6.1.2. Строительная воздушная известь

Сырьевые материалы для производства воздушной извести должны со­стоять в основном из углекислого кальция (мела, известняка, мрамора, доломи­тов).

Для получения воздушной извести требуется поддерживать температуру обжига на уровне 900-1200 °С. Обжиг проводится до полного удаления углеки­слого газа в соответствии с уравнением

СаСОз + 178 кДж = СаО + С0₂.

В результате этого образуется белое огнестойкое вещество, техническое название которого - негашеная известь.

Изделия из негашеной извести имеют повышенную плотность, прочность, водостойкость и долговечность по сравнению с полученными из гашеной из­вести.

Сырье обжигают в печах различных конструкций (шахтных, вращающих­ся и т. д.). При выходе из печи размеры обожженной (комовой) извести сохра­няются, в основном, прежними. Но за счет потери углекислого газа становятся легкими и высокопористыми. Комовую известь дробят до размера 15-20 мм, далее она передается на помол в шаровых мельницах с рассевом продукта на сепараторе. Полученный продукт носит название молотой негашеной извести.

60

Воздушная известь отличается от других вяжущих веществ тем, что мо­жет превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения - дей­ствия воды на куски комой извести.

Гашение комовой извести с превращением ее в тончайший порошок - это технологический процесс. Опасно применять тесто, в котором имеется непога-сившиеся зерна извести.

СаО + Н₂0 — Са(ОН)₂.

Реакция гашения протекает с выделением большого количества теплоты, эта теплота вызывает вскипание воды, что послужило основанием именовать негашеную известь кипелкой.

Погасившаяся известь превращается в тонкий рыхлый порошок со значи­тельным увеличением в объеме (в 2,5-3 раза) - пушонку. При избытке воды из­весть переходит в известковое тесто.

Таким образом, различают следующие виды воздушной извести:

• известь негашеная комовая;

• известь негашеная молотая;

• известь гашеная (пушонка);

• известковое тесто.

В зависимости от скорости гашения все сорта воздушной негашеной из­вести делят на три вида:

• быстрогасящуюся, со скоростью гашения не более 8 мин;

• среднегасящуюся, со скоростью гашения до 25 мин;

• медленногасящуюся, со скоростью гашения не менее 25 мин. Широкое применение воздушной извести в строительстве обусловлено

простотой ее производства. Известковые растворы из извести и песка приме­няют для каменной кладки как с добавкой цемента, так и без него. Смешанные известково-цементные растворы отличаются большей пластичностью, чем це­ментные, и более высокой прочностью, чем известковые. Известковые раство­ры применяют также для штукатурных работ с добавкой других вяжущих или без них. Известь в чистом виде или в смеси с мелом и красителями используют для побелок и других отделочных работ. На основе извести можно готовить и другие материалы - известково-шлаковые, известково-глиняные и т. д.

61

6.2. Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлические вяжущие вещества способны в тестообразном состоянии твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде, увеличивая с течением времени прочность отвердевшего теста (камня). Поэтому их можно использовать в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подверженных воздействию водной среды. К ним отно­сятся портландцемент, пуццолановые и другие цементы и гидравлическая из­весть.

6.2.1. Портландцемент

Портландцемент является основным материалом в промышленном, граж­данском, жилищном, сельскохозяйственном, гидротехническом и дорожном строительстве.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, твер­деющее в воде и на воздухе. Получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси (известняк и глина).

Для получения портландцемента приходится готовить искусственные сырьевые смеси. Они составляются с помощью пород с высоким содержанием углекислого кальция (чистых известняков, мела, известковых туфов и др.) и по­род, относящихся к глиноземистому сырью (тяжелые глины, мергелистые гли­ны, глинистый сланец и др.).

Спекшуюся сырьевую смесь в виде зерен размером до 40 мм называют клинкером. От качества клинкера зависят важнейшие свойства цемента: проч­ность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуа­тационных условиях. Качество клинкера зависит от его химического и минера­логического составов.

Исходя из химического состава сырьевой смеси и заданной характеристи­ки состава клинкера, вычисляют соотношение между ее компонентами с воз­можно большей точностью.

Технологический процесс производства портландцемента состоит из: до­бычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной шихты заданного состава, обжига

смеси, измельчения клинкера в тонкий порошок вместе с гипсом или активны­ми минеральными добавками.

Различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой.

Мокрый способ: измельчают и смешивают сырьевые материалы в при­сутствии большого количества воды в шаровых мельницах и получают жидко-текучую массу или суспензию. Ее называют шламом. Затем шлам поступает на обжиг во вращающихся печах.

Сухой способ: материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде.

Применяют комбинированный способ: сырьевую шихту подготавливают по мокрому способу, затем шлам обезвоживают, из него приготавливают гра­нулы и обжигают по схеме сухого способа.

Для производства цемента мокрым, сухим и комбинированным способом применяют вращающиеся печи.

