44.Воздушная известь (сырье, получение, характеристики и применение)
Воздушная известь- это продукт, получаемый обжигом ниже температуры спекания известково-карбонатной пород, мела, кальцита, известняка-ракушечника и т.д.
Сырьем для получения извести являются распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки, содержащие не более 8% глины.
Классификация воздушной извести:
1)По внешнему виду:
А)Комовая негашеная
Б)Молотая негашеная
В)Известь-пушенка
Г)Известковое тесто (известь-пушенка с водой)
Д)Известковое молоко
2)В зависимости от содержания CaO известь делится на сорта:
1 сорт- >90%
2 сорт-> 80%
3 сорт- >70%
3)В зависимости от температуры гашения различают высокоэкзотермическую (температура гашения более 70 оС) и низкоэкзотермическую (температура гашения менее 70 оС) воздушные извести.
4)В зависимости от скорости гашения различают извести:
А)Быстрогасящуюся (время гашения менее 6 минут)
Б)Среднегасящуюся (время гашения от 6 минут до 20 минут)
В)Медленногасящуюся (время гашения более 20 минут)
Производство извести.
Состоит из стадий:
1. Добыча сырья
2. Подготовка сырья (дробление, рассев по фракциям)
3. Обжиг
Применение извести.
1. Изготовление известковых растворов и бетонов
2. Изготовление силикатного кирпича и силикатных бетонов
3. Окрасочный материал (побелка стен, потолков)
45.Гидравлическакя известь(сырье, получение, характеристики и назначение)
Гидравлическую известь получают умеренным обжигом природных мергелей и мергелистых известняков при 900-1100°С. Мергель и мергелистый известняк идущие для производства гидравлической извести содержат от 6 до 25% глинистых и песчаных примесей. Её гидравлические свойства характеризуются гидравлическим (или основным) модулем (m), представляющим отношение в процентах содержания окислов кальция к содержанию суммы окислов кремния, алюминия и железа:
Гидравлическая известь – медленно схватывающееся и медленнотвердеющее вещество. Её применяют для приготовления строительных растворов, низкомарочных бетонов, легких бетонов, при получении смешанных бетонов.
46. Портландцемент (сырье и производство). Основные клинкерные минералы (образование, формулы и характеристики).
Из всех вяжущих веществ важнейшим является портландцемент - один из основных строительных материалов, без которого невозможно получить бетон, железобетонные конструкции, высококачественные растворы для каменных кладок и штукатурок. Типы:
1) портландцемент (ПЦ), в том числе портландцемент бездобавочный (ПЦДО);
2) портландцемент (ПЦ) с минеральными добавками (Д5, Д20);
3) шлакопортландцемент (ШПЦ).
Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, способное после затворения водой твердеть и набирать прочность как на воздухе, так и в воде, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера с необходимым количеством двуводного гипса (CaSO4•2H2O), замедляющего сроки схватывания портландцемента.
Измельченный клинкер после затворения водой схватывается в течение нескольких минут, что затрудняет изготовление изделий. Для замедления сроков схватывания до 3…5 ч в состав ПЦ вводят гипсовый камень CaSO4•2H2O или другие минералы, содержащие сульфат кальция (фосфогипс, богогипс, фторогипс и др.)
Сырьевыми материалами для изготовления портландцементного клинкера служат карбонатные и глинистые горные породы. Главное химическое соединение карбонатных пород (известняка, мела) - карбонат кальция СаС03. Глинистые породы (в основном глины) содержат различные алюмосиликаты типа А12Оэ • mSi02 • nН20. Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т. е. на 1 мас. ч. глины должно приходиться 3 мас. ч известняка. Близок к этому составу мергель - осадочная горная порода, представляющая собой смесь известняка с глиной. В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. Недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков. Внешне клинкер представляет собой спекшуюся сырьевую массу в виде зерен размером 10…60 мм.
Химический состав портландцемента (в %): CaO – 60…67; SiO2 – 19…24; Al2O3 – 4…8; Fe2O3 – 2…6; MgO – не более 5; SO3 – 1…4, CaO свободный – не более 1. От качества клинкера зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.
Производство портландцемента включает следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, ее обжиг и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.
В зависимости от методов приготовления смеси различают мокрый и cуxoй способы производства цемента. При мокром способе сырье смешивают и измельчают в присутствии воды. Затем смесь в виде шлама, содержащего 40...50 % воды, обжигают во вращающихся печах. При сухом способе сырьевые материалы высушивают, измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде (влажность - 1...2 %).
При мокром способе достигается высокая однородность смеси, однако затраты топлива на обжиг в 1,5...2 раза выше, чем при сухом.
Подготовленную к обжигу сырьевую смесь подают во вращающуюся печь, представляющую собой стальную обечайку длиной 150 или 185 м и диаметром 4 или 5 м. Изнутри труба выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3...40) уклоном к горизонту и вращается (1...2 об/мин), благодаря чему сырьевая смесь постепенно перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. Максимальная температура обжига - 1450 °С. При таких высоких температурах оксид кальция СаО, образовавшийся в результате разложения известняка, взаимодействует с кислотными оксидами Si02, A1203 и Fe203, образующимися при разложении глины. Продукты взаимодействия, частично плавясь и спекаясь друг с другом, образуют так называемый портландцементный клинкер - пористые гранулы серого цвета.
В настоящее время наиболее распространен сухой способ производства цемента. В конечном итоге качество портландцемента зависит от тщательности подготовки сырья, условий обжига, режима охлаждения и его химического и минералогического составов.
Основными минералами портландцементного клинкера являются:
алит - трехкальциевый силикат ЗСаО • Si02 (или сокращенно C3S) - содержится в количестве 45...65 %. Это - самый важный минерал клинкера, определяющий время твердения, прочность и другие свойства портландцемента;
белит - двухкальциевый силикат 2СаО • Si02 (или C2S) - содержится в количестве 20...35 %. Он медленно твердеет, при этом выделяется очень мало теплоты;
целит - трехкальциевый алюминат ЗСаО • Аl203 (или С3А) - содержится в количестве 4...12%. Он очень быстро гидратируется и твердеет, выделяя большое количество теплоты, но имеет небольшую прочность и малую стойкость против воздействия сернокислых соединений;
четырехкалъциевый алюмоферрит (браунмиллерит) 4СаО • • А1203 • Fe203 (или C4AF) - содержится в количестве 10...20 %, по времени гидратации занимает промежуточное положение между алитом и белитом, обладает средней прочностью.
Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом (1,5...3,5 % в расчете на S03 природного гипса CaS04 • 2Н20) и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минералогического состава и тонкости помола клинкера.
47. Теория твердения портландцемента.
При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное, легко формуемое тесто (гель), постепенно загустевающее (схватывающееся) и переходящее в камневидное состояние. Процесс твердения цемента в соответствии с теорией твердения вяжущих, разработанной академиком А. А. Байковым, условно разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации.
В подготовительном периоде частицы цемента смачиваются водой и растворяются с поверхности; со временем образуется насыщенный раствор. В этот период, длившийся 1...3 ч, цементное тесто пластично и легко поддается формованию. Основные минералы клинкера в растворе с водой гидратируются по следующим уравнениям:
ЗСаО • Si02 + 5Н20 = 2СаО • Si02 • 4H20 + Са(ОН)2;
2СаО • Si02 + 4Н20 = 2СаО • Si02 • 4Н20;
ЗСаО • А1203 + 6Н20 = ЗСаО • А1203 • 6Н20;
4СаО • А12Оэ • Fe203 + nН20 = 4СаО • А1203 • Fe203 • nН20.
В период коллоидации концентрация гидратных новообразований в растворе возрастает. Образующиеся соединения (новообразования) отличаются меньшей растворимостью, чем минералы клинкера. Поэтому раствор, насыщенный по отношению к исходным соединениям, является пересыщенным по отношению к новообразованиям. Гидратные новообразования в виде мельчайших коллоидных частичек - субмикрокристаллов - выделяются из раствора, образуя цементный гель.
