Тема 7. Минеральные вяжущие вещества

7.1. Общие сведения о минеральных вяжущих веществах

И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Практически ни одно здание и сооружение не строится без при­менения тонкодисперсных материалов, которые при затворении во­дой (или водными растворами) образуют пластичное тесто, способное связывать в монолит каменные материалы и изделия и в процессе твердения превращаться в камень. Такие материалы получили на­звание вяжущие вещества. Строительные вяжущие вещества по со­ставу подразделяются на минеральные (неорганические) и органиче­ские. В этой главе будут рассмотрены минеральные вяжущие вещества.

Минеральными вяжущими веществами называют порош­кообразные (кроме жидкого стекла) тонкодисперсные вещества, обра­зующие при смешивании с водой (затворении) пластичную массу, спо­собную схватываться, затвердевать и превращаться в искусственный камень.

Схватывание — это физико-химический процесс, при котором пластичная масса (тесто) становится вязкой, теряет свою подвиж­ность, но еще не имеет прочности.

Твердение — это физико-химический процесс, при котором схватившееся тесто набирает прочность и превращается в искусст­венный камень.

Минеральные вяжущие в зависимости от состава и важнейших свойств подразделяются на две основные группы — воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества после смешивания с водой спо­собны схватываться, твердеть, сохранять и повышать свою прочность только на воздухе. К этой группе вяжущих относятся воздушная из­весть, гипсовые, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло, кислото­упорный цемент.

Гидравлические вяжущие вещества после смешивания с водой способны схватываться, твердеть, сохранять и повышать свою проч­ность не только на воздухе, но и в воде. К этой группе вяжущих отно­сятся гидравлическая известь, портландцемент, его разновидности, специальные цементы.

Древнейшим естественным вяжущим является необожженная глина. При смешивании с водой она образует пластичное глиняное тесто, которое при высыхании твердеет, прилипает к другим мате­риалам (камню). Однако глина имеет и существенные недостатки: невысокую прочность камня и низкую водостойкость.

Более прочные материалы изготовляют на основе вяжущих ве­ществ, получаемых искусственно — путем обжига.

7.2. Строительная воздушная известь

Воздушной известью (ГОСТ 9179—77) называют воздушное вя­жущее вещество, полученное умеренным обжигом (не до спекания) при 1000... 1200 °С известняков, содержащих до 6% глинистых примесей.

Сырьем для производства являются кальциево-магниевые гор­ные породы: известняк, мел, доломитизированные и мергелистые из­вестняки, доломиты. Независимо от вида сырья в его химический со­став входят карбонат кальция СаСО₃ (не менее 85%), карбонат магния MgCOg (не более 7%) и глинистые вещества SiO₂ + A1₂O₃+Fe₂O₃ (не более 6%).

Производство. После добычи и подготовки указанного сырья обжиг производят в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах (рис. 14 обжигают куски сырья размером от 40 до 120 мм в по­перечнике, обжиг мелких фракций ведут во вращающихся печах.

Наибольшее распространение получили шахтные печи — пере­сыпные и газовые.

Рис. 14. Шахтная печь для обжига извести: 1 – шахта; 2 – загрузочное устройство;

3 – зона подогрева; 4 – зона обжига; 5 – зона охлаждения; 6 – гребень для подачи воздуха; 7- механизм выгрузки обожженной извести

В шахтных пересыпных печах получаемая известь засоряется зо­лой топлива. В шахтных газовых печах известь более чистая, про­цесс обжига в них можно механи­зировать и автоматизировать, они проще в эксплуатации.

При обжиге происходит разло­жение (диссоциация) известняка и получается известь по реакции:

Карбонат магния, присутст­вующий в известняке, также раз­лагается:

Эти процессы сопровождаются удалением углекислого газа, состав­ляющего 44% массы известняка.

Оставшиеся после обжига окси­ды кальция и магния (СаО + MgO) являются активными составляю­щими полученного вяжущего ве­щества в виде пористых кусков бе­лого цвета, называемого комовой негашеной известью.

Неравномерность обжига при­водит к образованию в извести недожога или пережога.

Недожог получается при низкой температуре обжига, снижает ка­чество извести, так как недожог не обладает вяжущими свойствами. Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига, его зерна гасятся очень медленно, что опасно, так как частицы могут на­чать гаситься в затвердевшем рас­творе, вызывая растрескивание и разрушение материала.

Негашеная комовая известь имеет плотность 900...1100 кг/м³ и является полупродуктом. Для получения товарной продукции известь гасят или тонко измельчают (так называемая «смирновская известь» — в честь инженера-новатора, предложившего этот способ).

Гашение извести. Гасят известь водой. Реакция соединения извести с водой протекает очень энергично. Выделяется тепло, резко повышается температура извести и воды, которая может закипеть.

