2.1 石灰

石灰是土木工程中使用最早的一种无机气硬性胶凝材料，因其原材料蕴藏丰富、生产设备简单、成本低廉，所以至今在土木工程中仍得到广泛应用。

2.1.1 石灰的原材料及生产

1）原材料

石灰主要有两个来源：一是以碳酸钙CaCO ₃ 为主要成分的矿物、岩石（如方解石、石灰岩、大理石）或贝壳，经煅烧而得生石灰CaO；另一个来源是化工副产品，如用碳化钙（电石）制取乙炔时产生的电石渣，其主要成分是Ca（OH） ₂ ，即熟石灰，或者用氨碱法制碱所得的残渣，其主要成分为碳酸钙。

2）生产

石灰石原料在适当的温度下煅烧，碳酸钙将分解，释放出CO ₂ ，得到以CaO为主要成分的生石灰，反应式如下：

因石灰石原料中常含有一些碳酸镁成分，所以经煅烧生成的生石灰含有MgO。通常，当 w （MgO） ≤5％时，为钙质生石灰； w （MgO）＞5％时，为镁质生石灰。

在实际生产中，为了加快石灰石的分解过程，使原料充分煅烧，并考虑到热损失，通常将煅烧温度提高至 1 000～1 200 ℃ 。若煅烧温度过低，煅烧时间不充分，则CaCO ₃ 不能完全分解，将生成欠火石灰；若煅烧温度过高，将生成颜色较深、密度较大的过火石灰。

将煅烧成的块状生石灰经过不同的加工，可以得到生石灰粉、消石灰粉和石灰膏。

2.1.2 石灰的熟化与硬化

1）熟化（消化）

石灰使用前，一般先加水，使之消解为熟石灰，其主要成分为Ca（OH） ₂ ，这个过程称为石灰的熟化或消化。其反应式如下：

CaO＋H ₂ O→Ca（OH） ₂ ＋64.88 kJ

石灰熟化过程中，放出大量的热，使温度升高，而且体积要增大 1.0 ～ 2.5 倍。煅烧良好且CaO含量高的生石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。

石灰熟化的方法一般有两种：石灰浆法和消石灰粉法。

（1）石灰浆法

将块状生石灰在化灰池中用过量的水（为生石灰体积的 2.5 ～ 3 倍）熟化成石灰浆，然后通过筛网进入储灰坑。

生石灰熟化时，放出大量的热，使熟化速度加快，但温度过高且水量不足时，会造成Ca（OH） ₂ 凝聚在CaO周围，阻碍熟化进行，而且还会产生逆方向反应，所以要加入大量的水，并不断搅拌散热，控制温度不致过高。

生石灰中也常含有过火石灰。为使石灰熟化得更充分，尽量消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中存放两个星期以上，这个过程称为石灰的陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持有一层水，使之与空气隔绝，避免Ca（OH） ₂ 碳化。

石灰浆在储灰坑中沉淀后，除去上层水分，即可得到石灰膏。石灰膏的表观密度为 1 300 ～1 400 kg/m ³ ，它是土木工程中砌筑砂浆和抹面砂浆常用的材料之一。

（2）消石灰粉法

这种方法是将生石灰加适量的水熟化成消石灰粉。生石灰熟化成消石灰粉理论需水量为生石灰质量的 32.1％，由于一部分水分会蒸发掉，因此实际加水量较多（60％～ 80％），这样可使生石灰充分熟化，又不致过湿成团。工地上常采用喷壶分层喷淋等方法进行消化。人工消化石灰，劳动强度大、效率低、质量不稳定，目前多在工厂中用机械加工方法将生石灰熟化成消石灰粉，再供应使用。

消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化后使用。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。

当消石灰粉中 w （MgO） ≤5％时，称为称钙质消石灰粉；当 w （MgO） ＞ 5％，称为镁质消石灰粉。

2）硬化

石灰浆在空气中逐渐硬化，硬化过程是同时进行的物理及化学变化过程：

（1）结晶作用

石灰浆在使用过程中，因游离水分逐渐蒸发和被砌体吸收，引起溶液某种程度的过饱和，使Ca（OH） ₂ 逐渐结晶析出，促进石灰浆体的硬化，与逐渐失去水分的胶体结合成固体。

（2）碳化作用

Ca（OH） ₂ 与空气中的CO ₂ 作用，生成不溶解于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发，其反应如下：

