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石灰 BET法測(cè)試比表面積

國(guó)儀精測(cè) 2008-05-18 | 閱讀：8857

石灰

1.簡(jiǎn)介

　　一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料。石灰是用石灰石,、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料,，經(jīng)900～1100℃煅燒而成。石灰是人類(lèi)最早應(yīng)用的膠凝材料,。公元前8世紀(jì)古希臘人已用于建筑,，中國(guó)也在公元前7世紀(jì)開(kāi)始使用石灰。至今石灰仍然是用途廣泛的建筑材料,。石灰有生石灰和熟石灰（即消石灰）,，按其氧化鎂含量（以 5％為限）又可分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰。由于其原料分布廣,，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,，成本低廉，在土木工程中應(yīng)用廣泛,。

2.生產(chǎn)工藝

　　原始的石灰生產(chǎn)工藝是將石灰石與燃料（木材）分層鋪放,，引火煅燒一周即得。現(xiàn)代則采用機(jī)械化,、半機(jī)械化立窯以及回轉(zhuǎn)窯,、沸騰爐等設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。煅燒時(shí)間也相應(yīng)地縮短,，用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)石灰僅需2～4小時(shí),，比用立窯生產(chǎn)可提高生產(chǎn)效率5倍以上。近年來(lái),，又出現(xiàn)了橫流式,、雙斜坡式及燒油環(huán)行立窯和帶預(yù)熱器的短回轉(zhuǎn)窯等節(jié)能效果顯著的工藝和設(shè)備，燃料也擴(kuò)大為煤,、焦炭,、重油或液化氣等。

3.原料及生產(chǎn)

　　凡是以碳酸鈣為主要成分的天然巖石,，如石灰?guī)r,、白堊、白云質(zhì)石灰?guī)r等,，都可用來(lái)生產(chǎn)石灰,。

　　將主要成分為碳酸鈣的天然巖石，在適當(dāng)溫度下煅燒,，排除分解出的二氧化碳后,，所得的以氧化鈣(CaO)為主要成分的產(chǎn)品即為石灰,，又稱(chēng)生石灰。

　　在實(shí)際生產(chǎn)中,，為加快分解,，煅燒溫度常提高到1000～1100℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅燒時(shí)窯中溫度分布不勻等原因,，石灰中常含有欠火石灰和過(guò)火石灰,。欠火石灰中的碳酸鈣未完全分解，使用時(shí)缺乏粘結(jié)力,。過(guò)火石灰結(jié)構(gòu)密實(shí),，表面常包覆一層熔融物，熟化很慢,。由于生產(chǎn)原料中常含有碳酸鎂(MgCO3)，因此生石灰中還含有次要成分氧化鎂(MgO),，根據(jù)氧化鎂含量的多少,，生石灰分為鈣質(zhì)石灰(MgO≤5％)和鎂質(zhì)石灰(MgO>5％)。

　　生石灰呈白色或灰色塊狀,，為便于使用,，塊狀生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏,。生石灰粉是由塊狀生石灰磨細(xì)而得到的細(xì)粉,，其主要成分是CaO；消石灰粉是塊狀生石灰用適量水熟化而得到的粉末,，又稱(chēng)熟石灰,，其主要成分是Ca(OH)2；石灰膏是塊狀生石灰用較多的水(約為生石灰體積的3—4倍)熟化而得到的膏狀物．也稱(chēng)石灰漿,。其主要成分也是Ca(OH)2,。

4.熟化與硬化

　　生石灰(CaO)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣的過(guò)程，稱(chēng)為石灰的熟化或消化,。反應(yīng)生成的產(chǎn)物氫氧化鈣稱(chēng)為熟石灰或消石灰,。

　　石灰熟化時(shí)放出大量的熱，體積增大1—2．0倍,。煅燒良好,、氧化鈣含量高的石灰熟化較快，放熱量和體積增大也較多,。工地上熟化石灰常用兩種方法：消石灰漿法和消石灰粉法,。

　　根據(jù)加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏,。石灰熟化的理論需水量為石灰重量的32％,。在生石灰中,，均勻加入60％～80％的水，可得到顆粒細(xì)小,、分散均勻的消石灰粉,。若用過(guò)量的水熟化，將得到具有一定稠度的石灰膏,。石灰中一般都含有過(guò)火石灰,，過(guò)火石灰熟化慢，若在石灰漿體硬化后再發(fā)生熟化,，會(huì)因熟化產(chǎn)生的膨脹而引起隆起和開(kāi)裂,。為了消除過(guò)火石灰的這種危害，石灰在熟化后,，還應(yīng)“陳伏”2周左右,。

　　石灰漿體的硬化包括干燥結(jié)晶和碳化兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。石灰漿體因水分蒸發(fā)或被吸收而干燥,，在漿體內(nèi)的孔隙網(wǎng)中,，產(chǎn)生毛細(xì)管壓力。使石灰顆粒更加緊密而獲得強(qiáng)度,。這種強(qiáng)度類(lèi)似于粘土失水而獲得的強(qiáng)度,，其值不大，遇水會(huì)喪失,。同時(shí),，由于干燥失水。引起漿體中氫氧化鈣溶液過(guò)飽和,，結(jié)晶出氫氧化鈣晶體,，產(chǎn)生強(qiáng)度；但析出的晶體數(shù)量少,，強(qiáng)度增長(zhǎng)也不大,。在大氣環(huán)境中，氫氧化鈣在潮濕狀態(tài)下會(huì)與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣,，并釋放出水分,，即發(fā)生碳化。

　　碳化所生成的碳酸鈣晶體相互交叉連生或與氫氧化鈣共生,，形成緊密交織的結(jié)晶網(wǎng),，使硬化石灰漿體的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。但是,，由于空氣中的二氧化碳含量很低,，表面形成的碳酸鈣層結(jié)構(gòu)較致密，會(huì)阻礙二氧化碳的進(jìn)一步滲入,，因此,，碳化過(guò)程是十分緩慢的,。

5.性能及應(yīng)用

　　5.1技術(shù)性質(zhì)

　　生石灰熟化后形成的石灰漿中，石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結(jié)構(gòu),，顆粒極細(xì)(粒徑約為1μm),，比表面積很大(達(dá)10～30 m2/g)( 使用北京金埃譜科技生產(chǎn)的全自動(dòng)F-Sorb 2400比表面積儀BET方法測(cè)試，其表面吸附一層較厚的水膜,，可吸附大量的水,，因而有較強(qiáng)保持水分的能力，即保水性好,。將它摻入水泥砂漿中,，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性,。石灰粒子比表面積研究是非常重要的,，石灰粒子的比表面積檢測(cè)數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果才是真實(shí)可靠的，國(guó)內(nèi)有很多儀器只能做直接對(duì)比法的檢測(cè),，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被淘汰了,。目前國(guó)內(nèi)外比表面積測(cè)試統(tǒng)一采用多點(diǎn)BET法，國(guó)內(nèi)外制定出來(lái)的比表面積測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)都是以BET測(cè)試方法為基礎(chǔ)的,，請(qǐng)參看我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19587-2004）-氣體吸附BET原理測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測(cè)其實(shí)是比較耗費(fèi)時(shí)間的工作,，由于樣品吸附能力的不同,，有些樣品的測(cè)試可能需要耗費(fèi)一整天的時(shí)間，如果測(cè)試過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化,，那測(cè)試人員就時(shí)刻都不能離開(kāi),，并且要高度集中，觀(guān)察儀表盤(pán),，操控旋鈕,，稍不留神就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程的失敗，這會(huì)浪費(fèi)測(cè)試人員很多的寶貴時(shí)間,。國(guó)內(nèi)幾家生產(chǎn)比表面積測(cè)定儀廠(chǎng)商中,，只有北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測(cè)試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測(cè)功能的儀器（兼?zhèn)渲苯訉?duì)比法），更重要的北京金埃譜科技有限公司的F-Sorb 2400比表面積測(cè)試儀是迄今為止國(guó)內(nèi)唯一完全自動(dòng)化智能化的比表面積檢測(cè)設(shè)備,，其測(cè)試結(jié)果與國(guó)際一致性很高,，穩(wěn)定性也很好，同時(shí)減少人為誤差,，提高測(cè)試結(jié)果精確性,。)

