石灰教案_石灰吟教案
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气硬性胶凝材料
☆ 知识点
1．石灰、石膏、水玻璃的特性及应用。2．以上三种气硬性胶凝材料的凝结硬化原理。★ 要求
掌握：
1．石灰、石膏的技术要求、特性、应用及保管。2．水玻璃的特性及工程中的应用。了解：
1．胶凝材料的分类。2．石灰、石膏的生产工艺。
在建筑工程中，把经过一系列的物理、化学作用后，由液体或膏状体变为坚硬的固体，同时能将砂、石、砖、砌块等散粒或块状材料胶结成具有一定机械强度的整体的材料，统称为胶凝材料。
胶凝材料品种繁多，按化学成分可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类，其中无机胶凝材料按硬化条件又可分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料两类。所谓气硬性胶凝材料，是指只能在空气中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃等。气硬性胶凝材料一般只适合用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化并保持或继续提高其强度的胶凝材料，如水泥。水硬性胶凝材料既适用于地上，也适用于地下或水中。
1.1 石灰
引入：石灰是建筑工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。由于其原料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉，具有其特定的工程性能，所以至今仍广泛应用于建筑工程中。1.1.1 石灰的生产
将主要成分为碳酸钙和碳酸镁的岩石经高温锻烧(加热至900℃以上)，逸出CO2气体，得到的白色或灰白色的块状材料即为生石灰，其主要化学成分为氧化钙和氧化镁。
CaCO3 CaO + CO2↑
碳酸钙在900℃时开始分解，但速度较慢。所以，煅烧温度宜控制在1000～1100℃左右。温度较低、煅烧时间不足、石灰岩原料尺寸过大、装料过多等因素，会产生欠火石灰。欠火石灰中CaCO3尚未完全分解,未分解的CaCO3，没有活性，从而降低了石灰的有效成分含量；温度过高或煅烧时间过长时，则会产生过火石灰。过火石灰如用于工程上，其细小颗粒会在已经硬化的浆体中吸收水分，发生水化反应而体积膨胀，引起局部鼓泡或脱落，影响工程质量。
在石灰的原料中，除主要成分碳酸钙外，常含有碳酸镁。
MgCO3 MgO + CO2↑
煅烧过程中碳酸镁分解出氧化镁，存在于石灰中。根据石灰中氧化镁含量多少,将石灰分为钙质石灰、镁质石灰。镁质石灰熟化较慢，但硬化后强度稍高。用于建筑工程中的多为钙质石灰。
7000C90011000C1.1.2 石灰的使用
1.熟化过程
块状生石灰在使用前都要加水消解，这一过程称为“消解”或“熟化”，也可称之为“淋灰”，经消解后的石灰称为“消石灰”或“熟石灰”，其化学反应式为
CaO + H2O→ Ca(OH)2 + 64.88J 生石灰在熟化过程有二个显著的特点：一是体积膨胀大（约1～2.5倍）；二是放热量大，放热速度快。
2.熟化方法
根据石灰熟化时加水量的不同，熟化方式分为两种：
（1）淋灰
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。
（2）陈伏：
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，这一过程称为石灰的“陈伏”。石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。1.1.3 石灰的硬化
石灰浆在空气中的硬化是物理变化过程——干燥结晶，和化学反应过程——碳化硬化两个同时进行的过程。
1.干燥结晶过程
石灰膏中的游离水分一部分蒸发掉，一部分被砌体吸收。氢氧化钙从过饱和溶液中结晶析出，晶相颗粒逐渐靠拢结合成固体，强度随之提高。
2.碳化硬化过程
氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应生成不溶于水的、强度和硬度较高的碳酸钙，析出的水分逐渐蒸发，其反应式为
