ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Известь

Известь - один из древних вяжущих материалов, использовавшихся еще за 3000 лет до н. э., получаемый обжигом и последующей переработкой кальциево-магниевых карбонатных пород - мела, известняков, доломитов, доломитизирован-ных известняков и пр.

Известняки не имеют строгой классификации по химическому составу или по физико-механическим свойствам и являются осадочными горными породами, основной частью которых является минерал кальцит Са(Ю3, содержание которого может различаться в широких пределах. Кроме кальцита, в известняках содержатся в качестве примесей различные формы свободной двуокиси кремния (кварц, халцедон и твердый гидрогель - опал). Постоянным спутником карбоната кальция является карбонат магния М§С03, который образует с карбонатом кальция изоморфную смесь, либо входит в известняк как составная часть минерала доломита (СаСОу 1У^С03). Известняки также содержат глину. А содержащие глинистого вещества более 20 %, используют для производства портландцемента, а при содержании глин от 12 до 20 % носят название мергелистых известняков.

Присутствие других примесей к известнякам (пирита -Ре82, апатита Са5(Р04)3 X, где X - С1 ”, Р ”, ОН ", оксидов железа, битумных соединений) придает известнякам окраску от чисто белой до почти черной. Наиболее чистые разновидности известняка обладают белым цветом или слегка желтой окраской от оксидов железа. Почти чистым карбонатом кальция является осадочная горная порода - мел, где содержание СаСОз нередко достигает 99 %. Мел обладает малой прочностью высокой природной дисперсностью и легко диспергируется в водной среде. Он используется как пигмент в малярном деле и заменяет известняк при получении извести, цемента, силикатного кирпича и др.

В результате перекристаллизации карбонатных горных пород при высоких температуре и давлении образовался мрамор, представляющий собой уплотненные зерна кальцита или доломита или смеси этих двух минералов. Из примесей имеются и другие минералы, присутствующие в исходных карбонатных породах. Белый мрамор в основном состоит из СаСОэ. Мрамор используют как строительный отделочный материал для скульптурных работ. Он хорошо полируется, имеет высокую механическую (на сжатие колеблется от 100 до 300 МПа) и диэлектрическую прочности.

Для получения строительной извести кальциевомагниевые карбонатные породы обжигают (декарбонизируют), после чего получается продукт, обладающий вяжущими свойствами:

СаСОз СаО + С02 и М§С03 «-? MgO + С02.

Технологический процесс производства воздушной извести состоит из добычи в карьере карбонатной породы (известняка или мела), дробления и сортировки ее и последующего обжига в шахтных или вращающихся печах. Температура обжига составляет 1100-1200 °С, процесс обжига эндотермический (АН>0) и скорость реакции зависит от температуры и парциального давления С02. Для смещения равновесия вправо или для увеличения выхода продукта необходимо удалять выделяющийся диоксид углерода, т. е. давление С02 превышает атмосферное давление только при температуре, значительно превышающей 800 °С. Однако бывает достаточно тяги горячих газов, чтобы вызвать необходимое снижение давления. Обжиг при слишком высокой температуре (пережог), помимо лишней затраты топлива, вызывает спекание оксида кальция с примесями - кремнеземом, глиноземом и оксидом железа. Зерна пережога гасятся очень медленно и наличие их в извести опасно, т. к. гашение их в затвердевшем известковом растворе приводит к появлению трещин в штукатурке, силикатных изделиях и т. д.

Недожог - неразложившийся СаС03 получается при загрузке в печь слишком больших кусков известняка или недостаточно высокой температуре обжига. Недожог почти не обладает вяжущими свойствами и поэтому является балластом.

При обжиге из известняка удаляется С02, достигающий до 44 % его массы, а объем продукта (т. е. кусков извести) уменьшается на 10-12 %, т. е. негашеная известь (СаО) имеет весьма пористую структуру, обладает большим избытком энергии и повышенной реакционной способностью. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт с плотностью 900-1100 кг/м3 называется комовой известью (кипелкой) и в дальнейшем идет на помол или гашение.

При помоле в шаровых мельницах из дробленых кусков комовой извести-кипелки получают негашеную молотую известь, которая в отличие от гашеной извести быстро схватывается и твердеет. В процессе помола комовой извести-кипелки вводятся различные добавки - шлак, зола, песок, известняк, пемза, улучшающие ее свойства и снижающие стоимость. Таким способом, например, получают карбонатную известь, состоящую из 30-40 % негашеной извести и 70-60 % необожженного известняка. Её используют для приготовления саморазо-гревающихся строительных растворов, применяемых в зимних условиях.

Гашение извести. При обработке негашеной комовой извести водой оксид кальция превращается в гидроксид по реакции: СаО + Н20 = Са(ОН)2.

Процесс сопровождается выделением большого количества теплоты (АНО) и интенсивным парообразованием. Поэтому негашеную комовую известь и называют кипелкой. В зависимости от количества воды, взятой при гашении, получают: гидратную известь (пушонку), известковое тесто или известковое молоко.

Гидратная известь (пушонка) получается, когда для гашения кипелки берут 60-70 % воды. При этом 32 % воды участвует в химической реакции, а остальная вода испаряется в процессе гашения. В результате объем полученной извести увеличивается в 2-3 раза по сравнению с исходным. Получаемая гидратная известь представляет собой белый пылеобразный аморфный порошок с плотностью 400-450 кг/м3.

