книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

шлаки предприятий цветной металлургии, шлаки предприятий фос­ фатных удобрений идр.

Наибольшей активностью обладает шлакосиликатный цемент из основных доменных шлаков и растворимого стекла с силикатным модулем от 2,1 до 2,4 и плотностью 1,30—1,35.

Для получения шлакосиликатного цемента из кислых гранули­ рованных доменных шлаков наиболее пригодно низкомодульное стекло с силикатным модулем 1,5—2,1.

Шлакосиликатные цементы из кислых гранулированных домен­ ных шлаков имеют такие же сроки схватывания, что и портландце­ мент. Начало схватывания цемента наступает не ранее, чем через 30 мин, конец — не позднее чем через 4—5 ч с момента затворения.

Ценным свойством шлакосиликатных цементов является малое влияние пылевидных и глинистых примесей, содержащихся в запол­ нителях, на прочность бетона. Применяют шлакосиликатный цемент для изделий специального назначения, тюбингов, шахтной крепи, конструкций, работающих в агрессивных средах.

Цемент фосфатный. К фосфатным относятся вяжущие, твердею­ щие в результате реакций минеральных порошков (преимуществен­ но окислов) с фосфорной кислотой или ее кислыми производными.

В зависимости от условий, необходимых для твердения, фосфат­ ные цементы можно разделить на твердеющие при нормальной тем­ пературе и при нагревании. Интенсивность проявления вяжущих свойств фосфатных цементов зависит прежде всего от ионного по­ тенциала катиона, входящего в окисел. Ионный потенциал — это отношение электронного заряда иона к его эффективному радиусу.

образуют вяжущие, твердеющие в условиях комнатной температуры. Такие окислы, как MgO, ZnO, CdO, с низким ионным потенциалом катиона в смеси с фосфатной кислотой дают вяжущие, мгновенно схватывающиеся. Для обеспечения нормальных сроков схваты­ вания эти окислы необходимо предварительно прокаливать. Имеет­ ся ряд окислов (CaO, BaO, SіОг), при взаимодействии которых с фосфорной кислотой практически невозможно получить твердею­ щие Структуры. В этом случае их заменяют фосфатами.

В настоящее время разработаны технологические условия полу­ чения и определена область рационального применения фосфатных цементов на основе окислов титана, меди, магния, цинка, железа, алюминия. Предложены также фосфатные цементы на основе при­ родного сырья: хромитовой руды, песчаника, апатита, фосфорита, а также алюмосиликатных стекол.

Применение фосфатных цементов в строительстве началось сравнительно недавно. Для этих вяжущих специфическими свойст­ вами являются высокая адгезия, способность к сцеплению с различ­ ными материалами, большая устойчивость к высоким температу­ рам. Особые свойства фосфатных цементов в значительной мере объясняются полиминеральиым характером их продуктов твердения.

известь. В строительстве ее применяют самостоятельно для низко­ марочных кладочных растворов, для штукатурных растворов по кир­ пичным поверхностям и как пластификатор цементных растворов. Особое значение известь приобретает как вяжущее для силикатных бетонов и кирпича автоклавного твердения.

В зависимости от условий твердения известь делится на воздуш­ ную, обеспечивающую твердение растворов на воздухе, и на гидрав­ лическую, обеспечивающую твердение растворов и сохранение ими прочности как на воздухе, так и в воде.

По виду содержащегося в ней основного окисла воздушная известь разделяется на кальциевую, магнезиальную, доломитовую.

Гидравлическая известь по гидравлическим свойствам под­ разделяется на слабогидравлическую, сильногидравлическую. По внешнему виду известь делится на комовую,, порошкообразную. Порошкообразная известь подразделяется на молотую, гидратную (пушонку), получаемую путем гидратации (гашения) кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести.

Известь воздушная. Воздушную известь получают из карбонат­ ных пород, которые подразделяются на пять классов в зависимости от химического состава. Содержание карбоната кальция в них должно быть 72—93%, карбоната магния 4—8 %. Породы, пригод­ ные для получения воздушной извести, должны содержать не более 6 % глинистых примесей.

