水泥主要成分为石灰石，能否可以用凝灰岩来代替石灰石？

2025-03-11 13:04:26

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回答1：

石灰和水泥
　 [重点内容和学习要求]
　　本章阐述石灰的消化、硬化过程和质量检验测定指标，重点讲述硅酸盐水泥的熟料矿物组成和技术性质，同时也简要介绍掺混合材料的硅酸盐水泥和其它品种水泥。
通过学习，要求学生必须了解石灰消化、硬化过程，质量检验测定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性和技术性质的检验测定方法，以及其它水泥的特性和应用。
工程上用来将松散材料（如砂或石子）胶结为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶结材料按其化学成分不同分为有机胶凝材料（如各种沥青和树脂）和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料按其硬化条件不同又分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或继续提高强度（如石灰、石膏和水玻璃）。水硬性胶凝材料则不仅能在空气硬化，而且能更好地在水中硬化，且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高强度，各种水泥都属于水硬性胶凝材料。
2.1 石灰
石灰是由以碳酸钙为主要成分的石灰石煅烧而得的一种胶凝材料。主要成分为氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。
根据成品加工方法的不同，石灰可分为以下几种。
①块状生石灰：由原料锻烧而成的原产品，主要成分为CaO；
②生石灰粉：由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分亦为CaO；
③消石灰：将生石灰用适量的水消化而得的粉末，亦称熟石灰，其主要成分为Ca(OH)2；
④石灰浆：将生石灰加多量的水(约为石灰体积的3～4倍)消化而得可塑性浆体，称为石灰膏，主要成分为Ca(OH)2和H2O，如果水分加得更多，则呈白色悬浮液，称为石灰乳。
2.1.1 石灰的生产工艺概述
用于煅烧石灰的原料，主要以富含氧化钙的岩石(如石灰石、白云石、白垩等)为主，亦可应用含有氧化钙和部分氧化镁的岩石。
石灰石在煅烧过程中，碳酸钙的分解需要吸收热量，通常需加热至900℃以上，其化学反应可表示如下：
(2-1)
碳酸钙在分解时，每100份质量的CaC03，失去44份质量的CO2，而得到56份质量的CaO。但煅烧后得到的生石灰(CaO)体积，仅比原来石灰石(CaC03)的体积减少10％～15％，所以石灰是一种多孔结构材料。
优质的石灰，色质洁白或带灰色，质量较轻，块状石灰堆积密度为800～1000kg／m3。石灰在烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不匀等原因，使得石灰中含有未烧透的内核，这种石灰即称为“欠火石灰”。欠火石灰的未消化残渣含量高，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时缺乏粘结力。另一种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，块体密度大，消化缓慢，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰用于建筑结构物中仍能继续消化，以致引起体积膨胀，导致产生裂缝等破坏现象，故危害极大。
2.1.2石灰的消化和硬化
1．石灰的消化　生石灰在使用前一般都要加水消解，这一过程称为“消化”或“熟化”，消化后的石灰称为“熟石灰”。其化学方程为：
(2-2)
石灰加水后，放出大量的热，体积膨胀，质纯且煅烧良好的石灰体积增大1～2.5倍。
块状生石灰，加水后产生热量达到最高温度时，所需要的时间称为水消化速度。根据消化速度的快慢，石灰有快熟、中熟、慢熟三种。快熟石灰10min就完成消化过程，中熟石灰10min～30min，慢熟石灰则需30min以上的时间才能完成消化。生石灰熟化时，应控制加水速度。对于快熟石灰，熟化快，放热量大，加水量应大，加水速度应较快，并用搅拌帮助散热，以防温度过高；对慢熟石灰，则加水量应少而慢，保持较高温度，促使熟化较快完成。生石灰消化的理论加水量为石灰质量的32.13%，但由于消化过程中水分的损失，实际加水量通常为理论加水量的2～3倍。
