2.1 石灰
石灰是建筑上最早使用的气硬性胶凝材料之一。我国早在公元前7世纪就开始使用石灰。因其原材料分布广泛、生产工艺简单、成本低廉，所以至今在建筑中仍得到广泛应用。
2.1.1 石灰的原料与生产
1.原料
天然原料是生产石灰的主要原料，有石灰岩、白垩或白云质石灰岩等天然岩石，其主要成分是碳酸钙。
2.生产过程
将主要成分为碳酸钙（CaCO3）的石灰石在适当的温度（900～1100℃）下煅烧，所得的以氧化钙（CaO）为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。煅烧出来的生石灰呈块状，称块灰，块灰经磨细后成为生石灰粉。反应式如下：
由于石灰生产中窑内温度和煅烧时间的控制不同，产品中含有少量欠火石灰和过火石灰。若煅烧温度过低或时间不足，会使生石灰中残留有未烧透的内核，这种石灰称为欠火石灰。若煅烧温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为过火石灰。过火石灰的危害大，其表面常被玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨胀，引起建筑物局部隆起鼓包和开裂，工程上称为“爆灰”。
2.1.2 石灰的熟化
生石灰（块灰）不能直接用于工程，使用前需要加水进行熟化。生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙［Ca（OH）2］的过程，称为石灰的熟化或消解（消化）。反应式如下：
CaO+H2O—→Ca (OH)2+64.9kJ
经熟化所得的氢氧化钙称为熟石灰或消石灰。石灰熟化过程中会放出大量的热，同时体积增大1～2.5倍。
生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。
（1）淋灰法。是在生石灰中均匀加入70%左右的水（理论值为31.2%），便可能得到颗粒细小、分散的熟石灰粉。工地上调制熟石灰粉时，每堆放0.5m高的生石灰块，淋60%～80%的水，再堆放再淋，使之成为粉且不结块为止。目前，多用机械方法将生石灰熟化为熟石灰粉。
（2）化灰法。是在生石灰中加入适量的水（约为块灰质量的2.5～3倍），得到的浆体称为石灰乳，石灰乳沉淀后除去表层多余水分后得到的膏状物称为石灰膏。调制石灰膏通常在化灰池和储灰坑中完成。
由于过火石灰熟化速度慢，抹灰后容易造成墙面产生起泡、隆起及开裂现象。因此为了消除过火石灰在使用中对工程造成的危害，石灰膏（乳）应在储灰坑中放置两周以上，使生石灰充分熟化后再用于工程，这一过程称为“陈伏”。陈伏期间，石灰浆表面应覆盖一定厚度的水，以隔绝空气，防止石灰浆表面碳化。
2.1.3 石灰的凝结硬化
石灰浆体在空气中逐渐凝结硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。
1.结晶硬化
由于石灰膏中水分（一部分蒸发，另一部分被周围砌体吸收）的减少，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶析出，形成结晶结构网，使石灰浆体凝结硬化，产生强度并逐渐提高。
2.碳化硬化
石灰浆体中的氢氧化钙在潮湿环境中与空气中的二氧化碳发生反应生成碳酸钙。这一过程称为碳化。反应式如下：
Ca (OH)2+CO2+nH2O—→CaCO3+(n+1) H2O
新生成的碳酸钙晶体相互交叉连生或与氢氧化钙晶体共生，形成紧密交织的结晶网，使硬化石灰浆体的强度进一步提高。
由于空气中二氧化碳浓度低，且表层生成的碳酸钙结构致密，会阻止二氧化碳继续深入，并影响内部水分的蒸发，所以石灰硬化很慢，硬化后的强度也不高。
2.1.4 石灰的技术标准
建筑石灰按氧化镁含量的多少分为钙质石灰（MgO≤5%）和镁质石灰（MgO>5%），镁质石灰的熟化速度较慢，但硬化后强度稍高。
根据成品加工方法的不同建筑石灰分为生石灰（块灰）、生石灰粉、消石灰粉、石灰膏及石灰乳五类。
1.生石灰
生石灰按有效成分（CaO、MgO的含量）和CO2含量、未消化残渣含量及产浆量划分为优等品、一等品和合格品。技术标准见表2.1。
表2.1 生石灰的技术标准（JC/T 479—1992）
2.生石灰粉
生石灰粉是将块灰破碎、磨细并包装成袋。按有效成分（CaO、MgO的含量）和CO2含量及细度划分为优等品、一等品和合格品。技术标准见表2.2。
表2.2 生石灰粉的技术标准（JC/T 480—1992）%
3.消石灰粉