　　石灰依靠干燥結(jié)晶以及碳化作用而硬化，由于空氣中的二氧化碳含量低,，且碳化后形成的碳酸鈣硬殼阻止二氧化碳向內(nèi)部滲透,，也妨礙水分向外蒸發(fā),，因而硬化緩慢，硬化后的強(qiáng)度也不高,，1：3的石灰砂漿28 d的抗壓強(qiáng)度只有0.2～0.5 MPa,。在處于潮濕環(huán)境時(shí)，石灰中的水分不蒸發(fā),，二氧化碳也無(wú)法滲入,，硬化將停止；加上氫氧化鈣易溶于水,，已硬化的石灰遇水還會(huì)溶解潰散,。因此，石灰不宜在長(zhǎng)期潮濕和受水浸泡的環(huán)境中使用,。

　　石灰在硬化過(guò)程中,，要蒸發(fā)掉大量的水分，引起體積顯著收縮,，易出現(xiàn)干縮裂縫,。所以，石灰不宜單獨(dú)使用,，一般要摻人砂,、紙筋、麻刀等材料,，以減少收縮,，增加抗拉強(qiáng)度，并能節(jié)約石灰,。

　　石灰具有較強(qiáng)的堿性,，在常溫下，能與玻璃態(tài)的活性氧化硅或活性氧化鋁反應(yīng),，生成有水硬性的產(chǎn)物,，產(chǎn)生膠結(jié)。因此,，石灰還是建筑材料工業(yè)中重要的原材料,。

　　5.2質(zhì)量要求

　　石灰中產(chǎn)生膠結(jié)性的成分是有效氧化鈣和氧化鎂，其含量是評(píng)價(jià)石灰質(zhì)量的主要指標(biāo),。石灰中的有效氧化鈣和氧化鎂的含量可以直接測(cè)定,，也可以通過(guò)氧化鈣與氧化鎂的總量和二氧化碳的含量反映，生石灰還有未消化殘?jiān)康囊?；生石灰粉有?xì)度的要求,；消石灰粉則還有體積安定性、細(xì)度和游離水含量的要求,。

　　國(guó)家建材行業(yè)將建筑生石灰,、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分為優(yōu)等品和合格品三個(gè)等級(jí),。但在交通部門(mén)，JTJ 034—2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》仍按原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB1594—79)將生石灰和消石灰劃分為三個(gè)等級(jí),。

　　5.3應(yīng)用

　　石灰在土木工程中應(yīng)用范圍很廣,，主要用途如下：

　　（1）石灰乳和砂漿消石灰粉或石灰膏摻加大量粉刷,。用石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂漿或水泥石灰混合砂漿,，用于砌筑或抹灰工程。

　?。?）石灰穩(wěn)定土將消石灰粉或生石灰粉摻人各種粉碎或原來(lái)松散的土中,，經(jīng)拌合、壓實(shí)及養(yǎng)護(hù)后得到的混合料,，稱(chēng)為石灰穩(wěn)定土,。它包括石灰土、石灰穩(wěn)定砂礫土,、石灰碎石土等,。石灰穩(wěn)定土具有一定的強(qiáng)度和耐水性。廣泛用作建筑物的基礎(chǔ),、地面的墊層及道路的路面基層,。

　　（3）硅酸鹽制品以石灰(消石灰粉或生石灰粉)與硅質(zhì)材料(砂,、粉煤灰,、火山灰、礦渣等)為主要原料,，經(jīng)過(guò)配料、拌合,、成型和養(yǎng)護(hù)后可制得磚,、砌塊等各種制品。因內(nèi)部的膠凝物質(zhì)主要是水化硅酸鈣,，所以稱(chēng)為硅酸鹽制品,，常用的有灰砂磚、粉煤灰磚等,。

6.醫(yī)學(xué)應(yīng)用

　　(《本經(jīng)》)

　　【異名】堊灰(《本經(jīng)》),，希灰(《別錄》),，石堊(陶弘景),，染灰、散灰,、白灰,、味灰(《石藥爾雅》),，鍛石(《日華子本草》)，石鍛(《本草圖經(jīng)》),，礦灰(《綱目》),。

　　【來(lái)源】為石灰?guī)r經(jīng)加熱煅燒而成。

　　【礦物形態(tài)】石灰?guī)r

　　主要由方解石所組成,，為致密塊狀體,。光澤暗淡，呈土狀或石頭光澤,。顏色變化甚大,，視其所含雜質(zhì)的種類(lèi)及多少而定。透明度也較差,。非常致密時(shí)多呈貝狀斷口,。