Ca（OH） ₂ ＋CO ₂ ＋ n H ₂ O→CaCO ₃ ＋（ n ＋1）H ₂ O

这个过程称为碳化，形成的CaCO ₃ 晶体，使硬化石灰浆体结构致密，强度提高。

由于空气中CO ₂ 的含量少，碳化作用主要发生在与空气接触的表层上，而且表层生成的致密CaCO ₃ 膜层，阻碍了空气中CO ₂ 进一步渗入，同时也阻碍了内部水分向外蒸发，使Ca（OH） ₂ 结晶作用也进行得较慢，随着时间的增长，表层CaCO ₃ 厚度增加，阻碍作用更大，在相当长的时间内，仍然是表层为CaCO ₃ ，内部为Ca（OH） ₂ 。所以，石灰硬化是个相当缓慢的过程。

2.1.3 石灰的质量标准与应用

1）石灰的质量标准

土木工程行业中所用的石灰主要有两种：建筑生石灰和建筑消石灰。按建材行业标准《建筑生石灰》（JC /T 479—2013）的规定，根据有效氧化钙及氧化镁及杂质的质量百分含量，钙质生石灰分为 3 个等级：钙质石灰 90（CL 90），钙质石灰 85（CL 85），钙质石灰 75（CL 75）；镁质生石灰分为 2 个等级：镁质石灰 85（ML 85），镁质石灰 80（ML 80）。按《建筑消石灰》（ JC /T 481—2013）的规定，按扣除游离水和结合水后有效氧化钙及氧化镁的质量百分含量，钙质消石灰分为3 个等级：钙质消石灰 90（HCL 90），钙质消石灰 85（HCL 85），钙质消石灰 75（HCL 75）；镁质消石灰分为 2 个等级：镁质消石灰 85（HML 85），镁质消石灰 80（HML 80）。相应技术要求见表2.1、表2.2。

2）石灰的应用

（1）制作石灰乳涂料

将熟化好的石灰膏或消石灰粉加入过量的水稀释成的石灰乳，是一种传统的涂料，主要用于室内粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入 107 胶或少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高粉刷层的防水性；掺入各种耐碱颜料，可获得更好的装饰效果。

（2）配制砂浆

石灰膏和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，可用于墙体砌筑或抹面工程；也可掺入纸筋、麻刀等制成石灰浆，用于内墙或顶棚抹面。

（3）拌制石灰土和三合土

石灰土为消石灰粉与黏土加少量水拌成。三合土为消石灰粉、黏土、砂（或碎石、炉渣等）加少量水拌成。经夯实，可增加其密实度，而且黏土颗粒表面的少量活性SiO ₂ 和Al ₂ O ₃ 与Ca（OH） ₂ 发生反应，生成不溶性的水化硅酸钙与水化铝酸钙，将黏土颗粒胶结起来，提高了黏土的强度和耐水性，主要用于建筑物、路面或地面的垫层，地基的换土处理及地下建筑物的防水。

（4）生产硅酸盐制品

将生石灰粉与纤维材料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如炉渣）加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质的碳化石灰板材，多制成碳化石灰空心板，它的导热系数较小，保温绝热性能较好，可锯、可钉，宜用作非承重内隔墙板、天花板等。

将生石灰粉或消石灰粉与含硅材料，如天然砂、粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等，加水拌和、陈伏、成型后，经蒸压或蒸养等工艺处理，可制得其他硅酸盐制品，如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。

（5）制成建筑生石灰粉

将生石灰磨成细粉称为建筑生石灰粉。建筑生石灰粉可以加入相当于 1 ～ 1.5 倍（石灰质量）的水拌成石灰浆直接使用，这样石灰的熟化、硬化便成为一个连续的过程。此外，生石灰中夹杂的欠火灰或过火灰也磨成细粉，它们的危害大大减轻。用建筑生石灰粉拌制灰土、三合土或生产硅酸盐制品，其强度可比用消石灰粉高得多。

3）石灰的储存

生石灰储存应防潮防水，以免吸水自然熟化后硬化，并注意周围不要堆放易燃物，防止熟化时放热酿成火灾。生石灰不宜长期储存，如要存放，可熟化成石灰膏，上覆砂土或水与空气隔绝，以免硬化。 PzI+zcqQ06Yd59hig7uRRY3B9QduauTdWE+zuNyWa9sdWZNLkXW7GyD1vQcvYMWY