6. Что общего и в чем различия между воздушной и гидравлической известью? Применение этих минеральных вяжущих.

Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига при температуре 900 – 1000 ^оС мергелистых известняков, содержащих до 20 % глинистых примесей. При этой температуре известняк (СаСО₃) и глина (основные минералы: nAl₂O₃рSiO₂mН₂О, nFe₂O₃kSiO₂pH₂O) разлагаются с образованием свободных оксидов СаО, Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃, которые при такой высокой температуре, обладая химической активностью, вступают в реакции между собой с образованием ряда минералов: силикатов, алюминатов и ферритов кальция (СаОSiO₂, СаОAl₂O₃, СаОFe₂O₃) и обеспечивают в дальнейшем гидравлическое твердение этого вяжущего, а продукты гидратации – прочность и водостойкость изделий. Так как глинистый компонент составляет в сырье только 20 %, то часть СаО остается в несвязанном, свободном состоянии. Наличие в гидравлической извести негашеной, воздушной извести – СаО обусловливает необходимость обеспечения вначале воздушно-сухих условий твердения (около 7 сут) для гидратации оксида кальция с образованием гидрооксида, а затем – влажных для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция (оставшиеся 21 сут). Чем больше оксида кальция, тем продолжительнее должно быть начальное твердение в воздушной среде. В этом случае сильнее проявляются в извести свойства воздушного вяжущего, следовательно, водостойкость образованного камня будет ниже.

Активность извести оценивают по гидравлическому или основному модулю (ОМ), равному отношению процентного содержания по массе оксида кальция к сумме оксидов, входящих в состав минералов: ОМ = СаО / (SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃).

Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1,7 – 9. В зависимости от величины различают сильногидравлическую и слабогидравлическую известь. У первой модуль равен 1,7 – 4,5, у второй – 4,5 – 9. При показателе больше 9 получают воздушную известь, если он меньше 1,7 – романцемент.

Гидравлическая известь медленносхватывающееся вяжущее. В зависимости от содержания свободного оксида кальция сроки схватывания колеблются в пределах: начало – 0,5 – 2 и конец – 8 – 16 час. Равномерность изменения объема при твердении зависит от наличия грубоизмельченных зерен, свободного оксида кальция. Активность сильногидравлической извести составляет 5 МПа, слабогидравлической – не менее 1,7 МПа.

Этот вид вяжущего используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях, а также для получения низкомарочных легких и тяжелых бетонов.

Строительной воздушной известью называют продукт разложения при температуре 900 – 1200 °С кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка - СаСО_з, доломита - СаСО_зхМgСО_з), содержащих не более 6 % глинистых и песчаных примесей. Основной объем извести получают по непрерывной технологии в шахтных печах во взвешенном «кипящем» слое, где мелкоизмельченное сырье и жидкое или газообразное топливо движутся противотоком, навстречу друг другу. Продуктом обжига является комовая негашеная известь – оксид кальция (СаО). Разложение известняка происходит по реакции СаСО_з = СаО + СО₂. Если в сырье имеются примеси карбоната магния, то его распад приводит к образованию оксида магния МgСО_з = МgО + СО₂. Полученную комовую известь впоследствие мелят или гасят, добавляя воду, в специальных аппаратах. Процесс гашения – гидратация протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью-кипелкой. По скорости гашения известь подразделяют на быстро гасящуюся – до 8 мин, среднегасящуюся – до 25 мин и медленногасящуюся – более 25 мин, по температуре гашения на низкоэкзотермичную (до 75 ^оС) и высокоэкзотермичную (более 75 ^оС).

В результате реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q образуются мельчайшие, размером до 0,01 мм, кристаллы гидратной извести – пушонки Са(ОН)₂. Объем полученной извести увеличивается в 2 – 3 раза по сравнению с исходной. В строительстве используют как негашеную, так и гидратную известь в виде тонкодисперсного материала или известкового теста, полученного в результате гашения извести с большим расходом воды.

В соответствии с ГОСТ 9179-77 воздушную известь в зависимости от содержания примеси МgО классифицируют на кальциевую, магнезиальную и доломитовую. Для кальциевой извести содержание МgО не должно превышать 5 %, магнезиальной – 5 – 20 %, доломитной – 20 – 40 %. Наибольшей активностью обладает кальциевая известь. Качество извести оценивают по тонкости помола, определяемой по остаткам на ситах 02 и 008 соответственно не более 1,5 и 15 %, температуре и времени гашения, содержанию активных окислов СаО + МgО (50 – 90 %) и наличию непогасившихся примесей, составляющих в зависимости от вида и сорта до 20 %. Непогасившиеся зерна по своей природе подразделяют на «недожог», «пережог» и инертные примеси (песок и др.). «Недожог» представляет собой зерна недообожженного сырья (СаСО₃), которые вследствие своей инертности по отношению к воде снижают активность извести. «Пережог» образуется при непосредственном контакте извести с теплоносителем, вызывающим оплавление частиц с поверхности. Наличие «пережога» приводит к появлению вздутий на отштукатуренной поверхности, так как прохождение реакции гидратации сопровождается увеличением температуры и объема в уже затвердевшем слое. По совокупности свойств известь делят на сорта.

Чистое известковое тесто из-за сильной усадки при твердении растрескивается, поэтому к нему добавляют от двух до четырех частей по объему песка. Известь с песком образуют пластичный строительный раствор. Твердение известковых растворов на воздухе идет медленно и складывается из следующих одновременно протекающих процессов: испарения воды, кристаллизации гидрооксида кальция из пересыщенного водного раствора и карбонизации гидрооксида с образованием кальцита путем взаимодействия с углекислым газом воздуха. Происходит так называемое гидратно-карбонатное твердение. Прочность раствора через 28 суток составляет 0,5 – 1,0 МПа, через десятки и сотни лет за счет карбонизации – 5 – 7 МПа и более.

Воздушную известь используют для приготовления смешанных строительных растворов: известково-цементных, известково-глинистых, применяемых для каменной кладки и штукатурки, приготовления сухих строительных смесей, в качестве связующего вещества для малярных красочных составов и в производстве силикатных изделий. При обычных условиях химическое взаимодействие между песком и известью протекает медленно и не имеет практического значения. Автоклавная обработка в течение 12 часов, предусматривающая постепенное повышение температуры до 174,5 °С, давления до 0,9 МПа, создает условия для прохождения интенсивной реакции между компонентами с образованием кристаллических гидросиликатов кальция, придающих водостойкость и высокую прочность изделиям до 30 – 50 МПа. Таким образом получают силикатный кирпич, силикатные плотные и пористые бетоны. В качестве вяжущего для их изготовления используют тонкомолотую смесь, состоящую из извести (8 – 12 %) и кварцевого песка (88 – 92 %) (известково-кремнеземистое вяжущее). Вместо песка можно использовать золу, шлак и другие аналогичные минеральные отходы, содержащие кремнезем (SiO₂).