建筑材料的石灰特性与技术指标

石灰是建筑上使用最早的胶凝材料之一。由于其原料分布很广，生产工艺简单，成本低廉，使用方便，因此在建筑工程中应用广泛。

3.1.1　石灰的原料及生产

石灰的主要原料是石灰岩等，其主要成分是碳酸钙（CaCO3），并含有少量碳酸镁（MgCO3），还有黏土等杂质；此外，一些化工副产品也可用来生产石灰，如用电石（碳化钙）制取乙炔对所生产的主要成分为氢氧化钙[Ca（OH）2]的电石渣等。

石灰石在900℃的温度下煅烧，将CaCO3分解成CaO即得到块状生石灰。生石灰的主要成分是CaO，其中还含有一定量的MgO。其煅烧反应式如下:

在正常温度下煅烧良好的块灰，质轻色白，呈疏松多孔结构，CaO含量高，密度为3.1～3.4g/cm3，堆积密度为800～1000kg/m3。

生产石灰时因释放出CO2，会带去部分热量，另外石灰石块大小不一会使部分块体不能完全煅烧，为使CaCO3充分并加快分解，必须提高温度，但煅烧温度过高或过低，或煅烧时间过长过短，都会影响石灰的质量。煅烧温度太低或煅烧时间不足，将会有部分CaCO3未完全分解，而生产出欠火石灰。欠火石灰产浆量较低，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时黏结力不足，质量较差。若煅烧温度过高或煅烧时间过长，将生产出结构致密、CaO晶粒粗大，并且表面有一层深褐色玻璃质包层的过火石灰。过火石灰的熟化十分缓慢，将其用于建筑时，其细粒可能在石灰浆硬化后才发生水化作用，可是会因体积膨胀使已硬化的砂浆引起崩裂、隆起等现象，严重影响工程质量。

3.1.2　生石灰的熟化

生石灰的熟化又称消化、消解，是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程，其反应式如下:

CaO＋H2O—→Ca（OH）2＋64.9kJ

生石灰的熟化过程散热量大，散热速度也快，同时体积膨胀1.5～2.5倍，易在工程中造成事故，故在石灰熟化过程中应注意安全，防止烧伤、烫伤。一般煅烧良好、氧化钙含量高、杂质少的生石灰，熟化快，散热量大，体积膨胀也大，因此产浆量高。经熟化所得的氢氧化钙称为熟石灰或消石灰。根据熟化时加水量的多少，可得到膏体状或粉粒状的熟石灰。

在建筑工程中，生石灰必须充分熟化后方可使用。为了保证生石灰充分熟化，一般在工地上将块灰放在化灰池内加入石灰质量2.5～3.0倍的水，熟化后通过网孔流入到储灰坑，为避免过火石灰的危害，应经过两周以上时间的消化得到石灰浆（石灰膏），这个过程称“陈伏”。为避免石灰浆碳化，在陈伏期间，石灰浆表面应保持有一层水覆盖，得到的石灰膏一般用于石灰灰浆、石灰砂浆、混合砂浆。

工地上还有一种熟化石灰的方法，称为“淋灰”，即采用分层浇水法。每堆放约50cm高的生石灰块，淋上石灰重量60%～80%的水，便得到颗粒细小、分散的熟石灰粉。熟石灰粉可用来拌制石灰土、三合土等。熟石灰粉在使用前，也应存放一段时间，让过火石灰充分熟化。

3.1.3　石灰的硬化

石灰浆体在空气中逐渐硬化，有干燥、结晶和碳化三个交错进行的过程完成。

在石灰浆体中由于多余水分的蒸发或被气体吸收使Ca（OH）2的浓度增加，获得一定的强度。随着水分的减少，Ca（OH）2逐渐从过饱和溶液中结晶出来，形成结晶结构网，使强度继续增加。Ca（OH）2与潮湿空气中的CO2发生反应生成CaCO3这个过程称为碳化，释放水分并蒸发，其反应式如下:

Ca（OH）2＋CO2＋nH2O—→CaCO3＋（n＋1）H2O

新生成的CaCO3晶体相互交叉连生或与Ca（OH）2共生，构成紧密交织的结晶网，使硬化浆体的强度进一步提高。实际上，石灰浆体的碳化是H2O与CO2形成H2CO3，然后与Ca（OH）2反应生成CaCO3，而且碳化是由表及里进行的。由于空气中CO2非常稀薄，而且硬化浆体表面形成碳化层后，CO2不易深入内部，还阻碍了内部水分的蒸发；因此，自然状态下石灰浆体的碳化干燥是很缓慢的。

根据成品的加工方法的不同，石灰有以下四种产品:

（1）生石灰。由石灰石煅烧而得，主要成分为CaO，若MgO含量不大于5%，则为钙质生石灰；否则为镁质生石灰。

（2）生石灰粉。由块状生石灰磨细而成。

（3）消石灰粉。将生石灰用适量水经熟化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca（OH）2，又称熟石灰粉。若其中MgO含量不超过4%，为钙质消石灰粉；若4%＜MgO＜24%，为镁质消石灰粉；若24%＜MgO＜30%，为白云石质消石灰粉。

（4）石灰膏。将块灰用过量水熟化或将消石灰粉与水拌和，所得有一定稠度的膏状物，主要成分为Ca（OH）2和H2O。

3.1.4　石灰的技术标准

根据我国建筑行业标准《建筑生石灰》（JC/T479—1992）、《建筑生石灰粉》（JC/T 480—1992）和《建筑消石灰粉》（JC/T481—1992）规定，各类石灰产品均划分为优等品、一等品和合格品三个等级。相应技术指标如表3-1、表3-2和表3-3所示。

表3-1　建筑生石灰的技术指标

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表3-2　建筑生石灰粉的技术指标

表3-3　建筑消石灰粉的技术指标

3.1.5　石灰的特性

石灰的主要性质包括以下几方面。

1.可塑性、保水性好

生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细的呈胶体状态的Ca（OH）2，表面吸附一层厚的水膜，因而其可塑性好。将石膏掺入水泥砂浆中，配制成混合砂浆，能显著提高其可塑性和保水性。

2.硬化缓慢、强度低

石灰浆的硬化只能在空气中进行，由于空气中CO2含量少，特别是表面碳化层的形成，使得石灰浆的硬化缓慢，可使石灰浆具有一定的可塑性，便于应用。并且考虑到部分水因熟化时放热较多而被蒸发掉。虽然生石灰理论熟化需水量只有其质量的32%，但实际熟化用水量很大，多余水分在硬化后蒸发，留下大量孔隙，使硬化石灰体强度较低。如1:3配比的石灰砂浆28天拉压强度只有0.2～0.5MPa，受潮后石灰溶解，强度更低。

3.吸湿性强、耐水性差

生石灰吸湿性很强，是传统的干燥剂。硬化石灰浆体受潮后，其中尚未碳化的Ca（OH）2易溶于水，硬化石灰体遇水会发生溃散，故石灰的耐水性差，不宜用于潮湿环境和水中。

4.硬化时体积收缩

石灰将在硬化是蒸发掉大量的水分，引起显著的体积收缩变形，使硬化石灰体产生裂纹，故石灰不易单独使用，工程施工时常掺入一定量的骨料（砂子）或纤维材料（麻刀、纸筋等）。

3.1.6　石灰的应用

石灰的应用范围很广，主要有以下几方面的应用。

1.配石灰砂浆和石灰乳涂料

用石灰膏与砂或麻刀、纸筋配制石灰砂浆、麻刀灰、纸筋灰，可广泛用作内墙、顶棚的抹面砂浆。用石灰膏和水泥、砂配制混合砂浆，通常用来砌筑墙体或作抹灰之用。由石灰膏或消石灰粉加水稀释，可得石灰乳，是一种传统的室内粉刷涂料，主要用于临时建筑的室内粉刷。

2.配制灰土和三合土

消石灰粉和粘土按一定比例拌和称为灰土，若再加入炉渣、砂、石等填料，即成三合土。灰土和三合土的应用，在我国有悠久的历史，经夯实后强度高、耐水性好，且操作简单，价格低廉，广泛应用于建筑物的基础、路面或地面的垫层。

3.生产硅酸盐制品

以石灰（生石灰粉或消石灰粉）与硅质材料（如矿渣、炉渣、粉煤灰等）为原料，加水拌和，经成型，再进行蒸养或蒸压处理等工序，而得到的建筑材料，统称为硅酸盐制品，如蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土砌块等。

4.制作碳化石灰板

将生石灰粉、纤维填料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）和水按一定比例搅拌成型，然后用CO2进行12～24h的人工碳化，可制得质轻的碳化石灰板。为减轻自重、提高碳化效果，多制成空心板，如石灰空心板。空心板的导热系数小，保温隔热性能良好，且易于加工，主要用于非承重内墙板、天花板等。

3.1.7　石灰的储运

生石灰在运输和储存时要防止受潮，且储存时间不宜过长，否则生石灰吸水、吸湿后将自行消化成消石灰粉，然后再与空气中CO2形成CaCO3碳化层，使胶凝性降低。工地上常将刚运到的生石灰即消化成消石灰粉，变储存期为陈伏期。

生石灰不应与易燃易爆物品及液体共储、同运。因为生石灰受潮时放出大量热并且体积膨胀，会导致易燃品的燃烧和易爆品的爆炸，可能会引起火灾，甚至危及生命。