Минеральные вяжущие материалы и их классификация
Минеральными вяжущими называют порошкообразные вещества, которые после смешения их с водой образуют тестообразный материал, способный постепенно затвердевать, приобретая свойства камня.
Почти все минеральные вяжущие материалы получают путем термической обработки исходного сырья с дальнейшим помолом полученного при обжиге продукта. При обжиге сырья протекают сложные физико-химические процессы, которые и обусловливают получение вяжущих веществ с теми или иными свойствами. Регулируя процесс обжига, можно получить вяжущие с заранее заданными свойствами.
Большинство минеральных вяжущих материалов твердеет при взаимодействии с водой в результате образования гидратных соединений. Некоторые вяжушие твердеют только на воздухе за счет присоединения углекислоты из воздуха и процессов перекристаллизации. Минеральные вяжущие материалы в зависимости от условий их твердения и способности длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на воздушные, гидравлические и автоклавного твердения.
Воздушные вяжущие материалы ■ после смешения их с водой способны твердеть только на воздухе. Бетоны, растворы, "изделия и конструкции на воздушных вяжущих способны длительно сохранять прочность в сухой среде. При систематическом увлажнении эти материалы и изделия теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим материалам относятся гипсовые, магнезиальные, воздушная известь и жидкое стекло.
Гидравлические вяжущие материалы (или вяжущие материалы водного твердения) после смешения их с водой способны твердеть как на воздухе, так и во влажных условиях или в воде. При твердении во влажных условиях или в воде эти вяжущие приобретают большую прочность, чем при твердении на воздухе. Поэтому они и получили название гидравлических. К ним относятся портландцемент и его разновидности, пуццолановые и шлаковые вяжущие, глиноземистый цемент, гидравлическая известь и романцемент. Эти вяжущие вещества применяют при устройстве различных сооружений. зданий, конструкций, покрытий дорог и аэродромов.
начали применять минеральные вяжущие материалы автоклавного твердения. Они
наиболее быстро твердеют в автоклавах под давлением "насыщенного пара 0.8... 1.6
МПа и при температуре 173...200°С. К таким материалам прежде всего относятся
известково-шлаковые и известково-кремнеземистые. состоящие из кварцевого
песка, маршалита. сиштофа и других кремнеземистых компонентов.
Воздушная известь /
Воздушная известь — вяжущее вещество, полученное аутам обжига до возможно
полного разложения чистых или доломитизированных известняков или мела.
В процессе обжига реакция разложения известняка идет по следующей схеме:
Массовая доля углекислого газа составляет 44%, а объем продукта обвита
известняка уменьшается всего до 10%. поэтому куски извести имеют пористую
Структуру, Полученный материал называют негашеной комовой известью или
кипелкой.
Перед употреблением комовую известь размалывают или затворяют водой. При
затворении водой происходит гидратация (гашение) комовой извести с выделением
теплоты, при этом известь превращается в тонкодисперсный порошок:
СаО + НгО - Са (ОН). + 64.9 кДж.
Воздушная известь может быть в виде негашеной комовой, негашеной молотой.
гидратнои извести (пушонки) и известкового теста.
Негашеная комовая известь включает куски различной крупности белого или
серого цвета. Они почти полностью состоят из свободных окисей кальция и
магния. Если в извести массовая доля М§О менее 5%. то ее называют чистой или
кальциевой, при 5...20% — магнезиальной. а при 20...35%—
доломитизированной.
Негашеную молотую известь ползают путем помола комовой извести, поэтому по
химическому составу она не отличается от комовой.
Гидратная известь — продукт гашения комовой или молотой извести при
соответствующем расходе воды или пара. Она состоит преимущественно из
Са(ОН)г. а также частично из М§(ОН);. содержание примесей незначительно.
Известковое тесто получают гашением комовой или молотой извести при расходе
воды, который обеспечивает образование пластичной тестообразной массы
|массовая доля механически и сорбционно связанной воды 45...50% и 50...55%
Са(ОН)гиМ8(ОНЫ.
Содержание в извести до 8% М§О мало влияет на ее свойства, в противном случав
воздушная известь приобретает слабые гидравлические свойства., что должно
учитываться при длительном хранении гашеной извести (известкового теста).
При производстве извести обжиг известняка или мела производят в шахтных или
вращающихся печах. Технология обжига зависит от конструкции печи и вида
используемого топлива.
Шахтные печи бывают пересыпные, или короткопламенные (рис. 4.1). В таких
печах топливом является каменный уголь или кокс, который загружают послойно с
дробленой породой. В этом случае получают комовую известь, перемешанную с
золой.
