Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Книги з будівництва та ремонту

Будівельні матеріали


Побут. Господарство. Будівництво. Техніка

 

А. ПОВІТРЯНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

 

 

1. ГІПСОВІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

Гіпсові в'яжучі речовини поділяють на дві групи - низкообжиговые і высокообжиговые. Низкбобжиговые в'яжучі речовини отримують при нагріванні двоводяного гіпсу CaSO4-2H2O до температури 150 - 160° С; при цьому відбувається часткова дегідратація двоводяного гіпсу з переходом його в напівводний гіпс CaSO4 • 0,5 Н2О.

Высокообжиговые (ангідридні) в'яжучі отримують випаленням двоводяного гіпсу при більш високій температурі - до 700-900° С - з повною втратою хімічно зв'язаної води та утворенням безводного сульфату кальцію - ангідриту CaSO4. До низкообжиговым відноситься будівельний і високоміцний гіпс, а до высокообжиговым - ангидритовый цемент і высокообжиговый гіпс (эстрихигіпс).

Сировиною для виробництва гіпсових в'яжучих є природний гіпсовий камінь CaSC>4-2H2O і природний ангідрит CaSO4, а також відходи хімічної промисловості, що містять двуводний або безводний сірчанокислий кальцій, наприклад фосфогіпс.

Гіпс будівельний

Будівельним гіпсом називається повітряне в'яжуча речовина, складається переважно з напівводяного гіпсу і отримується шляхом термічної обробки гіпсового каменю при температурі 150-160° С. При цьому CaSOi >2Н2О, що міститься в гіпсовому камені, дегидратируется по реакції:

CaSO4 • 2Н2О -»- CaSOi • 0,5Н2О + 1,5Н2О - q.

Виробництво будівельного гіпсу складається з дроблення, помелу і теплової обробки (дегідратації) гіпсового каменю

Є кілька технологічних схем виробництва будівельного гіпсу; за одним - попередня сушка і помел сировини в порошок передує випалу, за іншими - помел проводиться після випалу, а за третім помел і випал поєднуються в одному апараті. Останній спосіб отримав назва випалу у зваженому стані.

Теплову обробку гіпсового каменю можна здійснювати в варильних котлах, сушильних барабанах, шахтних або інших млинах. Вибір того чи іншого випалювального апарату залежить від масштабів виробництва, сировини, необхідної якості готової продукції і ряду інших факторів. Найбільш поширена технологічна схема з застосуванням варильних котлів ( 31).

Гіпсовий камінь, що надходить на завод у великих шматках, спочатку подрібнюють в щокових, конусних або молоткових дробарках, потім з одночасним підсушуванням подрібнюють у млинах. Процес сушіння і помелу доцільно поєднувати в одному апараті, наприклад у шахтної, аэродробильной або кульовий млині. Найбільшого поширення набула шахтна млин (32), що складається з молоткової млини і розташованої над нею шахтою висотою 12-15 м. В нижній частині шахти є канали, що подають теплоносій (горючі гази) з температурою 300-500° С з топок варильних котлів. Молотковий млин розміщена дещо нижче. Гіпсовий камінь у вигляді щебеню розміром 3-4 см подається в млин тарілчастим живильником через тічку у верхній частині камери, зустрічає на своєму шляху швидко обертаються била млини і подрібнюється в тонкий порошок. У млині з гіпсу видаляється і деяка частина кристалізаційної води.

Повітряні в'яжучі

Варильний котел періодичної дії (33) представляє собою обмурованный цеглою сталевий барабан / зі сферичним днищем 2, зверненим опуклою стороною всередину циліндра. Для перемішування гіпсу в котлі є мішалка 3, що приводиться в рух електродвигуном 4. Розпечені топкові гази обігрівають дно і стінки котла, а також проходять через жарові труби 5 усередині котла і в охолодженому стані видаляються по димовій трубі. Тривалість варіння 90-180 хв, причому витримка 3-4 год при 140-150° С сприяє зменшенню водопотребности гіпсу-і підвищення його міцності. Колір значно знижується при варінні його з додаванням кухонної солі. Отриманий напівводний гіпс випускають з котла через люк 6 в бункер витримування, де він охолоджується і дещо підвищується його якість, а потім гіпс надходить на склад готової продукції. При варінні в котлі гіпс не стикається з топковими газами, що . дозволяє отримувати чисту продукцію, не забруднену золою палива. У сушильних барабанах обертових печей (34) гіпс отримують випалюванням гіпсового каменю у вигляді щебеню з розміром зерен до 20 MAI..

Обжигательной частиною сушильного барабана служить похилий сталевий циліндр діаметром до 2,5 і довжиною до 20 м, встановлений на роликові опори і безперервно обертається. Гіпсовий щебінь подається в барабан з його піднятою боку і при обертанні барабана переміщається вниз. З топки у барабан надходять розпечені димові гази з температурою 600-700° С, які вентилятором видаляються з протилежного боку барабана з температурою близько 100° С. При русі вздовж барабана гази зустрічають гіпсовий камінь і обпалюють. Обпалений гіпс подрібнюють в одно - або двокамерних кульових млинах, отримуючи будівельний гіпс, який зберігають зазвичай в круглих сі-лосах діаметром 6-10 м.

При випалюванні гіпсу у зваженому стані поєднують дві операції - подрібнення та випалювання. За цією схемою (35) послідовність операцій така. Вступник зі складу гіпсовий камінь спочатку подрібнюють в щековой дробарці, а потім в молотковій до отримання зерен розміром 10-15 мм. Роздроблений матеріал елеватором через видатковий бункер подається в кульову млин, в якій здійснюється спільний помел і випал гіпсового щебеню. В кульову млин із спеціальної топки надходять димові гази з температурою 600-700° С. Утворюються в процесі подрібнення частинки гіпсу захоплюються з млини потоком гарячих димових газів, дегидратируются в цьому потоці до полуводной модифікації і потрапляють через сепаратор в пылеосади-тільні пристрою. В сепараторі виділяються великі зерна гіпсу, які повертаються в млин на додаткове подрібнення. В пи-леосадительных пристроях зневоднений гіпс виділяється з газового потоку і направляється в бункер готової продукції, а очищені газ-и викидаються в атмосферу. Отримання гіпсу при поєднаному помелі і випалі відрізняється головним чином типами млинів і дробарок, а також тим, що іноді млини працюють з рециркуляцією газів, які пройшли пылеосадительные апарати.

Найбільша продуктивність забезпечується при поєднаному помелі і випалі гіпсу, дещо менша - при випалюванні в сушильному барабані і найменша при варінні в котлах. Однак якість гіпсу в останньому випадку значно вище.

Схоплювання і твердіння будівельного гіпсу

Схоплювання і твердіння в'яжучого речовини полягає в те, що при змішуванні з водою воно утворює пластичне тісто, перетворюється згодом у міцне камневидное тіло з певною міцністю. Це перетворення відбувається не відразу, а поступово і обумовлюється поряд хімічних і фізичних процесів.

При схоплюванні і твердінні гіпсу полугидрат переходить в кристалічний двуводний гіпс. Ле Шательє пояснює твердіння в'яжучого виникненням кристалічного зростка гідратних новоутворень, що випадають з розчину. При замішуванні в'яжучого водою воно починає розчинятися з утворенням насиченого по відношенню до в'яжучому розчину. В результаті реакції в розчині між компонентами в'яжучого та водою виникають новоутворення менше розчинні, ніж вихідна речовина. По відношенню до цих сполук розчин виявляється пересиченим, внаслідок чого і відбувається їх выкристаллизовы-вання.

Розчинність напівводяного гіпсу приблизно в 3,5 рази вище розчинності двоводяного, тому розчин, насичений по відношенню до полуводному гіпсу, стає пересиченим по відношенню до двуводному> внаслідок чого останній буде виділятися з розчину у вигляді кристалів. Це в свою чергу викликає зменшення концентрації напівводяного гіпсу в рідкій фазі і створює можливість для розчинення його нових порцій до освіти пересиченого розчину, з якого знову будуть виділятися кристали двоводяного гіпсу. Цей процес продовжується до повної гідратації і кристалізації всього напівводяного гіпсу.

А. А. Байків вважає, що при твердінні напівводяного гіпсу крім процесів розчинення і кристалізації має значення і процес кількість лоидации. По досягненні насиченого по відношенню до полуводному гіпсу розчину взаємодія води з твердим напівводних гіпсом внаслідок великої хімічної спорідненості між ними точиться на поверхні (топохимически). Що виникає при цьому двуводний гіпс не здатний розчинятися, так як розчин по відношенню до нього є пересичених і буде виділятися в нестійкому колоїдно-дисперсному стані. Цей двуводний гіпс з плином часу кристалізується. Кількість утворюються витягнутих кристалів двугидрата все збільшується, вони розташовуються в різних напрямах і переплітаються між собою, причому одночасно з цим триває зростання, що виділилися кристалів.

З теорії А. А. Байкова, процес твердіння будівельного гіпсу та інших мінеральних в'яжучих речовин, що утворюють гідратні з'єднання, поділяється на три періоди.

Перший період, що починається з моменту змішування гіпсу з водою,- розчиняється напівводний гіпс і утворюється насичений розчин.

Другий період - взаємодія води з напівводних з гіпсом прямим приєднанням її до твердого речовини. Це призводить до виникнення двоводяного гіпсу у вигляді високодисперсних кристалічних частинок і до утворення колоїдної маси у вигляді гелю, що супроводжується схоплюванням маси.

Третій період (кристалізація і тверднення) характеризується перетворенням холодцю в кристалічний зросток.

Ці періоди по А. А. Байкову настають не в суворій послідовності один за іншим. Так, ще до утворення насиченого розчину утворюється коллоидальная маса, а перетворення її в кристали починається раніше закінчення процесу коллоидации у всій масі затворенного гіпсу. Утворилися кристали CaSO4-2H2O зростаються в єдиний кристалічний зросток, що і обумовлює зростання міцності гіпсового каменю. Надалі при висиханні міцність його збільшується, так як втрата води сприяє більш міцного зрощення.

Вивчення процесу твердіння в'яжучих речовин дозволило глибше проникнути в його сутність, однак повного уявлення про цих процесах ще немає. Теорії твердіння в'яжучих речовин (Ле Шательє, Миха-еліса, Байкова) зазнали подальшого розвитку. В СРСР розвитку теорії твердіння гіпсу в останні роки сприяли дослідження П. П. Будникова, П. А. Ребиндера, В. Б. Ратинова та ін. З теорії П. А, Ребиндера і Є. Є. Сегаловой з співробітниками, гідратація напівводяного гіпсу йде за схемою Ле Шательє, але через коагуляційний і кристаллизационный періоди.

Сучасний рівень знань дозволяє резюмувати, що затвердіння і зміцнення гіпсу пояснюється зрощенням найдрібніших (колоїдних розмірів) малорозчинних кристаликів гіпсу в двугидрата процесі утворення їх з розчину при сильному його пересыщении, підтримує (поки йде хімічна реакція гідратації гіпсу) вищою розчинністю вихідної речовини. При цьому зростання міцності системи зазвичай закінчується трохи раніше повного переходу напівводяного гіпсу в двуводний. Подальше припинення зростання міцності або навіть знеміцнення затверділого гіпсу пояснюється частковим руйнуванням структури під впливом внутрішніх напруг, що виникають у процесі спрямованого росту кристалів, спаяних між собою контактами зрощення і утворюють суцільну кристаллизационную структуру затверділого гіпсу.

 


Гідратація основної маси напівводяного гіпсу і кристалізація двугидрата практично закінчуються одночасно через 20-40 хв після замішування. До цього ж часу досягається максимальна міцність і системи у вологому стані. По мірі висихання міцність затверділого гіпсу підвищується, що пояснюється вже не подальшими процесами гідратації, а випаровуванням води. При цьому з водного розчину виділяється двуводний гіпс, сприяє зміцненню контактів між кристалічними зростками. Передбачається також, що при видаленні води, змочувальній поверхню кристалів, усувається їх взаємне ковзання, що призводить до підвищення міцності затверділого гіпсу. При повному висиханні подальше зростання міцності припиняється.

Процес твердіння гіпсу можна прискорити сушку, але при температурі не вище 65° С щоб уникнути повторної дегідратації двоводяного гіпсу.

Властивості будівельного гіпсу

На властивості гіпсу великий вплив має кількість води за-твореиия і тонкість помелу.

При замішуванні гіпсу кількість води завжди береться більше, ніж це необхідно для хімічних реакцій. Практично для отримання тіста нормальної густоти потрібно 50-70% води від ваги звичайного будівельного гіпсу. На ж хімічні реакції потрібно лише 18,6% води. Надлишкова вода випаровується, утворюючи пори, тому-гіпсові вироби мають високу зазвичай пористість (50-60%). Із збільшенням кількості води затЕорения щільність гіпсу зменшується і, навпаки, із зменшенням щільність і міцність гіпсу збільшуються.

Густина гіпсу збільшується з підвищенням тонкості помелу. Остання характеризується залишком на ситі № 02 (розмір чарунки сита світла 0,2 мм); для першого сорту цей залишок повинен бути не більше 15, а для другого не більше 30%. Більш тонкий помел гіпсу сприяє збільшенню його міцності навіть при деякому збільшенні водопо-требности.

Досить швидке схоплювання гіпсу ускладнює в ряді випадків його 'р використання і викликає; необхідність у замедлителях схоплювання |!' (кератинові і вапняно-клейовий сповільнювачі, сульфітно-спиртова , барда та ін) в кількості 0,1-0,3% ваги гіпсу. Їх введення знижує нормальну густоту гіпсового тесту на 10-15%, що сприяє збільшення міцності гіпсових виробів.

Будівельний гіпс є швидко схоплюється і швидкотверднучим в'яжучою речовиною: початок схоплювання має наступати не раніше 4 хв, а кінець - не пізніше 30, але не раніше 6 хв з моменту за-творіння водою. Терміни схоплювання гіпсу залежать від властивостей сировини, умов виготовлення, тривалості зберігання, кількості введеної води температури в'яжучого і води, наявності добавок та ін. Прискорену гідратацію напівводяного гіпсу викликають містяться в ньому неразложив-мрії частинки двугидрата; при зниженій кількості води схоплювання гіпсу прискорюється, і навпаки. Підвищення температури гіпсового тіста до 40--45° С сприяє прискоренню його схоплювання, а вище цієї межі, навпаки, уповільнення. При необхідності прискорити схоплювання гіпсу до нього додають двуводний гіпс, кухонну сіль, сірчану кислоту. Сповільнювачі схоплювання зменшують швидкість розчинення або розчинність напівводяного гіпсу. Прискорювачі схоплювання діють по-іншому: одні з них підвищують розчинність напівводяного гіпсу, інші (двуводний гіпс) утворюють центри кристалізації, навколо яких швидко закристаллизовывается вся маса.

(Міцність гіпсу визначають випробуванням зразків-кубів розміром. 7,07X7,07X7,07 см, приготованих з гіпсового тіста нормальної густоти. В залежно від тонкості помелу межа міцності при стисканні зразків через 1,5 год після їх виготовлення повинен бути не менше 45 і 35 кГ/см2 відповідно для першого і другого сорту.] Міцність зразків, висушених до постійної ваги при температурі до 70° С, в 2 - 2,5 рази більше міцності зразків-в віці 1,5 доби.; сухому стані зразки будівельного гіпсу можуть досягати міцності при стисненні 180-200 КГ/CMV

Застосовується будівельний гіпс для виробництва гіпсових і гіп-собетонных будівельних виробів для внутрішніх частин будівель:- перегородкових плит, панелей, сухої штукатурки, для приготування гіпсових і змішаних розчинів, а також виробництва декоративних та оздоблювальних матеріалів, наприклад штучного мармуру

Високоміцний гіпс

Високоміцний гіпс є різновидом напівводяного rancgLj При нагріванні природного гіпсового каменю при нормальному тиску виходить звичайний будівельний гіпс. У цих умовах утворюються дрібні кристали напівводяного сірчанокислого кальцію (3-модифікації; такий гіпс має підвищеної водовмістом (60-65% води). Надлишкова вода, тобто понад потребной на гідратацію гіпсу, випаровується, внаслідок чого затверділий будівельний гіпс має високу пористість до 40% і, відповідно, невелику міцність. При нагріванні ж природного гіпсу парою під тиском до 1,3 ат при 124° С протягом 5 год з наступною сушкою при температурі 140-160° С виходить напівводний гіпс а-модифікації. При цьому утворюються більші кристали, зумовлюють меншу кількість води замішування гіпсу (45-40% води), що дозволяє отримувати гіпсовий камінь з більшою щільністю і міцністю. Такий гіпс називають високоміцним - міцність його на 7-му добу досягає 150-400 кГ/см2.

Залежно від характеру теплової обробки всі відомі способи виробництва високоміцного гіпсу поділяють на автоклавні і термообробку в рідких середовищах. Перші засновані на зневодненні гіпсу в середовищі насиченої пари при тиску вище атмосферного у герметичних апаратах; другі - на зневодненні гіпсу в процесі кип'ятіння у водному розчині хлористого кальцію або хлористого магнію при атмосферному тиску з наступним сушінням та подрібненням.

Високоміцний гіпс випускається поки в невеликій кількості і витрачається в основному у металургійній промисловості для виготовлення форм. Проте він успішно може замінити звичайний будівельний гіпс, забезпечивши високу міцність гіпсовим виробам.

Формувальний гіпс

Формувальний гіпс відрізняється від будівельного більш тонким помелом, більшою міцністю і стабільністю властивостей. Отримують його з гіпсового каменю, що містить не менше 96% CaSO4 • 2Н2О у варильних котлах певної тривалості циклу і заданій температурі. Він складається в основному з р-напівгідрату. Тонкість помелу характеризується залишком на ситі № 02 не більше 2,5%. Початок схоплювання не раніше 5 хв, а кінець не раніше 10 пізніше 25 хв. Межа міцності при розтягуванні через 1 добу. не менш 14, а через 7 діб. не менше 25 кГ/см2.

Формувальний гіпс застосовують для виготовлення форм, моделей і

виробів будівельної, керамічній, машинобудівній та інших

галузях промисловості.

