由于石灰與古建筑用材兼容性最高，目前古建筑修繕材料仍以石灰為主。采用潑灰工藝制備熟石灰是傳統(tǒng)石灰的主要制備工藝。由于潑灰中殘留部分未完全熟化的生石灰，為了消除其在應(yīng)用過程中的不利影響，需要將濕粉狀態(tài)的潑灰放置一段時間，讓殘留的生石灰完全熟化，這一過程稱為陳化，是石灰生產(chǎn)應(yīng)用過程中關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)之一。目前，針對傳統(tǒng)石灰制備工藝、潑灰陳化方式、陳化過程微結(jié)構(gòu)演變以及與宏觀性能相關(guān)性等方面，可供參考的文獻(xiàn)較少，缺少系統(tǒng)性的深入研究。《硅酸鹽通報》2023年第7期發(fā)表了來自北京建筑大學(xué)王琴教授課題組的研究論文《產(chǎn)地來源和陳化方式對石灰結(jié)構(gòu)和性能的影響》。論文從工程實際需求出發(fā)，對比研究了來自北京潭柘寺、河北易縣和河北南石樓的生石灰塊，分別采用天然陳化、密封陳化和浸水陳化三種陳化方式，在不同陳化齡期(3和30 d)后，研究在熟化、陳化和硬化過程中微結(jié)構(gòu)的演變以及對宏觀性能的影響。

圖1為不同產(chǎn)地來源和陳化方式對硬化石灰抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響對比。由于直接購買的潭柘寺地區(qū)熟石灰與分析純氫氧化鈣為工廠預(yù)先制備，無法判斷陳化方式及時間，以虛線表示，作為對照。可以看出，所有試塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增加。對比不同陳化方式的硬化石灰試塊可知，同種石灰在同一陳化時間條件下，浸水陳化的效果最好，天然陳化的效果最差。

圖2為石灰來源和陳化條件對硬化石灰試塊黏結(jié)強(qiáng)度的影響對比，從圖中可以看出，硬化石灰試塊的黏結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)出與抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相似的趨勢；其中，對于易縣地區(qū)生石灰塊，浸水陳化方式制備的硬化石灰試塊的黏結(jié)強(qiáng)度明顯高于其他兩種陳化方式；對于南石樓地區(qū)生石灰塊，浸水陳化方式制備的硬化石灰試塊的黏結(jié)強(qiáng)度與密封陳化方式相近，遠(yuǎn)高于天然陳化方式。由于潭柘寺地區(qū)石灰的陳化方式不確定，后續(xù)章節(jié)對易縣地區(qū)和南石樓地區(qū)的陳化石灰進(jìn)行討論。

圖3和圖4分別為不同陳化時間和陳化方式易縣地區(qū)和南石樓地區(qū)的陳化石灰的SEM照片?？梢钥闯觯S著石灰產(chǎn)地、陳化方式和陳化時間的變化，石灰試樣中氫氧化鈣的晶粒尺寸和晶體形貌發(fā)生了明顯變化。

對于易縣地區(qū)石灰，在天然陳化條件下，氫氧化鈣呈片狀、板狀和柱狀分布，同時能夠觀察到大量碳化早期形成的碳酸鈣顆粒；在密封陳化條件下，氫氧化鈣也呈六方板狀和柱狀分布；在浸水陳化條件下，氫氧化鈣呈片狀和柱狀分布，只是晶粒尺寸有所減小。對于南石樓地區(qū)石灰，在天然陳化條件下，氫氧化鈣呈團(tuán)簇狀分布，能夠觀察到明顯的碳化早期形成的碳酸鈣；在密封陳化條件下，氫氧化鈣晶體呈聚集狀態(tài)的六方片狀形態(tài)分布，同時，可見板狀的氫氧化鈣晶體；在浸水陳化條件下，氫氧化鈣呈明顯的聚集態(tài)六方片狀分布。隨著陳化時間的增加，在陳化30 d的樣品中，除六方片狀氫氧化鈣以外，還能夠觀察到表現(xiàn)為凝膠狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鈣。相較于南石樓地區(qū)陳化石灰中呈六方片狀分布的氫氧化鈣，易縣地區(qū)陳化石灰中氫氧化鈣呈六方板狀分布，晶體更厚，晶體形貌規(guī)整、晶粒尺寸更大。氫氧化鈣晶粒尺寸的減小，會使石灰的比表面積增大，化學(xué)活性大大增強(qiáng)，這是南石樓地區(qū)浸水陳化石灰試塊具有更好力學(xué)性能的原因之一。

圖5是產(chǎn)地來源和陳化方式對陳化石灰中氫氧化鈣和碳酸鈣含量的影響。對比不同陳化方式的石灰可以看出，同種石灰在同一陳化時間條件下，浸水陳化石灰中氫氧化鈣含量最高，碳酸鈣含量最低，天然陳化石灰中氫氧化鈣含量最低，碳酸鈣含量最高，這可能是因為在浸水陳化條件下，石灰無法與空氣接觸，減緩了氫氧化鈣的碳化速率。不僅如此，同一陳化方式條件下，隨著陳化時間的增加，石灰試樣中氫氧化鈣含量降低，碳酸鈣含量增加，這是因為隨著陳化時間的增加，石灰中的氫氧化鈣緩慢發(fā)生碳化反應(yīng)。在同一陳化方式條件下，南石樓地區(qū)陳化石灰中氫氧化鈣含量最高，碳酸鈣含量最低，這是因為石灰原材料和煅燒工藝的差異導(dǎo)致易縣地區(qū)生石灰塊中存在更多未完全分解的碳酸鈣。

為進(jìn)一步明確樣品中氫氧化鈣和碳酸鈣的含量隨產(chǎn)地來源和陳化方式的變化，對陳化石灰樣品進(jìn)行XRD分析，并將XRD數(shù)據(jù)導(dǎo)入Highscore Plus軟件中進(jìn)行半定量分析，結(jié)果如圖6和表3所示?？梢钥闯觯煌a(chǎn)地來源和陳化方式的石灰中氫氧化鈣和碳酸鈣的含量變化與馬弗爐煅燒測試結(jié)果呈現(xiàn)相似的趨勢。XRD分析和馬弗爐煅燒測試結(jié)果存在差異的主要原因在于馬弗爐測試過程中，樣品不可避免的吸收空氣的水分，導(dǎo)致燒失量測試結(jié)果存在偏差。

通過壓汞法(MIP)研究了不同產(chǎn)地來源和陳化方式對石灰灰漿硬化體試塊的孔隙結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果如圖7和表4所示?？梢钥闯觯谕魂惢绞綏l件下，與易縣地區(qū)硬化石灰試塊相比，南石樓地區(qū)硬化石灰試塊的孔隙率更低，最可幾孔徑更小，大孔所占的體積更小，微觀結(jié)構(gòu)更加密實。相較于密封陳化，浸水陳化石灰試塊的孔隙率更低，大孔體積下降。這說明浸水陳化方式能夠使得硬化石灰試塊中大孔的數(shù)量降低。孔隙率更低，大孔所占的體積更小，微觀結(jié)構(gòu)更加密實也是浸水陳化方式制備的南石樓硬化石灰試塊具有更好力學(xué)性能的重要原因。

圖8為不同石灰來源和陳化方式制備的硬化石灰試塊的SEM照片?？梢钥闯?，隨著石灰產(chǎn)地、陳化方式和陳化時間的變化，硬化石灰試塊中氫氧化鈣和碳酸鈣的晶體形貌和晶粒尺寸發(fā)生了明顯變化。對于易縣地區(qū)石灰試塊，在密封陳化條件下，陳化石灰由六方板狀和柱狀分布的氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的氫氧化鈣和碳化早期的碳酸鈣；在浸水陳化條件下，陳化石灰由片狀和柱狀分布的氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的氫氧化鈣和碳化早期的碳酸鈣。對于南石樓地區(qū)石灰試塊，在密封陳化條件下，陳化石灰由團(tuán)簇狀態(tài)的六方片狀和板狀氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的氫氧化鈣；在浸水陳化條件下，陳化石灰由團(tuán)簇狀態(tài)的六方片狀和柱狀氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槌誓z狀分布的氫氧化鈣，同時能夠觀察到少量呈現(xiàn)片狀和柱狀體分布的氫氧化鈣，這種凝膠狀分布的氫氧化鈣可能是南石樓地區(qū)石灰采用浸水陳化方法制備的硬化石灰試塊力學(xué)性能更高的原因。

1)陳化后石灰的強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期和陳化時間的增加而增加。在三種陳化方式中，浸水陳化效果最好，天然陳化效果最差，南石樓地區(qū)石灰試塊的力學(xué)性能遠(yuǎn)高于其他三種石灰。

2)在陳化過程中，陳化方式、產(chǎn)地來源和陳化時間均會影響石灰中氫氧化鈣晶體的形貌，使晶粒尺寸隨陳化時間的增加而逐漸減小；與易縣石灰相比,南石樓地區(qū)陳化石灰形成的六方片狀氫氧化鈣晶體晶粒尺寸相對較小,晶體更薄，因此石灰的比表面積增大，化學(xué)活性大大增強(qiáng)，這使得浸水陳化石灰的力學(xué)性能最優(yōu)。

3)與天然陳化和密封陳化相比，浸水陳化所得的氫氧化鈣晶粒尺寸更小，硬化后的微結(jié)構(gòu)更細(xì)密，最可幾孔徑更小，大孔體積更小，硬化體石灰試塊的力學(xué)性能更高。