Строительные материалы .ру

Применение строительной воздушной извести

Традиционным является использование извести для изготовления кладочных и штукатурных растворов, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях. Широкое применение воздушная известь нашла в производстве различных плотных и ячеистых автоклавных материалов в виде силикатного кирпича и крупных изделий. Воздушную известь используют также в производстве местных вяжущих веществ и для получения дешевых красочных составов.
При работе с известью на всех стадиях ее изготовления и применения необходимо учитывать, что она является щелочью. Попадание извести на кожу, слизистые оболочки и в легкие вредно для здоровья человека, поэтому при работе с известью необходимо принимать меры безопасности.
Транспортирование комовой извести осуществляют в ограниченные сроки навалом в железнодорожных вагонах или автосамосвалах, защищенных от увлажнения. Известь-пушонку и молотую известь транспортируют в металлических контейнерах и бумажных битуминизи-рованных мешках. Известковое тесто перевозят в автосамосвалах со специально приспособленными кузовами, а известковое молоко — в автоцистернах.
Склады для извести-кипелки и пушонки должны быть закрытыми и иметь пол, возвышающийся над землей. Чтобы качество извести существенно не изменялось, хранят ее не более месяца, а молотую известь не более 15 сут.

Твердение и свойства строительной воздушной извести

В строительстве известь, как правило, применяют в смеси с песком или другими заполнителями в виде растворов или бетонов.
Растворы и бетоны на гашеной извести твердеют на воздухе при обычных температурах в результате главным образом двух одновременно протекающих процессов — карбонизации и кристаллизации гидроксидов кальция, вызванной испарением воды. В процессе карбонизации, т. е. взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом воздуха, образуется карбонат кальция и выделяется вода.
Испарение воды способствует сближению мельчайших кристаллов гидроксида кальция, их срастанию между собой и образованию кристаллических сростков, связывающих зерна заполнителя в монолитное тело.
Образование СаС03 и кристаллизация Са(ОН)2 происходят только при положительной температуре и в обычных условиях протекают очень медленно. В частности, карбонизация захватывает только поверхностные слои, что объясняется малой концентрацией С02 в воздухе (0,03 %) и большой плотностью пленки образующегося карбоната кальция, затрудняющей проникание углекислоты во внутренние слои раствора.
Прочность при сжатии растворов на гашеной извести через 28 сут твердения на воздухе редко превышает 0,5...1,0МПа. При длительном твердении (десятки и даже сотни лет) прочность возрастает до 5...7МПа и более. Это объясняется не только дальнейшей карбонизацией и кристаллизацией извести, но и накоплением с течением времени гидросиликатов кальция, которые образуются, хотя и крайне медленно, при взаимодействии гидроксида кальция с диоксидом кремния кварцевого песка.
Процесс образования гидросиликатов кальция в системе известь—кварцевый песок можно резко ускорить и, следовательно, получить более высокую прочность изделий на известковом вяжущем путем тепловлажностной обработки в автоклавах.
Превращение в твердое камневидное тело известковых растворных или бетонных смесей на молотой негашеной извести обусловлено гидратационным твердением такой извести. Твердение извести протекает в результате гидратации оксида кальция. Это возможно как через раствор, так и вследствие присоединения воды к твердой фазе с последующей коллоидацией и кристаллизацией гидроксида кальция. По мере испарения воды гидрогель уплотняется, образовавшиеся субмикрокристаллические кристаллы гидроксида кальция СаО-Н20 взаимно сцепляются и срастаются, что вызывает рост прочности твердеющей извести. Теплота, выделяющаяся при гидратации, со своей стороны, способствует ускорению твердения и росту прочности, что особенно важно при зимних работах (каменной кладке, штукатурке и др.). Последующая карбонизация гидроксида кальция также повышает прочность затвердевшего раствора.
Однако благоприятные результаты при твердении молотой негашеной извести можно получить лишь при определенных условиях. Для этого необходимо применять известь тонкого помола (остаток на сите с сеткой № 008 не более 10 %). Содержание воды в растворной или бетонной смеси должно быть 100... 150 % от массы извести. Для предупреждения интенсивного разогревания смеси необходимо отводить теплоту или использовать другие приемы (например, введение добавок типа ЛСТ, замедляющих процесс гидратации извести).
В отличие от гашеной молотая известь обладает способностью быстро схватываться и твердеть. Прочность при сжатии растворов через 28 сут твердения на воздухе в обычных условиях достигает 2...3 МПа и более.
Важным свойством воздушной извести, особенно гашеной, является высокая пластичность, которая связана с ее высокой водоудерживающей способностью. Вода, адсорбционно удерживаясь на поверхности тонкодисперсных частиц гидроксида кальция, создает своеобразную смазку, уменьшающую трение между ними.