Возникновение большого количества геля приводит к зaгустеванию цементного теста, которое утрачивает пластичность. Момент загустевания (схватывания) цементного теста наступaет через 3...5 ч после затворения цемента водой. Прочность загустевшего теста в этот период еще невелика.
Начало схватывания характеризуется формированием обратимой коагуляционно-кристаллизационной структуры цементного камня, когда отдельные частицы сцеплены в звенья, цепочки, пространственные сетки через жидкие прослойки ван-дер-ваальсовыми силами. Под действием механических воздействий такие структуры способны тиксотропно разжижаться и восстанавливать свою структуру после снятия воздействия.
В цементе, состоящем из одного клинкера, потеря пластичности (схватывание) наступает через несколько минут. Природный гипс, растворившись, взаимодействует с трехкальциевым алюминатом и водой с образованием гидросульфоалюмината кальция
ЗСаО • А1203 + 3CaS04 +31Н20 = ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31Н20. Последний выкристаллизовывается в непосредственной близости от цементных зерен и создает на них оболочки, которые затрудняют дальнейшую гидратацию минералов и замедляют схватывание цемента. В процессе гидратации оболочки разрушаются, после чего скорость гидратации цемента возрастает. Так как гипс вводят в ограниченном количестве, замедляющее действие его на гидратацию сказывается только в начальный период твердения.
Период кристаллизации характеризуется дальнейшей гидратацией цемента. Гель постепенно преобразуется в кристаллические сростки. Формируется конденсационно-кристаллизационная структура цементного камня с химическими связями между частицами. Цементный гель теряет значительное количество воды, и наступает конец схватывания. Число и площадь поверхности контактов в кристаллах новообразований увеличиваются, что приводит к заметному росту прочности цементного камня. Структура теряет способность тиксотропно разжижаться и восстапавливаться после снятия механического воздействия.
Процессы растворения и гидратации минералов клинкера и кристаллизации новообразований протекают долгие годы. Кристаллический сросток, гель и непрогидратированные зерна цемента образуют цементный камень. В его структуру входят также поры и капилляры, образованные водой, химически не прореагировавшей с цементом.
Приведем наиболее важные выводы из рассмотренного механизма твердения портландцемента.
Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой - экзотермические, т. е. сопровождаются выделением теплоты. Экзотермия цемента может рассматриваться и как положительное явление (например, при ускорении твердения цемента, зимнем бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций или при производстве paбот в жаркую сухую погоду).
До окончания схватывания структура цементного геля способна обратимо восстанавливаться после снятия механического воздействия. Это позволяет после затворения цемента водой, например в растворных и бетонных смесях, сохранить формовочные свойства и по истечении некоторого времени укладывать смеси в конструкции (формовать изделия).
В процессе взаимодействия трехкалъциевого силиката с водой образуется гидроксид кальция. Это значит, что в результате твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. В щелочной среде (при рН > 12,5) не происходит коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях) хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это - одно из условий долговечности железобетона.
Однако Са(ОН)2 сравнительно легко подвергается коррозии в агрессивных средах и даже может вымываться водой. Поэтому для повышения стойкости бетона к коррозии в цемент вводят минеральные добавки, связывающие Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Таким путем получают, например, пуццолановый цемент.
Затворение цементного порошка водой - это необходимое условие образования прочного цементного камня, но избыточное количество не увеличивает, а уменьшает его прочность. Это вызвано тем, что цемент способен химически связывать не любое, а строго ограниченное количество воды - максимум 25...30 % (от массы сухого цемента). Химически связанная вода входит в состав твердой фазы - новообразований цементного камня.
Вся остальная вода, содержащаяся в цементном тесте, а затем - камне, остается в жидком состоянии. Впоследствии, при высыхании бетона, вода испаряется, в результате чего в структуре цементного камня образуется система тончайших пор. Чем больше введено при затворении воды, тем большей окажется пористость и, следовательно, ниже прочность и стойкость цементного камня и бетона