Минеральные вяжущие вещества, их происхождение и роль в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Минеральные вяжущие вещества, их происхождение и роль в строительстве

вяжущий строительный гипс минеральный

Примерно за 3-4 тыс. лет до н.э. появилось 1-е вещество, полученное путём низкотемпер-х мат-в и наз. его гипсовое вяжущее вещ-во. В Китае для возведения Великой Китайской стены использовалась известь как основной строительный материал. С 200 летия до н.э. известь счит-ся осно-м строит-м матер-м. Вяжущие вещ-ва на Руси применялись ещё в древности, первое здание опред-ся 990 г, при строительстве исп-сь известь. В 11 в. Стены Софийского собора строились из кирпича на известковом растворе с различными добавками. Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности. В наибольших объемах используются карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит), сульфатные (гипс, ангидрит), кремнеземистые (диатомит, трепел, опока), глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы. Подготовка сырьевой смеси при производстве вяжущих предусматривает измельчение сырья до частиц примерно одного размера и, если смесь состоит не из одного компонента, их тщательное смешение для получения однородной композиции. Важнейшим и обязательным этапом производства вяжущего является обжиг сырья. Для проявления вяжущих свойств их подвергают тонкому измельчению (помолу) в чистом виде или чаще совместно с добавками. Минеральные вяжущие обычно приводят в рабочее состояние путем смешивания с водой, называемого затворением. При строительстве зданий и сооружений используют штучные каменные материалы: кирпичи, камни, блоки, панели, облицовочные плитки. Чтобы здание было прочным и теплым, штучные материалы необходимо связать между собой в единую монолитную конструкцию. Для этого служат вяжущие вещества. Кроме того, вяжущие -- основной компонент таких искусственных каменных материалов, как бетон и строительный раствор, в которых они скрепляют воедино зерна заполнителей (песка, гравия и щебня).

2. Классификация минеральных вяжущих веществ

Минеральные вяжущие в-ва - порошкообразные материалы, которые сразу после смешивания с водой образуют пластично-вязкую массу, постепенно твердеющую и переходящую в камневидное состояние. В некоторых случаях вода может быть заменена р-ми солей.

Классифик. по происхождению:

- органические (продукты перегонки нефти и каменного угля(битумы, дегти)и различные полимеры);

- минеральные (тонкомолотые порошки, которые затворяются водой или р-рами солей, образуют пластинчатую массу, постепенно твердеющую и образующ. прочный камень)

Все строительные вяжущие вещ-ва в зависимости от св-ва твердеть и противостоять различным факторам окруж-ей среды делятся на 3 основ-е группы:

1. воздушные (гипсовые CaSO₄, известковые СаО, магнезиальные MgO, кислотоупорные (жидкое стекло Na SiO₃, K₂Si0₃)); Воздушные вяжущие в-ва твердеют только в сухих условиях.

2. гидравлические (портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент(CaO*Al₂O₃), романцемент, гидравлическая известь - СаО). Гидравлические вяж. твердеют и набирают прочность и на воздухе и на воде. Поэтому их можно исп-ть как и в подземных, так и в гидротехнич-х сооружениях.

3. кислотостойкие (кислотостойкий кварцевый кремнефтористые вяжущее). Они представляют собой смесь кварц-го песка и кремнефтор-го Na-Na₂SiF₆, растворяется раствором силиката натрия, после окончательного твердения в воздушной среде может длит-е время сопротивляться агрессив-му возд-ю неорган-х и орган-х сред.

3. Воздушные вяжущие вещества. Гипсовые вяжущие вещества. Виды

Воздушные вяжущие вещ-ва наиболее эффе-ны из всех вяжущих вещ-в по технико-эконом-м затратам топлива, энергии и труда на единицу продукции. В природе залежи сырья достаточно высокие.

Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетонные изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро влияют на прочность и разрушаются. К числу воздушных вяжущих веществ относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушная известь.

Гипсовыми в-вами наз порошкооб-ый матер-л, состоящий из полуводного гипса, полученного при тепловой обработке природного гипсового камня.

Различают:

- низкообжиговые, быстро схватывается и твердеет (строительный гипс, формовочный гипс, температура обработки-110…180)

- высокообжиговые, медленно схватываются и твердеет(ангидридовый цемент, эстрихгипс (t =600-950).

Сырье для произ-ва гипсовых вяж-х: гипсовый камень, природный ангидрит, фосфогипс, борогипс и т.д.

Сырье от чистоты делят на 3 сорта:

1) должен содержать не менее 90% CaSO₄*2H₂O

2) должен содержать не менее 80% CaSO₄*2H₂O

3) должен содержать не менее 70%CaSO₄*2H₂O



4. Сырье для получения гипсовых вяжущих веществ

Основным сырьем для производства гипсовых вяжущих является широко распространенный природный двуводный гипс, ангидрит и некоторые отходы химической промышленности, состоящие в основном из двуводного или безводного сернокислого кальция или их смеси (фосфогипс и др.). Кроме этого, для производства гипсовых вяжущих могут быть использованы природные смеси гипса и мелких частиц глины (гажа) или лёсса (ганч, арзык). Природный двуводный гипс представляет собой горную породу осадочного происхождения, состоящую в основном из крупных или мелких кристаллов двуводного сернокислого кальция CaSO₄·2Н₂0. Плотные образования природного гипса называются гипсовым камнем. По внешнему виду и строению различают крупнокристаллический природный гипс (гипсовый шпат), тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, иногда называют алебастром. Гипсовые породы обычно содержат примеси песка, глины, известняка, битуминозных веществ и др. Иногда встречаются слои гипса со слоями глинистых мергелей и других пород. Чистый гипс - прозрачен или белого цвета, примеси придают ему различные оттенки. Органические примеси окрашивают его в серые цвета, окислы железа - в желтовато-бурые и т.д. Примеси, равномерно распределенные в сырье и в небольших количествах, не оказывают вредного влияния на качество вяжущих. В гипсовом камне лучших месторождений количество примесей не превышает 2-5%.В соответствии с существующими техническими нормами гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен содержать не менее 95% двуводного гипса в сырье 1-го сорта, не менее 90% в сырье 2-го сорта и не менее 80 и 70% в сырье 3 и 4 сортов. Средняя плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2200-2400 кг/м³. Насыпная плотность гипсовой щебенки 1200-1400 кг/м³, влажность колеблется в широких пределах (3-5% и более). Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

