19. Особенности процесса твердения строительной воздушной извести

Гашение извести

Строительная воздушная (негашеная) известь высокоактивная по отношению к воде и при взаимодействии с водой может превращаться в пушонку, известковое тесто, известковое молоко.

СаО + Н₂О ↔ Са(ОН)₂ + Q

• гашение в пушонку

Сначала известь впитывает воду, что сопровождается уплотнением поверхности исходного материала (образование соединения типа оксигидрата кальция (СаО ∙ 2Н₂О)). Затем превращение в порошкообразный продукт (выделение большого количества тепла). Заключительный этап – образование порошка – пушонки (появление хлопьев гидроксида кальция).

Для гашения извести в пушонку теоретически необходимо добавлять 32,13 % воды от массы кипелки. Однако используется в 2 – 3 раза больше, так как часть воды испаряется. Гашение происходит в гасильных барабанах.

• Гашение до состояния известкового теста

Гашение большим количеством воды – коллоидная система со специфическими свойствами.

В среднем на 1 кг извести требуется 2,5 – 3 л воды. Количество воды зависит от качества извести, способа гашения и др. факторов.

• Гашение до состояния известкового молока

Гашение в значительном избытке воды – низкоконцентрированная известковая суспензия.

Различают три типа твердения: гидратное, карбонатное, гидросиликатное.

1) гидратное; растворение и образование пересыщенного раствора – коллоидация твердеющей известковой массы – кристаллизация (Байков)

2) карбонатное – процесс постепенного затвердевания растворных или бетонных смесей, изготовленных на гашеной извести, при воздействии на них углекислоты. Твердение при этом обусловлено одновременным протеканием двух процессов:

- кристаллизация гидроксида кальция из насыщенного водного раствора

- образование карбоната кальция:

Са(ОН)₂ + СО₂ + nН₂О = СаСО₃ + (n + 1)Н₂О

При испарении воды из раствора гелевидная масса известкового теста уплотняется и упрочняется.

Процесс карбонизации протекает длительно – низкая паропроницаемость пленки углекислого кальция.

3) гидросиликатное; в автоклаве при давлении равном 0,8 – 1,2 МПа и температуре - 174 – 205 ˚C. Происходит химическое взаимодействие между известью и кремнеземом песка с образованием гидросиликатов кальция, которые обуславливают прочность, долговечность и др.

20. Особенности процесса твердения портландцемента (включая реакции)

1) Гидратация (без распада основных веществ)

2) Гидролиз (распад основных веществ)

В момент затворения порошка ПЦ водой все имеющиеся в нем клинкерные минералы, а также гипс начинают активно взаимодействовать с водой независимо друг от друга, причем наиболее активны поверхности кристаллов, имеющих дефекты структуры.

Процесс твердения ПЦ в основном зависит от скорости гидратации составляющих его минералов: силикатов, алюминатов и ферритов кальция и образования первичного каркаса цементного камня из гидратных новообразований.

Сразу после затворения водой: 3CaO ∙ SiO₂ + mH₂O = xCaO ∙ SiO₂ ∙ nH₂O + (3 – x)Ca(OH)₂

*коэффициенты зависят от состава исходного C₃S, В/Т, температуры и продолжительности твердения.

При обычной температуре образование высокоосновных: Са(ОН)_{2 избыт} = (1,7 – 2) СаО ∙ SiO₂ ∙ (2 – 4)Н₂О

Са(ОН)_{2 недостаток} = (0,8 – 1,5) СаО ∙ SiO₂ ∙ (0,5 – 2,5)Н₂О

Температура пропарки: 80 – 120 ˚C: C­₂SH(B)

120 – 175 ˚C: C­₂SH(A)

175 – 200 ˚C: C­₂SH(А) + C­₂SH(С) + C₃SH₂

2CaO ∙ SiO₂ + mH₂O = 2CaO ∙ SiO₂ ∙ mH₂O – гидратируется практически без гидролиза

Взаимодействие C₃A с водой протекает активно, и в зависимости от условий гидратации, образуются гидроалюминаты кальция различного состава:

2(3CaO ∙ Al₂O₃) + 27Н₂О = 2CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 8Н₂О + 4CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 19Н₂О

неустойчивые, со временем перекристаллизовываются в 3СаО ∙ Al₂O₃ ∙ 6H₂O

C₄AF при взаимодействии с водой подвергается гидролизу с образованием в среде, насыщенной гидроксидом кальция, трех- или четырех кальциевого гидроалюмината и гидроферрита кальция:

4CaO ∙ Al₂O₃ ∙ Fe₂O₃ + mH₂O = 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 6Н₂О + CaO ∙ Fe₂O₃ ∙ nH₂O

С момента приливания воды начинается гидратироваться С₃А, образуя гидроалюминаты типа С₂АН₈ и С₄АН₁₉:

3CaO ∙ Al₂O₃ + Н₂О = 2CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 8Н₂О + 4CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 19Н₂О

3СаО ∙ Al₂O₃ ∙ 6H₂O

Реакция взаимодействия гипса с С₃А и продуктами их гидратации с образованием эттрингита:

3CaO ∙ Al₂O₃ + CaSO₄ ∙ 2Н₂О = 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 3CaSO₄ ∙ 31Н₂О = 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ CaSO₄ ∙ 12Н₂О

Механизм твердения ПЦ:

- по Ле – Шателье: каждый цементный минерал проходит растворение, прежде чем превратится в соответствующий гидрат, выделяемый из раствора.

- по Байкову: при завторении водой происходят выше перечисленные реакции. В раствор переходят легкорастворимые исходные комопненты и новообразования. Растворение С₃S с Н₂О происходит до образования насыщенного раствора Са(ОН)₂, после чего последний выделяется в виде коллоидной массы. Образованные гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты выделяются в виде гелей.