Мероприятия по технике безопасности при выполнении лабораторных работ
Лабораторные работы проводятся в соответствии с требованиями по технике безопасности, предъявляемыми при работе с химическими веществами, электрооборудованием и испытательным оборудованием. Студенты должны изучить требования инструкций, вывешенных в каждой лаборатории.
Испытательное оборудование должно быть исправлено, вычищено и смазано. Электродвигатели, шкивы и другие виды передач ограждены защитными устройствами. При работе со смесительным оборудованием следует проверить надежность ограждений всех открытых и движущихся частей. Включение и выключение всех механизмов и прессов производится только ответственным лаборантом по технике безопасности в лаборатории после того, как студенты отойдут от механизма.
Лабораторная работа № 1 изучение свойств строительной извести
Цель работы: освоить методы испытаний строительной извести, определить сорт извести по активности и вид по времени гашения.
Теоретические сведения
В качестве сырьевых материалов для производства строительной извести применяют карбонатные породы – мел, известняк, доломитизированный известняк, доломит, мергелистый известняк.
Карбонатные породы состоят преимущественно из углекислого кальция CaCO3, небольшого количества углекислого магния MgCO3 и содержат примеси глинистых веществ, доломита, кварца, оксидов железа, гипса.
Строительную известь изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 9179-77 (см. прил.). В зависимости от условий твердения строительную известь подразделяют на воздушную и гидравлическую.
Воздушная известь – это известь, которая при добавлении воды обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях. Воздушная известь подразделяется на негашеную и гашеную (гидратную).
Гидравлическая известь обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности, как на воздухе, так и в воде. Ее подразделяют на слабогидравлическую и сильногидравлическую.
Негашеная воздушная известь – продукт, полученный обжигом ниже температуры спекания (1000…1200 °C) карбонатных пород, содержащих не более 8% глинистых примесей.
Если глинистых примесей в известняке больше 8%, то продукт обжига называется гидравлической известью.
При обжиге извести протекают следующие основные реакции:
CaCO3 = CaO + CO2↑ – Q1
MgCO3 = MgO + CO2↑ – Q2
Разложение CaCO3 начинается при 600 °C, MgCO3 – при 400 °C. С повышением температуры скорость реакций диссоциации увеличивается. Теоретическая температура разложения, при которой упругость CO2 достигает 1 атм., равна для CaCO3 – 900 °C, для MgCO3 – 600 °C. Диссоциация карбонатов кальция и магния при нагревании происходит с поглощением тепла. При этом на разложение 1 кг CaCO3 расходуется около 1780 кДж, на диссоциацию 1 кг MgCO3 – 1400 кДж.
Большое влияние на качество извести оказывают имеющиеся в ней недожог (неразложившийся карбонат кальция CaCO3) и пережог (крупнокристаллические оксид магния MgO и оксид кальция CaO).
Недожог объясняется неправильной эксплуатацией печи и поступлением в печь известняка крупных размеров, на которые не рассчитан установленный для данной печи режим обжига. Если известь недожжена, то выход теста уменьшается, так как недожженная часть материала при гашении остается в виде непогасившихся кусков, которые затем отделяют от всей массы материала.
Пережог свидетельствует о наличии в извести зерен величиной 50…100 мкм. Рядовая известь, обожженная в промышленных условиях, состоит из зерен размером 0,5…12 мкм. Очень высокая температура обжига и в особенности длительная выдержка при этой температуре приводит к пережогу извести. Пережженная известь не успевает погаситься к моменту затвердевания изделий. Последующая гидратация такой пережженной извести в затвердевшем материале (например, в силикатных изделиях в процессе или даже после автоклавной обработки) сопровождается увеличением объема, в результате чего возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин и даже разрушение изделий.
По фракционному составу различают известь комовую (в том числе дробленую) и порошкообразную.
Порошкообразная известь может быть получена помолом или гашением (гидратацией) комовой извести. В первом случае образуется молотая негашеная известь, во втором – гидратная известь-пушонка. Порошкообразную известь подразделяют на известь без добавок и с добавками. Минеральные добавки (гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки, активные минеральные добавки, кварцевые пески) вводят в порошкообразную строительную известь в количествах, допускаемых требованиями к содержанию в ней активных CaO + MgO (табл. 1).
Негашеная комовая известь представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она состоит из оксидов кальция и магния (с преимущественным содержанием оксида кальция). В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция (недожог), пережог, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига.
Негашеная молотая известь – продукт тонкого измельчения комовой (в том числе дробленой) извести.
Негашеную известь часто называют кипелкой, так как она бурно взаимодействует с водой, выделяя при этом большое количество тепла, вызывающее даже кипение воды.
В зависимости от содержания оксида магния (табл. 1) воздушную известь подразделяют на следующие виды:
кальциевую – не более 5% MgO;
магнезиальную – не более 20% MgO;
доломитовую – не более 40% MgO.
При повышенном содержании MgO известь приобретает слабые гидравлические свойства.
Гашеная (гидратная) известь получается гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой негашеной извести. Различают следующие виды гашеной извести: известь-пушонка, известковое тесто и известковое молоко.
Известь-пушонка – высокодисперсный сухой порошок с размером частиц 4 – 6 мкм, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим (около 70 мас. %) количеством воды. Она состоит из гидроксида кальция Ca(OH)2, гидроксида магния Mg(OH)2, необожженного карбоната кальция CaCO3 и примесей. Оксид кальция CaO реагирует с водой, образуя гидроксид кальция Ca(OH)2 по следующей реакции:
При гашении извести в сухой порошок теоретически требуется добавлять 32,13% воды. Реакция получения гидроксида кальция сопровождается выделением значительного количества теплоты, которая расходуется на испарение воды, проникшей в куски комовой извести. Поэтому практически воды для гашения извести добавляют больше. Образовавшийся пар, объем которого больше, чем воды, разрыхляет куски извести, превращая их в порошок. При гашении извести объем увеличивается в 2,5…3 раза. Влажность гидратной извести не должна быть более 5%.
Известковое тесто – продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве 2,5 л на 1 кг извести, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гидраты и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно 50…55% гидроксидов кальция и магния и 45…50% воды.
По пластичности получаемого продукта, зависящей от содержания глинистых и песчаных примесей, различают жирную и тощую извести. Жирная известь гасится быстро, выделяя много тепла, и дает пластичное, жирное на ощупь, тесто. Тощая известь гасится медленно и дает менее пластичное тесто. Чем больше глинистых и песчаных примесей содержит известняк, тем более тощей получается известь. Жирная известь позволяет получать удобообрабатываемые строительные растворы при введении большего количества песка.
Контроль качества извести осуществляется в соответствии с ГОСТ 22688-77 (см. прил.) по следующим показателям:
активность извести;
время и температура гашения;
содержание гидратной влаги и CO2 весовым методом;
содержание непогасившихся зерен;
степень дисперсности порошкообразной извести;
влажность гидратной извести.
Воздушная известь должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.
Таблица 1