Вращающуюся печь устанавливают с небольшим уклоном (3-4°) в сторо­ну передвижения сырьевой смеси. Печь медленно вращается вокруг своей оси в подшипниках. Шлам подается в печь с верхнего ее конца, а со стороны нижнего конца вдувают топливо - мазут, природный газ. Топливо сгорает, создавая внутри печи температуру, необходимую для процесса обжига (до 1500 °С). Го­рячие газы направляются навстречу сырьевой массе. Дымовые газы удаляют с другой стороны печи.

Из вращающейся печи клинкер выходит в виде мелких гранул 10-40 мм. Следующая за обжигом технологическая операция - помол.

От химического состава портландцемента зависят его свойства. Химиче­ский состав портландцемента:

• окись кальция - 63-67 %;

• кремнезем - 21 -24 %;

• глинозем - 4-7 %;

• окись железа - 2-5 %.

При затворении портландцемента водой образуется пластичное клейкое цементное тесто, постепенно густеющее и приобретающее камнеподобное со­стояние.

63

При твердении портландцемента происходит ряд сложных физико-химических процессов. Каждый из минералов клинкера при затворении водой реагирует с ней с определенной скоростью и дает различные новообразования. Все процессы взаимодействия отдельных клинкерных минералов с водой про­текают одновременно, налагаются один на другой и влияют друг на друга. По­лучающиеся новообразования, могут в свою очередь, взаимодействовать как между собой, так и с исходными клинкерными минералами и давать новые со­единения.

Основные свойства портландцемента. Маркой цемента принято имено­вать величину его активности, но с округлением до нижнего предела и с учетом его предела прочности при изгибе.

Этот показатель характеризуется пределами прочности при сжатии и из­гибе. Марку цемента устанавливают в лабораторных условиях по пределам прочности образцов при сжатии и изгибе.

Прочность при сжатии определяется сжатием образцов гидравлическим прессом (рис. 17).

Рис. 17. Пресс гидравлический

Испытание на изгиб проводят на 28-суточных образцах-балочках (рис. 18).

64

_L

к-

100

Рис. 18. Схема испытания образца-балочки на изгиб

Прочность цементного камня и скорость его твердения зависит от мине­ралогического состава клинкера, тонкости помола цемента, содержания воды, влажности и температуры среды и продолжительности хранения.

От стойкости цементного камня зависит работа бетона в инженерных со­оружениях. В процессе эксплуатации бетон подвергается агрессивному воздей­ствию внешней среды: пресных и минерализованных вод, совместному воздей­ствию воды и мороза, попеременному увлажнению и высушиванию. Следова­тельно, для того чтобы строительная конструкция стойко сопротивлялась аг­рессивному воздействию внешней среды, цементный камень должен быть водо-, морозо- и атмосферостойким.

Совместное и попеременное действие воды и мороза влечет за собой раз­рушение сооружений. При отрицательных температурах вода, находящаяся в порах цементного камня, превращается в лед, который, увеличиваясь в объеме, давит на стенки пор, разрушая их.

Для каждой разновидности вяжущего вещества имеются свои специфиче­ские особенности взаимодействия воды с вяжущим.

Коррозия цементного камня в водных условиях может быть подразделена на три вида:

- разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей, наиболее растворима гидроокись кальция.

Несколько предохраняет от данного вида коррозии защитная корка из уг­лекислого кальция, образующаяся на поверхности материала в результате реак­ции между гидроокисью кальция и углекислотой воздуха.

65

- разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные вступать в обменные реакции с его составляющими. При этом образуются про­ дукты, которые либо легко растворяются и уносятся фильтрующейся через бе­ тон водой, либо выделяются в виде аморфной массы, не обладающей связую­ щей способностью.

- разрушение цементного камня под действием сульфатов. В порах це­ ментного камня происходит отложение малорастворимых веществ, находящих­ ся в воде, или продуктов взаимодействия их с составляющими цементного кам­ ня. Их накопление и кристаллизация в порах вызывают значительные растяги­ вающие напряжения в стенках пор и приводят к разрушению цементного кам­ ня.

Защита цементного камня от коррозии в водных условиях способствует продолжительности службы конструкций. Исключить или ослабить влияние коррозионных процессов при действии различных вод можно конструктивными мерами, улучшением технологии бетона, а также применением цементов из клинкера определенного минералогического состава. Таково устройство гидро­изоляции, водоотводов и дренажей.

6.2.2. Разновидности портландцемента

Быстротвердеющий и сверхбыстротвердеющий портландцемент. Об­ладает более интенсивным нарастанием прочности в начальный период тверде­ния.

Сульфатостойкий портландцемент. Клинкер нормированного минера­логического состава. Применяют для изготовления бетонов, работающих в ми­нерализованных и пресных водах, а также для бетонов повышенной морозо­стойкости.

К портландцементам с поверхностно-активными добавками относятся:

Пластифицированный портландцемент — продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с поверхностно-активной пластифицирующей добавкой, повышающей подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси и придающей затвердевшим бетонам высокую морозостойкость.