 

2. АНГІДРИДНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

Ангидритовый цемент отримують випалюванням природної двоводяного гіпсу при температурі 600-700° С з наступним подрібненням спільно з добавками - каталізатори тверднення (вапном, сумішшю сульфату натрію з мідним або залізним купоросом, обпаленим доломітом, основним іменем гранульованим шлаком, золами горючих сланців, золами ТЕЦ та ін).)

Ангидритовое в'яжучий було запропоновано П. П. Будниковым, даними якого оптимальні дозування каталізаторів були: вапно 2-5%; суміш бісульфату або сульфату натрію з залізним або мідним купоросом по 0,5-1 % кожного; доломіт, обпалена при 800 - 900° С 3-8%; основний гранульований доменний шлак 10-15%. Залізний і мідний купорос ущільнюють поверхню затверділого ангидритового цементу, внаслідок чого каталізатори не виділяються і не утворюють вицвіти на поверхні виробу. Дія каталізаторів пояснюється тим, що має здатність ангідрит утворювати комплексні сполуки з різними солями у вигляді нестійкого складного гідрату mCaSO4 • яН2О, який у подальшому розпадається, утворюючи CaSO4 • 2Н2О.

Ангидритовый цемент можна отримати також шляхом помелу природного ангідриту з зазначеними добавками,-^Ангидритовый цемент - повільно схватывающееся в'яжучий: початок не раніше 30 хв, кінець - не пізніше 24 год. З міцності на стиск, розрізняють марки 50, 100, 150 і 200.

Застосовують ангідридні цементи для приготування кладок і штукатурних розчинів, бетонів, виготовлення теплоізоляційних матеріалів, штучного мармуру та інших декоративних виробів.

Різновидом ангидритового цементу є высокообжиговый гіпс (эстрихигіпс), що отримується випаленням природного гіпсу або ангідриту при температурі 800-1000° с З подальшим тонким подрібненням. При це відбувається не тільки повне зневоднення, але і часткова дисоціація (розкладання) ангідриту з утворенням СаО (в кількості 3-5%) по реакції CaSO4 = CaO + SO3. При замішуванні эстрих-гіпсу водою СаО діє як каталізатор за схемою твердіння ангидритового цементу, розглянутої вище.

1 Згідно Сніп I-B.2-62 высокообжиговый гіпс поділяють на три марки: 100, 150 і 200. Тонкість помелу його відповідає залишку на ситі № 06 (139 отв/см2) не більше 2%, а на ситі № 02 - не більше 10%. Гіпс повільно схоплюється і твердне: початок схоплювання не раніше 2 год, кінець - через 6-8 год після замішування водою. Прискорити процес схоплювання можна підвищенням тонкощі помолу, а також добавкою квасцов і інших солей. При твердінні высокообжиговый гіпс на відміну від будівельного хоча і незначно, але зменшується в обсязі. Об'ємна вага в рихлому стані 900-1200, а в ущільненому - 1300 - 1700 кг/м3.

Высокообжиговый гіпс застосовують для кладок і штукатурних розчинів, влаштування мозаїчних підлог, вироблення штучного мармуру та ін. Вироби з высокообжигового гіпсу мало тепло - і звукопро-водны, вони мають у порівнянні з виробами з будівельного гіпсу більш високою морозостійкістю, підвищеною водостійкістю і меншою схильністю до пластичним деформаціям

 

3. МАГНЕЗІАЛЬНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

Різновидами магнезіальних в'яжучих речовин є каустичний магнезит і каустичний доломіт.

Каустичний магнезит одержують при випалюванні гірської породи магнезиту MgCO3 в шахтних або обертових печах при 700-800° В результаті магнезит розкладається по реакції MgCOe-^MgO + CO акція розкладання MgCO3 оборотна, тому при випалюванні магнезиту необхідно інтенсивно видаляти з печі СО2 за допомогою природної або штучної тяги. Залишився тверде речовина - оксид магнію - подрібнюють в тонкий порошок і упаковують в металеві барабани. Обпалений магнезит доцільно розмелювати в кульовий млині з сепаратором.

Каустичний магнезит порівняно швидко твердіє: схоплювання його має наступати не раніше 20 хв, а кінець - не пізніше 6 год від моменту замішування. Марки каустичної магнезиту за СНиП 1-В.2г62 за показниками міцності при стиску зразків-кубів з жорсткого трамбованного розчину складу 1 : 3 по вазі через 28 діб повітряного твердіння встановлені 400, 500 і 600.

Каустичний доломіт MgO • СаСО3 отримують шляхом випалу при 650-750° С природного доломіту MgCO3 • СаСО3 з подальшим тонким подрібненням продукту. При температурі випалу СаСО3 не розкладається і залишається в інертному вигляді як баласт, що робить терпку активність каустичної доломіту нижче, ніж каустичної магнезиту.

Каустичний доломіт містить значну кількість вуглекислого кальцію: у ньому повинно бути не менше 15% окису магнію і не більше 2,5% окису кальцію, тому якість його нижча, ніж каустичної магнезиту і марки його тільки 100-300.

\ Магнезіальні в'яжучі не зачиняють водою, а водними розчинами солей сірчанокислого або хлористого магнію. Найбільш поширеним затворителем є розчин хлористого магнію MgCb, так він забезпечує велику міцність. Магнезіальні в'яжучі слабо чинять опір дії води, і їх можна використовувати тільки при твердінні на повітря з відносною вологістю не більше 60%. Каустичний магнезит легко поглинає вологу і вуглекислоту з повітря, в результаті чого утворюються гідрати окису магнію і вуглекислий магній. Тому зберігати його треба в щільній герметичній тарі.

На основі магнезіальних в'яжучих виготовляють ксилоліт (суміш в'яжучого з тирсою), використовується для влаштування підлог, фіброліт і інші теплоізоляційні матеріали. Застосовують магнезіальні в'яжучі і при виробництві виробів для внутрішнього облицювання приміщень, виготовлення пінобетону, підстав під чисті підлоги, скульптурних виробів.

 

4. КИСЛОТОТРИВКІ ЦЕМЕНТИ

Кислототривкі цементи застосовують для футеровки хімічної апаратури, зведення башт, резервуарів та інших споруд хімічної промисловості. Ці цементи складаються із суміші водного розчину силікату натрію (розчинного скла), кислотоупорного наповнювача і добавки - прискорювача твердіння. Як мікронаповнювача використовують кварц, кварцити, андезит, діабаз і інші кислототривкі матеріали, прискорювача твердіння - кремнефтористий натрій. В'яжучим матеріалом в кислототривкої цементі язляется розчинне скло - водний розчин силікату натрію Na2O-nSiO2 або силікату калію Кмо • nSiOz (величина п вказує на відношення числа молекул кремнезему і лужного оксиду і називається модулем скла; він коливається в межах від 2,5 до 3,5).

Розчинне скло отримують при сплавці в скловарних печах при 1300-1400° С подрібненого і ретельно змішаного кварцового піску з кальцинованою содою, сульфатом натрію або з поташем К2СО3. Варка триває 7-10 год, і отримана скломаса поступає з печі у вагонетки, де швидко охолоджується і розпадається на шматки. Застиглі шматки називають «силікат-брила». Це скло при звичайних умовах практично нерозчинна у воді, тому її розчиняють дією пари високого тиску (5-6 атм) при температурі близько 150°С, вона порівняно легко переходить в рідкий стан, купуючи в'яжучі властивості. Твердне рідке скло повітрі внаслідок висихання і виділення аморфного кремнезему під дією вуглекислоти повітря по реакції

Na2SiOs + СО2 + 2Н2О->- Si (ОН) 4 + Na2CO3.

Але цей процес протікає на повітрі повільно і прискорюють його добавкою каталізатора - кремнефтористого натрію Na2SiF3. Останній вступає взаємодія з розчинним склом, в результаті чого швидко утворюється гель кремнекислоти

Na 2 sif 6 + 2Na2Si03 + 6H2O -> 6NaF + 3Si (ВІН) 4.

Добавка кремнефтористого натрію не тільки прискорює процес твердіння, але і підвищує водостійкість і кислотоупорность цементу.

Розчинне скло застосовують також для приготування кислотостійких і жаротривких обмазок, розчинів і бетонів; не можна застосовувати для конструкцій, що піддаються тривалому впливу води, лугів, а також кислот: фосфорної, фтористоводородной або кремне-фтористоводородной.

Силікат-брила можна транспортувати в тарі або навалом, розчинне скло, що має сиропообразную консистенцію, - в бочках або скляних балонах. Вітчизняна промисловість випускає кислототривкий кварцовий кремнефтористыи цемент, складається із суміші чистого тонкомолотого кварцового піску і кремнефтористого натрію, яку розчиняють водним розчином силікату натрію щільністю 1,345 в кількості 25-30% ваги піску.

Кислототривкий цемент не стійкий проти впливу води і слабких кислот. Для підвищення водостійкості додають 0,5% лляної олії або 2% церезиту. Отриманий гидрофобизованный цемент називають кислотоупорным водостійким цементом КЦВ.

 

5. БУДІВЕЛЬНЕ ПОВІТРЯНЕ ВАПНО

Повітряним вапном називається продукт, одержуваний шляхом випалення до можливо більш повного виділення вуглекислоти кальцієво-магнієвих карбонатних порід, які містять не більше 6% глини.

В залежності від подальшої обробки обпаленої продукту розрізняють такі види повітряного вапна:

негашене грудкове вапно-кипелку, що складається головним з СаО;

негашене мелене вапно того ж складу;

гідратне вапно-пушонку у вигляді тонкого порошку, отриманого гасінням комового вапна певною кількістю води і складається в основному з Са(ОН)2;

вапняне тісто, отримане гасінням вапна комового надмірною кількістю води і складається з Са(ОН)2 і механічно примешанной води.

На властивості вапна великий вплив робить зміст вапняках домішок глини, вуглекислого магнію, кварцу та ін.: чим більше глинистих і піщаних домішок, тим більш тонкої виходить вапно. Вапно, вільна від домішок, швидко гаситься, виділяючи при цьому багато тепла, і дає високопластичне тісто.

Залежно від вмісту оксиду магнію розрізняють повітряну вапно маломагнезиальную (MgO не більше 5%), магнезіальну (MgO 5-20%) і доломітове (MgO 20-40%). Зі збільшенням вмісту MgO вапно гаситься повільніше, так як Mg(OH)2 менш розчинний у воді, ніж Са(ОН)2.

В залежності від температури, розвивається при гасінні, розрізняють низкоэкзотермическую (з температурою гасіння нижче 70° С) і высокоэкзотермическую (з температурою гасіння вище 70° С) вапно. .за швидкості гасіння вапно буває быстрогасящейся (зі швидкістю гасіння до 20 хв) і медленногасящейся (зі швидкістю гасіння понад 20 хв). В залежності від вмісту вапна СаО і MgO вапно поділяється ка два сорти: у вапна I сорту СаО і MgO повинно бути не менш 85, а у вапна II сорту - не менше 70% (від ваги вапна).

Вапно застосовують як у чистому вигляді, так і з добавками - меленими доменними або паливними шлаками і золами, вулканічним попелом, пемзою, туфом, кварцовим піском, гіпсовим каменем, трепелом.

Порошкоподібна суміш негашеного вапна і карбонатних порід (вапняку) називається карбонатної вапном.

Негашене вапно

Вихідним матеріалом для виробництва негашеного комового вапна є переважно щільні вапняки, крейда, доломитизи-рсванные вапняки, доломіти і т. д. Технологічний процес отримання негашеного комового вапна складається з видобутку вапняку, його підготовки (подрібнення і сортування) і випалу. Після випалу грудкове вапном розмелюють, отримуючи мелене негашене вапно.

Основним процесом при виробництві вапна є випал, при якому вапняк декарбонізіруется і перетворюється в вапно (СаО) по реакції:

СаСОз + 42,52 ккал +* СаО + СО2.

З рівняння випливає, що для розкладання однієї грам-молекули СаСОз на СаО і СОг необхідно затратити 42,52 ккал тепла, а для розкладання 1 кг СаСОз - 425,2 ккал. У заводських умовах температура випалу вапняку зазвичай становить 1000-1200° С і встановлюється в залежно від щільності вапняку, наявності домішок, типу печі і ряду інших факторів. При випалюванні вапняку видаляється вуглекислий газ, становить до 44% його ваги, обсяг продукту зменшується до 10%, тому шматки комового вапна мають пористу структуру.