Для получения известкового теста расход воды увеличивают до 2-3 частей по массе на 1 часть извести. Получается пластическая масса белого цвета плотностью до 1400 кг/м3. При еще большем количестве воды получают известковое молоко - суспензию гидроксида кальция в известковой воде, используемую для побелки потолков, стен и т. д.

На специализированных заводах товарного раствора и крупных стройках известь-кипелку гасят в известегасилъных машинах, где гашение часто совмещают с ее измельчением, что ускоряет гашение и сокращает количество отходов. Получающееся при этом известковое молоко сливают в металлические баки или специально оборудованные ямы, отстаивают, а затем автоцистернами доставляют к месту использования.

Гидратацию извести ускоряют добавлением в воду 0,2-1,0 % хлористых солей (СаС12, КаС1 и т. д.), а замедляют добавлением сернокислых солей (гипса, N82864 и др.) и некоторых поверхностно-активных веществ.

Твердение извести. Известь, как правило, применяют в виде строительного раствора (смесь с песком). Известковый раствор постепенно затвердевает на воздухе, превращаясь в искусственный камень. При твердении раствора, приготовленного на гашеной извести, протекает одновременно несколько процессов. В результате испарения из раствора избытка влаги мельчайшие частицы Са(ОН)2 сближаются между собой, кристаллизуются и образуют прочные сростки, связывая зерна песка в монолитное тело. Наряду с этим, из-за взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом воздуха, происходит процесс карбонизации с выделением воды:

Са(ОН)2 + С02 + п Н20 = СаСОз + (п + 1) Н20.

Образующийся в результате этой реакции углекислый кальций обладает высокой прочностью, а наличие песка в смеси облегчает доступ С02 в толщу материала. В сухой среде известь практически не карбонизируется. Поэтому известковые штукатурки и краски нельзя наносить на сухое основание в жаркую сухую погоду.

В присутствии большого количества воды известь тоже практически не карбонизируется. Поэтому для смещения реакции вправо воду надо удалять из сферы реакции. Образующаяся плотная корка СаСОэ на поверхности слоя известкового раствора затрудняет проникновение углекислого газа внутрь. Этим объясняется исключительно медленное нарастание прочности известковых растворов.

Очень медленно (при обычной температуре) идет взаимодействие гидроксида кальция с диоксидом кремния, содержащимся в песке (присутствие влаги в этих случаях тоже необходимо). При этом на образование гидросиликатов кальция уходят десятилетия. Процесс резко ускоряется, если отформованную смесь извести с песком подвергнуть тепловлажностной обработке в среде насыщенного водяного пара при температуре (около 180 °С) и давлении до 9 атм. При этой обработке известково-песчаных систем воздушная известь становится материалом значительно более высокой качественной категории, чем в обычных строительных известково-песчаных растворах.

Область применения, транспортирование и хранение. Воздушную известь используют для приготовления известковопесчаных и смешанных строительных растворов, применяемых для каменной кладки и штукатурки, в производстве силикатных изделий, а также в качестве связующего вещества для малярных красочных составов. Кроме того, молотую воздушную известь и пушонку применяют в производстве известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов, которые обладают гидравлическими свойствами.

Растворы и изделия на воздушной извести не применяют во влажных помещениях и кладке фундаментов, так как они неводостойки. Штукатурные растворы на молотой негашеной извести возможно использовать как при положительной, так и при отрицательной температуре наружного воздуха. В данном случае из-за экзотермической реакции гашения извести (АН<0) выделяется большое количество теплоты, излишки влаги испаряются, а сам раствор быстро набирает прочность.

Негашеную комовую известь перевозят навалом в железнодорожных вагонах или автосамосвалах, закрытых брезентом, а для перевозки извести-пушонки и молотой извести используют металлические контейнеры и бумажные битумизирован-ные мешки.

Известковое тесто перевозят в автосамосвалах со специально приспособленными кузовами, а известковое молоко - в автоцистернах.

Молотую известь хранят не более месяца, т.к. она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность. При работе с Са(ОН)2 - сильным основанием, раздражающе действующим на органы дыхания и влажную кожу, необходимы меры предосторожности.

Гидравлическая известь. Получают гидравлическую известь обжигом известняков с содержанием глины 6-20 % (мергелистые известняки) при 900-1100 °С. Образующиеся силикаты (2СаО-8Ю2), алюминаты (Са0А1203; 5СаО-ЗА12Оз) и ферриты кальция (2Са0Ре203) придают ей способность после твердения на воздухе длительно сохранять прочность в воде.

В гидравлической извести сумма СаО + MgO составляет 2СИ-30 %, а остальное гидросиликаты и алюмосиликаты кальция. В воздушной - сумма СаО + MgO составляет 90-95 %.

Гидравлическая известь, погашенная большим количеством воды, образует тесто, которое, начав твердеть на воздухе, продолжает твердеть в воде, при этом физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими.

Для характеристики химического состава сырья, содержащего известняк и глину, а также готового вяжущего вещества, обычно пользуются гидравлическим или основным модулем, который для гидравлической извести изменяется в пределах от 1,7 до 9 и вычисляется по формуле:

т = СаО/ (БЮ2 + +А1203 + Ге203).

Слабо гидравлическая известь имеет модуль 4,5-9, а сильногидравлическая - 1,7-4,5.

По сравнению с воздушной гидравлическая известь отличается большой прочностью, но меньшей пластичностью. В воде образуются гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, аналогично процессам при твердении портландцемента.

Гидравлическую известь применяют в кладочных и штукатурных растворах, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных средах, а также в бетонах низких марок.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >