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11石灰

11.1概述

石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰岩为原料，在低于烧结温度下煅烧而成，是一种古老的建筑材料。

石灰只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，属于无机类气硬性胶凝材料。

由于石灰的原料来源广，生产工艺简单，使用方便，成本低廉，并具有良好的建筑性能，所以目前在我国城乡仍是一种常用的建筑材料。

11.1.1石灰的煅烧

石灰岩煅烧即成生石灰。

煅烧时，石灰岩中碳酸钙和少量碳酸镁分解，生成氧化钙、氧化镁和二氧化碳气体：

常用立窑烧制生石灰。

为了加速分解，煅烧温度一般控制在1000—1100℃。

原料纯净、煅烧正常的生石灰为块状，颜色呈洁白或带灰色，体积比原来的石灰岩略小，呈松散多孔结构，生石灰密度为3.1kg/m3，块状石灰堆积密度为800~1000kg/m3。

生石灰的主要成分是氧化钙，其次是氧化镁。

石灰岩在煅烧过程中，因温度不足或过高会形成欠火生石灰或过火生石灰。

在欠火生石灰中碳酸钙未能完全分解，故不能熟化，应作残渣排除。

过火生石灰则因温度过高，使粘土杂质和氧化钙形成熔融物，包裹在生石灰颗粒表面，使熟化十分缓慢；后期熟化的生石灰，会使制品爆裂，因而严重影响石灰的使用。

11.1.2生石灰的熟化

生石灰加水生成氢氧化钙的过程称为熟化或消解过程。

生石灰熟化反应如下：

CaO+H2O=Ca（OH）2+64.9kJ

生石灰熟化时放出热量，体积膨胀0.5~1.5倍。

熟化后的石灰称为熟石灰或消石灰。

生石灰熟化的理论需水量仅为32％。

但为了使生石灰充分熟化，实际加水量为70％—100％。

若加水过多，会使温度下降，熟化速度减慢，从而延长熟化时间。

石灰必须在充分熟化后方能使用，否则未熟化颗粒在使用后继续熟化，因熟化时体积膨胀，会使平整的表面凸起、开裂或局部脱落，甚至全面破坏。

11.1.3石灰的硬化

石灰的硬化过程包括两个同时进行的过程：

1）结晶作用

石灰膏或浆体在干燥过程中，水分蒸发或被砌体所吸收中逐渐析出，形成结晶。

氢氧化钙从过饱和溶液中逐渐析出，形成结晶。

2）碳化作用

氢氧化钙吸收空气中的二氧化碳，生成不溶解于水的碳酸钙结晶，并放出水分：

Ca（OH）2+CO2+nH2O=CaCO3+（n+1）H2O

空气中二氧化碳的含量很低，石灰浆的碳化作用发生在与空气接触的表面，当其表面碳化生成碳酸钙薄层后，阻止二氧化碳继续透人，也影响内部水分蒸发，所以石灰的碳化过程是十分缓慢的。

石灰浆在硬化过程中，由于大量水分蒸发，产生较大的收缩，会出现干裂，所以纯石灰膏不能单独使用。

一般需掺加填充或增强材料，如砂、纸筋、麻刀等，以减小收缩，节省建筑石灰用量，同时也能加速内部水分的蒸发和二氧化碳的透入，有利于石灰的硬化。

生石灰的传统用法有一系列缺点，如熟化时间长，有时熟化不完全，硬化速度慢，硬化后强度低等。

若将生石灰磨细制成生石灰粉，可不通过“消解”，而直接加水使用。

生石灰粉的熟化和硬化过程几乎同时进行，具有硬化快，强度大，石灰利用率高等优点。

11.1.4石灰的分类与等级

1）根据加工方法，可分为：

（1）块状生石灰：

石灰石经煅烧后所得的白色或灰色石灰块体。

（2）磨细生石灰：

由块状生石灰经球磨而成一定细度的石灰粉。

2）按化学成分，可分为：

钙质石灰和镁质石灰两种，其分类界限见表11.1.4。

表11.1.4钙质、镁质石灰分类界限

品种

氧化镁含量（%）

钙质石灰

镁质石灰

生石灰、生石灰粉

≤5

＞5

消石灰粉

＜4

≥4

3）按消化速度可分为：

（1）快速石灰：

消化速度在10min内；

（2）中速石灰：

消化速度在10~30min之间；

（3）慢速石灰：

消化速度在30min以上。

4、按质量等级分：

（1）建筑石灰是指建筑工程中用的石灰，其中包括建筑生石灰、生石灰粉和消石灰等，又简称石灰。

按等级分为优等品，一等品和合格品。

（2）公路路面基层用石灰分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等。

11.1.5石灰的应用

石灰在工程中的应用范围很广，常作为以下几种用途。

1）砂浆和石灰乳

石灰具有良好的可塑性和粘结性，常用于配制石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆等于砌筑和抹灰工程。