5. Технология получения гипсовых вяжущих вещ-в (а и b)

Получение продуктов отличается по содержанию различных модификаций не только режимами термообработки, но и кач-ву породы. Регулир. процессы тепловой обработки можно получить вяжущие с заданными свойствами. Например: гидратация в среде насыщенного пара приводит к образованию крупных кристаллов ПГ, плотность и прочность повышается.

ГВ b-модификации называется строительным гипсом. Процесс производства строительного гипса состоит из:

1. Дробление

2. Помол

3. Тепловая обработка

Технологические схемы могут быть различными, что зависит от типа печей, вида мельниц, способа дробления. Гипсовый камень добывается в карьерах, предусматривается дробление в 1 или 2 стадии в щековых или конусных дробилках, или дробилках молоткового действия. Дробление гипсового камня в шахтных, аэробильных, роликово-осетних или шаровых мельницах. Чаще всего в производстве используется шахтные мельницы.

а-модиф. ПГ (это модификация, которая образуется в результате обработки гипсового камня среди насыщенного пара в воде или растворов некоторых солей. На практике t=107⁰)

b-модиф. ПГ (при обычном нагревании t=100-160⁰ в открытых аппаратах при атмосферном давлении, вода выходит в виде перегретого пара. Содержит одинаковое кол-во связанной воды).

6. Св-ва гипсовых вяжущих

Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс б-модификации требует 50...70 % воды, а в-модификации - 30...45 %, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость - 30...50%.

Минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа. По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы: грубый, средний, тонкий.

сроки схватывания: 3 вида быстросхватыв (А,2-15 мин), нормально тверд (Б, 6-30 мин), медленно схватыв (В, 20- …). Завис от сырья, технолог. изготов, длит хран, t вяж и воды, услов перемеш, налич доб-к.

- прочность

- долговечность

- огнестойкость

7. Модификации водного и безводного сульфата кальция

Кроме двуводного гипса и ангидрита существует еще несколько модификаций водного и безводного сульфата кальция, которые получают, обезвоживая двугидрат при различных температурах. Существуют следующие модификации водного и безводного сульфата кальция: двуводный сульфат кальция (гипс) CaS04*2H20; полуводный сульфат кальция (полугидрат) - CaSО4*0,5Н2О; растворимый ангидрит CaS04; нерастворимый ангидрит (высокообжиговый гипс) CaS04+СаО

Реакции дегидратации гипса с образованием различных модификаций протекают с поглощением теплоты:

CaS0₄*2H₂0 = аCaS0₄*0,5H₂0 + 1,5H₂0 (п) - 83,17 кДж/моль;

CaS0₄*2H₂0= аCaS0₄*0,5H₂0+ 1,5H₂0 (ж) - 17,9кДж/моль;

CaS0₄*2H₂0 = bCaS0₄*0,5H₂0+ 1,5H₂0 (п) - 85,3 кДж/моль;

CaS0₄*2H₂0 = bCaS0₄*0,5H₂0+ 1,5H₂0 (ж) - 19,3 кДж/моль;

CaS0₄*2H₂0 =CaS0₄ + 2H₂0 (ж) -- 16,9 кДж/моль;

CaS0₄*2H₂0 =CaS0₄ + 2H₂0 (п) -- 95 кДж/моль;

Нагревание до 75-80 иногда достаточно для медленного обезвоживания гипса протекающего наиболее интенсивно при t, при кот. давление водяных паров значит больше, чем атмосферное.

Альфа-полуводный гипс - при обработке гипс-го камня при t = 97-100 в среде насыщенного пара, в воде или в р-ре некоторых солей.

Вета-полуводный гипс - получ-ся при обычном нагревании цем-го камня при t=100-160 в открытых аппаратах. При атмосферном давлении вода выходит в виде перегретого камня.

Альфа-модификация полуводного гипса преобр-т повыш-ю твёрдость и прочность при один-м водоотношении, альфа схватыв-ся медленнее Вета.

Обезвоженный полугидрат при t 170-180, а альфа при 200-210 теряет оставшуюся кристаллизационную воду и переходит в обезвоженный полугидрат.

Растворимый ангидрит - в процессе нагревания 220-320, обезвоженный полугидрат переходит в растворимый ангидрит. Это происходит при перестройке моноклинной решётки в кристаллическую. Нагревание выше 400 раствор ангидрит переход в нерастворимый ангидрит.

Не растворимый ангидрит - при нагрев. 800-1000 раскладыв. на сернистый газ, кислород, оксид кальция. Получ при этом продукт обжига сост. из нерастворимого ангидрита. Этот продукт СаSO₄+CaO назыв. высокообжиговый гипс. При t 1495 ангидрит плавится и полностью разлаг. на СaO/SO₃.

8. Теоретические основы схватывания и твердения гипсовых вяжущих

Байков определил механизм твердения гипсовых вяжущих, которые образуют гидратное соединение и разделил теорию твердения на 3 этапа:

1. Начинается от смешивания гипса с водой, идёт растворение и образование насыщенного р-ра, что сопровождается небольш. выдел тепла (экзотермия).

2. Образование коллоидной массы на переходе схватывания. Образует продукты, взаимодействия воды не могут расстворятся в жидк. фазе, а они образ коллоид р-р переходящий в гель. В течен. этого периода набл быстрое повыш. t,скорость реакции увеличивается, затворенная масса теряет свою пластичность, но не набир. прочность, т. к. ещё нет сил сцепления между частицами.

3. Кристализация и твердение. Частицы коллоидных размеров перекристализовывается с образованием более крупн. кристаллов.

Коллоид - гель - кристалл.

Этот процесс длительный, выдел очень малые кол-ва тепла при недостаточн. прочности. Особенностью роста зародышей гидрата возникают при спонтанных процессов явл, то, что в данных условиях, степень перенасыщения непостоянна, в теории Ле-Шателье и Байкова были подвержаны критике.



9. Ангидритовый цемент П. Будникова и эстрих-гипс. (ангидритовый цемент)

Ангидритовый цемент П. Будникова и эстрих-гипс. (ангидритовый цемент), предложенное акад. П.П. Будниковым, состоит преимущественно из нерастворимого ангидрита. Его изготовляют обжигом природного гипса при 600...700 °С и последующим помолом обожженного продукта с добавками -- активизаторами твердения пли из природного ангидрита без обжига путем его совместного помола с теми же добавками. В качестве активизаторов твердения используют вещества, отличающиеся щелочным характером (известь, обожженный доломит, основные доменные шлаки и др.), а также некоторые соли (сульфат и бисульфат натрия и др.).Высокообжиговое ангидритовое вяжущее (эстрих-гипс) -- продукт, получаемый обжигом двуводного гипса при 800--950 °С с последующим измельчением. Он состоит в основном из безводного сернокислого кальция и небольшого количества ускорителя твердения -- оксида кальция, образующегося в результате термического разложения сульфата или карбоната кальция в обжигаемом материале. Высокообжиговый ангидрит (оптимальный состав) должен содержать нерастворимый ангидрит -- 75--85 %; оксид кальция свободный или в составе водоразлагаемых основных сульфатов, силикатов, алюминатов и ферритов-- 2--4 %; полуводный гипс -- 8--15 % (что соответствует содержанию гидратной воды в продукте 0,5-- 0,9 %); глинистые примеси -- не более 7--10 %; сернистый кальций -- не более 0,1 %.Высокообжиговый гипс повышенного качества получают из сырья, содержащего до 3--4 % равномерно распределенных доломитов или известняков, а также до 5-- 7 % глинистых примесей. Насыпная плотность эстрихгипса в рыхлом состоянии 900--1100, в уплотненном -- 1300--1700 кг/м3. Водопотребность колеблется в пределах 30--35 %. Высокообжиговый ангидрит применяют для изготовления бесшовных полов и подготовки под линолеум, в растворах для кирпичной кладки и штукатурки, а также для производства изделий из искусственного мрамора.

10. Технологическая схема получения строительного гипса во вращающихся печах

Размещено на http://www.allbest.ru/



11. Технологическая схема получения строительного гипса в варочных котлах

Размещено на http://www.allbest.ru/

12. технология получения строительного гипса из отходов производства

Карбонат кальция и серную кислоту одновременно вводят в воду. Серную кислоту берут концентрацией 60-93% в количестве 103-120% от стехиометрии и полученную гипсовую пульпу выдерживают при температуре 70-85°С в течение 3,5-5 часов, ее фильтруют и промывают, отделяют осадок гипса и его обезвоживают. Карбонат кальция берут размером частиц до - 250 мкм или в виде суспензии - отхода производства мела с Т:Ж=1:(0,5-1,5). Обезвоживание осадка гипса ведут сушкой при температуре не выше 60°С или центрифугированием с последующим прессованием. При обезвоживании осадка гипса центрифугированием с последующим прессованием на стадию выдержки гипсовой пульпы до фильтрации вводят нейтрализующие агенты, такие как мел или известь. В качестве карбоната кальция берут конверсионный мел. Изобретение позволяет упростить процесс, а также получить гипс с минимальным содержанием примесей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

13. Применение гипсовых вяжущих (строительного гипса)

Основная масса выпускаемых гипсовых вяжущих используется в строительстве. Их применяют при производстве штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов, работающих при относительной влажности воздуха менее 65%. Гипсовые изделия обладают невысокой плотностью, негорючестью и рядом других ценных свойств. Большие объемы гипса используются для изготовления штукатурных и кладочных растворов. Особенно перспективно использование сухой гипсовой штукатурки. ГЦПВ вследствие его повышенной водостойкости применяют для изготовления санитарно-технических кабин, ванных комнат, вентиляционных каналов. Марки гипсовых вяжущих от Г-5 до Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служат для изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной, литейной промышленности, а также в медицине. Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворов для внутренних частей зданий. Области применения гипса и гипсовых составляющих:

1. В производстве любых штукатурных работ и заделки швов.

2. В производстве строительных изделий всех видов и во всевозможных строительных работах.

3. В производстве сухих строительных смесей (шпатлевок, штукатурок и клея).

4. В изготовлении самых разных строительных растворов, а также, при получении смешанных гипсовых вяжущих.

5. В изготовлении декоративных деталей, тонкостенных изделий для строительства.