Гидрофобный портландцемент - продукт тонкого измельчения порт­ландцементного клинкера с добавлением при помоле около 0,1-0,2 % поверхно-

66

стно-активной гидрофобизующей добавки (мылонафт, асидол, асидол-мылонафт). Синтетические жирные кислоты и их соли, адсорбируясь на по­верхности зерен цемента, образуют на них тончайшие водоотталкивающие пленки, уменьшающие смачиваемость цемента водой. Поэтому, находясь во влажных условиях, цемент сохраняет активность. В процессе перемешивания бетонной смеси гидрофобная пленка сдирается с поверхности цементных зерен и не препятствуют нормальному течению процессов твердения цемента.

Рекомендуется применять, когда необходимы его длительное хранение или перевозки на дальнее расстояние.

Дорожный портландцемент предназначен для устройства бетонных по­крытий автомагистралей, придавая им повышенную морозостойкость, дефор-мативность, прочность при изгибе и ударной нагрузке, а также низкие показа­тели истираемости и усадки.

Белый и цветной портландцемент. Сырьем для производства белого портландцемента служат чистые известняки и белые глины. При помоле осо­бенно тщательно предохраняют цемент от попадания в него частиц или окислов железа, которые нарушают его белизну. Основное свойство, определяющее его качество - степень белизны.

Цветной портландцемент. Получают путем совместного помола клинке­ра белого цвета со свето- и щелочестойкими минеральными пигментами.

Их применяют для архитектурно-отделочных работ, производства обли­цовочного слоя панелей и блоков, скульптурных работ, цветных разделитель­ных полос на автомагистралях.

К неорганическим смешанным относятся вяжущие вещества, получаемые объединением воздушных и гидравлических вяжущих с активными минераль­ными добавками и шлаками при их совместном помоле или после раздельного измельчения.

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, по­лучаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки или тщательным смешиванием тех же раздельно измельченных материалов.

Минеральные добавки улучшают отдельные свойства, особенно при взаимодействии цемента с водой. В результате пуццолановый портландцемент

67

оказывается более водостойким, чем обыкновенный портландцемент, более стоек в сульфатных водах.

Пуццолановые портландцементы целесообразно применять при возведе­нии подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, под­верженных действию мягких и сульфатных вод, повышенной влажности, осо­бенно когда от бетонов требуются большая водонепроницаемость и высокая водостойкость.

Шлаковые цементы (шлакопортландцемент, известково-шлаковый це­мент, сульфатно-шлаковый цемент).

Способность шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет получать шлаковые цементы по качеству выше, чем пуццолановые цементы.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, полученное совместным измельчением портландцементного клинкера, домен­ного гранулированного шлака. Можно получать шлакопортландцемент и путем смешения тех же исходных материалов, но измельченных раздельно.

По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент характеризует­ся замедленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но ма­рочная их прочность примерно одинакова.

Его следует употреблять в течение 7-10 дней со дня изготовления, чтобы он не потерял активность при хранении.

Применяют шлакопортландцемент для изготовления железобетонных из­делий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах, в конструкциях го­рячих цехов, гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной аг­рессии.

Не следует применять его в конструкциях, подвергающихся частому за­мораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Растворимое (жидкое) стекло представляет собой щелочной натриевый или калиевый силикат переменного химического состава.

Сырьем для изготовления служат чистый кварцевый песок, сода или сульфат натрия.

Этот вяжущий материал применяют для затворения кислотоупорного це­мента, предохранения поверхности природных камней от выветривания, для изготовления огнезащитных (для древесины) красок, замазок, устройства сили-

68

катированного шоссе на основе известнякового щебня, жароупорных бетонов, пропитки фунтовых оснований и других целей.

Кислотоупорные цементы представляют собой кварцевый порошкооб­разный материал. Применяют для футеровки химической аппаратуры, возведе­ния башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности.

Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее гидрав­лическое вяжущее вещество, с преобладанием в готовом продукте алюминатов кальция.

Глиноземистый цемент - быстротвердеющее, но не быстросхватываю-щееся вяжущее вещество: начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе характеризуются высокой водо-, воз­духе-, морозо- и жаростойкостью; они устойчивы в условиях пресных и суль­фатных вод, однако разрушаются щелочными водами.

Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, примерно в 1,5 раза меньшей пористостью, чем на портландцементе, что и оп­ределяет их высокую морозостойкость.

Применение глиноземистого цемента ограничено его стоимостью (в 3-4 раза выше, чем стоимость портландцемента), хотя по физико-механическим свойствам он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и порт­ландцемент.

Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рацио­нально используются его специфические свойства, например, при ремонтно-восстановительных работах (ремонт плотин, труб, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента де­лает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газо­вых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей.

Расширяющиеся цементы. Цементный камень, полученный на основе гидравлических вяжущих веществ, испытывает усадочные деформации. Это может привести к появлению трещин в местах соединения бетонных и железо­бетонных элементов сооружения и нарушать монолитность конструкции. По-

69

этому в ряде случаев необходимо применять безусадочный или расширяющий­ся цемент.

Это цементы, увеличивающиеся в объеме при твердении во влажностных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе.

Данный цемент используют при восстановлении железобетонных конст­рукций, для гидроизоляции подземных сооружений, заделки трещин различно­го рода, заделки швов и стыков водопроводных труб и т. д.