Более чистая и качественная комовая известь получается в шахтных печах с
выносными топками, б которых обжиг крупных кусков известняка производится
горячими газами.
Наиболее чистую известь получают в газогенераторных и вращающихся печах. В
печи загружают мелкодробленый известняк или мел. которые при вращении печи
подвергаются равномерному и полному обжигу. Температура обжига колеблется
в пределах 1000...1200 "С и зависит от крупности кусков и наличия примесей в
породе. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины и
песка, тем ниже должна быть температура обжига (900...1150°С), так как при более
высоких температурах происходит пережег и оплавление примесей и полученная
комовая известь приобретает слабые гидравлические свойства Поэтом)- массовая
доля кварцевого песка, глинистых и других примесей допускается не более й%.
Очень эффективно обжиг известняка идет в специальных печах в «кипящем слое».
обеспечивающем быструю передач;- большого количества теплоты от горячих
газов к обжигаемому материал}'. Применение установок для обжига карбонатных
пород в «кипящем слое» позволяет использовать мелкие фракции сырья (рис. 4.2).
При обжиге необходимо следить за тем, чтобы вес куски извести были равномерно
обожжены. Не разложившийся известняк является балластом. Куски пережега
снижают качество извести. Они гасятся медленно и, увеличиваясь в объеме в 2...3
раза, вызывают растрескивание и вспучивание затвердевшего изделия.
Различают три типа твердения воздушной извести: карбонатное, гидратное и
гидросиликатное.
Карбонатное твердение растворных и бетонных смесей происходит при
воздействии на них углекислоты воздуха. При этом одновременно протекают два
процесса: 1) кристаллизация гидрата окиси кальция из насыщенного водного
раствора; 2) образование карбоната кальция: Са(ОН); + СО2^=СаСОэ+Н2О.
Наряд)- с образованием СаСОэ возможно образование соединений типа СаСОз-
яСа(ОН);-/пН2О. Карбонизация растворов захватывает преимущественно
поверхностный слой, Образовавшаяся твердая корочка препятствует
проникновению углекислоты, поэтому в более глубоких слоях происходит
кристаллизация Са(ОН)г. Кристаллики карбоната срастаются друг с другом, с
частичками Са(ОН)2 и песка, обусловливая нарастание прочности раствора.
Прочность незначительна {предел прочности на 28-е сутки достигает 0.5... 1 МПа).
Гидратное твердение растворных и бетонных смесей происходит при
использовании молотой негашеной извести. При взаимодействии такой извести с
водой образуется гидрат окиси кальция и выделяется теплота. способствующая
протеканию физико-химических процессов твердения и испарению излишней
воды, а также взаимному сцеплению и срастанию образующихся
микроскопических частичек гидрата окиси кальция. В дальнейшем гидрат окиси
кальция под действием СО? переходит в устойчивым карбонат кальция СаСОз.
Гидросиликатным твердением называют процесс перехода известково-
кремнеземистых смесей в твердое состояние, в результате чего образуются
гидросиликаты кальция. Такое твердение возможно только в автоклавах при
термовлажностной обработке насыщенным паром под давлением 0.8... 1.6 МПа
при температуре 170...2ОО°С. В этом случае предел прочности затвердевшего
раствора может достигать 40 МПа.
В зависимости от содержания активных окислов СаО-Г-М§О, выхода известкового
теста и содержания нспогасившихся зерен воздушную известь делят на два сорта
(табл. 4.1).
Марка молотой воздушной извести устанавливается на прочности при испытании
образцов 40X40X160 мм, нормального раствора 1 : 3 (вяжущее : песок) на 28-е
сутки твердения в сухой среде. Всего установлено четыре марки: 4. 10. 25 и 50.
Воздушная известь широко применяется для приготовления штукатурных и
кладочных растворов, для укрепления суглинистых грунтов, побелки стволов
деревьев в придорожной полосе, километровых столбов, столбов указательных
знаков, надолбов, стен зданий службы эксплуатации дорог, жилых зданий и т. д.
Молотая известь и пушонка также используются при производстве известковых
смешанных цементов на основе шлаков, горных пород, золы, а также для
производства силикатных изделий и для других целей.
Комовую известь перевозят навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а
молотую и гашеную — в специальных бумажных или полиэтиленовых мешках.
металлических бочках и т. д. Негашеная известь должна храниться в закрытых
складах, защищенных от попадания влаги. Молотую негашеную известь следует
хранить не более 30 суток, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет
свою активность.