　　【藥材】

　　①生石灰

　　為不規(guī)則的塊狀物，白色或灰白色,，不透明,。質(zhì)硬。粉末白色,。易溶于酸,，微溶于水。暴露在空氣中吸收水分后,，則逐漸風(fēng)化而成熟石灰,。

　　②熟石灰

　　又名：消石灰。為白色或灰白色粉末,，偶見(jiàn)塊狀物,。

　　【化學(xué)成分】

　　石灰?guī)r主要成分是碳酸鈣，常見(jiàn)夾雜物為硅酸,、鐵,、鋁、鎂等,。石灰?guī)r加高熱,，則發(fā)生二氧化碳而遺留氧化鈣，即生石灰(石灰),。生石灰遇水,，則成消石灰，成分是氫氧化鈣,。生石灰或消石灰露于大氣中,，不斷吸收大氣中的二氧化碳而成碳酸鈣；因此，石灰陳久,，成分都成為碳酸鈣,。

　　【性味】辛，溫,，有毒,。

　　①《本經(jīng)》："味辛，溫,。"

　　②《蜀本草》："有毒,。"

　　③《日華子本草》："味甘，無(wú)毒,。"

　　【歸經(jīng)】①《本草求真》："入肝,、脾。"

　　②《本草撮要》："入手足太陰,、厥陰經(jīng)。"

　　【功用主治】燥濕,，殺蟲(chóng),，止血，定痛,，蝕惡肉,。治疥癬，濕瘡,，創(chuàng)傷出血,，湯火燙傷，痔瘡,，脫肛,，贅疣。內(nèi)服止瀉痢,，崩帶,。

　　①《本經(jīng)》："主疽瘍疥瘙，熱氣惡瘡,，癩疾死肌墮眉，殺痔蟲(chóng),，去黑子息肉,。"

　　②《別錄》："療髓骨疽。"

　　③《藥性論》："治瘑疥,，蝕惡肉,，不入湯服，止金瘡血,，和雞于白,、敗船茹甚良,。"

　　④《日華子本草》："生肌長(zhǎng)肉，止血,，并主白癜,、疬瘍、瘢疵等,，療冷氣,，痔瘺疽瘡，癭瘤疣子,。又治產(chǎn)后陰不能合,，濃煎汁熏洗。治酒毒,，暖水臟,。"

　　⑤《綱目》："散血定痛，止水瀉血肉,，白帶白淫,，收脫肛陰挺，消積聚結(jié)核,，貼口喝,，黑須發(fā)。"

　　⑥《醫(yī)林纂要》："瀉心堅(jiān)腎,，破瘀攻積,，斂肺清金，殺蟲(chóng)解毒,。"

　　【用法與用量】外用：研末調(diào)敷,，或以水溶化澄清涂洗。內(nèi)服：入丸,、散,，或加水溶解取澄清液服。

　　【選方】

　　①治疥：淋石灰汁洗之,。(《孫真人食忌》)

　　②治夏月痱子及熱瘡：葛粉一(三)兩,，石灰一兩(微炒)，甘草二兩(生用為末),。上藥相和,，研令勻，用綿撲之,。(《圣惠方》)

　　③治卒發(fā)疹：石灰隨多少和醋漿水調(diào)涂,。(《元希聲秘驗(yàn)方》)

　　④治外傷性出血：陳石灰二兩，冰片二錢(qián)，白礬二錢(qián)(煅),。將石灰炒黃,，加入冰片及白礬，研成細(xì)末,，撒于創(chuàng)面包扎即可,。(徐州市《單方驗(yàn)方新醫(yī)療法選編》)

　　⑤治痔疾，肛門(mén)邊腫硬,，癢痛不可忍：風(fēng)化石灰三兩,，芫花三兩，灶突內(nèi)黑煤二兩,，上藥搗羅為末,，分作兩分于銚子內(nèi)點(diǎn)醋炒，侯梢熱,，以帛裹熨之,，冷則再換。(《圣惠方》)

　　⑥治大腸久積虛冷,，每因大便脫肛,，不能收入：石灰熬令熱，以故帛裹,，坐其上,，冷即換。(《圣惠方》)

