- •Isbn 978-9965-876-43-1
- •Isbn 978-9965-876-43-1
- •Содержание
- •Введение
- •1 Неорганические вяжущие вещества
- •1.1 Цемент
- •1.1.1 История
- •1.1.2 Экономика
- •1.1.3 Определение клинкера, цемента и добавок, вводимых при помоле
- •1.1.4 Состав сырьевой муки
- •1.1.5 Портландцементный клинкер
- •1.1.5.1 Номенклатура фаз клинкера
- •1.1.5.2 Алит
- •1.1.5.3 Белит
- •1.1.5.4 Фазы алюмината
- •1.1.5.5 Фаза феррита
- •1.1.5.6 Другие фазы клинкера
- •1.1.5.7 Состав и место происхождения
- •1.1.6 Анализ сырьевой муки, клинкера и цемента
- •1.1.7 Производство цемента
- •1.1.7.1 Сырье и топливо
- •1.1.7.1.1 Сырьевые материалы
- •1.1.7.1.2 Отходы
- •1.1.7.1.3 Добыча, переработка сырья, помол сырьевой муки и гомогенизация
- •1.1.7.2 Процесс обжига цементного клинкера
- •1.1.7.2.1 Процессы обжига
- •1.1.7.2.2. Топливо
- •1.1.7.2.3. Помол цемента
- •1.1.7.2.4. Тонкость помола и гранулометрический (зерновой) состав цемента
- •1.1.7.3. Хранение, упаковка, отгрузка цемента потребителю
- •1.1.8. Компоненты стандартного цемента
- •1.1.8.1. Основные составляющие портландцементного клинкера (k)
- •1.1.8.2 Мелкие составляющие
- •1.1.8.3 Сульфат кальция
- •1.1.8.4 Добавки к цементам
- •1.1.9 Цемент в соответствии со стандартом
- •1.1.9.1. Физические и химические свойства цементов по европейскому стандарту
- •1.1.9.2 Цементы со специальными свойствами
- •1.1.9.3 Тампонажный цемент
- •1.1.10 Гидратация
- •1.1.10.1 Реакция силикатов (c3s, c2s)
- •1.1.10.2 Реакции гидратации алюмината (c3a)
- •1.1.10.3 Гидратация феррита (c4af)
- •1. Модель Тейлора
- •2. Модель Старка
- •1.1.10.4 Гидратация цементов
- •1.1.10.5 Реакции вторичных составляющих
- •1.1.10.6 Гидратация цемента содержащего гранулированный шлак
- •1.1.10.7 Реакции пуццолановых материалов
- •1.1.10.8 Замедление затвердевания
- •1.1.11 Структура цементного камня
- •1.2 Строительная известь
- •1.2.1 Историческое и экономическое положение
- •1.2.2 Месторождения сырья
- •1.2.3 Производство извести
- •1.2.3.1 Добыча и переработка известняка
- •1.2.3.2 Обжиг извести
- •1.2.3.2.1 Шахтная печь на коксовом (угольном) и газовом топливе
- •1.2.3.2.2 Вращающаяся трубчатая печь
- •1.2.3.2.3 Противоточная регенеративная печь (ggr-печь)
- •1.2.3.2.4 Шахтная кольцевая печь
- •1.2.3.3 Помол и отгрузка обожженной извести
- •1.2.3.4 Гашение извести
- •1.2.4 Применение известковых продуктов
- •1.2.5 Требования гост 9179–79 к строительной извести
- •1.3 Гипс
- •1.3.1 История и экономика
- •1.3.2 Физико-химические основы гипсовых вяжущих
- •1.3.2.1 Фазы в системе CaSo4 - h2o
- •1.3.2.2 Кристаллические структуры, двойные соли, смешанные кристаллы
- •1.3.3 Месторождения и сырьё
- •1.3.3.1 Природный гипс, природный ангидрит
- •1.3.3.2 Химический гипс
- •1.3.3.3 Уддг-гипс
- •1.3.4 Производство кальциево-сульфатных вяжущих
- •1.3.4.1 Технологические процессы при производстве кальциево-сульфатных вяжущих
- •1.3.4.1.1 Автоклавный способ производства α-полугидрата
- •1.3.4.1.2 Гипсоварочный котел для производства ß-полугидрата
- •1.3.4.1.3 Метод высокотемпературного обжига гипса (многофазового гипса) на колосниковой решетке
- •1.3.4.2 Свойства способных к затвердеванию сульфатов кальция
- •1.3.5 Гидратация CaSo4-вяжущих
- •1.3.5.2 Природный -, уусдг - и химический ангидрит
