Твердение воздушной извести

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

Алмалыкский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова

Самостоятельная работа

По предмету: «Технология связывающих веществ»

На тему: «Твердение воздушной извести»

Выполнила: студентка группы 12-19ХТ Урумбаева Динара

Содержание

Введение

1. Сырье и его свойства

1.1 Исходные материалы, их физико-механические свойства

1.2 Свойства известково-магнезиальных пород, их разновидности

2. Производство извести

2.1 Требования к сырью

2.2 Процесс обжига

2.3 Шахтные известеобжигательные печи

2.4 Вращающиеся известеобжигательные печи

2.5 Гашение извести

3. Твердение

3.1 Твердение гашеной извести

3.2 Твердение молотой негашеной извести

4. Материал и требования к нему

4.1 Классификация воздушной извести

5. Изделия на основе извести

5.1 Шлаковый цемент

5.2 Силикатный кирпич

5.3 Ячеистые бетоны

5.4 Штукатурный раствор

5.5 Газосиликатные блоки

Вывод

Список литературы

Введение

Известь - древнейшее вяжущее вещество. Её применяли за несколько тысяч лет до нашей эры.

Вяжущие материалы для бетонов, строительных растворов и изделий из них в зависимости от химического и минералогического состава подразделяются на следующие основные группы: известь, цементы, известесодержащие гидравлические и подобные вещества, а также гипсовые вяжущие вещества, жидкое стекло и кислотостойкие цементы. Вяжущие материалы также разделяются на гидравлические, способные твердеть на воздухе и в воде, воздушные, способные твердеть только на воздухе, и автоклавного твердения, которые эффективно твердеют при тепловлажностной обработке.

Целью данной работы является исследование процесса получения воздушной извести, изучение сырья для её производства. Необходимо изучить способы производства, технологические процессы, процесс обжига, а так же процесс твердения.

Для получения наиболее полной информации, надо охарактеризовать свойства воздушной извести, изучить требования к этому материалу. Кроме того, необходимо определить, для производства каких строительных материалов может быть использована воздушная известь.

1. Сырье и его свойства

Воздушную строительную известь получают в результате обжига горных пород, содержащих кальцит, причем содержание глинистых примесей по массе не должно превышать 6-8 %. Схема производства воздушной извести представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема получения, гашения и твердения воздушной извести.

1.1 Исходные материалы, их физико-механические свойства

Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк, плотный кристаллический известняк, землисто-рыхлый известняк (или мел), известковый туф, известняк-ракушечник, оолитовый известняк, доломитизированный известняк, доломит.

В состав известняков входят углекислый кальций СаСОз и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.). В табл. 1 приведен теоретический состав магнезиальных карбонатных пород, а так же получаемая на их основе известь.

Таблица 1. Примерная классификация сырья для производства известковых вяжущих веществ

1.2 Свойства известково-магнезиальных пород, их разновидности

Чистые известково-магнезиальные породы -- белого цвета, однако они часто бывают окрашены примесями окислов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями -- в серые и даже черные цвета.

Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк, плотный кристаллический известняк, землисто-рыхлый известняк (или мел), известковый туф, известняк-ракушечник, оолитовый известняк, доломитизированный известняк; доломит.

Известково-магнезиальные породы в зависимости от их химического состава являются сырьем для производства не только воздушной, но и гидравлической извести, а также портландцемента. В табл. 2 приведена примерная классификация по ГОСТ 21-27-76 известково-магнезиальных горных пород, применяемых для производства воздушной и гидравлической извести, а также их разновидностей.

Для производства воздушной извести применяют следующие виды известково-магнезиальных карбонатных пород: зернисто-кристаллический мраморовидный известняк; плотный кристаллический известняк; землисто-рыхлый известняк (или мел); известковый туф; известняк-ракушечник; оолитовый известняк; доломитизированный известняк; доломит

Таблица 2. Требования к химическому составу известняков для производства известковых вяжущих

Сырьем для производства воздушной извести могут служить не только специально добываемые для этой цели карбонатные породы, но и отходы при добыче известняков для нужд металлургической, химической, строительной и других отраслей промышленности.

гашенный известь обжиг печь

2. Производство извести

Принципиальная технологическая схема производства строительной воздушной извести представлена на рис. 2.

Рис. 2. Производство строительной воздушной извести.

2.1 Требования к сырью

Размеры кусков сырьевой поставляемой с карьера породы достигают 50-60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60-200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5-20 мм или 20-40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить. Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава.

2.2 Процесс обжига

Существующий технологический процесс обжига известняка предусматривает применение высококачественного исходного сырья, высокий уровень квалификации операторов и в настоящее время совершенно не отвечает современному уровню производства. [1]

Возможность использования мела в качестве сырья для производства извести является одной из наиболее перспективных технологий её дальнейшего использования в производстве силикатного кирпича и других строительных материалов. [2]

При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции: СаСО₃ CaO + СО₂ при 900-1200 ^oС.

Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО₃ по куску зависит от температуры обжига: при 900 ^oС она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100 ^oС -- 14 мм/ч, то есть обжиг идет в 7 раз быстрее.

Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. Типовые конструкции, разработанные в 60 - 70 годах прошлого века, не отвечают современным требованиям к качеству извести, удельному расходу топлива и удельным съемам продукции. В последние годы проводится модернизация печей для обжига за счет перевода их на автономный режим работы, применение компьютерного анализа. [1]

В шахтных печах можно обжигать только твердые породы, в них не следует обжигать известняки, которые в процессе обжига сильно растрескиваются: при этом они образуют непродуваемый слой, в результате качество обжига извести ухудшается. [3]

Во вращающихся печах обжигают как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела.

2.3 Шахтные известеобжигательные печи

Наибольшее распространение для производства извести получили шахтне известеобжигательные печи (рис. 3), высота которых достигает 20 м.

В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания, различают шахтные печи: работающие на короткопламенном твердом топливе, на любом твердом топливе; на жидком топливе; на газообразном топливе.

Рис. 3. Шахтная печь: 1 - шахта печи; 2 - загрузочный механизм; 3 - зона подогрева; 4 - зона обжига; 5 - зона охлаждения; 6 - гребень; 7 - разгрузочный механизм.

В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива -- кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо -- до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО₃ и MgСО₃. В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

2.4 Вращающиеся известеобжигательные печи

Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород - мела, туфа, известняка-ракушечника, которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.

В этих печах возможно достичь более высокой степени обжига (до 98 - 99,5 %), получить известь с временем гашения при 90 ^oС до 12-15 минут и более. Повышенный расход топлива за счет более высоких теплопотерь корпуса в окружающую среду и дополнительный расход энергии является недостатком вращающихся печей. Кроме того, такие печи неудовлетворительно работают на мелах с карьерной влажностью 25-30% из-за повышенной адгезионной способности мела при таких значениях влажности. Поэтому мел либо подсушивают, либо «распускают» до большей, чем карьерная, влажности и, несмотря на увеличение расхода топлива, работают по технологии мокрого способа. [3]

Длина известьобжигательных вращающихся печей составляет 30-100 м при диаметре 1,8-3 м, производительность достигает 400-500 т/сут., что в 2-4 раза выше, чем у шахтных печей. Одно из важнейших технологических преимуществ -- малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи опасность пережога в них минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.

2.5 Гашение извести

Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения -- действием воды на куски комовой извести.

Гидратация различных видов извести происходит по следующим уравнениям:

кальциевая известь СаО + Н₂О Са(ОН)₂ + Q;

доломитовая известь (при обычном гашении) СаО + MgO + Н₂О Са(ОН)₂ + MgO + Q;

доломитовая известь (при автоклавном гашении) СаО + MgO + 2Н₂О Са(ОН)₂ + Mg(ОН)₂ + Q;

Q - количество теплоты, равное 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. [4]

Доломитовая известь вследствие пережога MgO гидратуется при высокой температуре 185 ^oС и давлении 9 атм. [5] Теоретически для гашения извести в пушонку, необходимо 32,13% воды от веса СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в два, а иногда и в три раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести: с повышением температуры ускоряется процесс гашения; особенно быстро он протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения. Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные.

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1:1.

3. Твердение

Процесс твердения очень длительный, и полной карбонизации извести практически не происходит, хотя поверхностная карбонизация протекает достаточно быстро. Существует мнение, что при длительном контакте извести с кварцевым песком в присутствии влаги между этими компонентами происходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидросиликатов. Это также повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200…300 лет.

3.1. Твердение гашеной извести

Согласно теории твердения известковых растворов, изложенной Ю.М. Буттом, два одновременно протекающих процесса обуславливают твердение: испарение механически перемешанной воды и постепенная кристаллизация гидрата извести из насыщенного раствора. [5] Карбонизация извести идет так же под действием углекислого газа, который в небольшом количестве содержится в воздухе [6]:

Са(ОН)₂ + СО₂ + nН₂O СаСО₃ + (n+1)Н₂O

Процесс карбонизации имеет при твердении извести второстепенное значение. Гораздо важнее испарение воды, сопровождающееся кристаллизацией гидроксида кальция. Высыхание вызывает уплотнение студнеобразной массы с нарастанием прочности твердеющих известковых растворов. Образующиеся кристаллы срастаются друг с другом, с зернами песка и с кристаллами углекислой извести. [5]

3.2 Твердение молотой негашеной извести

Молотую негашеную известь получают путем тонкого размола комовой извести без предварительного гашения. Гидратационное твердение негашеной молотой извести приводит к быстрому обезвоживанию раствора и его более высокой прочности. При правильно подобранном водоизвестковом отношении (0,9-1,5) кристаллы гидроксида кальция, получившиеся при гидратации окиси кальция непосредственно в материале (CaO^.H₂O), срастаются между собой и быстро образуют прочный кристаллический сросток. [6]

Отрицательно влияет на гидратное твердение негашеной извести пережог. Замедленная гидратация крупных кристаллов окиси кальция (крупнее 10-20 мкм) в уже затвердевшем известковом камне вызывает дополнительные некомпенсируемые напряжения. Поэтому количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3-5%.

4. Материал и требования к нему

4.1 Классификация воздушной извести

В зависимости обработки обожженного продукта различают такие виды извести: - негашеная комовая известь-кипелка, состоящая в основном из CaO; - негашеная молотая известь такого же состава; - гидратная известь-пушонка в виде тонкого порошка, получаемого в результате гашения комовой извести водой и состоящей преимущественно из Ca(OH)2; - известковое тесто - продукт пластичной консистенции, получаемый при гашении комовой извести избыточным количеством воды, состоящей главным образом из Ca(OH)₂.

Строительную воздушную негашеную известь делят на три сорта: 1, 2 и 3-й по ГОСТ 9179-77. Минеральные добавки вводятся в порошкообразную строительную известь в количествах, допускаемых требованиями к содержанию в ней активных СаО + MgО.

Наиболее важными показателями качества извести является: активность - процентное содержание оксидов, способных гаситься, количество непогасившихся зерен (недожог и пережог) и время гашения. В зависимости от содержания в ней окислов кальция и магния подразделяют на кальциевую (MgO 5%), магнезиальную (MgO = 5-20%) и доломитовую (MgO = 20-40%).

По фракционному составу известь подразделяют на комовую в том числе дробленую и порошкообразную. Порошкообразную известь, получаемую путем размола или гашения (гидратации) комовой извести, подразделяют на известь без добавок и с добавками.

Строительную негашеную известь по времени гашения подразделяют на быстрогасящуюся - не более 8 мин, среднегасящуюся - не более 25 мин, медленногасящуюся - более 25 мин.

5. Изделия на основе извести

Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов как самостоятельное вяжущее, так и в смеси с цементом; при производстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий; для получения смешанных вяжущих (известково-шлаковых, известково-зольных) и для красок. Выпускаемую на основе комовой молотую известь используют в производстве сухих промышленных смесей, для очистки промышленных и бытовых стоков, в проведении реставрационных работ.

5.1 Шлаковый цемент

Шлаковый цемент - это общее название для группы цементов, которые изготавливаются при совместном помоле гранулированных доменных шлаков с добавками-активизаторами (так называют в данном случае известь, строительный гипс, ангидрит). Принято различать два вида шлакового цемента: известково-шлаковый, в состав которого входит 10 - 30% извести, до 5% гипса (от массы цемента), и сульфатно-шлаковый (его состав: 15 - 20% гипса или ангидрида, до 5% портландцемента или до 2% извести). Последний особенно часто используют для производства автоклавных материалов и изделий. Шлаковый цемент рекомендуют использовать в монолитных массивных бетонных и железобетонных конструкциях, которые идут на строительство подземных и подводных сооружений.

5.2 Силикатный кирпич

Производство силикатного кирпича осуществляется с применением смеси песка, извести и некоторых дополнительных добавок. Известь применяют в виде молотой негашеной, частично загашенной или гашеной гидратной. Получившуюся субстанцию подвергают влиянию водяного пара при температуре 170-200 градусов и давлении 8-12 атмосфер.

Сегодняшние оборудование и технология производства силикатного кирпича позволяют изготавливать как неокрашенный, т.е. белый силикатный кирпич, так и цветной посредством использования при изготовлении силикатного кирпича различных красителей. Можно придать цвет, как всему кирпичу, так и лицевым поверхностям отдельно. Цветной силикатный кирпич, как правило, используется для облицовки строений.

5.3 Ячеистые бетоны

В качестве вяжущего материала для ячеистых бетонов применяют цемент и известь с тонкомолотыми добавками (песка, золы, шлаков), а также гипса. Ячеистые бетоны на основе извести называют пено- и газосиликатными. Для твердения ячеистых бетонов на цементе и извести используют тепловлажностную обработку в автоклаве.

Ячеистые бетоны из-за высокой пористости характеризуются повышенным водопоглощением и соответственно низкой морозостойкостью. Однако из них изготовляют стеновые блоки и панели, поверхность которых защищают от действия воды (применяют окраску, декоративно-защитные покрытия). Эффективно применять ячеистые бетоны в слоистых конструкциях в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя.

5.4 Штукатурный раствор

Штукатурный раствор - смесь вяжущего материала с мелким наполнителем и чистой водой. Известковый раствор. На 1 часть известкового теста берут от 1 до 5 частей песка, что зависит от жирности извести. Густое тесто не следует размешивать в чистом виде. В него надо добавить немного песка, облегчающего растирание извести, воды и перемещать, чтобы не было комков. Затем добавляют песок отдельными порциями, каждый раз перемешивая его до тех пор, пока раствор не приобретет нормальную жирность. Применяют раствор для оштукатуривания почти всех видов поверхностей, заделки трещин и щелей.

Сложный цементно-известковый раствор приготовляют из цемента, известкового теста и песка. Раствор пластичен, хорошо прилипает к поверхности и его легко наносить. Цемент с песком смешивают, получая сухую смесь. Известковое тесто разводят водой до густоты сметаны и затворяют им цементную смесь, тщательно все перемешивая.

5.5 Газосиликатные блоки

Газосиликатные блоки - современный строительный стеновой материал для кладки стен со швами минимальной величины. Газосиликат (ячеистый бетон) состоит из кварцевого песка, цемента, извести и воды. В эту смесь добавляют алюминиевую пудру, которая служит газообразователем. Эти компоненты смешиваются и поступают в автоклав, где при определенных условиях происходит их вспенивание и последующее твердение. Изделия из ячеистого бетона изготавливаются в заводских условиях и к заказчику поступают в виде готовых к применению блоков, перекрытий и т.д.

Газосиликатные блоки не горят, надежно поглощают звук. Из-за заключённого в порах ячеистого бетона воздуха, газосиликатные блоки обладают прекрасной теплоизоляционной способностью. Стены из газосиликатных блоков по стоимости в 2-3 раза ниже, чем стены из кирпича, а по качеству значительно выше. Строения из ячеистого бетона являются практически вечными и не требуют ухода.

Вывод

В данной работе был рассмотрен материал, являющийся основой для изготовления различных видов цемента - воздушная известь. Воздушная известь отличается от всех других вяжущих тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и при гашении. Были рассмотрены различные виды сырья для производства воздушной извести (многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород), их классификация, свойства и химический состав.

Производство воздушной извести состоит из добычи сырья, дробления, сортировки и обжига в шахтных или вращающихся печах. Так же были рассмотрены процессы твердения и гашения воздушной извести. Известь подразделяется на 3 сорта. Качество воздушной извести оцениваются по разным показателям, основным из которых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния. Чем выше их содержание, тем выше качество извести.

Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и отделочных растворов, изготовления штучных бетонных изделий, например известковошлаковых, силикатного кирпича и других известково-песчаных изделий автоклавного твердения.

Список литературы

1. Прокин В.А. Угловский известковый комбинат / Прокин В. А. // Строительные материалы. 2007. № 10. С.32-33.

2. Монастырев А.В. Опыт обжига мелового сырья на известь строительную в газифицированных шахтных и вращающихся печах / Строительные материалы. 2008. № 2. С. 56-60.

3. Куфтов А.Ф. Совершенствование оборудования для производства извести / Куфтов А.Ф., Котельников Ю.В., Глазунов А.В. // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 28-31.

4. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. Учебное пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев ? М.: Высшая школв. 2002. ? 701 с.

5. Кузьмина В.П. Механоактивация материалов для строительства. Известь / Кузьмина В.П. // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 38-40.

6. Микульский В.Г., Куприянов В.Н., Козлов В.В., Горчаков Г.И. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы) Учебное пособие / Микульский В.Г. - М.: ИАСВ. 2002. - 536 с.

7. Афанасов В.С. Освоение извести для производства стеновых газосиликатных блоков на Копанищенском КСМ / В.С. Афанасов, О.Ю. Тарарыков, Д.В. Труфанов, И.Я. Гробовенко // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 37-40.

8. Кудеярова Н.П. Свойства продуктов гидратации оксида кальция при изменении условий гашения извести / Известия вузов. Строительство. 2000. № 10. С. 17-19.

9. ГОСТ 9179-77. Известь строительная. Технические условия.

Размещено на Allbest.ru