在石灰中掺加大量水，可配制成石灰乳，用于粉刷墙面。

若在石灰乳中掺加各种色彩的耐碱颜料，即成彩色的粉刷罩面，获得良好的装饰效果。

2）灰土和三合土

由石灰、粘土，或石灰、粘土、砂、石渣，按一定比例，可配制成灰土或三合土。

灰土或三合土应用历史悠久，造价低廉，操作简单，可就地取材，其耐水性和强度均优于纯石灰膏。

灰土和三合土广泛用于建筑物的地基基础和各种垫层。

在铁路工程中，石灰用于路基改良土的施工。

在公路工程中，石灰用作半刚性材料的结合料，用于做路面基层或底基层石灰稳定土、石灰稳定工业废渣、石灰粉煤灰稳定土、石灰稳定碎石、石灰-水泥综合稳定土等，利用石灰的特性将被稳定材料胶结成一个整体，并逐渐形成具有一定强度的半刚性材料。

3）加固软土地基

在软湿土地基打人生石灰桩，可利用生石灰吸水产生膨胀对桩周土壤起挤密作用；利用生石灰和粘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。

4）硅酸盐建筑制品

石灰是生产灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、粉煤灰砌块或板材等硅酸盐建筑制品的主要原料。

石灰也是生产石灰矿渣水泥、石灰火山灰质水泥等无熟料水泥的主要原料。

5）碳化石灰板

在磨细生石灰中掺加玻璃纤维、植物纤维、轻质或石灰岩骨料，加水进行强制搅拌，振动成型后，用人工碳化的方法（利用石灰窑废气），使氢氧化钙碳化成碳酸钙，即为碳化石灰板。

为了提高碳化效果，减轻制品表观密度并改善绝热、吸声等性能，可制成轻质多孔碳化石灰板，用作建筑物的隔墙、顶棚、吸声板等。

11.1.6石灰的贮运

生石灰在空气中存放过久，会吸收空气中的水分转化成碳酸钙。

研究表明，如果石灰堆放在野外无覆盖时，遭受风吹雨淋和日晒，其有效钙和氧化镁的含量降低很快，放置3个月可从原来的80％以上降到约40％左右，放置半年可降到仅30％左右。

碳化后的生石灰粘结性下降，所以，石灰在贮存、运输中应注意以下事项；

1）磨细生石灰粉应贮存于干燥的仓库内，不宜长期存贮。

运输时要采取严格防水措施。

2）袋装消石灰粉应按类别、等级分别贮存，贮存期不宜过长。

3）如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆、石灰膏并使表面隔绝空气，以防碳化。

野外存放时，石灰应堆放成高堆并用篷布和土覆盖，然后，边使用边揭盖。

4）石灰能侵蚀呼吸器官及皮肤，在进行施工及装卸石灰时，应披戴必要的防护用品。

11.2技术要求

11.2.1建筑石灰

建筑石灰质量技术要求见表11.2.1。

表11.2.1建筑石灰质量技术要求

品

种

项目

钙质

镁质

白云石消石灰

优等品

一等品

合格品

优等品

一等品

合格品

优等品

一等品

合格品

生

石

灰

CaO+MgO含量（％）不小于

未消化残渣含量

（5mm圆孔筛余）（％）

不大于

CO2（％）

产浆量（L/kg）不小于

2.8

2.3

2.0

2.8

2.3

2.0

生

石

灰

粉

CaO+MgO含量（％）不小于

CO2含量（％）

不大于

细

度

0.9mm筛筛余（％）

0.2

0.5

1.5

0.2

0.5

1.5

0.125mm筛筛余（％）

7.0

12.0

18.0

7.0

12.0

18.0

消

石

灰

粉

CaO+MgO含量（％）不小于

游离水（％）

0.4~2

体积安定性

合格

细

度

0.9mm筛筛余（％）

不大于

0.5

0.125mm筛筛余（％）

MgO含量（％）

＜4

≥4~＜24

≥24~＜30

11.2.2铁路路基工程改良土用石灰质量验收要求

外掺石灰的品种、规格、质量应符合设计要求。

检验数量：

施工单位对同一产地、厂家、品种且连续进场的石灰每4000t做一次有效氧化钙+氧化镁含量检验；监理单位在掺用量每10000t时平行检验1组，且每分部工程不少于1组。