14. Известь строительная, воздушная. Общие сведения. Виды

Называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция. Для получения воздушной извести сырьевые материалы -- мел, известняки и доломиты должны содержать не более б--8% глинистых примесей. Воздушная известь относится к классу воздушных вяжущих: при обычных температурах и без добавок пуццолановых веществ она твердеет лишь в воздушной среде. При большем содержании примесей образуется гидравлическая известь. Известь классифицируют по содержанию активного оксида магния на кальциевую, MgO? 5%магнезиальную (MgO = 5-- 20%) и доломитовую (MgO = 20--40%), а по фракционному составу -- на комовую и порошкообразную. Различают следующие виды извести: негашеную комовую, негашеную молотую, гидратную (пушонку) и известковое тесто. Негашеная комовая известь является полуфабрикатом для получения других видов извести и образуется непосредственно в результате обжига исходного сырья. В основе процесса получения извести лежит реакция диссоциации карбоната кальция Тепловой эффект Q реакции составляет 178,16 Дж на 1 моль (100 г) СаС03. Степень и скорость завершения реакции разложения углекислого кальция будут зависеть от парциального давления углекислого газа, температуры, наличия примесей и др. Парциальное давление С02 достигает атмосферного давления примерно при 900° С, температура в заводских условиях может достигать 1000--1200° С. Негашеная комовая известь может быть использована либо для гашения в порошок-пушонку или тесто, либо для получения молотой извести. Качество воздушной извести оценивается по разным показателям, основным из которых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния (активность извести). Чем выше их содержание, тем выше качество извести.

15. Сырье для получения воздушной извести

Для получения воздушной извести пригодны карбонатные породы (известняки, мел, ракушечник, доломитизированные известняки), в которых содержание примесей глины, кварцевого песка и т. п. не превышает 6 %. Обжиг такого сырья производится до полного удаления диоксида углерода, в результате получают продукт, состоящий в основном из СаО и MgO. Чем выше суммарное содержание свободных оксидов кальция и магния, тем выше качество извести. В зависимости от содержания оксида магния различают следующие виды воздушной извести: кальциевую -- MgO не более 5%, магнезиальную -- 5...20 %, доломитовую -- 20...40 %.Обжиг сырья производят в шахтных печах, реже во вращающихся или установках для обжига во взвешенном состоянии и кипящем слое. Основные реакции, происходящие при обжиге:

СаСО8 = СаО + СО2 и MgCO3 = MgO + СО2.



Известь, выходящую из печи обычно в виде кусков различной величины (комья), называют комовой негашеной известью. Это -- полупродукт, который для превращения в вяжущее предварительно измельчают химическим путем -- гашением водой (гашеная известь) или механическим путем -- размолом в мельницах (молотая негашеная известь). В зависимости от количества воды, взятой при гашении, можно получить гидратную известь-пушонку, известковое тесто или известковое молоко.

16. Свойства воздушной извести. Область применения

Плотность: истинная (для НИ - 3,1-3,3 г/смі - зависит от t° обжига, наличия примесей, недожога; для ГИ - 2-2,23 г/смі - зависит от степени кристаллизации); средняя (КНИ 1,6-3 г/смі зависит от t° обжига); насыпная (молотой НИ в рыхлом насыпном 900-110, в уплотненном 1100-1200; ГИ в рыхлом 400-500, в уплотненном 600-700); средняя (известкового теста 1400кг/мі). Пластичность - хар-ся способностью вяж. предавать р-рам бетона пластичность, удобоукладываемость. Пластичность р-ров, изготовленных с применением И, обусловлена ее высокой водоудерживающей способностью. Мелкодисперсные частицы Са(ОН)2 адсорбционно удерживают на своей пов-ти большое кол-во Н2О, создавая комплексы, работающие как шарниры. Водопотребность и водоудерживающая способность зависят от вида и дисперсности извести. ГИ обладает повышенной водопотребностб за счет высокой дисперсности. Площадь пов-ти частиц негашеной извести гораздо меньше, след-но, водопотребность ниже. Из НИ можно изготовлять изделия с гораздо меншим содержанием воды при тойже пластичности теста, след-но, прочность возрастает. Скоростьсхватывания. Р-ры на ГИ схватываются очень медленно. Отформованные образцы необходимо выдерживать в течении 7-8 сут. до момента набора, достаточного для распалубки прочности. Объемныеизменения.3 вида: 1. неравномерное - обусловлено замедлением гидратациейчастиц пережега и примесей, 2. усадка и набухание, 3. температурные деформации. Кол-во пережега ? 5%. Прочность зависит от условий твердения и содержания воды. Р-ры на ГИ в течениие месяца набирают прочность до 1,5МПа. При автоклавн. тверд. в течение нескольких часов - 30-40МПа. Долговечность зависит от вида И вяж. и условий эксплуатации. Во влажных Условиях И р-ры и бетон постепенно теряют прочность и разрушаются.

Применение-используют при приготовлении кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок (работающих в воздушно-сухих условиях), изготовлении плотных силикатных изделий (кирпича, крупных блоков, панелей), получении смешанных цементов.

17. Гидросиликатное твердение воздушной извести. Стадии, добавки

Изготовление изделий из известково-песчаных смесей длительное время не получало развития вследствие того, что при обычных температурах гашения известь твердеет очень медленно, а изделия на ее основе имеют небольшую прочность. Если же известково-песчаные силикатные изделия обрабатывать паром повышенного давления -- 9--16 атм, -- что соответствует температурам 174,5-- 200° С, то в автоклаве происходит химическое взаимодействие между известью и кремнеземом песка с образованием гидросиликатов кальция, обеспечивающих высокую прочность и долговечность получаемых изделий.

Способ водотепловой обработки известково-песчаных смесей был предложен В. Михаэлисом в 1880 г. и был положен в основу производства силикатного кирпича, а в последнее время -- крупноразмерных силикатных конструкций и изделий.

При автоклавном твердении известково-песчаных материалов известь в основном не представляет собой вяжущего, при гидратации и карбонизации которого возникает прочное камневидное тело требуемой прочности, как при обычных температурах. В данном случае известь является одним из двух компонентов, в результате взаимодействия которых образуется гидросиликат кальция -- основное цементирующее вещество автоклавных известково-песчаных материалов.

Необходимая прочность их достигается не путем физического сцепления гидратных новообразований вяжущего с зернами заполнителя, а вследствие химического взаимодействия между основными компонентами сырьевой смеси -- известью и кварцевым песком.

Твердение известково-кремнеземистых материалов в условиях термообработки паром в автоклавах является следствием ряда сложных физико-химических процессов, проходящих в три стадии:

образование кристаллических зародышей гидросиликатов, некоторый рост кристаллов и увеличение их числа без срастания;

формирование кристаллического сростка;

разрушение (ослабление) сростка вследствие перекристаллизации контактов между кристаллами.

18. Твердение воздушной извести. карбонатное твердение

При твердении строит-х растворов при обычных темп-х частицы Са(ОН)₂ в присутствии воды перектис-ся друг с другом образуя известковый каркас. Наряду с этим идёт процесс карбонизации:

Са(ОН)₂+С0₂ + n*Н₂0=СаС0₃+(n+1)*Н₂0

При испарении воды из раствора гелевидная масса известкового теста уплотняется и упрочняется. Образование Са(ОН)₃ карбониз-е опред-ся как карбонатное твердение, протекает довольно мет-ти только при присутствии влаги. Частицы образующегося СаСО₃ срастаются друг с другом, с частичками Са(ОН)₂ и песка и затвердевают. Объём тв-й массы увелич-ся что приводит к дополнит-му уплотнению тв-го раствора СаС0₃*nСа(ОН)₂*mH₂0. Образование СаС0₃ происх-т в виде тончайшего слоя на пов-ти, потому что концентрация СО₂=0,03. Дальнейшее проникание СО₂ однозначно затруд-ся. Карб-я наиболее интенсивно происходит при влажности р-ра и бетона 5-8%. Образование жёсткого каркаса из наполнителей способствует резкому сниж-ю деформаций при высыхании. Предел прочности при сжатии достиг-т 0,5-1 Па. При длит-м тверд-и возр-т до 70 (сотни лет). Это объясняется не только образ-м плот-го каркаса, но и степенью взаимод-я кремнезёмистого наполнителя с Са(ОН)₂

19. Гидратное твердение извести

Гидратное твердение извести идет при затворении водой негашеной молотой извести и создании определенных условий гидратации. Молотая негашеная известь растворяется в воде с образованием пересыщенного раствора. Эффект твердения вызывается взаимным сцеплением и срастанием образующихся при быстром пересыщении частиц гидроксида кальция. От них зависит и физико-механическая прочность всей системы, состоящей из гидратирующегося вяжущего, воды, заполнителя и воздушных пор. При гидратном твердении выделяется значительное количество теплоты, поэтому изделия на такой извести при температурах ниже нуля твердеют более спокойно и имеют лучшие показатели прочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу теплоты и уменьшению термических напряжений.

При длительном хранении растворов и бетонов, изготовленных на молотой негашеной извести, в сухих условиях на воздухе наблюдается их упрочнение за счет испарения воды и перехода гидроксида кальция в устойчивый карбонат кальция под действием углекислоты



20. Технологическая схема получения комовой негашеной извести

21. Молотая негашеная известь

Исходным сырьем для приготовл. молотой негашеной извести служит комовая известь. Комовую известь сначала дробят, затем измельчают. Одновременно в известь могут вводиться активные добавки. Активные добавки придают молотой извести св-вагидравлич-говяж. в-ва. В специальных сепараторах струей воздуха мелкие частицы извести отделяют от более крупных, прошедших через мельницу. Готовую мелкую молотую известь подают на склад готовой продукции, крупные частицы идут на вторичную переработку. Молотая негашеная известь обладает рядом достоинств: характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь, это способствует увеличению прочности при твердении растворных и бетонных смесей; удельная поверхность молотой негашеной извести значительно меньше удельной поверхности гидратной извести; она имеет повышенную скорость гидратации; сохраняет объем при затворении оптимальным количеством воды; практически не дает отходов.

Гасится молотая известь за 30--40 мин. Гашение молотой извести сопровождается значительно большим повышением температуры, чем гашение комовой извести.

Количество воды, необходимое для гашения и схватывания извести, зависит от активности и состава извести, а также от тонкости ее помола. Гидратация -- химическое соединение в-ва с водой.

22. Технологическая схема изготовления молотой негашеной извести



23. Обжиг воздушной извести в «кипящем слое»

Обжиг воздушной извести в «кипящем слое» производят в реакторе, представляющем собой металлическую шахту, отфутерованную внутри и разделенную по высоте решетчатыми сводами на 3...5 зон. Передача материала из зоны в зону производится через трубки, имеющие ограничитель. Высота «кипящего слоя» определяется от обреза переливной трубки до решетки. По периферии реактора имеются горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение. Молотая известь-кипелка по химическому составу подобна исходной комовой извести. При ее помоле разрешается вводить тонкомолотые минеральные добавки (шлаки, золы, песок, пемзу, известняк и др.), которые улучшают свойства таких смешанных известковых вяжущих.

Обжиг известняка в кипящем слое по технико-экономическим показателям характеризуется высоким съемом и повышенным расходом топлива -- 4600--5480 кДж на 1 кг извести.

Применение установок для обжига в кипящем слое позволяет рационально использовать большие количества мелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах, а также на заводах, оборудованных шахтными и даже вращающимися печами. Недостатком этих установок является повышенный расход топлива и электроэнергии.

24. Обжиг воздушной извести во вращающихся печах

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. Длина известеобжигательных 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 обжига извести во вращающихся печах -- малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом. Вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс и снизить капитальные затраты на строительство цехов. 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. Значительно снижает качество комовой извести наличие в ней негасящихся кусков (недожог) и кусков, гасящихся медленно (пережог), которые могут образоваться из-за неравномерного распределения температур в известеобжигательных печах или неравномерного содержания в сырье примесей (например, углекислого магния).



