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在某路基施工过程中使用石灰粉煤灰综合稳定碎石（俗称二灰碎石）铺筑。第一天铺筑了500m并且碾压完毕，密实度与平整度都满足要求。但是第二天却发现已摊铺完的基层鼓起了一个个的包，并且不停地冒蒸汽。试分析产生这种现象的原因。
石灰是建筑上使用时间较长、应用较广泛的一种气硬性胶凝材料。由于其原料丰富、生产简便，成本低廉，因此在目前的建筑工程中仍是应用广泛的建筑材料之一。石灰的外观和应用如图2.1所示。
图2.1 石灰的外观和应用
石灰的原料是以碳酸钙（CaCO 3 ）为主要成分的天然矿石，如石灰石、白垩、白云质石灰石等。
将原料在高温下煅烧，即可得到石灰（块状生石灰），其主要成分为氧化钙。在这一反应过程中，由于原料中同时含有一定量的碳酸镁，在高温下会分解为氧化镁和二氧化碳，因此生成物中会有氧化镁存在，其中主要反应如下。
在实际生产中，为加快石灰石的分解，使原料充分煅烧，煅烧温度一般高于900℃，常在1000～1200℃。按氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰和镁质石灰两类。JC/T479—2013《建筑生石灰》规定：生石灰中氧化镁含量≤5%时，称为钙质石灰；氧化镁含量＞5%时，称为镁质石灰。
生石灰中常含有欠火石灰和过火石灰，前者降低石灰的利用率，后者则颜色较深、密度较大。
如果煅烧温度过低，煅烧时间不足，或料块过大，则碳酸钙不能完全分解，石灰中含有未烧透的内核，这种石灰即称为欠火石灰；欠火石灰的产浆量较低，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时黏结力不足，质量较差。反之如果煅烧温度过高，煅烧时间过长，则易生成内部结构致密的过火石灰；过火石灰与水反应速度十分缓慢，若将过火石灰用于建筑工程，则其中的细小颗粒可能在石灰浆硬化后才发生水化作用，产生体积膨胀，使已硬化的石灰浆产生崩裂、隆起等现象，严重影响工程的质量。所以在石灰生产中，控制适宜的温度、使用时对过火石灰进行处理等都是十分必要的。
1．石灰的熟化
石灰的熟化又称消化，是指生石灰与水发生水化反应，生成氢氧化钙的水化过程，其反应式如下。
CaO+H 2 O-→Ca（OH） 2 +64.9kJ/mol
生石灰熟化具有如下特点。
（1）水化放热大，放热速度快。这主要是由生石灰的多孔结构及晶粒细小所决定的。其最初1h放出的热量是硅酸盐水泥水化1d放出热量的9倍。
（2）水化过程中体积膨胀。生石灰在熟化过程中其外观体积可增大1～2.5倍。煅烧良好、氧化钙含量高的生石灰，其熟化速度快、放热量大、体积膨胀大。
生石灰的熟化主要是通过如下过程来完成的：首先将生石灰块置于化灰池中，加入生石灰量3～4倍的水熟化成石灰乳，通过筛网过滤渣子后流入储灰池，经沉淀除去表层多余水分，由此得到的膏状物称为石灰膏，石灰膏含水约50%，体积密度为1300～1400kg/m 3 。一般1kg生石灰可熟化成1.5～3L的石灰膏。为了消除过火石灰在使用过程中造成的危害，通常将石灰膏在储灰池中存放两周以上，使过火石灰在这段时间内充分熟化，这一过程即称为陈伏。陈伏期间，石灰膏表面应覆盖一层水（也可用细砂）以隔绝空气，防止石灰浆表面碳化，这种方法称为化灰法。
图2.2 消石灰粉的熟化方法
人工熟化石灰，劳动强度大、劳动条件差，所需时间长，质量也不均一，现在多采用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。
消石灰粉的熟化方法如图2.2所示，每半米高的生石灰块淋适量的水（为生石灰量的60%～80%），直至数层堆积，经熟化得到的粉状物称为消石灰粉。加水量以消石灰粉略湿但不成团为宜，这种方法称为淋灰法。
消石灰粉在使用以前，也应有类似石灰浆的陈伏时间。
2．石灰的硬化
石灰浆体在空气中的硬化，是由下列两个同时进行的过程来完成的。
（1）结晶硬化。这一过程也可称为干燥硬化过程，在这一过程中，石灰浆体的水分蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中逐渐结晶出来。干燥和结晶使氢氧化钙产生一定的强度。
（2）碳化硬化。氢氧化钙与潮湿空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙晶体而使石灰浆硬化，强度有所提高。石灰的碳化作用在有水分存在的条件下才能进行，反应式如下。
Ca（OH） 2 +CO 2 + n H 2 O-→CaCO 3 +（ n +1）H 2 O
碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。而且碳化作用在长时间内只限于表层，氢氧化钙的结晶作用则主要在内部发生，所以石灰浆体硬化后，是由表里两种不同的晶体组成的。随着时间的延长，表层碳酸钙的厚度逐渐增加，增加的速度显然取决于与空气接触的条件。如深土中的熟石灰硬化特别慢，且经过很长时间，其内部仍为氢氧化钙。
1．石灰的特性
1）可塑性好
可塑性生石灰消解为石灰浆时生成的氢氧化钙，其颗粒极微细，呈胶体状态，比表面积大，表面吸附了一层较厚的水膜，因此保水性能好，同时水膜层也降低了颗粒间的摩擦力，可塑性增强。