检验方法：

应符合《铁路工程土工试验规程》（TB10102）的有关规定。

11.2.3公路路面基层施工用石灰技术指标

石灰技术指标应符合表11.2.3的规定。

对于高速公路和一级公路，宜采用磨细生石灰粉。

使用等外石灰、贝壳石灰、珊瑚石灰等，应进行试验，如混合料的强度符合规范要求，即可使用。

表11.2.3公路路面基层施工用石灰技术指标

类别

指标

项目

钙质生石灰

镁质生石灰

钙质消石灰

镁质消石灰

等级

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

有效钙加氧化镁含量

（％）

≥

未消化残渣含量（5mm圆孔筛的筛余，％）

≤

含水量（％）

≤

细

度

0.71mm方孔筛的筛余

（％）

≤

0.125nun方孔筛的累计

筛余（％）

≤

钙镁石灰的分类界限，

氧化镁含量（％）

≤5

＞5

≤4

＞4

注：

硅、铝、镁氧化物含量之和大于5％的生石灰，有效钙加氧化镁含量指标，I等≥75％，Ⅱ等≥70％，Ⅲ等≥60％；未消化残渣含量指标与镁质生石灰指标相同。

11.3试验方法

11.3.1取样

1）生石灰

在每批量石灰的不同部位随机选取12个取样点，并应在表层100mm下或底层100mm上取样。

每个点的取样量不少于2000g。

取样点内如有最大尺寸大于土50mm的大块，应将其砸碎，取能代表大块质量的部分碎块，经破碎，并通过20mm的圆孔筛后，立即装入密闭、防潮的容器中。

2）生石灰粉或消石灰粉

从每批袋装或散装不同部位随机抽取10袋或10个取样点，每袋（份）取样量不少于500g，取得的份样应立即装入密闭、防潮的容器中。

3）取样总量

生石灰取样总量不少于24kg，生石灰粉或消石灰粉取样总量不少于5kg。

11.3.2生石灰粉或消石灰粉细度

1）仪器设备

（1）试验筛：

符合GB6003规定，R20主系列0.900mm、0.125mm的一套

（2）羊毛刷：

4号；

（3）天平：

称量为100g，分度值0.1g。

2）试验步骤

称取试样50g，倒入0.900mm、0.125mm方孔套筛内进行筛分。

筛分时一只手握住试验筛，并用手轻轻敲打，在有规律的间隔中，水平旋转试验筛，并在固定的基座上轻敲试验筛，用羊毛刷轻轻地从筛上面刷，直至2min内通过量小于0.1g时为止。

分别称量筛余物质量m1、m2。

3）结果计算

筛余百分含量（X1）、（X2）按下式计算：

式中X1——0.900mm方孔筛筛余百分含量，％；

X2——0.125mm方孔筛、0.900mm方孔筛，两筛上的总筛余百分含量，％；

m1——0.900mm方孔筛筛余物质量，g；

m2——0.125mm方孔筛筛余物质量，g；

m——样品质量，g。

计算结果保留小数点后两位。

11.3.3生石灰产浆量，未消化残渣含量

1）仪器设备

（1）圆孔筛：

孔径5mm，20mm；

（2）生石灰浆渣测定仪；

（3）玻璃量筒：

500ml；

（4）天平：

称量1000g，分度值1g；

（5）搪瓷盘：

200mm×300mm；

（6）钢板尺：

300mm；

（7）烘箱：

最高温度200℃；

（8）保温套。

2）试样制备

将4kg试样破碎全部通过20mm圆孔筛，其中小于5mm以下粒度的试样量不大于30％，混均，备用，生石灰扮样混均即可。

3）试验步骤

称取已制备好的生石灰试样1kg倒入装有1500mL（20±5℃）清水的筛筒（筛筒置于外筒内）。

盖上盖，静置消化20min，用圆木棒连续搅动2min，继续静置消化40min，再搅动2min。

提起筛筒用清水冲洗筛筒内残渣，至水流不浑浊（冲洗用清水仍倒入筛筒内，水总体积控制在3000mL），将渣移入搪瓷盘（或蒸发皿）内，在100—105℃烘箱中，烘干至恒重，冷却至室温后用5mm圆孔筛筛分，称量筛余物，计算未消化残渣含量。

