浅析建筑材料石灰的性能及应用

浅析建筑材料石灰的性能及应用

摘要：石灰是较早应用于土木工程的人工气动无机胶凝材料之一。它有着悠

久的发展历史。气动硬化只能在空气中固化，而胶凝材料具有胶凝性。石灰因其

原料分布广、资源丰富、生产工艺简单、成本低、使用方便等优点，自古以来就

广泛应用于土木工程中。石灰还有一些独特的特性，比传统的天然粘土更具胶结性。阐述了石灰的生产工艺、石灰的固化硬化、石灰的性能及应用，对土木工程

材料的合理选择具有重要意义。

关键词：建筑材料；石灰；性能；应用

1石灰的原料和生产

1.1石灰的原料

“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲；粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。”这里引用明代诗人于谦的一首诗。从古诗“千锤万凿出深山”这句话中可以看出，生产石灰的原料就是山里其化学成分主要是碳酸钙的天然岩石。

1.2石灰的生产

从诗中“烈火焚烧若等闲”这句话中可以看出石灰的生产过程，是将天然岩

石从深山里开采出来，经破碎，然后放到窑里高温煅烧，经过煅烧之后，碳酸钙

发生分解，产生了氧化钙和二氧化碳气体。原料经高温煅烧而得的白色或灰白色

的块状材料就是石灰，我们称它为生石灰，它的主要成分是氧化钙，其化学反应

式为：

在石灰生产中，为了加速分解，一般将煅烧温度提高到1000～1100℃，煅烧

过程中的温度和时间对石灰的质量影响很大。因此，由于生产过程中的温度和时

间控制问题，石灰可能有三种：欠烧石灰、正火石灰和过烧石灰。

1.2.1欠烧石灰

在煅烧过程中，如果温度过低达不到分解温度或煅烧时间太短，碳酸钙就不

能完全分解。在这种情况下，产生的石灰是在生石灰下燃烧的。原因是当石灰石

表面的温度达到分解温度时，会分解成氧化钙，但石灰石中有一些地方达不到分

解温度，所以仍以碳酸钙为主。这种石灰颗粒被称为欠烧石灰。其结构外为氧化钙，内为碳酸钙。这主要是由于煅烧温度低或时间太短导致碳酸钙分解不完全造

成的。石灰石利用不足，石灰产量低，粘结性差。

1.2.2正火石灰

在这种情况下，石灰石中的碳酸钙刚刚完全分解，结构主要是氧化钙。这种

石灰煅烧性好，重量轻，颜色均匀，呈白色或灰白色，性能优良。

2石灰的熟化和硬化

2.1石灰的熟化

石灰的熟化，顾名思义，就是指生石灰与水发生化学反应生成熟石灰的过程，又称消化或消解。熟石灰的主要成分为氢氧化钙，其化学反应式为：

氢氧化钙俗称熟石灰，又称熟石灰。这种化学反应有两个特点：一是石灰在

固化过程中释放大量热量，二是体积增大，这与其他材料不同。

在熟化过程中，由于温度过高或时间过长，过热石灰表面会有一层致密的熔体，与水反应速度慢，熟化时间长。当石灰在工程中硬化后，过热的石灰仍会吸

收空气中的水分，继续消化，导致形成的结构体积膨胀，引起结构表面隆起开裂。为了消除生石灰的危害，石灰浆应在贮灰坑中“老化”两周以上。老化是指石灰

浆在贮灰坑中长期存放。放置两周以上，通过充分浸泡使硬壳软化，保证水能进

入石灰内部，使过热石灰颗粒与水的反应充分成熟，消除过热石灰在使用前的危害。需要注意的是，在“老化”过程中，石灰浆表面应该有一层水，以将其与空

气隔离，防止石灰碳化。

石灰加水以后开始是塑性浆体，那么它是怎样凝结硬化，并慢慢产生强度的呢？下面分析石灰的硬化。

2.2石灰的硬化

2.2.1结晶过程

在石灰熟化的时候，为了使氧化钙和水能充分的反应，使石灰浆体有良好的可塑性，所以加的水较多，但随着时间变化，石灰浆体中的水分在空气中一部分被蒸发，一部分被石灰坑里面的砌体吸收，一部分被反应掉，水分越来越少，石灰浆体越来越稠，固体颗粒之间相互靠拢，氢氧化钙结晶析出，强度逐渐产生。

2.2.2碳化过程

氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，并释放出水分，称为碳化。其化学反应式如下：

此时生成的碳酸钙和氢氧化钙在石灰浆中交叉共生，形成致密的晶体网络，强度进一步提高。从化学式可以看出，反应需要二氧化碳，所以碳化主要发生在与空气接触的表面。当石灰浆表面形成一层碳酸钙膜时，该膜较硬且具有一定的强度，将覆盖工程结构表面，使空气中的二氧化碳气体难以向内渗透，导致碳化速率缓慢；同时，由于泥浆表面有一层坚硬的碳酸钙膜，其中的水分不易蒸发。因此，石灰浆的硬化是一个缓慢的过程。从化学反应式也可以看出，石灰的硬化需要与空气接触。它只能在空气中凝结和硬化以保持和发展强度。因此，石灰属于气动胶凝材料，只能在干燥环境下的工程中使用。

3石灰的性能及应用

3.1石灰的性能

3.1.1凝结硬化慢，强度低

凝结硬化慢的原因是因为空气中的二氧化碳浓度低，且浆体表面生成一层碳酸钙薄膜后，阻止了二氧化碳向内部渗透，同时也妨碍了内部水分向外蒸发，故凝结硬化慢。经试验测定，硬化后的石灰强度较低，石灰和砂用1:3的比例配制成的石灰砂浆，28天的抗压强度仅有0.2～0.5Mpa，特别是受潮以后，石灰容易变软溃散，故工程中石灰不宜用于承重结构和潮湿环境。

3.1.2硬化时体积收缩大

在拌制石灰的时候，为了保证它的施工和易性，水加的很多，石灰浆在硬化过程中，水分蒸发，体积产生收缩而开裂，所以石灰这种材料一般不单独使用。为防止或减少收缩，避免建筑物产生裂缝，常在石灰中掺入砂、纸筋、麻刀、无机纤维等材料来提高抗拉强度，抵抗因为收缩引起的开裂，同时也节约了石灰。

3.1.3耐水性差

由于氢氧化钙易溶于水，遇潮湿和水后石灰强度会下降或完全丧失，使耐水性差。耐水性差是气硬性胶凝材料的一个共性，气硬性胶凝材料都具有这样一个特点，所以石灰不能使用在潮湿的环境或水中的建筑物中，因为在这些环境下，它的强度会有较大降低，它的软化系数很小，甚至是接近零的。

3.1.4可塑性和保水性好

石灰熟化后的主要成分氢氧化钙颗粒很细，比表面积较大，表面能吸附一层较厚的水膜，水膜可降低颗粒之间的摩擦力，有一定的润滑作用，使石灰拌制的拌和物均匀，其可塑性好，保持水分的能力强，容易摊铺成均匀细致的薄层，利用这个性能可配制混合砂浆，能够使砂浆的施工性能得到明显改善。

3.2石灰的施用

3.2.1石灰土和三元组的制备

石灰土是由石灰和粘土按一定比例混合而成的。三和弦由三种材料组成。石灰、粘土和砂土可制成三合一，可用于建筑地基和道路工程垫层。那么，石灰是一种气动胶凝材料，为什么能在地下潮湿的环境中使用呢？其原理是石灰中的氢