Сырье и производство строительной воздушной извести

Для получения воздушной извести пригодны карбонатные породы (известняки, мел, ракушечник, доломитизированные известняки), в которых содержание примесей глины, кварцевого песка и т. п. не превышает 6 %.
Обжиг такого сырья производится до полного удаления диоксида углерода, в результате получают продукт, состоящий в основном из СаО и MgO. Чем выше суммарное содержание свободных оксидов кальция и магния, тем выше качество извести. В зависимости от содержания оксида магния различают следующие виды воздушной извести: кальциевую — MgO не более 5%, магнезиальную — 5...20 %, доломитовую — 20...40 %.
Обжиг сырья производят в шахтных печах, реже во вращающихся или установках для обжига во взвешенном состоянии и кипящем слое.
Реакции разложения этих карбонатов обратимы и зависят от температуры и парциального давления углекислого газа. При термической диссоциации карбоната кальция давление углекислого газа достигает атмосферного при температуре около 900 °С, а карбоната магния — около 400 °С. Это и есть теоретически нормальные температуры обжига карбонатов. Практически для удовлетворительного хода обжига температуру печного пространства доводят до Ю00...1200°С (диссоциация карбонатов резко ускоряется).
При оптимальной температуре обжига чистого известняка до полного удаления СO2 (теоретически 44 %) его масса уменьшается почти в 2 раза, объем же продукта лишь на  10...12 %. Получаемая в виде кусков известь представляет собой весьма пористый материал, состоящий в основном из мелких кристаллов (0,5...2мкм) оксида кальция и частично оксида магния, что и предопределяет ее высокую реакционную способность при взаимодействии с водой.
При более высоких температурах обжига образуются крупные кристаллы оксида кальция и магния, происходит уплотнение продукта обжига. Такая известь в обычных условиях медленно или совсем не взаимодействует с водой и называется «пережогом». Наличие пережога в извести вредно влияет на ее качество. Запоздалое его взаимодействие с водой, протекающее уже в затвердевшем растворе или бетоне, вызывает появление в них растягивающих напряжений, что может привести к появлению трещин и разрушению.
При недостаточно высокой температуре обжига или в тех случаях, когда часть кусков сырья имела крупные размеры, возможно образование «недожога», т. е. неразложившегося углекислого кальция, который является балластом в извести, ухудшая ее свойства.
Известь, выходящую из печи обычно в виде кусков различной величины (комья), называют комовой негашеной известью. Это — полупродукт, который для превращения в вяжущее предварительно измельчают химическим путем — гашением водой (гашеная известь) или механическим путем — размолом в мельницах (молотая негашеная известь).
Гашение извести заключается в том, что вода, соприкасаясь с кусками негашеной извести, поглощается ею, всасываясь в поры, и одновременно химически взаимодействует с оксидами кальция и магния, образуя их гидроксиды.
При этом 1кг извести-кипелки выделяет 1160кДж теплоты, которая переводит часть воды в парообразное состояние. Пар вызывает в извести внутренние растягивающие напряжения, под действием которых происходит ее измельчение в тонкий порошок (тоньше, чем у цемента).
В зависимости от количества воды, взятой при гашении, можно получить гидратную известь-пушонку, известковое тесто или известковое молоко.
Для получения извести-пушонки, представляющей собой тонкий белый порошок, теоретически достаточно 32,13 % воды от массы извести-кипелки. Практически воды берут в 2...3 раза больше (60...80 %), так как при гашении часть ее испаряется. Порошок извести-пушонки состоит из очень тонких частиц и в 2...3 раза и более превышает объем исходной извести-кипелки.
При гашении извести в тесто расход воды увеличивают до 2...3 ч (по массе) на 1 ч извести-кипелки; при еще большем количестве воды получают известковое молоко.
Известковое тесто в виде пастообразной концентрированной водной суспензии (плотность около 1400 кг/м3) содержит примерно 50 % воды и 50 % очень мелких частиц гидроксидов кальция и магния.
Известковое молоко имеет вид жидкости и плотность менее 1300 кг/м3.
По скорости гашения воздушная известь бывает: бы-строгасящаяся со скоростью гашения не более 8 мин, среднегасящаяся — до 25 мин и медленногасящаяся-более 25 мин.
Молотая известь-кипелка по химическому составу подобна исходной комовой извести. При ее помоле разрешается вводить тонкомолотые минеральные добавки (шлаки, золы, песок, пемзу, известняк и др.), которые улучшают свойства таких смешанных известковых вяжущих.