Обпалюють вапняк в різних печах: шахтних, обертових і

«киплячого» шару; використовують також установки для випалювання вапняку

у зваженому стані і т. д. Найбільше поширення отримали

шахтні известеобжигательные печі. В залежності від виду застосовуют

мого палива, способу його спалювання розрізняють шахтні печі, рабо

тануть: 1) на короткопламенном твердому паливі, вводиться зазвичай в шах

ту переміжними з вапняком шарами; такий спосіб випалу на

зують «пересыпным», а самі печі - пересыпными (36);

2) на будь-якому твердому паливі, газифікованому або спалюваному е

виносних топках;

3) на рідкому паливі; .

4) на газовому паливі.

Застосовують також печі, в яких вапняк обпалюється за рахунок спалювання короткопламенного палива, введеного в шахту разом з сировиною, і длиннопламенного палива, одночасно спалюваного у виносних топках.

За характером процесів, що протікають в шахтної печі, її выср-ті розрізняють три зони. У верхній частині печі зона підігріву (зона а на 36); тут матеріал підсушується і підігрівається розжареним димовими газами і вигоряють органічні домішки. У середній частині печі розташовується зона випалу (зона б), де температура обжигаемого матеріалу змінюється в межах 850 -> 1200 ~» 900° С; тут розкладається вапняк і з нього видаляється вуглекислий газ. В зоні охолодження-нижня частина печі (зона в) --вапно охолоджується з 900 до 50-100° С надходять знизу повітрям, який в свою чергу нагрівається і потрапляє в зону випалу для підтримки горіння.

Противоточного рух обжигаемого матеріалу і гарячих газів в шахтній печі дозволяє добре використовувати тепло відхідних газів на підігрів сировини, а тепло обпаленої матеріалу - на підігрів повітря, переходить у зону випалу. Тому пересыпные шахтні печі економічні по витрати палива, однак вапно в них забруднюється золою палива. На випал природному газі або рідкому паливі дозволяє значно покращити ?:ачество вапна, однак конструкції шахтних печей, що використовують ці види палива, потребують удосконалення, особливо щодо подачі палива в піч.

Обертові печі дають змогу отримувати вапно високого якості. У них можна механізувати і автоматизувати процеси випалу, застосовувати всі види палива - пылевидное, тверде, рідке і газоподібне, але вони відрізняються великою витратою палива, повыщенными капіталовкладеннями і витратою електроенергії.

Досить ефективним є випал

в «киплячому» шарі, що забезпечує швид

рую передачу великої кількості тепла

від газу до обжигаемому матеріалу. Такі

установки відрізняються високою продуктивність

тю. Випалюють вапно «в киплячи

щем» шарі (37) в реакторі, поставши

ляющем собою металеву шахту, від^

футерованную всередині і розділену по

висоті гратчастими склепіннями на 3-5 зон.

Матеріал з однієї зони в іншу переду

ється через трубки, що мають обмежувач.

Висота «киплячого» шару визначається

відстанню від переливної трубки до ре

шетки. По периферії реактора розташування

ни пальники для газу чи мазуту. Багато-

зонность реактора дозволяє отримувати з

звістка високої якості при невеликому

витраті палива. Застосування в вапно

вої промисловості установок для обжи

га карбонатних порід в «киплячому» шарі

дозволяє раціонально використовувати біль

значні кількості дрібних фракцій сировини,

утворюються зазвичай на кар'єрах і заво

дах, обладнаних шахтними і навіть вра

щающимися печами. Недоліком цих

установок є підвищений витрата

палива та електроенергії.

Випал подрібненого вапняку у зваженому стані дослідному порядку здійснюється і на інших установках, наприклад у випалювальних трубах, в яких тонкоподрібнені частинки карбонатної сировини захоплюються потоком розпечених газів і обпалюються. Осідає обпалене вапно з газового потоку в циклонах і фільтрах.

Вивантажується з печей комовую вапно транспортують на склад

у вагонетках або стрічковими транспортерами зі сталевою стрічкою, для

якої не небезпечна підвищена температура вапна. Грудкову вапно

зберігають на складах бункерного або силосного типу. При цьому необхід

мо забезпечувати належну герметизацію і аспірацію місць можли

ного пилоутворення з подальшим очищенням запиленого повітря.

Перевозити вапно слід у спеціально обладнаних автомашинах,

Еагонах і т. п.

Гашене вапно

Повітряна вапно відрізняється від інших в'яжучих речовин тим, що може перетворюватися в порошок не тільки при помелі, але і шляхом гасіння - дією води на шматки комового вапна. Цей процес протікає по реакції:

СаО-Ь Н2О->Са(ВІН)2 + 15,6 ккал.

При гасінні вапна виділяється значна кількість, тепла, становить 15,6 ккал на 1 г-моль, або 277 ккал на 1 кг окису кальцію.

Теоретично для гасіння вапна гідратного, необхідно 32,13% води від ваги СаО. Практично в залежності від складу вапна, ступеня її випалу і способу гасіння кількість води беруть в два, а іноді і в три рази більше, так як в результаті виділення тепла при гасінні відбувається пароутворення і частина води видаляється з парою. На швидкість гасіння вапна впливають температура і розміри шматків комового вапна: з підвищенням температури прискорюється процес гасіння; особливо швидко він проходить при гасінні парою при підвищеному тиску в закритих барабанах.

В пушонку вапно гасять в спеціальних машинах-гидраторах. Для гасіння вапна-кипілки в вапняне тісто застосовують известегаситель ЮЗ, в якому комове вапно одночасно розмелюється, перемішується з водою до утворення вапняного молока і зливається в сепаратор-відстійник. Після відстоювання молока утворюється вапняне тісто. Не можна застосовувати вапняне тісто з великим вмістом, не-погасившихся повністю зерен вапна, так як вони можуть погаситься в кладці, що призведе до розтріскування затверділого вапняного рас--. твора. Подрібнення вапна в гасителів ЮЗ сприяє практично повного гасіння вапна, тоді як в інших машинах кількість не-погасившихся зерен (відходів) може досягати 30%.