消石灰粉是由生石灰加适量水充分消化所得的粉末，主要成分为Ca（OH） 2。按有效成分（CaO、MgO的含量）和游离水质量数、体积安定性及细度划分为优等品、一等品和合格品。技术标准见表2.3。
表2.3 消石灰粉的技术标准（JC/T 481—1992）
续表
4.石灰膏
石灰膏是由消石灰和水组成的具有一定稠度的膏状物，主要成分为Ca（OH） 2和H2O。
5.石灰乳
石灰乳是由生石灰加大量水消化而成的一种乳状液体，主要成分为Ca（OH） 2和H2O。
2.1.5 石灰的特性
1.具有良好的可塑性和保水性
生石灰熟化成石灰浆时，能自动形成粒子极细（直径约1μm）的呈胶体状态的氢氧化钙，数量多，总表面积大，表面吸附一层较厚水膜，因此，具有良好的可塑性和保水性。在工程上利用其可塑性及保水性好的特性拌制石灰砂浆或石灰混合砂浆。
2.凝结硬化慢、强度低
石灰浆在空气中碳化，表面形成碳酸钙外壳后，碳化作用就难以深入，内部水分又不易蒸发，因此凝结硬化缓慢，且硬化后的强度也不高。如1∶3 的石灰砂浆28d的抗压强度仅为 0.2～0.5MPa。
3.耐水性差
当处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发、二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙微溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用，也不宜单独用于承重砌体的砌筑。
4.硬化后体积收缩大
石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显著收缩，出现干缩裂缝。因此，除调成石灰乳作薄层涂刷外，石灰不宜单独使用。工程上使用时一般要掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。
2.1.6 石灰的应用
1.配制石灰砂浆和水泥石灰混合砂浆
石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成。按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆。用熟化并陈伏好的石灰膏、水泥和砂配制成的水泥石灰混合砂浆，节省水泥，保水性、和易性好，是目前用量最大、用途最广泛的建筑砂浆。
石灰膏还可以加水拌和，可配制成石灰乳，用于粉刷墙面。
2.配制石灰土和三合土
石灰土是由石灰、黏土组成。三合土是由石灰、黏土和碎料（砂、石渣、炉渣、碎砖等）组成。由于黏土中含有活性氧化硅和活性氧化铝，能与熟石灰粉中的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等水硬性物质，因此经夯实后的石灰土或三合土其耐水性和强度远远高于石灰或黏土，广泛用于建筑物的基础垫层、临时道路地基的换土处理等。在石灰土和三合土中，石灰的用量为灰土总质量的6%～12%。
为了方便石灰与黏土等的拌和，宜用磨细的生石灰或熟石灰。
3.配制无熟料水泥
将石灰与具有一定活性的材料（如粒化高炉矿渣、粉煤灰、煤矸石灰渣等工业废渣）按适当比例配合，经共同磨细，可得到具有水硬性的胶凝材料，即为无熟料水泥。
4.制作硅酸盐建筑制品
用石灰和硅质材料（如石英砂、粉煤灰、矿渣）为主要原料，经磨细、配料、拌和、成型及养护（蒸汽养护或蒸压养护）等工序，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。工程中常用的硅酸盐制品有灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。
5.制作碳化石灰板
碳化石灰板是在磨细的生石灰中掺加玻璃纤维、植物纤维、轻质骨料（如矿渣）后搅拌、成型，然后经人工碳化而成的一种轻质板材。为了减小体积密度和提高碳化效果，多制成空心板。这种板材可锯、可刨、可钉，适宜用作非承重内墙隔板、天花板等。
2.1.7 石灰的储存
块状生石灰放置太久，会吸收空气中的水分消化成石灰粉，再与空气中CO2作用形成CaCO3而失去胶结能力。所以，生石灰在储存时要防止受潮，防止久存，运输过程中也要避免受潮，最好运到后即消化成石灰浆，变储存期为陈伏期。生石灰受潮消化放出大量的热，且体积膨胀，所以储存和运输生石灰时，要注意安全，并与易燃物分开保管，以免引起火灾。磨细生石灰在干燥条件下储存期一般不超过1个月，最好是随生产随用。