Получение извести основано на процессах разложения породы, содержащей СаСОз и MgC03, на окись кальция СаО и окись магния MgO и углекислоту СОг при нагревании до температуры выше 825° С. Углекислота при обжиге удаляется из печи с отходящими газами, а окись кальция в чистом виде или в смеси с окисью магния выгружают из печи в виде комьев. Известняк теряет при обжиге 44% по весу, уменьшаясь в объеме на 12—14%. Окись кальция об­ разуется в результате реакции

СаСОд = СаО + С02.

Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением тепла, 1 грамм-молекула СаСОз требует для разложения примерно 190 • ІО3 дж тепла.

Окись кальция является главной составной частью извести. Реак­ ция разложения углекислого кальция обратима и зависит от темпе­ ратуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины, начиная от температур выше 600° С.

Известняковые породы обжигают главным образом в шахтных печах непрерывного действия при температуре 950—1100° С. Одна­ ко более рациональными для получения извести являются вращаю­ щиеся печи, а также печи кипящего слоя.

Шахтные печи бывают двух типов — пересыпные и с выносными топками. Печь по высоте имеет такие постоянные зоны: загрузки, подогрева, сушки, обжига, охлаждения и выгрузки.

приобретают необходимую прочность, в то Рис. 46. Шахтная печь

Добавка 3—5% сырого гипса от веса извести к извести-кипелке при помоле и небольшого количества

активной добавки повышает прочность вяжущего и замедляет его гашение.

Молотую негашеную известь транспортируют в герметически за­ крытых металлических контейнерах или в бумажных битуминированных мешках. Хранить молотую известь до употребления можно не более 10—15 суток в сухих складах.

В результате гашения комовой негашеной извести-кипелки полу­ чают гашеную известь, называемую гидратнаіі. Процессы, происхо­ дящие при гашении извести, можно выразить такой реакцией:

СаО комовая кипелка -f- (/l-j- 1) Н20 = Са(ОН)2 ~Ь ИН20.

При гашении извести-кипелки реакция образования гидрата окиси кальция сопровождается выделением тепла. Одна грамммолекула СаО выделяет 65ІО3 дж тепла, 1 кг извести-кипелки — 1160ІО3 дж.

Если гасить комовую известь малым количеством воды (35— 50%), получится порошок, называемый известью-пушонкой. Из­ весть, погашенная с избытком воды, называется известковым тестом'.

При гашении известь-кипелка увеличивается в объеме в 1,5—3 раза. Непогасившиеся частицы удаляют из гидратора. Их отдельно перемалывают и применяют в качестве извести повышенной актив­ ности, обладающей гидравлическими свойствами.

Более рациональным является гашение извести без отходов в спе­ циальных гасильных машинах с предварительным дроблением и по­ молом. В известь можно вводить добавки, повышающие ее качество.

Воздушная негашеная известь подразделяется на три сорта — I, II, III.

Негашеная комовая или молотая известь должна соответство­

Максимальное время гашения всех сортов воздушной негашеной извести составляет (мин) :

Гидратная известь-пушонка должна соответствовать требовани­ ям, указанным в табл. 15.

Твердение извести в растворах происходит в результате одновре­ менного протекания нескольких процессов: выпадения из пересы­ щенного раствора микроскопических кристаллов гидрата окиси кальция и образования карбоната кальция с углекислотой воздуха по реакции

Са(ОН)2 + С02 + п Н20 = СаС03 + (п + 1) Н20.

При этом вначале образуется аморфный гидрат окиси кальция, который по мере удаления избыточной воды превращается в кри­ сталлический. Переход гидрата окиси кальция в карбонат называ­ ют процессом карбонизации. Скорость карбонизации зависит от толщины слоя раствора и степени насыщенности воздуха углекисло­ той, поэтому в кладке карбонизация раствора происходит медлен­ нее, чем в штукатурке.

Применяя известковое тесто, необходимо строго следить за тем, чтобы в нем. не было непогасившихсяжомочков извести, которые бу­ дут гаситься в растворе и разрушать кладку. При длительном хра­ нении на воздухе пушонка поглощает углекислоту и, следователь­ но, теряет вяжущие свойства.

Длительное хранение гидратной извести без активных добавок следует проводить в очень влажных условиях.

Известь гидравлическая представляет собой вяжущее, получае­ мое умеренным обжигом не доводимых до спекания мергелистых известняков, содержащих обычно 6—20% глинистых примесей. При обжиге параллельно с процессом разложения карбоната происхо­ дит образование силикатов и алюминатов, которые придают из­ вести гидравлические свойства. Обожженную комовую известь га­ сят водой. Непогасившиеся частицы отсеивают и размалывают или сразу всю известь размалывают в порошок. Объемная масса размолотой в порошок гидравлической извести 700—800 кг/.«3.