Мелене негашене вапно

До недавнього часу повітряну вапно застосовували в будівництві тільки в гашеном вигляді. У 30-х роках В. В. Смирнов запропонував застосовувати вапно в тонкоизмельченном негашеном вигляді. Він, а потім і Б. В. Осін показали, що при певних умовах можливе гід-ратне твердіння вапна, тобто тверднення при взаємодії з водою з утворенням гідрату окису кальцію, подібно до того, як твердіє цемент або гіпс при реакції з водою з виникненням гідрат-них новоутворень. Мелене негашене вапно має ряд переваг при виготовленні розчинів і бетонів перед гідратної вапном у вигляді порошку або тіста. Для приготування розчинів і бетонів використовується вся тонкоизмельченная вапно, включаючи відходи у вигляді не-погасившихся зерен. При гидратном твердінні меленої негашеного вапна виділяється значна кількість тепла, що прискорює процеси твердіння вапна.

Мелене негашене вапно характеризується меншою водопотреб-ністю, чим гашене вапно. Питома поверхня її значно менше, ніж гідратної вапна, і необхідну легкоукладальність бетонної або розчинної суміші отримують при зниженій витраті води. Зниження ж водопотребности бетонних і розчинових сумішей сприяє збільшенню міцності виробів. Крім того, негашене вапно, гідра-тируясь до вже укладених розчинах і бетонах, пов'язує велику кількість води, що переходить в тверду фазу. Вироби на негашеного вапна мають підвищену щільність, міцність, водостійкість і довговічність у порівнянні з отриманими на гашеного вапна.

Істотним недоліком негашеного вапна є незручність в роботі -' запилювання, шкідливість та ін

- Для прискорення твердіння розчинних і бетонних сумішей на меленої негашеного вапна в їх склад вводять соляну кислоту, хлористий кальцій, а також зменшують водоизвестковое ставлення. Для уповільнення твердіння в початковий період (схоплювання) додають гіпс, сульфат натрію, сульфітно-спиртову барду та ін. або збільшують водоизвестковое ставлення і подовжують терміни перемішування сумішей. Добавки гіпсу і хлористого кальцію, крім того, підвищують міцність розчинів і бетонів, а добавка сповільнювачів твердіння попереджає утворення тріщин.

Для виробництва негашеного вапна придатні вапняки, містять значну кількість глинистих і магнезіальних домішок, так як при цьому не утворюються відходи, неминучі при виробництві гідратної вапна.

Мелене негашене вапно отримують в чистому вигляді або з активними мінеральними добавками. Комовую вапно, що надходить з • складу, спочатку подрібнюють (в основному на ударно-відцентрових дробарках) до зерен розміром 5-10 мм. Потім вапно тонко розмелюють без добавок або з активною мінеральною добавкою - гранульованим шлаком, золою від пиловидного спалювання палива, горілої породою, пуццоланами вулканічного або осадового походження та ін. При використанні вапна для виробів автоклавного твердіння можливий її помел спільно з кварцовим піском. Отримують мелену вапно зазвичай в кульових млинах, однак для тонкого подрібнення активної м'яко обпаленої вапна без твердих включень (перепал, кварцові домішки і тощо) можна використовувати і валкові, роликові, бегунко-правові та інші млини, що працюють за принципом роздавлювання матеріалу і тертя.

Мелене негашене вапно зберігають у закритих складах не більш

5-10 діб щоб уникнути значної гідратації і карбонізації окису кальцію, а в мішках не більше 15 діб, так як і в мішках вапно поступово гідратіруется. Транспортують негашене вапно в битумизированных мішках, контейнерах або в спеціально обладнаних загонах, а також у цементовозах.

Твердіння вапна -

- В залежності від виду вапна, а також умов, в яких протікає процес її твердіння, розрізняють три види твердіння: карбонатное, гидратное і гидросиликатное.

Карбонатное твердіння вапняних розчинів чи бетонів на га

шеной вапна при звичайних температурах складається з двох одне

тимчасово протікаючих процесів: .

1) випаровування механічно примешанной води і поступова кри

сталлизация гідрату окису кальцію з насиченого водного розчину;

2) утворення карбонату кальцію по реакції:

Са(ОН)2 + СО2 + пН2О = СаСО3 + (п + 1)Н2О.

Процес кристалізації гідрату окису кальцію протікає вельми повільно. Випаровування води викликає злипання найдрібніших часток Са(ОН)г в більш великі і їх кристалізацію. Зростаючі в розчині кристали Са(ВІН)2 зростаються один з одним, утворюючи вапняний каркас, навколишній частки піску. Утворення СаСО3 протікає досить інтенсивно лише в присутності вологи. Плівка вуглекислого кальцію, що утворюється в перший період твердіння на поверхні розчину, ускладнює потрапляння вуглекислоти у внутрішні шари. В зв'язку з цим процес карбонізації, який може йти порівняно інтенсивно у присутності достатньої кількості вуглекислоти, майже при^ зупиняється. Гідрат окису кальцію кристалізується тим швидше, чим інтенсивніше випаровується вода, тому для твердіння вапна необхідна позитивна температура і низька вологість навколишнього середовища.

Чисте вапняне тісто внаслідок сильної усадки при висиханні розтріскується і для усунення цього до нього додають від 3 до 5 об'ємних частин піску. Таким чином, запровадження належної кількості заповнювачів доцільно не тільки з економічної точки зору, але і з технічної, так як заповнювачі сприяють поліпшенню процесів тверднення та зменшення усадочних деформацій, при висиханні.

Міцність вапняних розчинів на гашеного вапна невисока.: при твердінні розчинів протягом 1 міс. у звичайних умовах міцність при стисненні становить 5-10, а у віці декількох десятків років досягає 50-70 кГ/см2. Це пояснюється не тільки великим ступенем карбонізації розчину або бетону, але і деяким взаємодією кремнеземистих і карбонатних наповнювачів з гидратом окису кальцію.

Штучної карбонізацією бетонів і розчинів можливо отримання їхньої високої міцності (до 300-400 кГ/см2). Особливо ефективними виявляються бетони на меленої негашеного вапна, а також з добавкою меляси до 0,2% ваги вапна, сприяє прискоренню процесу карбонізації і збільшення міцності.