25. Технологическая схема гашения извести в тесто

26. Технологическая схема получения гидратной извести



27. Гидратная известь

Гидратная известь - это продукт в виде высокодисперсного сухого порошка, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Влажность гидратной извести не должна быть более 5%. Гидратная известь состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОН)₂ и небольшого количества примесей (как правило, карбоната кальция). Гашение извести заключается в том, что вода, соприкасаясь с кусками негашеной извести, поглощается ею, всасываясь в поры, и одновременно химически взаимодействует с оксидами кальция и магния, образуя их гидроксиды:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ и MgO + Н₂О = Mg(OH)₂

Известковое тесто - продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОН)2 и Мg(ОН)2 и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно 50-55% гидроксидов кальция и магния и 50-45% механически адсорбционно связанной воды.

Для получения извести-пушонки, представляющей собой тонкий белый порошок, теоретически достаточно 32,13 % воды от массы извести-кипелки. Практически воды берут в 2...3 раза больше (60...80 %), так как при гашении часть ее испаряется. Порошок извести-пушонки состоит из очень тонких частиц и в 2...3 раза и более превышает объем исходной извести-кипелки.



28. Магнезиальные вяжущие в-ва. Каустический магнезит

К ним относятся каустический магнезит и доломит. Сырьем явл магнезит (может содержать примеси, может встречаться в кристалическом и аморфном виде) и доломит(наиболее распространен) Магнезит каустический получают либо обжигом природного магнезита Mg(CO₃) при температуре выше температуры его разложения (диссоциации) и ниже температуры спекания, либо путем улавливания пыли, образующейся при производстве периклазового порошка. При обжиге природных магнезитов максимальная гидравлическая активность образующегося каустического магнезита достигается в диапазоне температур 650-900^оС, при более высоких температурах активность падает, а при температуре 1400^оС и выше образуется «намертво обожженный» магнезит, практически не проявляющий вяжущих свойств. В результате декарбонизации Mg(CO₃) при низких и умеренных температурах образуется свободный оксид магния, отличающийся от периклаза более низкими показателями преломления, увеличенными параметрами кубической элементарной ячейки и более низкой плотностью. Именно такой оксид магния (каустический магнезит) используется в качестве вяжущего вещества, которое при затворении раствором MgCl₂ способно быстро твердеть и набирать прочность на воздухе.

29. Магнезиальные вяжущие вещ-ва. Каустический доломит

К магнез. вяжущим веществам относят каустический магнезит и каустический доломит. Кауст. магнезитом или доломитом называют продукты, получ. обжигом природного магнезита (MgCO3) или доломита (CaCO3-MgCO3) с последующим измельч. их в порошок. При обжиге доломита в интервале темпер. 650--750° С углекислый кальций не разлагается и, не обладая вяжущ. св-ми, снижает активность получ. кауст. доломита. Доломит обжигают обычно только в шахтных печах с выносными топками, хотя для этой цели могут быть исп. печи и других типов. При затворении кауст. доломита водой процессы гидратации протекает медленно и затвердевший камень имеет небольшую прочность. Однако, если затворить их водными раств-ми солей хлористого или сернокислого магния и некоторых других солей, можно получить вяжущие вещ. относительно высокой прочности. Так, например, марки вяжущего, хар-щие предел прочности при сжатии стандартных образцов состава 1 : 3 (каустический магнезит -- песок), приготовленных из раствора, жесткой консистенции и испытанных на 28-й день, могут быть: 400, 500 и 600, образцы на каустическом доломите имеют марки 100, 150, 200, 300. Магнез. вяж. вещ-ваоблад. отличит. особ-тью хорошо сцепляться с органич. мат-ми-- древесными стружками, опилками, древесной шерстью и в то же время предохр. их от загнивания. Находясь продолж. время под действием влажного воздуха, эти вяж. вещ.в значительной степени теряют свою активность. Кауст. доломит -- более дешевый материал, из него получают изд. несколько меньшей прочности, чем кауст. магнезит; исп-ся как заменитель (в некоторых случаях) кауст. магнезита. Магнез. вяж-ие вещ-ва целесообразно применять лишь для изделий, эксплуатирующихся в сухих помещ. и констр-ях, не соприкасающихся с влагой.

30. Портландцемент. Состав и классификация

Портландцемент предст. собой гидравлич. вяж-ий продукт тонкого помола цем-ого клинкера, кот. получ-ся путем обжига до спекания прир. сырья или искусств. сырьевой смеси опред. состава. Сырье, пригодное для получ. порт-нта должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое прир. сырье встр-ся крайне редко, поэтому заводы произ-щие цемент отлично работают на искусств. смесях из карбонатных пород и глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм наз-ся клинкером. Получение портландцемента хор. Качества зависит от содержания главнейших оксидов в клинкере, процент которых должен быть в пределах: CaO - 60-68%. SiO2 - 19-25%, оксида алюминия 4-8%, оксида железа 2-6%.Классиф-ция порт-нта. В наст. время наряду с обыкновенным портландцементом выпускают большое колич-во его разновидностей - быстротвердеющий, пласти-ванный, гидрофобный и сульфатостойкий портл-ты. Эти цементы рек-тся только в тех случаях, когда их спец. св-ва могут быть исп. с максимальной эффективностью. Быстро-щий порт-нт (БТЦ) хар-ся более интенсивным нараст. прочности в первые 3 сут. твердения. Быстрое тверд. цемента дост-ся за счет содержания в клинкере активных минералов (C3S+C3A = 60 - 65%), а также за счет повышения тонкости помола клинкера до удельной поверхности 3500 - 4000 см²/г. Пластифицированный порт-т (ППЦ) пол. помолом порт-ного клинкера совместно с гипсом и пластифицирующими добавками СДБ в количестве 0,15 - 0,25% по массе цемента. Гидрофобный порт-нт (ГПЦ) получ. введ. при помоле порт-ого клинкера гидрофобизирующей добавки в кол-ве 0,1 - 0,3% по массе цемента. Сульфатостойкий порт-нт (СПЦ) изг. тонким помолом из клинкера след. минер. сос-ва: C3S - не более 50 %, С3А - не более 5%, С3А+C4AF - не более 22 %, MgO - 5%. Белый и цветные пор-тыизгот. из сырьевых мат-ов, харак-ся малым сод. окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома), из чистых известняков, мраморов и белых каолиновых глин. А также Портландцементы с активными минеральными добавками.