Кислотоупорный цемент

Кислотоупорный цемент изготовляют из тонкоизмельченных смесей кислотоупорного наполнителя (кварца, кварцита, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения — кремнефтористого натрия. Название «цемент» для таких порошков имеет условный характер, так как они вяжущими свойствами не обладают и при за-творении водой не твердеют. Вяжущим веществом в таких цементах является растворимое стекло, на водном растворе которого их и затворяют. Чаще всего применяют кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, в котором наполнителем является чистый тонкомолотый кварцевый песок.
Основное достоинство и принципиальное отличие кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих веществ — его способность сопротивляться действию большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной, кремнефтористоводородной и фосфорной).
Схватываются кислотоупорные цементы в пределах 0,3...8 ч. Предел прочности при растяжении через 28 сут должен быть не менее 2,0 МПа, а кислотостойкость — не менее 93 %. Предел прочности при сжатии стандартом не нормируется, но можно получить бетоны с прочностью при сжатии 30...40МПа и более.
Кислотоупорный цемент применяют для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. Нельзя использовать кислотоупорный цемент для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, пара и щелочей, а также в условиях низких температур (ниже —20 °С).

Растворимое стекло и кислотоупорный цемент

Растворимое стекло представляет собой натриевый или калиевый силикат , Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (или сульфатом натрия) и поташом в стекловаренных печах при температуре 1300... 1400 °С. Образовавшийся расплав при быстром охлаждении распадается на стекловатые полупрозрачные куски, называемые силикат-глыбой.
В строительстве растворимое стекло применяют в жидком виде и часто называют жидким стеклом. Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве. Раствор жидкого стекла, поступающего на строительство, содержит 50...70 % воды и имеет плотность 1,3...1,5.
Силикаты натрия или калия, являющиеся основными компонентами жидкого стекла, в воде подвергаются гидролизу. Образующийся при гидролизе гель кремниевой кислоты Si (ОН) 4 обладает вяжущими свойствами. По мере испарения жидкой фазы концентрация коллоидного кремнезема повышается, он коагулирует и уплотняется.
В твердении растворимого стекла участвует также и углекислота воздуха, которая, нейтрализуя едкую натриевую
или калиевую щелочь, образующуюся в растворе при гидролизе, способствует коагуляции кремнекислоты и более быстрому затвердеванию растворимого стекла. Однако глубина проникания углекислоты сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.
Процесс твердения растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры и особенно при добавлении к нему веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты,например кремнийфтористого натрия.
Кремнефторид натрия в воде гидролизуется.Образующийся при этом фтористый натрий мало растворим в воде, поэтому процесс расщепления силикатов жидкого стекла и выделения геля кремниевой кислоты (клеящего вещества) ускоряется, что приводит к быстрому твердению системы.
Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.

Магнезиальные вяжущие вещества

Каустический магнезит получают при умеренном обжиге магнезита при температуре 700...800°С. Он состоит в основном из оксида магния.
Каустический доломит изготовляют обжигом природного доломита при 650...750°С, т. е. ниже температуры диссоциации углекислого кальция. Каустический доломит в основном состоит из оксида магния, являющегося активной частью вяжущего, и карбоната кальция, который, не обладая вяжущими свойствами, снижает его активность по сравнению с каустическим магнезитом. При затворении этих вяжущих водой процесс гидратации оксида магния идет очень медленно, а затвердевший камень имеет небольшую прочность. Поэтому каустический магнезит и доломит затворяют не водой, а водным раствором хлористого или сернокислого магния. В указанных растворах повышается растворимость оксида магния и резко ускоряется процесс твердения. При этом наряду с гидратацией оксида магния происходит образование гидрооксихлорида магния и создаются условия для получения относительно высокой прочности затвердевшего камня (при сжатии 40... 60 МПа — на каустическом магнезите и 10.„30 МПа — на каустическом доломите).
Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются хорошим сцеплением с органическими материалами (древесными опилками, стружкой и т. п.) и предохраняют их от загнивания. На этом основано применение этих вяжущих для устройства ксилолитовых полов (заполнителем в которых служат древесные опилки), изготовления некоторых материалов (фибролита).

