項目一　石　灰

【知識導學】 石灰具有原料來源廣、生產工藝簡單、成本低廉和使用方便等特點，是工程中最早和較常用的無機膠凝材料之一。

一、石灰的生產

生產石灰的原料是石灰巖、白堊或白云質石灰巖等天然巖石，其化學成分主要是碳酸鈣。原料經高溫煅燒后得到的白色塊狀產品，稱為石灰（亦稱生石灰），其主要化學成分為氧化鈣。反應式為

由于窯內煅燒溫度不均勻，產品中除了正火石灰外還含有少量的欠火石灰和過火石灰。欠火石灰含有未完全分解的碳酸鈣內核，降低了石灰的產量；過火石灰表面有一層深褐色熔融物質，阻礙石灰的正常熟化；正火石灰質輕、色勻（白色或略帶灰白色）、密度較小，工程性質優良。

石灰原料中常含有少量的菱鎂礦等雜質，煅燒時生成氧化鎂，由于碳酸鎂的分解溫度低于碳酸鈣的分解溫度，故長時間高溫度的煅燒很容易形成水化速度很慢的過燒氧化鎂。根據石灰中氧化鎂的含量，將石灰分為鈣質石灰（氧化鎂含量不大于5%）和鎂質石灰（氧化鎂含量大于5%）。鎂質石灰具有熟化稍慢、凝結硬化后強度較高的特點。

二、石灰的熟化與凝結硬化

1.石灰的熟化

石灰的熟化又稱消解，是指生石灰加水生成氫氧化鈣的過程。氫氧化鈣俗稱熟石灰或消石灰。石灰熟化的化學反應如下：

石灰熟化時放出大量的熱，體積膨脹1.0～2.5倍。通過熟化時加水量的控制，可將熟石灰制成熟石灰粉（加水量約為生石灰質量的70%）和熟石灰膏（加水量約為生石灰質量的2.5～3倍），供不同施工場合使用。

石灰膏多存放在工地現場的儲灰坑中，產品含水量約50%，表觀密度為1300～1400kg/m3。由于過火石灰熟化緩慢，為防止過火石灰在建筑物中吸收空氣中水分繼續熟化，造成建筑物局部膨脹開裂，石灰膏應在儲灰坑中隔絕空氣存放2周以上，使生石灰充分熟化后再用于工程，這種過程稱為“陳伏”。

2.石灰的凝結硬化

膠凝材料的凝結硬化是一個連續的物理、化學變化過程，經過凝結硬化這個過程，具有可塑性的膠凝材料能逐漸變成堅硬的固體物質。為便于研究，通常將具有可塑性的漿體逐漸失去塑性的過程，稱為凝結；隨著物理、化學作用的延續，漿體產生強度，并逐漸提高，最終變成堅硬的固體物質的過程，稱為硬化。

石灰的凝結硬化是干燥結晶和碳化兩個交錯進行的過程。

（1）干燥結晶。石灰漿體中的水分被砌體部分吸收及蒸發后，石灰膠粒更加緊密，同時氫氧化鈣從飽和溶液中逐漸結晶析出，使石灰漿體凝結硬化，產生強度并逐步提高。

（2）碳化。漿體中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發生化學反應，生成碳酸鈣，反應式如下：

碳酸鈣與氫氧化鈣兩種晶體在漿體中交叉共生，構成緊密的結晶網，使石灰漿體逐漸變成堅硬的固體物質。由于干燥結晶和碳化過程十分緩慢，且氫氧化鈣易溶于水，故石灰不能用于潮濕環境及水下的建筑物中。

三、石灰的技術性質

1.石灰的技術指標

石灰的商業品種主要有建筑生石灰（塊灰）、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。根據我國建材行業標準《建筑生石灰》（JC/T 479—2013）、《建筑消石灰》（JC/T 481—2013）的規定，石灰產品按化學成分分為鈣質石灰和鎂質石灰兩類，按照化學成分的含量每類分成若干個等級，各等級的化學成分和物理性質詳見表2-1、表2-2。

石灰的識別標志由產品名稱、加工情況和產品依據標準編號組成，生石灰塊在代號后加Q，生石灰粉加QP，如90級鈣質生石灰粉標記為“CL 90-QP JC/T 479—2013”。

每批產品出廠時，應向用戶提供產品質量證明書。證明書中應注明生產廠家、產品名稱、標記、檢驗結果、批號、生產日期等。

2.石灰的特性

石灰與其他材料相比，具有如下特性：

（1）拌和物可塑性好。生石灰熟化為石灰漿時，能自動形成顆粒極細的呈膠體分散狀態的氫氧化鈣，其表面能吸附一層較厚的水膜，水膜可降低顆粒之間的摩擦力，使石灰漿體具有良好的塑性，易攤鋪成均勻的薄層，便于施工。

（2）硬化過程中體積收縮大。石灰漿體需水量大，硬化時要脫去大量游離水使體積產生顯著收縮。為抑制體積收縮，避免建筑物開裂，常在石灰中摻入砂、紙筋、麻刀等，一方面提高其抗拉強度，抵抗收縮引起的開裂；另一方面還可促進水分的蒸發，提高碳化和硬化速度。

（3）硬化慢、強度低。石灰的凝結硬化過程十分緩慢，特別是表層碳酸鈣薄層的形成，阻礙了漿體內部的水分蒸發及碳化向其內部的深入。硬化后的石灰強度較低，1：3的石灰砂漿28d抗壓強度只有0.2～0.5MPa，受潮后強度更低。

（4）耐水性差。由于氫氧化鈣易溶于水，使其強度降低，在水中還會潰散，所以石灰不能用于水工建筑物或潮濕環境中的建筑物。

（5）吸濕性強。生石灰極易吸收空氣中的水分熟化成熟石灰粉，所以生石灰必須在防潮防水的密閉條件下儲存。

四、石灰的應用與儲運

1.石灰的應用

建筑石灰主要有以下三種應用途徑：

（1）現場配制石灰土與石灰砂漿。石灰和黏土按比例配合形成灰土，再加入砂，可配成三合土。灰土或三合土經分層夯實，具有一定的強度（抗壓強度一般為4～5MPa）和耐水性，多用于建筑物的基礎或路面墊層。石灰砂漿或水泥石灰砂漿是建筑工程中常用的砌筑、抹面材料。

（2）制作硅酸鹽及碳化制品。以生石灰粉和硅質材料（如砂、粉煤灰、火山灰等）為基料，加少量石膏、外加劑，加水拌和成型，經濕熱處理而得的制品，統稱為硅酸鹽制品，如蒸養粉煤灰磚及砌塊等。石灰碳化制品是將石灰粉和纖維料（或集料）按規定比例混合，在水濕條件下混拌成型，經干燥后再進行人工碳化而成，如碳化磚、瓦、管材及石灰碳化板等。

（3）配制無熟料水泥。石灰是生產無熟料水泥的重要原料，如石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥和石灰火山灰水泥等。無熟料水泥具有生產成本低、工藝簡單的特點。

2.石灰的儲運

生石灰在運輸時應注意防雨，且不得與易燃、易爆及液體物品混運。石灰應存放在封閉嚴密、干燥的倉庫中。石灰存放太久，會吸收空氣中的水分自行熟化，與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈣，失去膠結性。不同類生石灰應分別儲存或運輸，不得混雜。