淺談石灰爆裂原因及防治
雜志名稱：科學時代
刊登期號：2012年第10期
作者：高文輝
[摘 要]為采取有效措施預防施工現場發生石灰爆裂情況，通過對石灰煅燒和熟化過程中的物理化學反應進行分析，并結合現場實際情況，從而得出應從石灰陳伏時間、石灰細度方面進行控制的結論。該結論充分結合了現場的實際情況，具有可操作性，方法易于執行且方便控制監督，減少了石灰爆裂造成的影響。
[關鍵詞]石灰爆裂；原因；防治；效果
1. 選題背景
水岸星城B項目為海口市舊城改造安置房，屬國家重點監控的保障性住房范圍，總投資3.5億，建筑面積16萬m2。為海南省重點項目、民生工程。項目砌筑抹灰工程中所用砂漿為混合砂漿，石灰是混合砂漿中不可或缺的一種氣硬性無機膠凝材料，石灰的保水性、可塑性好，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。然而在項目前期砌筑抹灰工程中發現有墻體灰縫及抹灰面層起鼓開裂的現象。經項目技術人員現場勘查、分析，其原因為石灰爆裂而引起。針對此情況很有必要對其成因及預防方法進行研究，以避免后期工程中發生相同質量問題，從而做好民生工程，打造中建品牌！
2. 石灰爆裂形成的機理
生石灰中如果含有欠火石灰和過火石灰，欠火石灰降低石灰的利用率．過火石灰密度較大，表面常被雜質融化形成的玻璃釉狀物包裹，熟化很慢．當石灰已經硬化后，其中的過火顆粒才開始熟化，體積膨脹，引起隆起和開裂。石灰爆裂即指熟石灰中夾雜有過火石灰，由于過火石灰消化速度極慢，當石灰抹灰層中或石灰制品（比如加氣塊）含有這種顆粒時，這種顆粒不斷吸收空氣中的水分，逐步水化成消石灰Ca（OH）2。CaO水化形成Ca（OH）2的過程是一個體積膨脹的過程(體積膨脹1.5-2.0倍)。隨著CaO不斷水化成Ca（OH）2,磚體與抹灰層內CaO聚集物體積不斷增大，其承受CaO聚集物膨脹所產生的拉應力也越來越大，當該應力大于磚體或抹灰層的抗拉強度時，即會對磚體或抹灰層形成破壞。少量的CaO聚集物可形成磚體表面破壞，大量的CaO聚集物則造成磚體酥裂，也會致使墻面隆起、開裂，嚴重影響施工質量。可見石灰顆粒雖小但其破壞卻不容忽視。
為了解決這一問題，首先讓我們了解石灰爆裂形成的機理。我們先來了解CaCO3的分解機理，眾所周知CaCO3在焙燒過程中分解形成CaO和CO2并吸收了熱量，其反應式如下：
CaCO3+177.73KJ/克分子=CaO+ CO2↑
因為CaCO3在分解時，反應產生CO2氣體逸出，從而分解后的重量就減輕。一般每100份重量的CaCO3分解后可得到56份重量的CaO，失去44份重量的CO2。但實際上焙燒后形成的石灰石的體積比原來石灰石的縮小10-15﹪，這就使焙燒后形成的石灰具有多孔結構。
現在我們進一步來了解石灰水化的機理。從CaCO3分解中我們知道在燒結磚瓦中石灰都具有多微孔性，因此當與水作用時，能迅速水化生成氫氧化鈣，并放出大量的熱，其反應式為：
CaO+H2O=Ca（OH）2+64.79 KJ/克分子
上述反應式可逆的，在547℃時，反應會向左進行，即Ca（OH）2分解成CaO和H2O。眾所周知，石灰水化過程中，除了上述強烈的放熱外，還伴隨著體積的顯著增大。石灰水化過程中，體積為什么會顯著增大呢？研究認為，石灰水化時，CaO和H2O化合生成Ca（OH）2，固相體積增加了所以產生了體積膨脹，表1為石灰-水系統中體積的變化數據。
表1 石灰-水系統中體積的變化數據
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反應式 |
分子量 |
比重 |
系統絕對體積/ CM3 |
固相絕對體積/ CM3 |
絕對體積的變化/％ |
反應需水量 |
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反應前 |
反應后 |
反應前 |
反應前 |
系統 |
固相 |
||||
|
CaO+H2O= Ca（OH）2 |
56.08 |
3.34 |
34.81 |
33.23 |
16.79 |
33.23 |
-4.54 |
+97.92 |
