淺析建筑工程中石灰的性能及應用

【摘要】石灰在建筑工程中有著悠久的應用歷史。文章從石灰的原料及燒制的過程出發(fā)，在研究其基本化學組成的基礎上，分析了石灰熟化、硬化的過程及石灰的技術性質和應用。

【關鍵詞】石灰燒制；熟化；硬化；技術性質；應用

石灰是應用較早的膠凝材料，早在距今5000年前就有石灰應用的歷史，因其原材料蘊藏豐富、分布廣、成本低、生產工藝簡單，至今仍在建筑工程中廣泛應用。

1、石灰的原料及燒制

石灰的來源主要有兩個：一是以碳酸鈣（CaCO ）為主要成分的礦物、天然巖石（如白云石、石灰?guī)r、大理石）或貝殼為原材料，經煅燒而得生石灰CaO；另一個來源是化學工業(yè)副產品，如用電石（碳化鈣）制取乙炔時產生的電石渣，其主要成分是氫氧化鈣（Ca（OH） ），即熟石灰（消石灰）。

碳酸鈣煅燒生成氧化鈣，其化學反應式為：

優(yōu)質的石灰，色澤潔白或略帶灰色，密度較低，與水反應速度快。在實際生產過程中，往往由于石灰石原料的尺寸大、煅燒時窯中溫度過低或煅燒時間不足等原因，使CaCO 不能完全分解，將生成欠火石灰。欠火石灰中CaCO 未能完全分解，CaO和MgO含量低，產漿量低，降低石灰的利用率。當煅燒時窯中溫度過高或煅燒時間過長時，CaO與原料所帶雜質（粘土）中的某些成分反應，將生成過火石灰。過火石灰顏色較深，會在已經硬化的砂漿中吸收水分而繼續(xù)熟化，使成型的結構產生體積膨脹，引起局部鼓包、起皮或脫落，影響工程質量。

有些石灰原料中含有碳酸鎂MgCO （如白云質石灰?guī)r），經煅燒生成的生石灰中含氧化鎂MgO。當Mg0含量≤5%時，稱為鈣質石灰；當MgO含量>5%時，稱為鎂質石灰。鎂質石灰熟化較慢，但硬化后強度稍高。

2、石灰的熟化與硬化

2.1 熟化

生石灰與水反應生呈氫氧化鈣（熟石灰，又稱消石灰）的過程，稱為石灰的熟化或消解（消化）。其反應式為：

CaO+H2O=Ca（OH） +64.9 KJ

石灰熟化過程中會放出大量的熱，同時體積增大1～2.5倍。煅燒良好、氧化鈣含量高的石灰熟化較快，放熱量與體積膨脹也較多。生石灰（塊灰）不能直接用于工程，使用前需要進行熟化。生石灰熟化的方法一般有兩種：

1） 制石灰膏

將塊狀生石灰用較多的水（約為生石灰體積的3～4倍）熟化，或將消石灰粉與水拌合，所得到的具有一定稠度的膏狀物，稱石灰膏或石灰乳，主要成分為Ca（OH） 和水。為了使過火石灰的充分熟化，避免產生鼓包、起皮或脫落的現象，石灰膏在使用前應進行陳伏。由塊狀生石灰熟化而成的石灰膏，一般應在儲灰坑中陳伏2周左右。石灰膏在陳伏期間，表面應覆蓋有一層水，以隔絕空氣，避免與空氣中的二氧化碳發(fā)生碳化反應。

石灰膏可用來拌制砌筑砂漿或抹面砂漿，1kg生石灰可熟化成1.5～3 L石灰膏。

2） 制消石灰粉

將塊灰淋以適當的水，使之充分熟化成粉狀，再干燥篩分而制成的干粉，稱消石灰粉或熟石灰粉，主要成分為Ca（OH） 。制消石灰粉的理論用水量為生石灰質量的31.2%，由于熟化時放熱，部分水分蒸發(fā)，故實際加水量常為生石灰質量的60%～80%。加水量以既能充分熟化、又不過濕成團為標準。

消石灰粉可用于拌制灰土（石灰、粘土）及三合土（石灰、粘土、砂石或爐渣等），因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂漿。建筑消石灰粉一般由工廠生產供應，其質量應符合《建筑消石灰粉》（JC/T 481—2013）的要求。

2.2 硬化

石灰漿體的硬化包括干燥結晶和碳化兩個同時進行的過程。

1） 結晶過程

石灰漿體因水分蒸發(fā)或被吸收而干燥，一方面使得其中石灰顆粒更加緊密而產生強度，另一方面也會引起漿體中氫氧化鈣溶液呈過飽和，結晶析出氫氧化鈣晶體而產生強度，但強度增長不大。

2） 碳化過程

在大氣環(huán)境中，石灰漿體中的氫氧化鈣在潮濕的狀態(tài)下會與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，并釋放出水分，即發(fā)生碳化?；瘜W反應式如下：

Ca（OH） +CO2+nH2O= CaCO +（n+1）H2O

碳化反應反應從石灰漿體的表層進行，進展逐趨緩慢。當表層生成CaCO 結晶的薄層后，阻礙了CO2的進一步深入，同時阻礙了內部水分的蒸發(fā)，因此碳化過程很緩慢。

干燥結晶和碳化兩個過程，只能在空氣中進行，且Ca（OH） 溶于水，故石灰是氣硬性的，不能用于水下或長期處于潮濕環(huán)境下的建筑物中。

3、石灰的技術性質和應用

3.1 石灰的技術性質

1）保水性好。在水泥砂漿中摻入石灰膏，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。

2）硬化較慢、強度低。1：3的石灰砂漿28d抗壓強度通常只有0.2～0.5MPa。

3）耐水性差。石灰不宜在潮濕的環(huán)境中使用，也不宜單獨用于建筑物基礎。

4）硬化時體積收縮大。除調成石灰乳作粉刷外，不宜單獨使用，工程上通常要摻入砂、紙筋等材料以減小收縮，并節(jié)約石灰。

5）生石灰吸濕性強。儲存生石灰不僅要防止受潮，而且也不宜儲存過久。

3.2 石灰的應用

石灰在建筑工程中的應用廣泛，主要應用如下：

1）石灰乳

將熟化好的石灰膏或石灰粉加水稀釋成石灰乳，主要用于內墻和頂棚的粉刷的涂料。

2）砂漿

用石灰膏或消石灰粉配成石灰砂漿或水泥混合砂漿，用于抹面或砌筑。

3）硅酸鹽制品

石灰粉可與含硅材料（天然砂、粉煤灰等）混合加工養(yǎng)護制成常用的有蒸壓灰砂磚、粉煤灰磚、蒸壓加氣混凝土砌塊等。

4）拌制灰土、三合土

石灰粉與黏土按照一定的比例拌合，可制成石灰土。還可以與黏土、砂石、礦渣等填料拌合制成三合土，要用于建筑物、路面或地面的墊層、地基的換土處理及公路的路基上。

總結：

石灰的性能和應用與石灰的基本化學組成密切相關，只有在理解石灰基本化學組成的基礎上，才能更好地掌握石灰的硬化、熟化的原理，并能在工程應用中更好地使用石灰。

參考文獻：

[1]宋巖麗.建筑材料與檢測[M].上海：同濟大學出版社，2013.

作者簡介：

方曉青（1985年），女，山東壽光，漢族，高校教師未聘，碩士，建筑材料。