31. Портландцемент. Классификация по EN 197-1

Евромаркировка портландцементов определяется евронормой EN 197-1. EN 197-1 определяет единые для всех cтpан ЕС классификацию, тpeбовaния и методологию yстановлeния соответствия качества портландцемента тpебoваниям стандартов.

СЕМ I- портландцемент

СЕМ II - портландцемент с минеральными добавками

СЕМ III - шлакопортландцемент

СЕМ IV - пyццoланoвый цемент

СЕМ V- композиционный портландцемент

Число означает прочность на сжатие, выpaженнyю в МПа

Латинская буква R означает, что цемент - быстpоcxватывающийся.

В отличие от пpинятoгo в РФ стандарта на цемент ГОСТ 10178-85 Европейский стандарт на цемент EN 197-1 вместо пpивычныx маpок разделяет цемент по хаpaктepистикам на классы по пpoчноcти на сжатие, для портландцемента всех классов пpочноcти, за исключением требований по прочности пpи возрасте 28 суток.

Вместо привычного цемент марки М500 Д0 обозначение цементов по европейской классификации состоит из наименования портландцемента, здесь СEM I указывает на портландцемент, СEM II указывает на портландцемент со специальными минepальными добавками; затем- обозначения портландцементов, котоpоe включает обозначение типа, а также подтипа портландцемента и в дополнение - вида содержащейся добавки, в обозначении шлак гpанyлирoвaнный мaркиpyетcя буквой Ш; пyццолана - пpoписнoй бyквoй П; смесь пуццоланы и шлака - бyквoй К (Ш-П)); класса цемента 22,5; 32,5; 42,5 или 52,5, который отражает минимальную пpочность на сжатие на 28 cyт, вМПа); также- обозначения подкласса цемента; далее- обозначения стандарта, кoтopoмy соoтвeтствyет обозначаемый цемент.

Имеются частичные соответствия междy цементами, маркиpoванными в соответствии с Евpoнopмoй EN 197-1, и соответствующими им цементами в соответствии с ГОСТ, из-за того, что отличается не только состав, но и способы испытаний.

Важным кpитepием выбоpа тех или иныx портландцементов, производимых в соответствии с нopмативным документом ЕС, могут выступать их нижеследyющие свойства по сравнению с наиболее активно используемым CEMI 42,5R являющийся аналогом ПЦ 500 Д20.

32. Свойства портландцемента. Основные физико-механические свойства

Цемент - это один из самых главных строительных материалов, без которого не обойтись в любом строительстве. Благодаря целому ряду строительно-технических свойств, цемент по праву можно назвать основополагающим строительным материалом. Давайте подробно рассмотрим основные строительно-технические свойства цемента:

1) плотность

2) водонасыщение, водопоглащение

3) Способность затвердевать

4) Неравном измен. объема связан. с наличием дефектов, трещин.

5) тонкость помола

6) марка опред. предела прочности при сжатии

7) влияние температуры на процессы тверд. и на св-ва цементного камня

8) Усадка и набухание

9) Трещиностойкость

10) ползучесть

11) тонкость помола (Определяет дисперсность цемента. При этом дисперсность цемента может выражаться либо как величина удельной поверхности, либо как остаток материала на контрольном сите. Тонкость помола цемента во многом зависит от оборудования, используемого для его производства. Кроме того, именно в процессе помола в цемент вводятся различные добавки.).

12) морозостойкость

13) Процентное содержание добавок. Показывает, сколько процентов модифицирующих добавок содержит цемент

14) Коррозиостойкость цемента. Способность цементного камня противостоять химическому и физическому воздействию агрессивной среды.

15) Тепловыделение. Указывает на количество теплоты, выделяемой цементом в ходе реакции с водой. В результате этой реакции цемент и вода образуют так называемую "цементную смесь", которая потом используется для создания бетона, штукатурки, цементных изделий и пр. Тепловыделение цемента

33. Свойства порталандцемента. Влияние температуры и добавок

Тем-ра оказывает большое влияние на скорость тв. п/ц. При темп.от 0 до 8С происх. заметное замедление твердения, по сравн. с обычным твердением. При темп.ниже 0 процессы тверд. полн. прекращаются. Чем меньше активность цемента и больше водо/цем отношение, тем медленнее идет скорость повыш. прочности. Поэтому исп. быстротверд. высокоактивный п/ц с опред. сод. клик. минералов. Повыш. темп-ры приводит к ускор. набора прочности. Но это только при наличии воды в жидком сост. Недостаток воды при повыш. темп-рысниж. прочность, а при полном испарении процессы твердения прекращаются. В связи с этим были разраб. способы обработки растворов, бетонов на п/ц.: 1) обработка тв. бетона при Т=70-75С и при атмосф. давлении с нагрев. при помощи пара,эл. энергии, и ИК-луча. 2)Обработка бетонов под давлением насыщенного пара. Во избежание испарения воды выше 100С, обработку ведут в замкнутых областях 8-10 часов. Обработку для быстротв. бетонов проводят в течение 4-6 часов. Для активизации процессов тверденияи при пониж. темпер-ах вводят добавки - ускорители тверд. Введение минеральных добавок может оказать благоприятное влияние на многие свойства бетона. Это связано либо с физическим эффектом, который проявляется в том, что мелкие частицы обычно имеют более тонкий гранулометрический состав, чем портландцемент, либо с реакциями активных гидравлических составляющих. Минеральные добавки могут оказывать влияние на состав бетонной смеси, реологические свойства пластичного бетона, степень гидратации портландцемента, прочность и проницаемость затвердевшего бетона, сопротивление трещинообразованию при тепловой обработке, уменьшение воздействия различных щелочей на кремнезем, а также на сопротивление при сульфатной агрессии.