　　⑦治偏墜氣痛：陳石灰(炒),、五倍子,、山梔子等分。為末,，面和醋調(diào)敷之,。(《醫(yī)方摘要》)

　　⑧去疣目：苦酒漬石灰六、七日,，取汁滴點(diǎn)疣上,。(《千金方》)

　　⑨治痄腮腫痛：醋調(diào)石灰敷之。(《簡(jiǎn)便單方》)

　　⑩治痰核紅腫寒熱,，狀如瘰疬：石灰火煅為末,，以白果肉同搗貼之，蜜調(diào)亦可,。(《活人心統(tǒng)》)

　　⑾治疔腫：石灰三分,，馬齒菜二分。上二味搗,，以雞子白和敷之。(《千金方》)

　　⑿治痢血數(shù)十年：石灰三大升，炒令黃,，以水一斗攪,，令澄清，一服一升,，三服,。(《外臺(tái)》)

　　⒀治白帶白淫及水瀉不止：風(fēng)化石灰一兩，白茯苓三兩,。為末,，糊丸梧子大。每服二,、三十九,，空心米飲下。(《集玄方》)

　　⒁治腹脅積塊：風(fēng)化石灰半斤,，瓦器炒極熱,，入大黃末一兩，炒紅取起,，入桂末半兩,，略燒，入米醋和成膏,，攤絹上貼之,，內(nèi)服消塊藥，甚效,。(《丹溪心法》)

　　【臨床應(yīng)用】

　　①治療慢性氣管炎

　　取石灰0.5斤,，加凈水5斤，攪拌后沉淀24小時(shí),，取上清液,，過(guò)濾。日服3次,，每次20～30毫升,。或再取黃芩0.5斤,，水煎兩次去渣,，將藥液濃縮至200毫升左右，加入石灰液中,，使成2000毫升,，黃芩含量約10%。日服3次,，每次20～30毫升,。

　　②治療下肢潰瘍

　　取陳石灰去浮污后研威細(xì)末,，撒布創(chuàng)面。用時(shí)先將創(chuàng)面清洗干凈,；上藥后再用硼酸油膏敷料外貼,。如創(chuàng)口濕水淋漓，單用藥粉即可,。對(duì)久不收口的外傷,，破爛的凍傷、燙傷等亦有療效,。

　　③治療燒燙傷

　　取生石灰1斤放入盆內(nèi),，加涼開(kāi)水1250毫升，待石灰潮解成糊狀時(shí),，將盆輕輕振蕩使石灰沉底,，取上層無(wú)渣石灰乳約500克，加入雞蛋清8個(gè)攪拌成膠凍樣,，再加香油60毫升,，拌勻即得"石灰乳膏"。

　　使用時(shí)先用鑷子將傷面浮皮拉平,，水泡焦痂不要?jiǎng)?，亦不用任何藥液消毒；取大于傷面的紗?～4層,，攤上1～1.5厘米厚的石灰乳膏,，貼于傷面，包扎固定,，松緊適宜,。48小時(shí)后藥膏即凝固定型。如傷在頸部,、腋下,、腘窩時(shí)，上藥要厚,，包扎后在48小時(shí)內(nèi)傷部不要屈曲,，以防乳膏脫落，皮膚粘連,。10～15天拆除紗布和石灰乳膏,，可見(jiàn)水泡吸收，焦痂自行脫落,。對(duì)燒燙面積較大,，傷面已感染的病人，要及時(shí)控制感染,，防止休克,，保持水和電解質(zhì)的平衡,。

　　④治療頭癬

　　取剛風(fēng)化的石灰半碗，加水至1碗,，攪拌后沉淀3分鐘,，取上層乳狀液，加入桐油約4滴,，用力攪拌，去多余水分使成膏狀,，外搽患部,。治療60余例，一般只搽數(shù)次即見(jiàn)效,。

7.相關(guān)詩(shī)詞

　　1.《石灰》 唐?釋紹曇

　　爐鞴親從鍛煉來(lái),，十分確硬亦心灰。

　　蓋空王殿承渠力,，合水和泥做一回,。

　　 2. 《石灰吟》 明?于謙

　　千錘萬(wàn)鑿出深山，烈火焚燒若等閑,。

　　粉骨碎身渾不怕,，要留清白在人間。

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