Применение гипсовых вяжущих

Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворов для внутренних частей зданий.
Ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент), предложенное акад. П. П. Будниковым, состоит преимущественно из нерастворимого ангидрита. Его изготовляют обжигом природного гипса при 600...700°С и последующим помолом обожженного продукта с добавками—активизаторами твердения или из природного ангидрита без обжига путем его совместного помола с теми же добавками. В качестве активизаторов твердения используют вещества, отличающиеся щелочным характером (известь, обожженный доломит, основные доменные шлаки и др.), а также некоторые соли (сульфат и бисульфат натрия и др.).
Высокообжиговый гипс, получаемый обжигом двуводного гипса или ангидрита при 800... 1000 °С, состоит в основном из безводного сернокислого кальция. В нем присутствует небольшое количество оксида кальция (3...5 %), который образуется в результате термического разложения части сульфата кальция при обжиге и выполняет роль катализатора при твердении высокообжигового гипса. Высокообжиговые гипсовые вяжущие в отличие от низкообжиговых медленно схватываются и твердеют (сроки схватывания 0,5...24 ч и более). Предел прочности при сжатии стандартных образцов через 28 сут твердения 5...20 МПа и более.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества применяют для устройства бесшовных полов и подготовки под линолеум, приготовления штукатурных и кладочных растворов, бетонов, искусственного мрамора.

Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих

Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс р-модификации требует 50...70 % воды, а а-модификации — 30... 45%, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6 % воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость — 30...50 %. Пористость меньше при использовании гипса а-модификации.
Стандартом на гипсовые вяжущие, получаемые путем термической обработки гипсового сырья до полугидрата сульфата кальция (ГОСТ 125—79), установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы.
Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нор-мальнотвердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало — не ранее 2, 6 и 20 мин, конец — не позднее 15, 30 мин (для В — не нормируется). Для замедления схватывания в воду затворения добавляют животный клей или сульфитно-дрожжевую бражку — ЛСТ (0,1...0,3 % от массы гипса). Эти вещества, адсорбируясь на зернах полуводного гипса, уменьшают его растворимость, поэтому процесс схватывания гипсового теста замедляется. При необходимости ускорить схватывание гипса добавляют вещества (0,2...3 % от массы гипса), одни из которых повышают растворимость полуводного гипса (поваренная соль, сульфат натрия и др.), другие (двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закри-сталлизовывается вся масса.
Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки художественных изделий сложной формы.
Важнейшими недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак, а также водоотталкивающие составы.

Производство воздушных вяжущих веществ.

Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы: низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые) — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.
При нагревании двуводного гипса до 180°С двуводный гипс превращается в полуводный.
А при дальнейшем нагревании до 200 °С полностью обезвоживается, превращаясь в безводный растворимый ангидрит CaS04.
Модификации полуводного и безводного растворимого гипса значительно отличаются по своим вяжущим свойствам (см. ниже).
При дальнейшем нагревании до 450...750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладающий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести  некоторые  вещества — катализаторы, он приобретает способность медленно схватываться и твердеть.
При нагревании до 800... 1000 °С нерастворимый ангидрит частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого количества оксида кальция (3...5 %), выполняющего роль катализатора, вновь приобретает свойства схватываться и твердеть.
Термическую обработку природного гипса и помол осуществляют по различным схемам. По одной из схем гипсовый камень измельчают до обжига, по другой — после обжига, а по третьей — помол и обжиг совмещают в одном аппарате (обжиг во взвешенном состоянии).
Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При  обжиге в открытых   аппаратах,   сообщающихся с атмосферой, вода из сырья удаляется в виде гга-ра и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов р-модификации CaSO4-0,5H2O. При обжиге в  герметических  аппаратах   (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчением, получают гипс, который состоит в основном   из   а-модификации   CaSO4- 0,5 Н2О   в   виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженной водопотребностью по сравнению с бета-полугид-ратом.   Это   обусловливает   более   плотную    структуру отвердевшего CaSO4-0,5H2O и более высокую его проч-ность.
Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме.
На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса.
Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.
На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля (студня), в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсо-выми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется загустеванием теста   (схватыванием).
На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.
Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а налагаются один на другой и продолжаются до тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный (практически через 20...40 мин после затвердения). К этому времени достигается максимальная прочность системы во влажном состоянии. Дальнейшее увеличение прочности гипсового камня происходит вследствие его высыхания. При этом из водного раствора выделяется частично оставшийся в нем двуводный гипс, упрочняющий контакты между кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности прекращается. Сушка является необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторожно (при температуре не выше 60...70°С), чтобы не допустить дегидратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.


ключ стим

© 2018 Строительные материалы .ру