34. Свойства портландцемента. Усадка и набухание. Трещиностойкость

Если предварительно насыщенный водой образец поместить в воздушную среду, относительная влажность которой ниже достигаемой при полном насыщении, то образец начнет высыхать. При этом вода вначале будет испаряться из крупных полостей и пор, а затем из капилляров все меньшего диаметра. Испаряться она будет до того момента, когда установится равновесие между содержанием влаги в образце и в окружающей среде. Вода может испаряться также из образца, не полностью насыщенного водой, но влажность которого выше значения, соответствующего относительной влажности окружающей среды. Вместе с высыханием образца в нем развиваются большие силы давления (сжатия), обусловливающие уменьшение объема и усадку. Эти объемные, а следовательно, и линейные деформации сопровождаются сильными напряжениями в материале, которые становятся иногда выше предела его прочности при растяжении и вызывают образование микро- и макротрещин. Чем больше воды испаряется из тела, тем интенсивнее силы давления и значительнее усадочные деформации. Осн. часть усад. деф. приход на первые 3-4 месяца. Полная стабилизация через 2 года. Если же цементный или бетонный образец с пониженной влажностью поместить в среду, относительная влажность которой выше равновесной влажности образца, то водосодержание в последнем начинает возрастать. Это сопровождается увеличением объема образца, его набуханием. Набухание также сопровождается напряжениями, но меньшей интенсивности. Трещиностойкость. Образ. трещин отриц. отраж. на долговечн. несущспособн. и внешнем виде. Трещины - рез-атнапряж. и деформаций возникающих при действии мех. нагрузок, влажн, темп. перепадов, м/у внутр. и наруж. зонами возникают температурные напряжения. Трещиностойкость может регулировать использование добавки.

35. Свойства портландцемента. Увлажнение и высушивание

Если циклы высыхания и увлажнения цементного камня или бетона многократно повторяются, сопровождаясь меняющимися по направлению процессами, усадки и набухания, то постепенно накапливаются остаточные деформации, расшатывается структура, увеличиваются объем и пористость системы, а механическая прочность и долговечность бетона снижаются.

Большое значение для выносливости системы против попеременного действия высыхания и увлажнения имеет и значение максимальной усадки, определяемой при полном высушивании водонасыщенных образцов; чем она меньше, тем более стоек материал.

Многократное попеременное увлажнение и высушивание, вызывающее снижение прочности образцов из цемента или бетона на 20--25 %, применяют в качестве одного из косвенных методов оценки их стойкости при использовании в конструкциях зданий и сооружений. Однако этот метод в значительной степени условен, так как высушиванию при 100--110°С до полного обезвоживания и последующему водонасыщению бетоны в конструкциях не подвергаются. Условия службы материалов здесь более благоприятные -- деформации усадки и набухания в конструкциях возникают под влиянием значительно меньших перепадов влажности и температуры: редки случаи, когда температура воздуха поднимается выше 50--60 °С, а относительная влажность его снижается до 10--20 % и ниже. Прибегая же к попеременному увлажнению и высушиванию цементного камня, бетона и других материалов в лабораторных условиях, по количеству выдержанных теплосмен мы получаем сравнительное представление об их стойкости к воздействию этого фактора

36. Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразования

Взаимодействие п/ц с водой приводит к образованию новых гидратных соединений, которые и определяют все основные свойства бетона (сроки схватывания, твердение, прочность). Состав новообразования зависит от химического состава клинкера и минералогического состава п/ц. Клинкерная часть состоит (обычный п/ц):

1. алит C₃S-45-60%

2. белит C₂S-10-30%

3. алюминат С₃А-5-12%

4. алюмофирит С₄AF-10-20%

5. стекловидная фаза 5-15%

6. свободный CaO до 1%

7. свободный MgO-до 5%

Алит, присутствующий в клинкере в виде твердого раствора C₃S с небольшим количеством MgOиAl₂O₃, при реакции с водой дает различные гидросиликаты кальция в зависимости от температуры среды и концентрации гидрата окиси кальция в жидкой фазе. Чем меньше концентрация СаО в окружающем водном растворе, тем меньше основность образующегося гидросиликата. Взаимодействие портландцемента с водой вначале приводит к возникновению соединений с повышенным содержанием в них гидратной воды, как 2CaO-Si0₂-₄Н₂0; ЗСаО-А1₂0₃-12Н₂0; 3CaO-Al₂0₃-3CaS0₄-31H₂0 и др. Но с течением времени твердения последние постепенно начинают разлагаться и переходить в менее обводненные гидраты. Таким образом идет процесс обратного перехода воды из твердой фазы в жидкую, сопровождаемого новым перераспределением ее между новообразованиями с поглощением при этом тепла и изменением абсолютных объемов фаз.

37. Гидратация портландцемента

Кристаллы различных минералов вступают с водой в типичные реакции взаимодействия и поэтому механизм реакции гидратации остаётся таким же как и для индивидуальных клинкерных материалов. Однако в присутствии растворимых ионов кроме входящих в состав клинкерных минералов приводит к наложению на первичную реакцию вторичных процессов. Взаимодействие продуктов гидратации между собой с образованием различных комплексных соединений и усложнения общего процесса гидратации. По структуре согласно Кельдина при гидратации клинкерных минералов и их соединений образуются вещества с различной структурой частиц:

кристаллы игольчатой и призматической формы

гексоганальные пластины

кристаллы образующие гранулы

деформированные пластинки, таблетки, чешуйки

Гидраты которые образуются в результате образования гелевидных фаз

Развитие структур высокой прочности обеспечивается гидратными соединениями или образованиями, которые кристализуются в формах способные образовывать непрерывной структуры твердеющей системы.