石灰(主要成份為氧化鈣) 和二氧化碳,加水消化石灰生成氫氧化鈣,再通入二氧化碳,碳化石灰乳生成碳酸鈣沉澱,然後碳酸鈣沉澱經脱水、乾燥後再經石灰磨粉機粉碎便製得輕質碳酸鈣
(2)純鹼(Na2CO3)氯化鈣法:在純鹼水溶液中加入氯化鈣,即可生成碳酸鈣沉澱。(3)鹼法:在生產燒鹼(NaOH) 過程中,可得到副產品輕質碳酸鈣。在純鹼水溶液中加入消石灰即可生成碳酸鈣沉澱,並同時得到燒鹼水溶液,最後碳酸鈣沉澱經脱水、乾燥和粉碎便製得輕質碳酸鈣。
(4)聯鈣法:用鹽酸處理消石灰得到氯化鈣溶液,氯化鈣溶液在吸入氨氣後用二氧化碳進行碳化便得到碳酸鈣沉澱。
(5)蘇爾維(Solvay)法:在生產純鹼過程中,可得到副產品輕質碳酸鈣。飽和食鹽水在吸入氨氣後用二氧化碳進行碳化,便得到重鹼(碳酸輕鈣)沉澱和氯化銨溶液。在氯化銨溶液中加入石灰乳便得到氯化鈣氨水溶液,然後用二氧化碳對其進行碳化便得到碳酸鈣沉澱。

石灰熟化與硬化

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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1.5--2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。工地上熟化石灰常用兩種方法:消石灰漿法和消石灰粉法。
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,若在石灰漿體硬化後再發生熟化,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,石灰在熟化後,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。
生石灰熟化後形成的石灰漿中,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,且碳化後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,硬化後的強度也不高,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;加上氫氧化鈣微溶於水,已硬化的石灰遇還會溶解潰散。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,易出現幹縮裂縫。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。

石灰質量要求

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石灰中產生膠結性的成分是有效氧化鈣和氧化鎂,其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,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。

石灰溶解度解析

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大多數固體物質溶於水時吸收熱量,根據平衡移動原理,當温度升高時,平衡有利於向吸熱的方向移動,所以,這些物質的溶解度隨温度升高而增大,例如KNO3、NH4NO3等。有少數物質,溶解時有放熱現象,一般地説,它們的溶解度隨着温度的升高而降低,例如氫氧化鈣等。 對氫氧化鈣的溶解度隨着温度升高而降低的問題,還有一種解釋,氫氧化鈣有兩種水合物〔Ca(OH)2·2H2O和Ca(OH)2·12H2O〕。這兩種水合物的溶解度較大,無水氫氧化鈣的溶解度很小。隨着温度的升高,這些結晶水合物逐漸變為無水氫氧化鈣,所以,氫氧化鈣的溶解度就隨着温度的升高而減小。  系統解釋氫氧化鈣的溶解度將在很大程度上超出初中課程的知識範圍。離子化合物的溶解可大致分為兩個過程。首先固體離子化合物與水親和發生溶劑化作用(可簡單的認為離子化合物先以“分子”的形式進入溶劑中),然後這些已進入溶劑的“分子”發生電離作用形成離子。  過程1(即電離過程)只能是一個吸熱過程(可從系統的電勢能的角度分析而知)。而過程2(即溶劑化過程)的熱效應卻不一定。  我們以固體Ca(OH)2溶於水為例。溶解前的體系是氫氧化鈣固體和純水。 對於過程2:Ca(OH)2(固體)+nH2O → Ca(OH)2.nH2O(溶液)的熱效應主要取決於氫氧化鈣是否與水作用形成配合物即Ca(OH)2.nH2O的形式(n的值取決於鈣元素的空電子軌道數目和其他外部條件如温度條件等)。事實上氫氧化鈣是能和水形成配和物的。而形成配合物的過程是一個放熱過程。形成的配合可以發生過程2(即電離過程):
Ca(OH)2.nH2O → Ca(H2O)n2+ + 2 OH-
由於鈣元素與水分子的配合過程的放熱效應很大,它包含於過程1中,超過了過程1與過程2中其它有熱效應的過程的影響,故氫氧化鈣的溶解過程總的熱效應是放熱。温度升高將會使溶解平衡過程向相反方向移動,故而氫氧化鈣的溶解度隨温度升高而減小。體系在溶解前後總的能量比較是溶解前大於溶解後。多餘的能量以熱能的形式放出。

石灰土木工程應用

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生石灰是將以含碳酸鈣為主的天然岩石,在高温下煅燒而得,其主要成分為氧化鈣(CaO)。在煅燒時由於火候或温度控制不均,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,在硬化後才與水發生水化反應,產生較大的體積膨脹,致使硬化後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”至少兩週,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。
基本性能
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後稱為灰土,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入各種粉碎或原來鬆散的土中,經拌合、壓實及養護後得到的混合料,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、成型和養護後可製得磚、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。

石灰腐蝕性防護

編輯
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。

石灰注意事項

編輯
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!)
中毒處理
1、皮膚接觸: 立即脱去污染的衣着,先用植物油或礦物油清洗,用大量流動清水沖洗,就醫;
2、眼睛接觸: 提起眼瞼,用食用植物油沖洗,就醫;
3、吸入:迅速脱離現場至空氣新鮮處,保持呼吸道通暢,如呼吸困難,給輸氧,如呼吸停止,立即進行人工呼吸,就醫;
4、食入:用水漱口,給飲牛奶或蛋清,就醫;
儲運條件
儲存於陰涼、通風的庫房。包裝必須完整密封,防止吸潮。應與易(可)燃物、酸類等分開存放,切忌混儲。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。 [1] 
參考資料