2）硬化较慢且强度低
从石灰浆体的硬化过程可以看出，其碳化甚为缓慢，且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。同时石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后强度也不高，通常1∶3的石灰砂浆，其28d的抗压强度只有0.2～0.5MPa。
3）耐水性差
在石灰硬化体中，大部分仍然是尚未碳化的氢氧化钙，而氢氧化钙是易溶于水的，所以石灰的耐水性较差。
4）硬化时体积收缩大
收缩性石灰在硬化过程中蒸发掉大量水分，引起体积显著收缩，易产生裂纹。因此石灰一般不宜单独使用，通常掺入一定量的骨料（砂）或纤维材料（纸筋、麻刀等）以提高其抗拉强度，抵抗收缩引起的开裂。
5）吸湿性强
块状生石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，失去胶结能力。
2．石灰的应用
石灰在建筑中的用途很广，分述如下。
（1）制作石灰乳涂料和砂浆。将消石灰粉或石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，主要用于内墙和顶棚刷白，我国农村也将其用于外墙。
（2）拌制建筑砂浆。将消石灰粉、砂子、水混合拌制石灰砂浆，或将消石灰粉、水泥、砂、水混合拌制石灰水泥混合砂浆，可用于抹灰或砌筑，后者在建筑工程中用量很大。
（3）拌制三合土和石灰土（灰土）。石灰土（石灰+黏土）和三合土（石灰+黏土+砂石或炉渣、碎渣等填料）的应用，在我国已有数千年的历史，它们可分层夯实，成为灰土墙或广场、道路的垫层和简易面层，如图2.3所示。若石灰土中石灰用量增大，则强度和耐水性相应提高，但超过某一用量（视石灰质量和黏土性质而定）后就不再提高了。一般石灰用量为石灰土总质量的6%～12%或更低。为了方便石灰与黏土等的拌和，易采用磨细生石灰或消石灰粉。磨细生石灰还可使石灰土和三合土有较高的紧密度，因此可得到较高的强度和耐水性。
（4）生产硅酸盐制品。将生石灰粉与含硅材料（砂、炉渣、粉煤灰等）加水拌和，经成型、蒸养或蒸压处理等工序后可制得各种硅酸盐制品，如蒸压灰砂砖、硅酸盐砌块等墙体材料。
硅酸盐制品的主要水化产物是水化硅酸钙，其水化反应如下。
Ca（OH） 2 +SiO 2 +H 2 O-→CaO·SiO 2 ·2H 2 O
硅酸盐制品按其密实程度，可分为密实（有骨料）和多孔（加气）两类，前者可生产墙板、砌块及砌墙砖（如灰砂砖），后者用于生产加气混凝土制品，如轻质墙板、砌块及各种隔热保温制品。
图2.3 石灰的应用
（5）地基加固。对于含水的软弱地基，可以将生石灰块灌入地基的桩孔捣实，利用石灰消化时体积膨胀所产生的巨大压力将土壤挤密，从而使地基获得加固效果，俗称石灰桩。
【应用案例2-1】 某中学教学楼砖砌墙体采用石灰混合砂浆作内抹面，表层使用乳胶漆饰面。数月后，发现内墙面出现许多面积大小不等（0.5～2.0cm 2 ）的凸鼓，凸起点呈无规则分布，且该现象随后不断加重，较大的凸点将面层顶破而出现裂纹，如图2.4所示。
图2.4 墙面产生的凸鼓爆裂
解析： （1）原因分析。墙体内抹面使用的混合砂浆中存在过火石灰，或者是石灰熟化时陈伏时间较短以及石灰膏的细度太大，使得抹灰后未熟化的石灰继续熟化，产生体积膨胀，造成抹面出现凸鼓裂纹。当砂中含有黏土块或颗粒时，黏土遇水后体积膨胀，也能使砂浆抹面产生凸鼓现象。另外当砖砌墙体基层淋水过多或湿度过大时，水分向外散发过程中形成气泡，也是造成砂浆抹面凸鼓的原因之一。
（2）防治措施包括以下几方面。
① 选用熟化充分的石灰配制抹面砂浆。抹面混合砂浆所用的石灰膏熟化陈伏时间一般不少于30d，以消除过火石灰后期熟化时的体积膨胀。
② 淋制石灰膏时，选用孔径不大于3mm×3mm的滤网进行过滤，并防止黏土等杂质混入化灰池和储灰池中。
③ 选用洁净、级配良好的中砂，麻刀灰中的麻捻应事先晒干打散。按纵横两道工序分层施工，待底灰达7成干时，再涂抹罩面灰；当麻刀抹面灰层起泡时，将泡中的气体或水分用铁抹子挤出后再压光。
④ 对已出现的凸鼓部位，先将凸起的浮层和碎屑清除干净，再用聚合物砂浆进行补抹。
生石灰的吸水、吸湿性强，所以应注意防潮存放，不应与易燃易爆及液体物品共存、同运，以免发生火灾，引起爆炸。另外石灰在存放过程中，极易吸收空气中的水分和二氧化碳，自行消化失去活性，使胶凝性明显降低。因此，过期石灰应重新检验其有效成分含量。石灰不宜储存过久，要做到随到随用，对于石灰膏，可将陈伏期转化为储存期。
知识链接
石灰用于建筑工程中的陈伏处理
一些石灰石在烧制过程中由于矿石品质的不均匀及温度不均匀，生产的生石灰中可能含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰降低了石灰的利用率，而过火石灰由于其表面常被黏土类杂质融化形成的玻璃釉状物包裹，熟化很慢，因而有可能在实际工程应用中，石灰已经硬化而过火石灰才开始熟化，导致熟石灰体积比生石灰体积大1～2.5倍，引起隆起和开裂。为了消除这一危害，有必要将石灰浆在储存坑中陈伏两星期以上，以等待过火石灰完全“熟化”。
陈伏期间，石灰浆表面应保有一层水分，使其与空气隔绝，以免碳化。