石灰中含有过火石灰时，因过火石灰消化慢，在正常石灰已经硬化后，过火石灰颗粒才逐渐消化，体积膨胀，从而引起结构物隆起和开裂。为了消除“过火石灰”的危害，石灰消化后要“陈伏”两星期，然后才能使用。陈伏期间，石灰浆表面应有一层水分，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酸硬化两部分。
(1)石灰浆的干燥硬化：石灰浆体干燥过程中，由于水分蒸发形成网状孔隙，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，使石灰粒子更加密实，而获得“附加强度”。
此外，由于水分的蒸发，引起Ca(OH)2溶液过饱和而结晶析出，并产生“结晶强度”。但从溶液中析出Ca(OH)2数量极少,因此强度增长不显著。其反应为:
(2-3)
(2)硬化石灰浆的碳化：石灰浆体经碳化后获得的最终强度，称为“碳化强度”。石灰碳化作用只有在有水条件下才能进行，其化学反应式为：
（2-4）
纯的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。
2.1.3石灰的技术性质、技术要求和技术标准
1．石灰的技术性质石灰与其他胶凝材料比较有如下特点：
(1)可塑性好。生石灰熟化为石灰浆时，能形成颗粒极细的呈胶体分散状态的氢氧化钙粒子，表面吸附一层厚的水膜，使其可塑性明显改善。利用这一性质，在水泥砂浆中掺入一定量的石灰膏，可使砂浆的可塑性显著提高。
(2)硬化慢、强度低。石灰的硬化很慢，硬化后强度很低。如1:3的石灰砂浆，28天的抗压强度仅为0.2～0.5MPa 。
(3)耐水性差。若石灰浆体尚未硬化，就处于潮湿坏境中，由于石灰浆中的水分不能蒸发，则其硬化停止；若已硬化的石灰，长期受潮或受水浸泡，则由于 Ca(OH)2易溶于水，甚至会使已硬化的石灰溃散。因此，石灰不宜用于潮湿环境及易受水浸泡的部位。
(4)干燥收缩大。石灰浆体硬化过程要蒸发大量水分而引起显著收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。
2．石灰的技术要求　用于道路或桥梁工程的石灰，应符合下列技术要求。
(1)有效氧化钙和氧化镁[(CaO)ed +MgO]含量。石灰中产生粘结性的有效成分是活性氧化钙和氧化镁，它们的含量是评价石灰质量的主要指标。其含量愈多,活性愈高,质量也愈好。有效氧化钙和氧化镁含量测定的方法，按我国现行行业标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057—94)规定。有效氧化钙用中和滴定法测定，氧化镁含量用络合滴定法测定。具体方法参见第2篇第2章试验2-1。
(2)生石灰产浆量和未消化残渣含量。产浆量是单位质量（1kg ）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。未消化残渣含量是生石灰消化后，未能消化而存留在5mm圆孔筛上的残渣占试样质量的百分率。其含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
(3)二氧化碳含量。按制生石灰或生石灰粉中CO2含量指标，是为了检验石灰石在煅烧时“欠火”造成产品中未分解完成的碳酸盐的含量。CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐含量越高，则（CaO +MgO）含量相对降低，导致石灰的胶结性能下降。
(4)消石灰游离水含量。游离水含量，指化学结合水以外的含水量。生石灰在消化过程中加入的水是理论需水量的2～3倍，除部分水被石灰消化过程中放出的热蒸发掉外，多加的水分残留于氢氧化钙（除结合水外）中，残余水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，以致影响石灰的使用质量，因此对消石灰粉的游离水含量需加以限制。
(5)细度。细度与石灰的质量有密切联系，现行标准以0.71mm和0.125mm筛余百分率控制。0.125mm筛余量包括：消化过程中未消化的“过烧”石灰颗粒；含有大量钙盐的石灰颗粒；“欠火”石粒或未燃尽的煤渣等。过量的筛余物影响石灰的粘结性。
试验方法是，称取试样50g，倒入0.71 mm、0.125mm套筛内进行筛余，分别称量筛余物，按原试样计算其筛余百分率。
3．石灰的技术标准　按照《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000)规定，按石灰中氧化镁含量划分为钙质石灰和镁质石灰两类，其技术指标见表2-1的规定。
表2-1 石灰技术指标钙质生石灰
镁质生石灰
钙质消石灰
镁质消石灰

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