Ca(OH)2 + CO2 + nH2O → CaCO3 +(n+1)H2O 这个反应实际是二氧化碳与水结合形成碳酸，再与氢氧化钙作用生成碳酸钙。如果没有水，这个反应就不能进行。碳化过程是由表及里，但表层生成的碳酸钙结晶阻碍了二氧化碳的深入，也影响了内部水分的蒸发，所以碳化过程长时间只限于表面。氢氧化钙的结晶作用则主要发生在内部。石灰硬化过程的二个主要特点是：一是硬化速度慢；二是体积收缩大。
从以上的石灰硬化过程可以看出，石灰的硬化只能在空气中进行，也只能在空气中才能继续发展提高其强度，所以石灰只能用于干燥环境的地面上建筑物、构筑物，而不能用于水中或潮湿环境中。
应用案例
某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。
学生分小组讨论。1.1.4 石灰的性能
石灰与其他胶凝材料相比具有以下特性： 1.保水性、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，因而保水性能好，且水膜层也大大降低了颗粒间的摩擦力。因此，用石灰膏制成的石灰砂浆具有良好的保水性和可塑性。在水泥砂浆中掺入石灰膏，可使砂浆的保水性和可塑性显著提高。
2.硬化慢、强度低
石灰浆体硬化过程的特点之一就是硬化速度慢。原因是空气中的二氧化碳浓度低，且碳化是由表及里，在表面形成较致密的壳，使外部的二氧化碳较难进入其内部，同时内部的水分也不易蒸发，所以硬化缓慢，硬化后的强度也不高，如1∶3石灰砂浆28天的抗压强度通常只有0.2～0.5MPa。
3.体积收缩大
体积收缩大是石灰在硬化过程中的另一特点，所以石灰除调成石灰乳液作薄层涂刷外，不宜单独使用，常掺入砂，纸筋等以减少收缩、限制裂缝的扩展。
4.耐水性差
石灰浆体在硬化过程中的较长时间内，主要成分仍是氢氧化钙（表层是碳酸钙），由于氢氧化钙易溶于水，所以石灰的耐水性较差。硬化中的石灰若长期受到水的作用，会导致强度降低，甚至会溃散。
5.吸湿性强
生石灰极易吸收空气中的水分熟化成熟石灰粉，所以生石灰长期存放应在密闭条件下，并应防潮、防水。1.1.5 石灰的应用
1.拌制灰浆、砂浆
如麻刀灰、纸筋灰,石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆等，用于砌筑工程、抹面工程。2.拌制灰土、三合土
利用石灰与粘性土可拌制成灰土；利用石灰、粘土与砂石或碎砖、炉渣等填料可拌制成三合土或碎砖三合土；利用石灰与粉煤灰、粘性土可拌制成粉煤灰石灰土；利用石灰与粉煤灰、砂、碎石可拌制成粉煤灰碎石土等等，大量应用于建筑物基础、地面、道路等的垫层，地基的换土处理等。为方便石灰与粘土等的拌合，宜用磨细的生石灰或消石灰粉，磨细的生石灰还可使灰土和三合土有较高的紧密度，较高的强度和耐水性。
3.建筑生石灰粉
将生石灰磨成细粉，即建筑生石灰粉。建筑生石灰粉加入适量的水拌成的石灰浆可以直接使用，主要是因为粉状石灰熟化速度较快，熟化放出的热促使硬化进一步加快。硬化后的强度要比石灰膏硬化后的强度高。4.制作碳化石灰板材
碳化石灰板是将磨细的生石灰掺30%～40%的短玻璃纤维或轻质骨料加水搅拌，振动成形，然后利用石灰窑的废气碳化12～24小时而成的一种轻质板材。它能锯、能钉，适宜用作非承重内隔墙板、天花板等。
5.生产硅酸盐制品
将磨细的生石灰或消石灰粉与天然砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质材料配合均匀，加水搅拌，再经陈伏(使生石灰充分熟化)、加压成形和压蒸处理可制成蒸压灰砂砖。1.1.6 石灰储运及保管
保管时应分类、分等级存放在干燥的仓库内，不宜长期存储。运输过程中要采取防水措施。由于生石灰遇水发生反应放出大量的热，所以生石灰不宜与易燃易爆物品共存、运，以免酿成火灾。
存放时，可制成石灰膏密封或在上面覆盖砂土等方式与空气隔绝，防止硬化。课堂练习
一、名词解释
1、气硬性胶凝材料；
2、过火石灰；
3、陈伏；
4、建筑石膏；
5、水玻璃模数。
二、是非判断题
1、气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中硬化（）。
2、生石灰熟化时，石灰浆流入储灰池中需要“陈伏”两周以上，其主要目的是为了制得和易性很好的石灰膏，以保证施工质量。
3、石灰可用来改善水泥砂浆的保水性。（）
4、石灰的技术性质之一是凝结硬化快，并且硬化时体积收缩大。（）
5、生石灰块加水，经熟化就得到消石灰粉。（）
