浅析建筑工程中石灰的性能及应用

【摘要】石灰在建筑工程中有着悠久的应用历史。文章从石灰的原料及烧制的过程出发，在研究其基本化学组成的基础上，分析了石灰熟化、硬化的过程及石灰的技术性质和应用。

【关键词】石灰烧制；熟化；硬化；技术性质；应用

石灰是应用较早的胶凝材料，早在距今5000年前就有石灰应用的历史，因其原材料蕴藏丰富、分布广、成本低、生产工艺简单，至今仍在建筑工程中广泛应用。

1、石灰的原料及烧制

石灰的来源主要有两个：一是以碳酸钙（CaCO ）为主要成分的矿物、天然岩石（如白云石、石灰岩、大理石）或贝壳为原材料，经煅烧而得生石灰CaO；另一个来源是化学工业副产品，如用电石（碳化钙）制取乙炔時产生的电石渣，其主要成分是氢氧化钙（Ca（OH） ），即熟石灰（消石灰）。

碳酸钙煅烧生成氧化钙，其化学反应式为：

优质的石灰，色泽洁白或略带灰色，密度较低，与水反应速度快。在实际生产过程中，往往由于石灰石原料的尺寸大、煅烧时窑中温度过低或煅烧时间不足等原因，使CaCO 不能完全分解，将生成欠火石灰。欠火石灰中CaCO 未能完全分解，CaO和MgO含量低，产浆量低，降低石灰的利用率。当煅烧时窑中温度过高或煅烧时间过长时，CaO与原料所带杂质（粘土）中的某些成分反应，将生成过火石灰。过火石灰颜色较深，会在已经硬化的砂浆中吸收水分而继续熟化，使成型的结构产生体积膨胀，引起局部鼓包、起皮或脱落，影响工程质量。

有些石灰原料中含有碳酸镁MgCO （如白云质石灰岩），经煅烧生成的生石灰中含氧化镁MgO。当Mg0含量≤5%时，称为钙质石灰；当MgO含量>5%时，称为镁质石灰。镁质石灰熟化较慢，但硬化后强度稍高。

2、石灰的熟化与硬化

2.1 熟化

生石灰与水反应生呈氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程，称为石灰的熟化或消解（消化）。其反应式为：

CaO+H2O=Ca（OH） +64.9 KJ

石灰熟化过程中会放出大量的热，同时体积增大1～2.5倍。煅烧良好、氧化钙含量高的石灰熟化较快，放热量与体积膨胀也较多。生石灰（块灰）不能直接用于工程，使用前需要进行熟化。生石灰熟化的方法一般有两种：

1） 制石灰膏

将块状生石灰用较多的水（约为生石灰体积的3～4倍）熟化，或将消石灰粉与水拌合，所得到的具有一定稠度的膏状物，称石灰膏或石灰乳，主要成分为Ca（OH） 和水。为了使过火石灰的充分熟化，避免产生鼓包、起皮或脱落的现象，石灰膏在使用前应进行陈伏。由块状生石灰熟化而成的石灰膏，一般应在储灰坑中陈伏2周左右。石灰膏在陈伏期间，表面应覆盖有一层水，以隔绝空气，避免与空气中的二氧化碳发生碳化反应。

石灰膏可用来拌制砌筑砂浆或抹面砂浆，1kg生石灰可熟化成1.5～3 L石灰膏。

2） 制消石灰粉

将块灰淋以适当的水，使之充分熟化成粉状，再干燥筛分而制成的干粉，称消石灰粉或熟石灰粉，主要成分为Ca（OH） 。制消石灰粉的理论用水量为生石灰质量的31.2%，由于熟化时放热，部分水分蒸发，故实际加水量常为生石灰质量的60%～80%。加水量以既能充分熟化、又不过湿成团为标准。

消石灰粉可用于拌制灰土（石灰、粘土）及三合土（石灰、粘土、砂石或炉渣等），因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆。建筑消石灰粉一般由工厂生产供应，其质量应符合《建筑消石灰粉》（JC/T 481—2013）的要求。

2.2 硬化

石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个同时进行的过程。

1） 结晶过程

石灰浆体因水分蒸发或被吸收而干燥，一方面使得其中石灰颗粒更加紧密而产生强度，另一方面也会引起浆体中氢氧化钙溶液呈过饱和，结晶析出氢氧化钙晶体而产生强度，但强度增长不大。

2） 碳化过程

在大气环境中，石灰浆体中的氢氧化钙在潮湿的状态下会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并释放出水分，即发生碳化。化学反应式如下：

Ca（OH） +CO2+nH2O= CaCO +（n+1）H2O

碳化反应反应从石灰浆体的表层进行，进展逐趋缓慢。当表层生成CaCO 结晶的薄层后，阻碍了CO2的进一步深入，同时阻碍了内部水分的蒸发，因此碳化过程很缓慢。

干燥结晶和碳化两个过程，只能在空气中进行，且Ca（OH） 溶于水，故石灰是气硬性的，不能用于水下或长期处于潮湿环境下的建筑物中。

3、石灰的技术性质和应用

3.1 石灰的技术性质

1）保水性好。在水泥砂浆中掺入石灰膏，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。

2）硬化较慢、强度低。1：3的石灰砂浆28d抗压强度通常只有0.2～0.5MPa。

3）耐水性差。石灰不宜在潮湿的环境中使用，也不宜单独用于建筑物基础。

4）硬化时体积收缩大。除调成石灰乳作粉刷外，不宜单独使用，工程上通常要掺入砂、纸筋等材料以减小收缩，并节约石灰。

5）生石灰吸湿性强。储存生石灰不仅要防止受潮，而且也不宜储存过久。

3.2 石灰的应用

石灰在建筑工程中的应用广泛，主要应用如下：

1）石灰乳

将熟化好的石灰膏或石灰粉加水稀释成石灰乳，主要用于内墙和顶棚的粉刷的涂料。

2）砂浆

用石灰膏或消石灰粉配成石灰砂浆或水泥混合砂浆，用于抹面或砌筑。

3）硅酸盐制品

石灰粉可与含硅材料（天然砂、粉煤灰等）混合加工养护制成常用的有蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、蒸压加气混凝土砌块等。

4）拌制灰土、三合土

石灰粉与黏土按照一定的比例拌合，可制成石灰土。还可以与黏土、砂石、矿渣等填料拌合制成三合土，要用于建筑物、路面或地面的垫层、地基的换土处理及公路的路基上。

总结：

石灰的性能和应用与石灰的基本化学组成密切相关，只有在理解石灰基本化学组成的基础上，才能更好地掌握石灰的硬化、熟化的原理，并能在工程应用中更好地使用石灰。

参考文献：

[1]宋岩丽.建筑材料与检测[M].上海：同济大学出版社，2013.

作者简介：

方晓青（1985年），女，山东寿光，汉族，高校教师未聘，硕士，建筑材料。