Гидравлическую известь применяют для приготовления растворов низких марок взамен цемента, для кладки силикатных бетонов. Гидравлическая известь должна соответствовать требованиям, ука­ занным в табл. 16.

На основе извести и различных минеральных добавок изготов­ ляют ряд местных низкомарочных вяжущих: известково-шлаковый цемент, известково-зольный, известково-нефелиновый и др.

Известково-шлаковый цемент — гидравлическое вяжущее, полу­ чаемое при совместном помоле извести (воздушной і.ли гидравли­ ческой) и доменного гранулированного шлака или при тщательном перемешивании в сухом виде тех же молотых материалов. Извести в вяжущем должно содержаться не менее 30% по весу. Для регу­ лирования сроков схватывания и ускорения процессов твердения добавляют до 5% гипса.

Известково-шлаковые цементы относят к медленно твердеющим вяжущим. При длительном твердении во влажных условиях или в воде они приобретают значительную прочность.

Известково-шлаковый цемент бывает марок: 50, 100, 150, 200. Известково-пуццолановый и известково-зольный цементы — гид­ равлические вяжущие марок 25, 50, 100, 150, получаемые при сов­ местном помоле трепела, вулканических кислых пород, золы, неко­ торых видов топлива с известью-пушонкой или при тщательном

перемешивании тех же молотых материалов. Известково-нефелиновый цемент представляет собой измельчен­

ные смеси, состоящие из извести и нефелинового шлама. Нефели­ новый шлам (отход производства глинозема из нефелиновых и нефе­ лино-сиенитовых пород) содержит 75—85% ß2CaO • S1O2 (по весу) и является медленно твердеющим вяжущим. Смесь тонкомолотого нефелинового шлама с ускорителями твердения образует цемент марки 100, 150, 200, 300, значительно повышающий свою прочность

во времени. Примерный состав нефелинового цемента: 80—85% шлама, 15—20% портландцемента, 4—5% гипса.

Особенно эффективно (по данным П. И. Боженова) применение нефелинового цемента в производстве автоклавных бетонов.

Известковые цементы применяют в основном для кладочных ра­ створов в местах с повышенной влажностью, а также для изготовле­ ния автоклавных бетонов. Целесообразно применять их также для получения изделий с гидротермальной обработкой паром при атмос­ ферном давлении.

§ 50. Магнезиальные вяжущие

Магнезиальные вяжущие изготовляют из пород, содержащих окись магния, путем их обжига до температуры 850—900° С с последую­ щим помолом в порошок. Эти вяжущие относят к группе воздуш­ ных. Характерная особенность их в том, что затворяют вяжущие не водой, а растворами хлористого или сернокислого магния.

Магнезит каустический. Основным сырьем для производства магнезиального вяжущего является магнезит. Вяжущее, получен­ ное из него, называют каустическим магнезитом.

Реакция образования порошка каустического магнезита ана­ логична образованию извести из карбоната кальция

MgCOg = MgO + С02.

В зависимости от химического состава каустический магнезит подразделяют на три класса: I, II и III. Он соответственно содер­ жит 87, 83 и 75% MgO.

Плотность каустического магнезита (3,1 —т-3,4) ІО3 кг/мг. Нача­ ло схватывания должно быть не ранее чем через 20 мин, конец схватывания — не позднее чем через 6 ч после затворения.

Предел прочности при растяжении образца из теста нормаль­ ной густоты, затворенного на хлористом магнии плотностью 1,2 X X Ю3 кг/м2, через одни сутки должен быть не менее 15ІО5 н/м2.

Каустический магнезит выпускают марок 400, 500, 600. Советскими учеными разработана ^технология получения гидра­

та окиси магния Mg (ОН) 2 из рассолов магнезиальных солей (ра­ пы). Для этой цели используют соли озер, в которых концентра­ ция солей магния более чем в 3 раза превышает их концентрацию в морской воде.

Гидрат окиси магния получают из рапы, содержащей хлори­ стый магний, по реакции

MgCl2 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + СаС12.

