Воздушные вяжущие вещества. Строительная известь

Лекция 4

Воздушные вяжущие вещества

Строительная известь

 

• Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород  — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов. Известь строительная должна удовлетворять требованиям ДСТУ Б В.2 7-90-99.

 

Для производства тонкодисперсной  строительной извести гасят водой  или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки  в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки  или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления  строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей.

 

В зависимости от условий  твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов  и бетонов и сохранение ими  прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение  растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашенная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками.

 

Строительную негашеную  известь по времени гашения делят  на быстрогасящуюся — не более 8 мин, среднегасящуюся — не более 25 мин, медленногасящуюся — более 25 мин.

 

• Строительную воздушную  известь получают из кальциево-магниевых  карбонатных пород. Технологический  процесс получения извести состоит  из добычи известняка в карьерах, его  подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая  молотую негашеную известь, или  гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.

 

Основным процессом при  производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь по реакции

СаСО3↔СаО +СО2

 

Диссоциация карбонатных  пород сопровождается поглощением  теплоты (1 г-моль СаСО3 требует для .разложения примерно 190 кДж). Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Теоретически нормальной температурой диссоциации считают 900°С. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обычно 1100...1200°С.

 

При обжиге из известняка удаляется  углекислый газ, составляющий до 44% его  массы, объем же продукта уменьшается  примерно на 10%, поэтому куски комовой  извести имеют пористую структуру. Обжиг известняка производят в различных  печах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и  т. д. Наибольшее распространение получили экономичные по расходу топлива  шахтные пересыпные известеобжигательные печи, однако известь в них оказывается загрязненной золой топлива.

 

Шахтная печь (рис. 4.1) состоит  из шахты, загрузочного и выгрузочного устройства, воздухоподводящей и  газоотводящей аппаратуры. Известняк  в шахтную печь загружают периодически или непрерывно сверху. Материал по мере выгрузки извести опускается вниз, и навстречу обжигаемому материалу  просачиваются горячие дымовые  газы. По характеру процессов, протекающих  в шахтной печи, различают зоны подогрева, обжига и охлаждения. В  зоне подогрева в верхней части  печи с температурой печного пространства не выше 900°С известняк подсушивается, подогревается и в нем выгорают органические примеси. В средней части печи— в зоне обжига, где температура достигает 900...1200°С, — происходит разложение СаСO3 и выделение углекислого газа. В нижней части печи — зоне охлаждения — известь охлаждается поступающим снизу воздухом с 900 до 50...100°С.

 

Газовые печи позволяют получить «чистую» известь, они проще в  эксплуатации, процесс обжига в них  можно механизировать и автоматизировать.

 

Во вращающихся печах  получают известь высокого качества, но при этом расходуется много  топлива.

 

Имеют применение высокопроизводительные агрегаты с обжигом в «кипящем слое».

 

Рис. 4.1. Шахтная печь для  обжига извести: 1 — шахта; 2 — загрузочный  механизм; 3 — дымосос; 4 — гребень  для подачи воздуха; 5 разгрузочный механизм.

 

Обжиг в «кипящем слое»  производят в реакторе, представляющем собой металлическую шахту, отфутерованную внутри и разделенную по высоте решетчатыми сводами на 3...5 зон. Передача материала из зоны в зону производится через трубки, имеющие ограничитель. Высота «кипящего слоя» определяется от обреза переливной трубки до решетки. По периферии реактора имеются горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.

 

• Молотая негашеная известь. В соответствии с требованиями ГОСТ 9179—77 негашеную известь следует  измельчать до тонкости, при которой  остаток при просеивании пробы  через сита № 02 и № 008 должен быть соответственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают известь, характеризующуюся  остатками на сите № 008 до 2...7%, что  примерно соответствует удельной поверхности 3500... 5000 см2/г.

 

Молотую негашеную известь  транспортируют в герметически закрытых металлических контейнерах или  в бумажных битуминизированных мешках. Хранить молотую известь до употребления можно не более 10...15 сут в сухих складах.

 

При работах с известью необходимо соблюдать требования по охране труда. Попадание частиц молотой  извести в легкие, а также на слизистые оболочки, особенно глаз, опасно.

 

Молотую негашеную известь  применяют без ее предварительного гашения, что имеет ряд преимуществ: исключаются отходы в виде непогасившихся зерен, используется тепло, которое выделяется при гидратации извести, что ускоряет процессы твердения извести. Изделия из этой извести имеют и большую плотность, прочность и водостойкость.

 

Для ускорения твердения  растворных и бетонных смесей на молотой  негашеной извести в их состав вводят хлористый кальций, а для  замедления твердения в начальный  период (схватывания) добавляют гипс, серную кислоту и сульфитно-спиртовую  барду. Добавка гипса и хлористого кальция, кроме того, повышает прочность  растворов и бетонов, а добавки  замедлителей твердения предупреждают  образование трещин, что возможно при отсутствии определенных условий  твердения.

 

• Гидратная известь. Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действие воды на куски комовой извести с выделением значительного количества тепла по реакции

СаO + Н2O = Са(OН)2 + 65,5 кДж.

 

1 г-моль СаО выделяет 65,5 кДж тепла, 1 кг извести-кипелки — 1160 кДж.

 

Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходимо 32% воды от массы СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в 2, а иногда и в 3 раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести. С повышением температуры ускоряется процесс гашения. Особенно быстро процесс гашения протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

 

В зависимости от скорости гашения различают строительную негашеную известь: быстрогасящуюся  со скоростью гашения не более 8 мин; среднегасящуюся со скоростью гашения до 25 мин и медленногасящуюся со скоростью гашения не менее 25 мин.