浆体静置24h后，用钢板尺量出浆体高度（外筒内总高度减去筒口至浆面的高度）。

4）结果计算

（1）产浆量（X3），按下式计算：

式中X3——产浆量，L／kg；

π——取3.14；

H——浆体高度，mm；

R浆筒半径，mm。

（2）未消化残渣百分含量按下式计算：

式中X4——未消化残渣含量，％；

m3——未消化残渣质量，g；

m——样品质量，kg。

以上计算结果保留小数点后两位。

11.3.4消石灰粉体积安定性

1）仪器设备

（1）天平：

称量200g，分度值0.2g；

（2）量筒：

250mL；

（3）牛角勺；

（4）蒸发皿：

300mL；

（5）石棉网板：

外径125mm，石棉含量72％；

（6）烘箱：

最高温度200℃。

2）试验用水，必须是20±2℃清洁白来水。

3）试验步骤

称取试样100g，倒入300mL蒸发皿内，加入20±2℃清洁淡水约120mL左右，在3min内拌合成稠浆。

一次性浇注于两块石棉网板上，其饼块直径50~70mm，中心高8~10mm，成饼后在室温下放置5min后，将饼块移至另两块干燥的石棉网板上，然后放人烘箱中加热到100~105℃烘干4h取出。

4）结果评定

烘干后饼块用肉眼检查无溃散、裂纹、鼓包称为体积安定性合格；若出现三种现象中之一者，表示体积安定性不合格。

11.3.5消石灰粉游离水

1）仪器设备

（1）天平：

称量200g，分度值0.2g；

（2）烘箱：

最高温度200℃.

2）试验步骤

称取试样100g，移入搪瓷盘内，在100~105℃烘箱中，烘干至恒重，冷却至室温后称量，计算游离水。

3）结果计算

消石灰粉游离水百分含量（X5）按下式计算：

式中X5——消石灰粉游离水，％；

m1——烘干后样品质量，g；

m——样品质量，g。

11.3.6改良土中石灰剂量的测定（EDTA滴定法）

1）仪器设备

（1）标准筛：

孔径2mm，2.5mm。

（2）搪瓷杯：

容积约1.2L（10个）。

（3）搅拌棍：

不锈钢或粗玻棒（10根）。

（4）量筒：

容量100mL、50mL、5mL。

（5）天平：

称量200g，分度值1mg；称量500g，分度值0.5g；称量100g，分度值0.1g。

（6）容量瓶：

1000mL（1个）。

（7）烧杯：

约2L（或1L）；300mL（10个）。

（8）锥形瓶：

容量约250mL（10个）。

（9）移液管：

容量10mL（10支）。

（10）滴定管：

酸式50mL，分度值0.1mL。

（11）滴定台及滴定管夹。

（12）其他设备：

秒表、表面皿、玛瑙研钵、pH试纸（pH值12~14）、洗瓶、吸水球、乳胶管、毛刷、去污粉、特种铅笔、厘米纸、角（或塑料）勺、塑料桶、试剂瓶。

2）试剂配制应符合下列规定：

（1）0.1mol/L，c（EDTA）标准溶液：

准确称取乙二胺四乙酸二钠（C10H14N2O8Na22H2O）37.226g于1L容量瓶中，用微热的无CO2纯水溶解，待冷至室温后，继续稀释至刻度。

（2）10％NH4Cl溶液：

将500g，分析纯NH4Cl放人10L洁净的聚乙烯桶中，加水4500mL，充分振荡使完全溶解。

此溶液应当天配制，当天用完。

（3）1.8％NaOH（含三乙醇胺）溶液：

用100g天平称取NaOH，18g，放人洁净干燥的1000mL烧杯中，加水1000mL，待完全溶解并冷至室温后，加入2mL三乙醇胺，搅拌均匀后贮于聚乙烯瓶中。

（4）钙指示剂：

称取钙指示剂（C21H13O7N2SNa）0.2g与预先在105℃烘干1h的（K2SO4）20g，一起放人玛瑙研钵中混合均匀研成粉末，贮于棕色瓶中以防止吸潮。

3）标准曲线绘制应按下列步骤进行：

（1）从现场采取具代表性的石灰、土或集料。

风干后，分别过孔径2mm或2.5mm筛，然后分别测定其风干含水率，水泥的含水率为零。

（2）当风干混合料的质量为300g时，由以下公式计算混合料的组成，单位为g。

干混合试料的质量=300g／（1+0.01wg,opt）

干土的质量=干混合料质量／（1+0.01C）

干石灰（或水泥）质量=干混合料质量-干土质量

风干土质量=干土质量×（1+0.01w0）

风干石灰的质量=干石灰质量×（1+0.01wc）

应加水的质量=300g-风干土质量-风干石灰质量

式中wg,opt——混合料最优含水率（％）；

C——石灰或水泥剂量（％）；

w0——风干土含水率（％）；

wc——风干石灰含水率（％）。

（3）按上述计算混合料组成的方法，配制5种水泥或石灰改良土混合料试样，其中水泥或石灰的剂量分别为0％、2％、4％、6％、8％，每种试样均取两份作平行测定，每份风干混合料为300g。

1试样1，准备水泥或石灰剂量为0％的风干混合料试样两份，每份300g，分别放人2个搪瓷杯中，然后根据混合料的含水率应等于现场预期达到的最优含水率的要求，按上述计算应加水的质量，土中所加的水应与现场所用的水相同。

2试样2，准备水泥或石灰剂量为2％的风干混合料试样两份，每份300g，分别放在两个搪瓷杯中，然后根据混合料的含水率应等于现场预期达到的最优含水率的要求，按上述计算应加水的质量，所加的水应与现场所用的水相同。

3试样3、4、5，各准备水泥或石灰剂量分别为4％、6％、8％的风干混合料试样各两份，每份300g分别放入6个搪瓷杯中，其他条件均与试样2相同。

（4）取一个盛有水泥土或石灰土混合料的搪瓷杯，从中加人10％NH4Cl溶液600mL，用搅拌棒以110~120次／min的速度，搅拌3min。

放置4min，若不澄清应继续放置，直至出现澄清悬液为止，记录所需时间。

以后所有该种水泥土或石灰土混合料的试验均应控制同一时间。

然后将上部清液移至300ml烧杯中，盖上表面皿待测。

以上操作当混合料是细粒土时，计算每份风干混合料的质量，可由300g减为100g，加入10％NH4Cl的溶液，由600mL减为200mI。

另外绘制水泥或石灰剂量为0％~8％标准曲线，现场实际所需水泥或石灰剂量应处于标准曲线范围内，否则应重新绘制适合现场的标准曲线。

（5）用移液管吸取上部清液10mL，放人约250mL锥形瓶中，加1.8％NaOH（含三乙醇胺）溶液50mL，此时溶液可用pH试纸检验，pH值为12.5~13.0然后加人钙指示剂少许，摇匀，用EDTA标准溶液滴定至由玫瑰红色转变为天蓝色为终点，记下EDTA标准溶液用量，准确至0.1mL。

（6）其他各搪瓷杯中的试样均按本条第4~5款用同样方法进行试验，并记录各自的EDTA标准溶液的用量。

（7）以同一水泥剂量或石灰剂量混合料消耗EDTA标准溶液的平均值为纵坐标，水泥剂量或石灰剂量（％）为横坐标，绘制标准曲线，见图11.3.6。

图11.3.6标准曲线

4）试验操作应按下列步骤进行

（1）称取水泥或石灰混合料300g，放于搪瓷杯中，用搅拌棒将结块搅散后，加入10％NH4Cl溶液600mL，以下步骤按本试验第3条第（4）、（5）款操作，以测得EDTA标准溶液用量。

（2）利用图11-1标准曲线，由测得EDTA标准溶液用量（mL），可以确定其相对应的混合料中水泥或石灰剂量（％）。

11.4标准规范

1）JC/T619-1996《石灰术语》

2）JC/T478-1992《建筑石灰试验方法》

3）JC/T479-1992《建筑生石灰》

4）JC/T480-1992《建筑生石灰粉》

5、JC/T481-1992《建筑消石灰粉》

6）JC/T620-1996《石灰取样方法》

7）TB10414-2003《铁路路基工程施工质量验收标准》

8）TB10102-2004《铁路工程土工试验规程》

9）JTJ057-1994《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》

10）JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》

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