Если рапа содержит сернокислый магний, то его предваритель­ но переводят в хлористый, обрабатывая хлористым кальцием:

MgS04 + СаС12 = MgCl2 -j- CaS04.

хождения, образуя прочный камень. Поэтому его применяют для рабочих слоев жерновов, изготовления брусков и точильных кам­ ней. В строительстве каустический магнезит применяют для устройства ксилолитовых полов (с древесными опилками), фибро­ лита (с древесной стружкой), для изготовления ячеистых мате­ риалов и различных архитектурных изделий.

Доломит каустический. Материалом, заменяющим дефицитный каустический магнезит, является каустический доломит, получае­ мый из более распространенного сырья — доломита MgCC>3 • СаСОз. Однако прочность его ниже прочности каустического магнезита.

Из каустического доломита приготовляют штукатурные раство­ ры, архитектурные изделия. Доломит, обожженный при темпера­ туре выше 900° С, можно затворять водой и применять для приго­ товления растворов для кладки и штукатурки.

§51. Гипсовые вяжущие

Кгипсовым вяжущим относят гипс строительный, гипсоцементнопуццолановое вяжущее, высокообжиговып гипс.

Сырьем для получения гипсовых вяжущих служат двуводный сернокислый кальций (гипсовый камень) С а504-2Нг0, некоторые

промышленные отходы соответствующего состава, а также гипсо­ вые породы, содержащие глину, лесс (например, гажа на Кавказе, ганч в Средней Азии и др.).

Двуводный сернокислый кальций обладает способностью при нагревании терять конституционную воду (дегидратироваться), меняя свои свойства. При дегидратации гипсовый камень теряет I, 5 молекулы воды и превращается в полуводный гипс:

CaS04 • 2НХ> = CaS04 • 0.5Н.О + 1,5НХ).

В пределах температур 97—170° С двуводный сернокислый каль­ ций теряет большую часть конституционной воды, превращаясь в полуводный быстросхватывающийся гипс CaS04 • 0,5Н2О, называе­ мый строительным гипсом. Разновидность строительного гипса, от­ личающегося более тонким помолом и чистотой, называется фор­ мовочным гипсом. При дальнейшем нагревании до температуры 200° С полуводный гипс переходит в .растворимый ангидрид, еще обладающий свойством схватываться. При температуре 400—500° С гипс теряет воду, переходя в нерастворимый ангидрид CaS04. Однако ангидрид со специальными добавками образует вяжущее — ангидритовый цемент (цемент академика П. П. Будникова). Даль­ нейшее повышение температуры (выше 800° С) приводит к обра­ зованию гипсового вяжущего, обладающего после затвердения повышенной водостойкостью.

Гипс строительный представляет собой белый порошок полуводного гипса, полученный в результате размола гипсового дву­ водного камня, термически обработанного до температуры 170° С.

Начало схватывания гипса должно наступать не ранее 4, коней схватывания — не ранее 6 и не позднее 30 мин после начала затворения.

Гипс строительный изготовляют в основном по таким техноло­ гическим схемам:

дробление гипсового камня, помол и дегидратация; дробление камня, дегидратация, затем помол;

дробление камня, обработка паром под давлением, сушка и помол.

Дегидратацию гипса осуществляют в шахтных (термическая об­

котлах (термическая обработка молотого гипса) и автоклавах (об­ работка паром).

Сырой и обожженный гипс размалывают в дезинтеграторах, бегунах, шаровых или роликовых мельницах.

В практике гипс получают в основном в варочных котлах. Одна­ ко наиболее совершенным агрегатом для обжига гипса является

CaS04 • 0,5Н2О + 1,5Н20 = CaS04 • 2Н20.

Полуводиый гипс, взаимодействуя с водой, присоединяет к себе полторы молекулы воды и вновь превращается в двуводный.

Согласно теории академика А. А. Байкова, твердение гипса объясняется следующими физико-химическими процессами. Полу­ водный гипс, частично растворяясь в воде, переходит в менее рас­ творимый двуводный гипс и создает перенасыщенный раствор. Вви­ ду недостатка воды весь гипс перейти в раствор не может и, гидратируясь, выделяется в виде мелкодисперсной массы, подоб­ ной коллоиду. Образовавшийся коллоид быстро кристаллизуется. Выделяющиеся игольчатые кристаллы двуводного гипса, перепле­ таясь между собой, образуют прочный кристаллический сросток.