 

Содержание активных CaO + MgO для гидратной извести должно быть не менее 70%, а влажность — не более 4%.

 

Гашение извести в пушонку производят в специальных машинах — гидраторах. Для гашения извести-кипелки в известковое тесто применяют известегаситель ЮЗ, в котором комовая известь одновременно размалывается, перемешивается с водой до образования известкового молока и сливается в сепаратор-отстойник. После отстаивания известкового молока образуется известковое тесто. Нельзя применять известковое тесто с большим содержанием непогасившихся зерен извести, так как гашение этих зерен может произойти в кладке, что приведет к растрескиванию затвердевшего известкового раствора. Измельчением извести в гасителе ЮЗ способствует практически полному гашению извести, тогда как в других машинах количество непогасившихся зерен (отходов) может достигать 30%.

 

Твердение извести может  происходить только в воздушно-сухих  условиях. Испарение воды (что имеет  место при этом) вызывает слипание мельчайших частиц Са(ОН)2 в более крупные и их кристаллизацию. Кристаллы Са(ОН)2 срастаются друг с другом, образуя каркас, окружающий частицы песка. Наряду с этим происходит карбонизация гидрата оксида кальция за счет поглощения углекислоты воздуха по реакции

Са(OН)2 + СO2 + nН2O = СаСO3 + (n + 1)Н20

 

Таким образом, твердение  известковых растворов есть следствие  их высыхания и образования кристаллического сростка Са(ОН)2, а также процесса образования углекислого кальция на поверхности изделия. Твердеет гашеная известь медленно, и прочность известковых растворов невысокая. Это объясняется тем, что кристаллизация гидрата оксида кальция происходит не интенсивно и кристаллы слабо связаны друг с другом. Кроме того, образовавшаяся на поверхности корка СаСO3 препятствует прониканию воздуха внутрь известкового раствора и тормозит дальнейшее развитие процесса карбонизации. Гидрат оксида кальция кристаллизуется тем быстрее, чем интенсивнее испаряется вода, поэтому для твердения извести необходима положительная температура.

 

Воздушную известь широко применяют для приготовления  строительных растворов в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для  изготовления искусственных каменных материалов — силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, а также  в качестве покрасочных составов.

 

Транспортируют комовую  известь навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а молотую —  в специальных бумажных мешках или  металлических закрытых контейнерах. Известковое тесто перевозят  в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Известь негашеная должна храниться в закрытых складах, защищенных от попадания влаги. Гидратную известь можно хранить непродолжительное время в мешках и сухих складах. Молотую известь не следует хранить более 30 сут, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ  ВЕЩЕСТВА

Гидравлическая известь

 

Гидравлическая известь  — продукт умеренного обжига при  температуре 900...1100°С мергелистых известняков, содержащих 6...20% глинистых примесей. При обжиге мергелистых известняков после разложения углекислого кальция часть образующейся СаО соединяется в твердом состоянии с оксидами SiO2; А12O3; Fe2O3, содержащимися в минералах глины, образуя силикаты 2CaO•SiO2, алюминаты СаO•Аl2O3 и ферриты кальция 2CaO•Fe2O3, обладающие способностью твердеть не только на воздухе, но и в воде. Так как в гидравлической извести содержится в значительном количестве свободный оксид кальция СаО, то она, так же как и воздушная известь, гасится при действии воды, причем чем больше содержание свободной СаО, тем меньше ее способность к гидравлическому твердению.

 

Строительную гидравлическую известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка, при просеивании которого остаток частиц на сите № 008 не должен превышать 15%. Кроме глинистых и  песчаных примесей мергелистые известняки обычно содержат до 2...5% углекислого  магния и другие примеси. Для производства гидравлической извести необходимо применять известняки с возможно более равномерным распределением глинистых и других включателей, так как от этого в значительной степени зависит качество получаемого  продукта.

 

Для характеристики химического  состава сырья, содержащего известняк  и глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются гидравлическим или основным модулем, который для  гидравлической извести составляет 1,7...9:

m = %СаО/ [% (SiO2 + Аl2O3 + Fe2O3) ]

 

Различают гидравлическую известь  двух видов: слабогидравлическую с модулем 4,5...9 и сильногидравлическую с модулем 1,7...4,5.

 

Гидравлическая известь, затворенная водой, после предварительного твердения на воздухе продолжает твердеть и в воде, при этом физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими. Гидрат оксида кальция при испарении влаги постепенно кристаллизуется, а под действием углекислого газа подвергается карбонизации. Гидравлическое твердение извести происходит в результате гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция так же, как в портландцементе. Предел прочности образцов через 28 сут твердения должен быть не менее: для слабогидравлической и сильногидравлической соответственно при изгибе — 0,4 и 1,0 МПа и при сжатии — 1,7 и 0,5 МПа.

 

Гидравлическая известь  по химическому составу должна соответствовать  требованиям, указанным в ДСТУ Б  В.2 7-90-99. Она должна выдерживать испытание  на равномерность изменения объема. Гидравлическую известь применяют в тонкоизмельченном виде для приготовления строительных растворов, предназначенных для сухой или влажной среды, бетонов низких марок и т. д. Гидравлическая известь дает менее пластичные, чем воздушная, растворы, быстрее и равномернее твердеющие по всей толще стены и обладающие большей прочностью.