- •1.3.5.3 Свойства обработанных гипсовых строительных материалов
- •1.3.5.4 Другие области применения
- •1.3.5.5 Нормы, химический анализ и фазовый анализ
- •1.3.5.6 Требования гост 125-79 к качеству строительного гипса
- •1.4 Другие неорганические вяжущие материалы
- •1.4.1 Глинозёмистый цемент
- •1.4.1.1 Производство
- •1.4.1.2 Химический и минералогический состав
- •1.4.1.3 Гидратация
- •1.4.1.4 Области применения
- •1.4.2 Магнезиальное вяжущее
- •1.4.3 Фосфатные вяжущие
- •1.4.3.1 Магнезиально-фосфатные вяжущие
- •1.4.3.2 Кальциево-фосфатные вяжущие
- •1.4.3.3 Алюминиево-фосфатные вяжущие
- •2 Строительно-химические добавки
- •2.1 Пластификаторы (разжижители), добавляемые при изготовлении бетона
- •2.2 Пластификаторы (разжижители), добавляемые в бетонные смеси
- •2.2.1 Поликонденсаты
- •2.2.1.1 Нафталинсульфоновая кислота-формальдегид-смола
- •2.2.1.2 Меламин-формальдегид-сульфитные смолы
- •2.2.2 Поликарбоксилаты
- •3 Системы стройматериалов
- •3.1 Бетон
- •3.1.1 Передвижные бетонные заводы
- •3.1.2 Бетон для сборных железобетонных элементов
- •3.1.3 Самоуплотняющийся бетон
- •3.2 Строительный раствор
- •3.2.1 Стяжка
- •3.2.2 Выравнивающие массы
- •3.2.3 Плиточный клей
- •3.2.4 Затирка и массы
- •3.2.5 Цементный раствор
- •3.2.6 Штукатурка
- •3.3 Гипсокартон
- •3.4 Краски и лаки
- •3.5 Цементирование глубинных скважин
- •4 Обзор (Заключение)
- •Литература
- •Химия строительных материалов
- •Химия строительных материалов учебник
1.3.2 Физико-химические основы гипсовых вяжущих
Основой для использования гипса в качестве строительного материала и вяжущего является способность дигидрата сульфата кальция к дегидратации и полугидрата и ангидрида к регидратации в дигидрат. При нагревании гипс теряет кристаллизационную воду, образовавшийся сульфат кальция с малым содержанием кристаллизационной воды или не содержащий её вообще снова образует с водой при комнатной температуре первоначальный дигидрат, затвердевший гипс.
1.3.2.1 Фазы в системе CaSo4 - h2o
В системе CaSO4 - H2O существует 5 различных фаз, а именно дигидрат сульфата кальция (далее дигидрат), полугидрат сульфата кальция (далее полугидрат), а также безводные фазы ангидрит I, ангидрит II и ангидрит III. Дигидрат и ангидрит II встречаются в природе или образуются при химических процессах; метастабильные фазы полугидрата и ангидрита III, а также «обожжённый» ангидрит II получаются искусственно, путём дегидратации из дигидрата. Эти фазы имеют большое техническое значение. Ангидрит I является устойчивым только при температурах свыше 1180 0С и не имеет технического значения. Равновесная температура между дигидратом и ангидритом II лежит около 42 0С, ниже её стабилен дигидрат, выше - ангидрит II. Полугидрат встречается в α- и в ß-формах, которые значительно отличаются друг от друга по виду и размерам частиц, а также по энергетическому поведению и поведению в ходе технологических процессов. Ангидрит III имеется в видах α-ангидрит III, ß-ангидрит III и ß-ангидрит III´, которые имеют подобные отличительные свойства и условия изготовления как α- и ß-полугидраты. В таблице 1.28 приведены фазы системы CaSO4 - H2O с соответствующими физическими и химическими данными. Таблица 1.29 содержит значения дегидратационной теплоты, которые имеют значение для технологии [176, 177, 178].
