胶凝材料学-23章.ppt

第二节石灰的水化反应及其特点 一、石灰的水化反应过程及影响因素 （一）水化反应式： CaO + H2O = Ca(OH)2 + 64.9kJ （二）反应过程 吸水 形成中间产物CaO.2H2O 转化反应： CaO.2H2O = Ca(OH)2 + H2O 凝聚、硬化 第三节、石灰浆体结构的形成 一、石灰浆体凝聚结构的形成及其特性 （一）石灰浆体分散结构的形成 1、形成过程 （1）溶解分散 氢氧化钙的溶解度 （2）吸附分散 水分子和OH-沿着石灰粒子的微细裂缝向内深入，并吸附在裂缝的两壁形成吸附层，从而降低了石灰粒子内部的表面张力，在热运动作用下，将加速石灰粒子沿着这些裂缝分裂成更细的颗粒，即为吸附分散。 （3）化学分散 水分子或OH-直接与CaO反应形成Ca(OH)2晶体，即OH-通过和石灰粒子中的Ca2+ 、O2-重新排列形成Ca(OH)2晶体。CaO转变成Ca(OH)2时，固相体积增大，这种膨胀作用会使石灰粒子分散，这种分散称为化学分散。 3、石灰分散浆体的特点 分散作用后形成石灰胶体，胶体粒子之间水分子扩散层看作粒子之间的一个“楔子”，阻碍粒子靠近，这个阻力称之为“楔入力”。粒子越靠近，楔入力越大。 （二）凝聚结构的形成 1、形成条件：减弱“楔入力”。 胶体粒子内层CaO从扩散层中吸入结合最弱的水分子继续水化，形成新的胶体物质，不仅使粒子紧密，且使粒子之间的水夹层减小，即胶体扩散层压缩。 三、氧化镁-氧化硅-水体系 提高耐水性 产物为水化硅酸镁（1.5MgO·4SiO2·H2O） 第三节 镁质胶凝材料的应用 制品：刨花板、木屑板、纤维增强复合制品、多孔制品。 补充作业 1、MgO为什么不能用来拌和而应用含调和剂来拌和？ 2、解释改善镁质胶凝材料强度低的措施。 三、氧化钙活性与结构关系 石灰的“活性”即其与水反应的能力，主要由两个因素决定：内比表面积和晶格变形程度 氧化钙的三种结构及其活性 1、亚稳的氧化钙： 分解反应不彻底，仍保持着碳酸钙晶格，即Ca2+和O2- 均保持在原来的晶格位置上。其晶格变形程度很小，活性低。 2、稳定的氧化钙： 亚稳氧化钙再结晶而成，为面心立方晶体。其内比表面积最大，活性高。 3、烧结的氧化钙： 即死烧氧化钙。出现液相，内比表面积减小，活性降低。 （三）反应机理 磨细的生石灰与水拌和后，水分子吸附在石灰颗粒表面，并在其表面上立即水化反应生成氢氧化钙。 CaO + H2O = Ca(OH)2 + 64.9kJ 由于氢氧化钙能够溶解于水，所以立即进入溶液内并离解： Ca(OH)2 ? Ca2+ + 2OH- 由于石灰表层的最初水化产物进入到溶液中，石灰粒子新表层露出来继续和水反应，产物再溶解。以上过程一直进行到溶液变成饱和溶液为之。 （四）影响石灰水化能力的因素 1、煅烧条件：影响石灰的内比表面积和晶粒大小。避免过烧石灰。 2、水化温度：水化速度随温度提高而加快 3、外加剂 加速剂：如NaCl、CaCl2等氯盐与石灰作用生成比Ca(OH)2易溶的化合物，加速外加剂的消化，还有助于消除CaO颗粒周围的局部过饱和现象。 减速剂：如磷酸盐、草酸盐、碳酸盐等可以与Ca(OH)2生成难溶的化合物沉淀在CaO颗粒表面，阻碍CaO和水的相互作用 1、水化热高 石灰遇水会迅速放出大量热量，水化1h的放热量为1156J/g。 二、石灰的水化特点 激烈的放热使水变成水蒸气而沸腾，从而破坏了石灰的凝聚-结晶结构的形成，使石灰浆体变成松散毫无联系的石灰 2、需水量大。 石灰水化的理论需水量为32%，但实际反应时，由于大量放热使水蒸发，蒸发量为37%。因此要使CaO全部转变为Ca(OH)2 ，约需70%水，才可得到十分干燥、体积疏松的消石灰粉。 3、体积膨胀： 石灰水化过程中固相体积增大97.92%，但石灰-水系统的体积减少4.54%。 但实际上，石灰与水作用时，外观体积增大，体积膨胀率可达44%，膨胀压力可达14MPa。 石灰水化时体积显著膨胀的原因： （1）水化过程中物质的转移—水化动力学观点 石灰与水拌和后，立即发生两类物质转移：一是水分子或OH-进入石灰粒子内部，反应生成水化产物；二是水化产物向原来的充水空间转移。 如果水化速度与水化产物转移速度相适应，石灰-水系统的体积不会发生膨胀。 但由于石灰内比表面积大，水化速度快，常大于水化产物转移速度，这样石灰粒子周围的反应产物还没有转移，而里面的产物又大量生成，这些新的产物将冲破原来的反应层，使粒子产生跳跃，进而体积膨胀，甚至使石灰浆体散裂成粉末。 （2）孔隙体积增量—“量”的观点 CaO反应生成Ca(OH)2时固相体积增大；另外水化过程中，石灰粒子分散后比表面积增大，且在分散的石灰