41

ЛЕКЦІЯ 4. НЕОРГАНИЧНІ В’ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ.

4.1. Загальні відомості. Класифікація.

Будівельними в'яжучими матеріалами називають матеріали призначенні для зв'язування різнорідних компонентів у штучні конгломерати (бетони, розчини, мастики та ін.). За складом їх можна розділити на: мінеральні (неорганічні), органічні та в'яжучі автоклавного твердіння.

Мінеральні в'яжучі – тонко дисперсні речовини, які при змішуванні з водою утворюють пластично-в'язке тісто, здатне внаслідок фізико-хімічних процесів самочинно тверднути й переходити у комбінований стан. Магнезіальні та шлаколужні в'яжучі, а також кислототривкий цемент замішують водними розчинами деяких солей та інших сполук. Залежно від умов твердіння мінеральні в'яжучі розподіляють на повітряні та гідравлічні.

Повітряні в'яжучі речовини здатні твердіти та зберігати міцність тільки на повітрі. До повітряних в'яжучих належать гіпсові, магнезіальні в'яжучі, повітряне вапно та рідке скло.

Гідравлічні в'яжучі речовини здатні твердіти і зберігати міцність, а іноді й підвищують її у часі не лише на повітрі, а й у воді. До цієї групи матеріалів належать портландцемент, глиноземистий цемент та в'яжучі на їх основі, гідравлічне вапно та вапняновміщуючі гідравлічні в'яжучі речовини, шлаколужні в'яжучі.

В’яжучі автоклавного твердіння – це речовини, здатні тверднути і давати міцний цементний камінь у автоклавах при підвищених температурі, тиску та вологості. До таких в’яжучих належать вапняно-кремнеземисті, вапняно-шлакові, нефеліновий цемент.

Для виробництва гіпсових в’яжучих речовин застосовують гірські породи, які складаються із двохводного гіпсу та ангідриду.

Виробництво магнезіальних в’яжучих базується на природному магнезиті та доломіті.

Карбонатні гірські породи у вигляді вапняків, крейди, доломітів і мергелів є основою для отримання повітряного та гідравлічного вапна, романцементу, портландцементу. При виробництві портландцементу та його різновидів часто використовують штучні суміші вапняків або крейди та глинистих порід. Для цієї ж мети, а також для отримання змішаних клінкерних та безклінкерних цементів застосовують кремнеземисті гірські породи (діатоміт, трепел, опоку, вулканічний туф).

Високоглиноземисті породи (боксити), які складаються із гідроксиду алюмінію, використовують в суміші з вапняком для виробництва глиноземистого цементу.

З побічних продуктів для виробництва різних в’яжучих речовин застосовують металургійні та інші шлаки, золи ТЕС.

Виробляючи неорганічні в’яжучі, крім основної сировини застосовують різні спеціальні добавки, які надають в’яжучим потрібних властивостей.

4.2. Технологія гіпсових в'яжучих речовин.

Гіпсові в'яжучі речовини – це повітряні в'яжучі, які складають переважно з напівводного гіпсу CaSO₄  0,5H₂O або ангідриту CaSO₄. Їх отримують внаслідок теплової обробки сировини та помелу. Сировиною для гіпсових в’яжучих здебільшого є гірські породи – гіпс, що складається переважно з мінералу гіпсу CaSO₄  2 H₂O, природний ангідрит CaSO₄ та деякі відходи промисловості (фосфогіпс, борогіпс тощо), основною складовою частиною яких є сірчанокислий кальцій.

Залежно від температури теплової оброби сировини гіпсові в'яжучі речовини поділяють на дві групи: низько– та високовипалювальні.

Низьковипалювальні гіпсові в'яжучі отримують тепловою обробкою природного гіпсу при низьких температурах (110…160 ⁰C). Вони складаються переважно з напівводного гіпсу, оскільки дегідратація сировини при зазначених температурах спричинить перетворення двоводного гіпсу в напівгідрат CaSO₄  0,5H₂O:

CaSO₄  2 H₂O CaSO₄  0,5 H₂O +1,5 H₂O

До низьковипалювальних гіпсових в’яжучих речовин належать будівельний гіпс, формувальний та високоміцний гіпс.

Технологія виробництва гіпсових в’яжучих характеризується простотою, коротким циклом, що дозволяє механізувати та автоматизувати технологічні процеси, порівняно невеликими тепло- і енерговитратами.

Технологічний процес виробництва гіпсових в’яжучих складається в подрібненні гіпсового каменю та подальшою тепловою обробкою (дегідратацією). Ступінь помелу гіпсового каменю визначається вибором апарату для теплової обробки. В шахтні печі матеріал подають у вигляді кусків розміром 70…300 мм, в обертові печі –10…35 мм, а у варильні котли – у вигляді порошку.

Послідовність технологічних операцій при виробництві гіпсу залежить від виду агрегату, в якому протікає дегідратація. Найбільшого поширення отримали два варіанти технологічної схеми. По першому – дегідратація тонкомеленого гіпсу здійснюється у варильних котлах неперервної або періодичної дії. По другому – дегідратація кускового гіпсу проходить в сушильних барабанах, а випалений продукт піддається подальшому помелу.

Н айбільш широкого застосування отримало виробництво гіпсових в’яжучих у варильних котлах періодичної дії (рис. 16).

Гіпсовий камінь подрібнений в щоковій дробарці, поступає на помел у шахтний млин. В млині суміщаються тонкий помел гіпсового каменю і його сушка за рахунок теплоти газів, які відводяться від варильного котла з температурою 300…400⁰C. Тонкодисперсні частинки попадають в систему аспірації, а звідти поступають в гіпсоварильний котел. Після закінчення теплової обробки матеріали з метою підвищення якості додатково витримують в спеціальному бункері.

Виробництво гіпсових в’яжучих в спеціальних барабанах дозволяє виготовляти більш дешевий гіпс при менших капітальних затратах (рис. 17). Отриманий продукт має вищі показники, ніж при використанні варильних котлів. Він відрізняється низькою водопотребою (48…57 %), що дозволяє на 20…25 % знизити його витрату при приготуванні розчинів і бетонів. Неперервно діючі сушильні барабани забезпечують компактність технологічної схеми, дозволяють автоматизувати процес.

За останні роки отримали розповсюдження установки сумісного помелу та випалу – млини, в яких теплова обробка здійснюється в помельній камері в результаті інтенсивного теплообміну між гарячими газами та матеріалом. Біля млина споруджується передтопка і гази, що направляються в млин мають температуру 700…800⁰C. Тонкомелений і дегідратований продукт поступає в аспіраційну систему. Очищені гази викидаються в атмосферу. Переваги установок сумісного помелу та випалу – їх компактність і висока продуктивність. Недоліки – найбільш крупні частинки внаслідок короткочасної дії гарячих газів не встигають повністю дегідратуватись, а частина дрібних частинок перепалюється, що обумовлює швидке тужавіння та понижену міцність в’яжучого.

Для отримання гіпсових в’яжучих підвищеної міцності, які складаються в основному із -напівгідратату, необхідно створити такі умови, щоб кристалізаційна вода виходила із гіпсового каменя в крапельно-рідкому стані. Відомі два способи отримання таких в’яжучих:

а) у автоклавах при тиску 0,15…0,3 МПа;

б) теплова обробка у водних розчинах деяких солей з наступним просушуванням та помелом у тонкий порошок. Такий гіпс складається в основному з - модифікації CaSO₄  0,5H₂O у вигляді крупних та щільних кристалів, що характеризуються пониженою водопотребою та вищою міцністю на стиск 15…25 МПа.