熟石灰 / 消石灰 / 灰泥

根據「石灰循環」,石灰原料(石灰岩)經煅燒過後,成為生石灰。將生石灰與水反應(以水消解)後可得熟石灰(氫氧化鈣)。

在中古時期的歐洲,石灰煅燒窯的地點通常離工地不遠。煅燒完成後,工匠會直接在建築工地將生石灰埋在沙中,然後灑水的方式消解成熟石灰。之後再將熟石灰與砂混拌成砂漿,用於黏合磚石,粉光牆面。



現在的熟石灰都是由石灰廠以機器設備所生產的。作為建材原料的熟石灰(氫氧化鈣)是乾粉狀。工業生產主要有兩種製備(消解)方式。一種是乾式,一種是溼式。

乾式消解法:
將煅燒完成的生石灰,粉碎成較小的顆粒,在石灰消解機(lime slaker)中與水反應,進行消解。所需的水量經過計算,並準確控制,使得消解反應完成後,沒有多餘的水分。最後,經粉碎,過篩便可得到乾粉狀的熟石灰。


濕式消解法:
將生石灰原料與過量的水進行消解反應。可得到液狀的石灰漿。將之乾燥,粉碎,過篩後,可得熟石灰粉料。一般而言,以這種方式生產的熟石灰,因為水分充足,消解反應較為完全,且較容易去除雜質,故純度較高,品質較好。

這裡要特別介紹的,是另一種在歐洲已經有悠久歷史的製備方式。也算是一種濕式消解法。德文叫 Sumpfkalk。從字面上來理解,是「浸泡石灰」的意思。中文可稱為「灰泥」。

以下的插圖出自這本書

傳統的作法需要建造所謂的「石灰池」。主要的消解反應在「消解池」進行。另外還有「儲存池」或稱為「熟成池」。首先,將消解池徹底清洗乾淨。將所需的水量注入池中。

上方為「消解池」,下方為「熟成池」

重量比,水:生石灰=3.61:1。將生石灰塊均勻分散倒入池中。生石灰遇水產生消解放應,是屬於放熱反應。水溫可達80℃。石灰水是強鹼,因高溫而產生的水蒸氣具有刺激腐蝕性,工作人員須穿戴必要的防護裝備,護目鏡,口罩,手套,膠鞋。


過程中,不停以工具攪動,讓石灰均勻分布於池底,防止石灰塊堆積在角落。直到所有的石灰塊都化解,與水混合成濃稠的石灰泥漿。

此時,將池底的流口打開,先將石灰泥漿導入減壓池。再從減壓池流入過濾池。濾網網目是1 mm。將沒有煅燒完成,無法化解的結塊濾出。


過濾後的石灰泥漿流入下層的「儲存池」中,在此静置儲放至少三個月的「熟成」時間。之後才能用來調製灰泥塗料,或是粉光用的石灰沙漿。


這段靜置的熟成期是造就灰泥優異品質的重要關鍵。
主要有三個因素:
1. 生石灰(氧化鈣)與水反應成氫氧化鈣後,完全浸泡於水中,與空氣中的二氧化碳隔絕,不會進行碳酸化反應(變成碳酸鈣)。

2. 氫氧化鈣在水中不斷反覆進行溶解->再結晶的過程。片狀晶體逐漸堆積,形成綿密柔韌的泥狀質地。不同於乾粉狀的熟石灰。

3. 混雜其中的少量雜質因其比重較大,會逐漸沉積於底部,使得上方的石灰泥成為純度更高的氫氧化鈣。

經過六個月的熟成之後,水分幾乎完全被吸收。厚厚的灰泥沉積層表面會出現裂縫,並且形成一層結晶硬皮,可以防止水分太快蒸散。同時,也要經常以灑水的方式保持灰泥的濕潤,避免灰泥變乾硬。或者,也可以將灰泥繼續儲放在水中,一來,與空氣中的二氧化碳隔離;二來,氫氧化鈣的結晶結構也會隨著時間變得更加綿密細緻。

有經驗的傳統工匠認為,熟成時間越久的石灰泥,品質越好。其價格也就越高。特別是用於牆面裝飾粉光 ,濕壁畫的打底。甚至有的匠師堅持要使用熟成兩年以上的石灰泥為原料。

熟成池中的灰泥

近年來,隨著環保運動的推展,消費者也開始對於石化工業及其產品有所反思。石灰,作為兼顧環保與健康的裝修材料又開始受到重視。市面上也出現了各式各樣以石灰為基礎,工業化生產,方便使用的現代化產品供消費者選購。從粉光材料到塗料都有。讓這種古老的材料不再只是專業匠師的專利,一般的消費大眾也都可以輕易上手。

在台灣,與世界上其他的地方一樣,石灰也曾經是重要的建材。因為地理位置的關係,石灰原料的來源不僅有礦物性的石灰岩礦,咾咕石(礁石灰岩),也有生物性的牡蠣殼。不過,大量生產的廉價合成塗料與水泥早就取而代之。石灰/灰作被歸類為古老的,傳統的材料/技藝。一般人的觀念裡,認為只有在修復古蹟的才會需要用到這樣的材料。