Таблица 1.28 - Фазы в системе CaSO4 - H2O и их физико-химические свойства [177]
Химические формулы фаз |
CaSO4 · 2H2O |
CaSO4 ·0,5H2O |
CaSO4 |
CaSO4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Обозначение |
дигидрат сульфата кальция |
полугидрат сульфата кальция |
ангидрит II |
ангидрит III |
Другие обозначения |
природный гипс, сырьевой гипс, гипсовый камень, технический гипс, твёрдый гипс |
ß-полугидрат, ß-гипс, отделочный гипс, α-полугидрат, α-гипс, твёрдоформен-ный гипс, автоклавный гипс |
природный ангидрит, сырьевой ангидрит, ангидритный камень, синтетический ангидрит, обожженный ангидрит |
растворимый ангидрит |
Формы |
|
α-форма ß-форма |
А II-т* А II-н * А II-э * |
α -А III ß-А III |
Кристаллизационная вода, масс. % |
20,92 |
6,21 |
0 |
0 |
Плотность, г/см3 |
2,31 |
α: 2,757 ß: 2,619 |
2,93 - 2,97 |
2,580 |
Мольная масса, г/моль |
172,17 |
145,15 |
136,14 |
136,14 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Кристаллическая система [179] |
моноклин-ная |
моноклинная |
орторомбичес-кая |
орторомбическая псевдогексаго- нальная |
Симметрия [184] |
112/с1 |
1121 |
Bmmb |
C222 |
Межплоскостное расстояние,нм, и углы [184] a b c d |
0,5679 1,5202 0,6522 118,43 0 |
1,2032 0,6927 1,2671 90,27 0 |
0,6992 0,6999 0,6240 |
1,2077 0,6972 0,6304
|
Твёрдость по Моосу |
2 |
- |
3,5 |
- |
Растворимость в Н2О при 200С, г CaSO4/л |
2,05 |
α: 6,7 ß: 8,8 |
2,7 |
α: 6,7 ß: 8,8 |
Стабильность |
< 40 0С |
метастабиль-ный |
40-1180 0С |
метастабильный |
Температура образования в лаборатории |
|
α: > 450 С в Н2О ß: 45-2000 С в сухом воздухе |
200-11800 С |
α: 1000 С в воздухе ß: 500 С в вакууме |
Температура образования в технологическом процессе |
|
α: 80-180 0С влажный ß: 120-180 0С сухой |
300-900 0С АII-s:300-500 0С АII-u:500-7000С А II-E: >700 0С |
α: 110 0С влажный ß: 290 0С сухой |
* Обожжённый в печи ангидрит в зависимости от зернистости, температуры и времени пребывания обладает составными частями, которые с различной скоростью реагируют с водой. В соответствии с реактивностью этих компонентов с водой их подразделяют на следующие три формы:
А II-т (труднорастворимый ангидрит), время регидратации с водой: ½ часа 3 d, pH-6;
А II-н (нерастворимый ангидрит), время регидратации с водой: 3-7 d, pH-6;
А II-э (эстрих-гипс), время регидратации с водой: >3 d, pH-9
Таблица 1.29 - Теплота дегидратации технологически важных фазовых
преобразований в системе CaSO4 · 2H2O
Фазовое преобразование |
Дегидратационная теплота при 25 0С относительно продукта дегидратации |
|
(кДж/моль) |
(кДж/т) |
|
CaSO4 · 2H2O α-CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O(г) |
84,6 |
582700 |
CaSO4 · 2H2O à ß-CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O(г) |
86,2 |
597200 |
CaSO4 · 2H2O à CaSO4II + 2H2O(г) |
108,6 |
798000 |
CaSO4 · 2H2O à α-CaSO4 III + 2H2O(г) |
117,4 |
863100 |
CaSO4 · 2H2O à ß-CaSO4 III + 2H2O(г) |
121,8 |
895200 |