任务2.1
石灰

石灰是在建筑中使用较早的一种矿物胶凝材料，其原料来源广泛、生产工艺简单、使用方便、成本低廉，至今仍被广泛地应用于建筑中。

2.1.1 石灰的种类

生产石灰的原料是以碳酸钙为主要成分的天然矿石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩等。石灰的原料石灰岩，主要成分为碳酸钙（CaCO ₃ ），其次为碳酸镁（MgCO ₃ ）。原料在高温下煅烧，即可得到生石灰，呈块状、粒状或粉状，化学成分主要为氧化钙（CaO），可和水发生放热反应生成消石灰。

根据《建筑生石灰》（JC/T 479—2013）的规定，按生石灰的化学成分，建筑生石灰分为钙质石灰（CL）和镁质石灰（ML）。钙质石灰是主要由氧化钙或氢氧化钙组成，而不添加任何水硬性的或火山灰质的材料。镁质石灰是主要由氧化钙和氧化镁（MgO>5%）或氢氧化钙和氢氧化镁组成，而不添加任何水硬性的或火山灰质的材料。

根据石灰成品加工方法的不同进行分类，石灰可分为：

1.建筑生石灰和建筑生石灰粉

建筑生石灰是由石灰石煅烧而得到的块状白色原成品，加工成粉状后成为建筑生石灰粉。它们主要成分为氧化钙（CaO）。

生石灰的识别标志由产品名称、加工情况和产品依据标准编号组成。生石灰块在代号后加Q，生石灰粉在代号后加QP。

示例：符合JC/T479—2013的钙质生石灰粉90标记为： CL 90 - QP JC/T 479—2013

说明：CL—钙质石灰；90-（CaO+MgO）百分含量；QP—粉状；JC/T 479—2013 -产品依据标准。

2.消石灰

生石灰用适量水消化、加工后得到的粉末称为建筑消石灰，主要成分为氢氧化钙Ca（OH） ₂ ，亦称熟石灰。建筑消石灰根据扣除游离水和结合水后（CaO+MgO）的百分含量分为钙质消石灰（HCL）和镁质消石灰（HML）。

消石灰的识别标志由产品名称和产品依据标准编号组成。

示例：符合JC/T 481—2013的钙质消石灰90标记为： HCL 90 JC/T 481—2013。

说明：HCL—钙质消石灰；90—（CaO+MgO）百分含量；JC/T 481—2013—产品依据标准。

3.石灰膏

将生石灰用较多的水（约为生石灰体积的3~4倍）消化而得的可塑性浆体，亦称石灰膏。主要成分为Ca（OH） ₂ 和H ₂ O。如果水分加得更多，则呈白色悬浮液，称为石灰乳。

2.1.2 石灰的生产

石灰的生产原理是将石灰岩受热分解为生石灰与二氧化碳，其反应式如下：

煅烧温度应高于900℃，一般常在1 000~1 200℃，当煅烧温度达到700℃时，石灰岩中的次要成分碳酸镁开始分解为氧化镁，反应式如下：

石灰岩在窑内煅烧常会产生不熟化的欠火和熟化过度的过火石灰。当石灰岩块的尺寸过大或窑中温度不够均匀时，碳酸钙分解不完全，得到含有未分解的石灰核心，这种石灰称为欠火石灰。由于碳酸钙不溶于水，也无胶结能力，在熟化为石灰膏或消石灰过程中，常作为残渣被废弃，使生石灰的有效利用率降低；当温度正常，时间合理时，得到的石灰是多孔结构，内比表面积大，晶粒较小，这种石灰称正火石灰，它与水反应的能力（活性）较强；当煅烧温度提高和时间延长时，晶粒变粗，内比表面积缩小，内部多孔结构变得致密，这种石灰为过火（过烧或死烧）石灰，其与水反应的速度极为缓慢，以致在使用之后才发生水化作用，产生膨胀而引起崩裂或隆起等现象。

2.1.3 石灰的熟化和硬化

1.石灰的熟化

在使用石灰时，工地上将生石灰（块灰）加水，使之熟化为熟石灰Ca（OH） ₂ ，这个过程称为石灰的熟化或消解，工地称为“淋灰”。生石灰与水作用是放热反应，可用下式表示：

生石灰在熟化过程中，有两个特点。一是水化时放出大量的热，水化速率快，这主要是由于生石灰结构多孔，氧化钙的晶粒细小，比表面积大造成；二是体积膨胀，体积增大1~2.5倍。

工程中熟化的方法有两种：第一种是制消石灰粉。工地调制消石灰粉时，常采用淋灰法。即每堆放0.5 m高的生石灰块，淋60%~80%的水，再堆放再淋，使之充分消解而又不过湿成团。第二种是化灰法。石灰在化灰池中熟化成石灰浆通过筛网流入储灰坑，石灰浆在储灰坑中沉淀并除去上层水分后成石灰膏。在砌筑或抹面工程中，石灰必须充分熟化后才能使用。过火石灰水化极慢，它在正常石灰凝结硬化后才开始慢慢熟化，并产生体积膨胀，从而引起已硬化的石灰体发生开裂鼓包。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中存放半个月以上，这个过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。

2.石灰的硬化

石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个过程同时进行完成的。

（1）结晶作用： 游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。

（2）碳化作用： 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释放出水分并被蒸发：

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。空气中的CO ₂ 浓度很低，且石灰浆体的碳化过程从表层开始，生成的碳酸钙层结构致密，又阻碍了CO ₂ 向内层的渗透，因此，石灰浆体的碳化过程极其缓慢。

熟石灰在硬化过程中，水分大量蒸发，会产生干裂现象，所以纯石灰膏不能单独使用，必须掺填充材料，如掺入砂子配成石灰砂浆使用。掺入砂子减少收缩，更主要的是砂掺入能在石灰浆内形成连通的毛细孔道使内部水分蒸发并进一步碳化，以加速硬化。为了避免收缩裂缝，常加纤维材料，制成石灰麻刀灰，石灰纸筋灰等。

2.1.4 石灰的技术要求

根据《建筑生石灰》（JC/T 479—2013），按生石灰的加工情况分为建筑生石灰和建筑生石灰粉；按生石灰的化学成分为钙质石灰和镁质石灰。建筑生石灰的化学成分和物理性质见表2 -2和表2 -3.

2.1.5 石灰的性质与应用

1.石灰的性质

（1）保水性和可塑性好

生石灰熟化为石灰浆时，生成了颗粒极细的（直径约1μm）呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层较厚的水膜，因而保水性好，水分不易泌出，并且水膜使颗粒间的摩擦力减小，故可塑性也好。石灰的这一性质常被用来改善砂浆的保水性，以克服水泥砂浆保水性较差的缺点。

（2）硬化慢，强度低

从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化极为缓慢。碳化后形成紧密的CaCO ₃ 硬壳，不仅不利于CO ₂ 向内部扩散，同时也阻止水分向外蒸发，致使CaCO ₃ 和Ca（OH） ₂ 结晶体生成量减少且生成缓慢，硬化强度也不高，按1∶3配合比的石灰砂浆，其28 d的抗压强度只有0.2~0.5 MPa，而受潮后，石灰溶解，强度更低。

（3）硬化时体积收缩大

石灰硬化时，蒸发大量游离水而引起显著收缩，所以除调成石灰乳作薄层外，不宜单独使用。通常施工时常掺入一定量的砂、麻刀、纸筋等，以减少收缩并节约石灰。

（4）吸湿性强

生石灰吸湿性强，是传统的干燥剂。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。因此，在储存生石灰时，不但要防止受潮，而且不宜储存过久。通常的做法是将生石灰运到工地后，立即熟化成石灰浆，把储存期变为陈伏期。由于生石灰受潮时会放出大量的热，且体积膨胀，故储存和运输生石灰时，要注意安全。

（5）耐水性差

在石灰硬化体中，大部分仍然是未碳化的Ca（OH） ₂ ，Ca（OH） ₂ 微溶于水，当已硬化的石灰浆体受潮时，耐水性极差，甚至使已硬化的石灰溃散。因此，石灰不宜用于潮湿的环境中，也不宜单独用于建筑物的基础。

2.石灰的用途

（1）石灰乳

石灰膏加入多量的水可稀释成石灰乳，用石灰乳作粉刷涂料，其价格低廉、颜色洁白、施工方便，调入耐碱颜料还可使色彩丰富；调入聚乙烯醇、干酪素、氧化钙或明矾可减少涂层粉化现象。石灰乳是一种廉价的涂料，施工方便，颜色洁白。

（2）砂浆

用于配制建筑砂浆。石灰和砂或麻刀、纸筋配制成石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰，主要用于内墙、顶棚的抹面砂浆。石灰与水泥和砂可配制成混合砂浆，主要用于墙体砌筑或抹面之用。

（3）石灰土和三合土

将消石灰粉与黏土拌合，称为石灰土（灰土），若再加入砂石或炉渣、碎砖等即成三合土。石灰常占灰土总重的10%~30%，即二八灰土及三七灰土。石灰量过高，往往导致强度和耐水性降低。施工时，将灰土或三合土混合均匀并夯实，可使彼此黏结为一体，同时黏土等成分中含有的少量活性SiO ₂ 和活性Al ₂ O ₃ 等酸性氧化物，在石灰长期作用下反应，生成不溶性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，使颗粒间的黏结力不断增强，灰土或三合土的强度及耐水性能也不断提高。因此，灰土和三合土在一些建筑物的基础和地面垫层及公路路面的基层被广泛应用。

（4）硅酸盐制品

以石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰等）为原料，加水拌和，经成型，蒸养或蒸压处理等工序而制成的建筑材料，统称为硅酸盐制品。常用的有蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、蒸压加气混凝土砌块或板材等。