Поэтому негашеную известь называют «кипелкой».

Гидратация происходит по реакции

CaO + H₂O = Ca(OH)₂+Q.

При гашении куски комовой извести увеличиваются в объеме и распадаются на мельчайшие (до 0,001 мм) частицы.

В зависимости от количества взятой для гашения воды получа­ют гидратную известь («пушонку»), известковое тесто или известковое молоко.

Гидратная известь представляет собой «пушистый» белый по­рошок, состоящий из частиц гидроксида кальция.

Для гашения берут 50...70% воды от массы извести. Теоретиче­ский расход воды для гашения извести в пушонку 32,1%. Практиче­ски воды берут в 2,0...2,5 раза больше, так как в результате выделе­ния тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром.

Плотность гидратной извести в рыхлом состоянии 400...450, в уплотненном — 500...700 кг/м³.

В пушонку известь гасят в специальных машинах — гидраторах.

Известковое тесто представляет собой пластическую массу бе­лого цвета плотностью 1400 кг/м³. Для гашения воды берут в три-четыре раза больше, чем извести. Объем теста в 2...3,5 раза превыша­ет объем исходной извести-кипелки. Если объем извести увеличива­ется не менее чем в три раза, известь называют жирной, если не ме­нее чем в 2,5 раза — тощей.

Гашение в известковое тесто осуществляется в специальных из-вестегасильных машинах.

Известковое молоко. Для гашения в молоко берут большое ко­личество воды — в 8... 10 раз превышающее теоретически необходимое.

Твердение извести. Известь твердеет очень медленно и проч­ность известкового камня невелика. Известковое тесто при твердении дает большую усадку и сильно растрескивается вследствие испарения воды. Известковое тесто долго сохраняется в пластичном состоянии, т.е. у извести нет ни начала, ни конца схватывания. Поэтому известь в чистом виде в строительстве не применяется, а используют ее в виде раствора, т.е. в смеси с песком. Песок создает устойчивый скелет пре­дупреждающий усадку и облегчающий выделение воды.

Свойства воздушной извести. Наиболее важные показатели качества извести: активность — процентное содержание оксидов (СаО + MgO); количество непогасившихся зерен (недожог и пережог); время гашения.

Согласно ГОСТ 9179—77 комовую известь в зависимости от со­держания активных СаО + MgO и количества непогасившихся зерен подразделяют на три сорта:

I сорт содержит активных оксидов не менее 90%, непогасивших­ ся зерен до 7%;

I I сорт — соответственно не менее 80 и до 11%;

III сорт — не менее 70 и до 14%.

По скорости гашения комовая известь бывает: быстрогасящаяся — время гашения до 8 мин, среднегасящаяся — время гашения до 25 мин и медленно гасящаяся — время гашения более 25 мин.

Чем выше активность извести, тем быстрее она гасится и тем больше выход известкового теста.

Негашеная комовая известь имеет насыпную плотность 1600... 1700 кг/м³. Негашеная молотая известь бывает с добавками (10...20% гидравлических добавок — шлак, зола) и без добавок. Комо­вую молотую известь без добавок подразделяют на три сорта, а с до­бавками — на два; ее насыпная плотность 900... 1100 кг/м³.

Степень измельчения (тонкость помола) — одна из основных характеристик вяжущего. Тонкость помола извести характеризуется остатками на ситах № 02 и 008, которые должны составлять соответ­ственно 1,5 и 15% от массы просеиваемой пробы.

Прочность воздушной извести стандартом не нормируется, однако не учитывать ее нельзя. Молотая негашеная известь через 28 сут твердения обеспечивает прочность 5 МПа, а пушонка и известковое тесто — 0,5... 1 МПа.

Широкое применение воздушной извести в строительстве обу­словлено простотой ее производства и сравнительно низкой стоимо­стью. Применяют ее для приготовления простых и сложных штука­турных и кладочных растворов с добавкой цемента.

При производстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий (блоков для наружных и внутренних стен, панелей перекры­тий, колонн, балок и др.) смешанные известково-цементные растворы отличаются большей пластичностью, чем цементные, и более высокой прочностью, чем известковые. Воздушную известь применяют для по­лучения известково-шлаковых, известково-пуццолановых цементов. Известь в чистом виде или смеси с мелом и красителями используют для побелок и других отделочных работ. В водных красочных соста­вах известь является одновременно белым пигментом и связующим.

При перевозке, хранении и применении воздушной извести необходимо выполнять правила техники безопасности, так как известь — довольно сильная щелочь. Известковая пыль раздражаю­ще действует на органы дыхания и влажную кожу. Работы с известью должны быть механизированы. Тушить пожар водой на складе, где храниться известь, запрещается.