0.321 |
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18.02 |
1.00 |
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74.10 |
2.23 |
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從表中所示體積的情況可以看出，當石灰與水進行化學反應時，其固相的絕對體積反應后比反應前增加了97.9％，但是就石灰-水系統來講，反應的總體積不僅沒有增加，反而減少了34.5％。由此可知，石灰和水進行化學反應時，產生了化學減縮。然而在實際上，石灰與水作用時，外觀體積確實增大，在沒有任何外力的情況下，膨脹率達到44％，而且大部分膨脹是發生在加水后30min內，石灰水化時，同時伴隨著巨大的壓力，有人曾測定過當水灰比為0.33時。如果要完全控制石灰水化的膨脹，則需要加上140kg/ cm3以上的外力。這種力稱之為“膨脹壓力”。正因為是這種壓力造成了燒結磚瓦出窯后的“石灰爆裂”。這種壓力的直接原因就是石灰水化時體積顯著增加。
從水化過程中物質轉移的觀點來分析，當石灰遇水后，立即發生兩類物質的轉移過程。一是水分子或氫氧根離子通過石灰顆粒的多微孔結構進入內部，并與之發生水化反應生成水化產物;二是水化產物向原來充水空間轉移。如果前者與后者相適應，即水化速度與水化產物速度相適應時，石灰-水化系統的體積就不會發生膨脹，但是由于石灰的結構特性，即多微孔、內比表面積大，水化速度快。這時，由于石灰顆粒周圍的反應產物還沒有轉移，而里面的反應產物又大量地產生了，這些新的反應產物將沖破原來的反應層，使粒子產生機械跳躍，因而產生膨脹壓力。
3. 石灰爆裂的防治
要完全消除石灰爆裂的影響，主要是預防。
首先是對進場材料應當嚴格把關，對于進場的熟石灰以及石灰制品必須要有產品合格證以及進場實驗報告，嚴禁采購非正規廠家生產、無產品合格證等的“便宜貨”，嚴格把好進場第一關。此外還應對進場的熟石灰以及石灰制品取樣進行復檢，在復檢合格的前提下才能批準使用。
其次為了保證石灰完全消解，以消除過火石灰的危害，如果施工單位現場自行淋灰，那么石灰在熟化后，必須在儲灰坑中陳伏一定的時間才使用。抹灰用的石灰膏的陳伏期不應少于15天；罩面用的磨細石灰粉的陳伏期不應少于3天。
再次，研究表明石灰顆粒尺寸越大，其中生石灰熟化時產生的集中應力越大。不難理解，控制細度能很大限度地減輕生石灰顆粒在抹灰層和專制品中的危害，實踐證明，當石灰顆粒小于1毫米時，“石灰爆裂”的危害程度降低80%以上，顆粒小于0.5毫米時，“石灰爆裂”的影響基本消失。所以施工中砌筑砂漿應采用機械攪拌，其攪拌時間也應該嚴格控制不得少于規范規定時間。
自投料完算起，攪拌時間應符合下列規定：
(1) 水泥砂漿和水泥混合砂漿不得小于2MIN；
(2) 水泥粉煤灰砂漿和摻用外加劑的砂漿不得少于3MIN；
(3) 摻用有機塑化劑的砂漿，應為3~5MIN。
采取充分攪拌的方式，使原料中的石灰細顆粒處于高分散狀態，避免生石灰顆粒聚集，防止水化所產生的集中應力，也大大降低了“石灰爆裂”產生的危害。所以在施工過程中要做好技術交底，并應當配有專職人員進行質量控制與監督。
4. 取得的效果
項目部根據以上結論采取相關措施，立即停止使用現場的石灰并取樣重新送檢。加強對進場材料的檢查、在施工過程中對砌筑抹灰過程進行了詳細的交底，并派專職質檢員對現場砂漿攪拌時間進行了監督控制。并對已產生的爆裂進行處理。通過上述行動后取得顯著的效果。水岸星城B項目9棟樓后期工程中沒有發現墻體起鼓和開裂的現象，也得到業主、設計、監理方的好評與獎勵。
5. 石灰爆裂的前景探索
應當指出，石灰爆裂的產生受到石灰的細度、加入水量、介質溫度及其他外來物料（如石膏）的影響，對這個問題研究還遠沒有完結，還需要通過進一步的實踐和科學研究來探討。
參考文獻 李飛,淺析燒結磚瓦中的石灰爆裂,《磚瓦世界》 ,2010年第6期36-36頁,11頁,共2頁分類號：TU522.1[工業技術> 建筑科學> 建筑材料> 非金屬材料> 磚、瓦及砌塊