Гидратным твердненням називають процес поступового перетворення в міцне камневидное тіло вапняних розчинних і бетонних сумішей на меленої негашеного вапна, який є результатом взаємодії вапна з водою і утворення гідрату окису кальцію.

Б. В - Осін вважає, що при твердінні меленої негашеного вапна спочатку відбувається її розчинення у воді з утворенням насиченого, розчину, який швидко стає пересиченим, а також внаслідок відсмоктування води всередину зерна ще не погасившейся його частиною. При швидкому і сильному перенасичення розчину, приготованого на негашеного вапна, утворюються колоїдні маси. Вони з'являються також і внаслідок того, що виходить (при заутворі негашеного вапна водою) гідрат окису кальцію складається з частинок, що наближаються за своїми розмірами до колоїдним. Колоїдний гідрат окису кальцію швидко коагулює в гідрогель, склеює зерна. За мег ре подальшого відсмоктування води внутрішніми шарами зерен, а також її випаровування, гідрогель ущільнюється, що викликає зростання міцності твердіє вапна. Утворюється при твердінні гашеного вапна гідрогель містить дуже багато води, і його клеюча здатність ослаблена, що не спостерігається при твердінні негашеного вапна. Кристалізація гідрату окису кальцію в умовах схоплювання гасящейся вапна сприяє подальшому зростанню її міцності. Подальша карбонізація гідрату окису кальцію також підвищує міцність затверділого розчину.

Таким чином, при затвррении водою меленої негашеного вапна відбувається гідратаційне тверднення, характерне і для інших в'яжучих речовин, що виражається в гідратації окису кальцію і подальшої коллоидации і кристалізації продукту гідратації. Для процесу твердіння в звичайних температурах має також значення випаровування вільної води при висиханні і природна карбонізація.

Умовами, що сприяють гидратационному твердіння, являють

ся швидкий і рівномірний відвід виділяється при твердінні тепла,

використання форм, що не допускають збільшення обсягу твердіє

маси, і введення добавок типу с.с.б., уповільнюють процес гідрату

ції вапна. При цьому виникає в процесі г'идратационного тверд

дення коагуляционная структура зберігається і в ній выкристаллизовы

туються гідрати новоутворень. Якщо ж коагуляционная структура

руйнується із-за підвищення температури або збільшення обсягу, то

при великій швидкості гідратації вапна нова структура не встигає

виникнути, і процес перекристалізації закінчується в окремих

несросщихся частинках вапна. Для поліпшення умов гидратационно-

го твердіння вапно необхідно рівномірно обпалювати і можливо

тонше подрібнювати. '

Гидросиликатное твердіння. Виготовлення виробів з вапняно-

піщаних сумішей тривалий час не отримувало розвитку внаслідок то

го, що при звичайних температурах гасіння вапно твердне дуже мед

ленно, а вироби на її основі мають невелику міцність. Якщо ж

вапняно-піщані силікатні вироби обробляти парою підвищений

ного тиску - 9-16 атм, - що відповідає температурам 174,5-

200° С, то в автоклаві відбувається хімічна взаємодія між з

звісткою і кремнеземом піску з утворенням гідросилікатів кальцію,

забезпечують високу міцність і довговічність одержуваних з

виробів.

Спосіб водотепловой обробки вапняно-піщаних сумішей був запропонований Ст. Михаэлисом в 1880 р. і був покладений в основу виробництва силікатної цегли, а в останній час - великорозмірних силікатних конструкцій та виробів.

При автоклавном твердінні вапняно-піщаних матеріалів вапно в основному не являє собою в'яжучого, при гідратації і карбонізації якого виникає міцне камневидное тіло необхідної міцності, як при звичайних температурах. В даному випадку вапно є одним з двох компонентів, у результаті взаємодії яких утворюється гідросилікат кальцію - основне цементуючою речовина автоклавних вапняно-піщаних матеріалів. Необхідна міцність їх досягається не шляхом фізичного зчеплення гідратних новоутворень в'яжучого з зернами заповнювача, а внаслідок хімічної взаємодії між основними компонентами сировинної суміші - вапном і кварцовим піском.

Твердіння вапняно-кремнеземистих матеріалів в умовах термообробки пором в автоклавах є наслідком низки складних фізико-хімічних процесів, що проходять в три стадії

1) утворення кристалічних зародків гідросилікатів, неко

торий зростання кристалів і збільшення їх кількості без зрощення;

2) формування кристалічного зростка;

3) руйнування (ослаблення) зростка внаслідок перекристаллиза

ції контактів між кристалами.

Твердіють новоутворення, кількість і склад яких безперервно змінюється, протягом гідротермальної обробки виробу.

Властивості повітряної вапна

В залежності від вмісту активних СаО і MgO, а також непо-гасившихся частинок негашене і гашене вапно, за винятком карбонатної, ділиться на два сорти I та П.

Пластичність вапна пов'язана з високою водоутримуючою здатністю. Тонкодисперсні частинки гідрату окису кальцію, адсорб-ційно утримуючи на своїй поверхні значну кількість води, створюють своєрідну мастило, зменшуючи тертя між частинками. Чим вапно активніше і повніше гаситься, чим більше вихід вапняного тіста з 1 кг комового вапна, тим дисперснее частинки вапна і більше, її пластичність.

Колір і водоутримуюча здатність будівельного вапна залежить від її виду та дисперсності частинок. Для виготовлення розчинів кладок розчинів на 1 м3 зазвичай витрачається 300-500 л води і більше.

Підвищеної водовмістом і водоудерживающей здатністю

володіє гашене вапно у вигляді порошку або тіста, зниженою -

мелене негашене. Тому з меленої негашеного вапна можна при

готовлять розчини та бетони зі зниженим вмістом води, більш

високої щільності і, отже, міцності і довговічності. Удо-

бообрабатываемость ж розчинних сумішей на меленої негашеного з

вести нижче, ніж на гашеного.

 

 «Будівельні матеріали» Наступна сторінка >>>

 

Дивіться також:

 

Довідник домашнього майстра Будинок своїми руками Будівництво будинку Гідроізоляція