Материал: Химико-физические свойства извести

Эти печи представляют собой вертикально смонтированные усеченные металлические конусы, соединенные основаниями друг с другом и офутерованные с внутренней стороны огнеупорным материалом. Высота печи составляет около 20 м. С верхней части печи через загрузочный механизм загружаются послойно при пересыпном способе куски известняка размером от 5 до 20 см и твердое топливо (кокс). Под собственным весом вся загрузочная масса продвигается вниз печи навстречу горячим газам и обжигается в зоне сгорания топлива при температуре от 800 до 1 000°С, поступая в выгрузочную часть печи. На выходе из печи получают обожженный продукт в виде кусков от белого до серого цвета, который называют комовой известью "кипелкой". При нагревании углекислый кальций диссоциирует по реакции:

СаСО₃ = СаО + СO₂ (4)

Оксид кальция является основой извести, в состав которой помимо СаО входит оксид магния и различные примеси, которые содержались в известняке. По содержанию оксида магния в комовой извести она подразделяется:

- на кальциевую - до 5 % MgO;

- магнезиальную - до 20 %;

- доломитизированную - до 40 %.

Одним из основных требований к растворам и бетонам является получение однородной структуры с распределением вяжущего в ней в виде тонких слоев, что приводит в общем случае к получению материала с максимальной прочностью. Естественно, добиться такого распределения вяжущего в случае использования комовой извести - задача весьма проблематичная, поэтому комовая известь является, по сути дела, полуфабрикатом, который необходимо перевести в состояние, когда оно могло быть легко и равномерно перемешано с заполнителями.

На практике это достигается двумя путями: химическим и механическим. Химический путь заключается в затворении комовой извести «кипелки» водой, при этом можно получить три вида продуктов перевода:

- порошкообразную гидратную известь "пушонку";

- известковое тесто;

- известковое молоко.

Для получения порошкообразной извести "пушонки" комовую известь затворяют водой, количество которой принимают из расчета, чтобы воды хватило только на химическую реакцию, которая протекает по схеме

СаО + Н₂O = Са(ОН)₂ (5)

В производственных условиях гидратную известь "пушонку" получают гашением в специальных аппаратах, называемых гидраторами. Такая известь с заполнителями перемешивается в сухом состоянии и затворяется водой. При затворении комовой "кипелки" большим количеством воды, больше чем необходимо на химическую реакцию, получается известковое тесто, которое представляет собой пластичную массу, содержащую около 50 % воды и 50 % гидратной извести «пушонки». Известковое молоко получается затворением комовой извести еще большим количеством воды, чем для получения теста. Второй путь - механический, состоит в помоле комовой извести в тонкий порошок, т. н. известь молотую "кипелку", основой которой является, также как и комовой извести, оксид кальция. [1]

4. Твердение извести

При смешивании гидратной «пушонки» с заполнителями и затворении смеси водой или при перемешивании теста с заполнителями происходят физико-химические процессы, в целом отличные от других минеральных вяжущих, а именно: известковое тесто - коллоидный раствор, полученный при затворении комовой «кипелки» или «пушонки» водой. Этот раствор представляет систему с коагуляционной структурой, связь между частицами которой обусловливается межмолекулярными силами взаимодействия, действующими через тонкие прослойки воды.

Для перехода системы к кристаллизационной структуре необходимо, чтобы вода из системы была удалена и частицы сблизились на расстояние ионных радиусов. А так как испарение воды при нормальной температуре из теста происходит медленно, то и процесс твердения извести замедленный.

Чтобы ускорить его, необходимо повышение температуры среды, что практически трудно осуществить. Однако советский ученый И. В. Смирнов решил эту задачу путем применения молотой извести «кипелки».

При затворении молотой извести процесс твердения идет по гидратационной схеме, т. е. стадии растворения и гидратации, коллоидации и кристаллизации развиваются непрерывно. Причем, в стадии растворения и гидратации выделяется большое количество тепла, которое ускоряет процесс испарения воды из теста или раствора, тем самым увеличивая скорость нарастания прочности. Исследованиями установлено, что строительные растворы, приготовленные на известковом тесте или на извести «пушонке», набирают в месячном возрасте 0,7-1,0 МПа, в то время как на молотой «кипелке» - 2,7-3,0 МПа. Независимо от применяемого вида извести процесс набора прочности растворов на этом не прекращается.

Весь процесс набора прочности известковых растворов проходит в три стадии. На первой стадии, которая длится месяц, прочность раствора обусловливается образованием кристаллического сростка гидроксида кальция, химизм образования которого происходит по реакции

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ (6)

Затем наступает стадия упрочнения кристаллического сростка Са(ОН)₂ за счет карбонизации его углекислотой, присутствующей в атмосфере по реакции

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О (7)

При этом в процессе карбонизации выделяется химически связная вода, почему в первоначальные 1-2 года эксплуатации зданий оштукатуренные стены известковыми растворами остаются влажными. В этом процессе взаимодействия гидроксида кальция с углекислотой образуется плотный слой карбоната кальция, примерно толщиной 1-2 мм, который затрудняет доступ СО₂ вглубь раствора. Однако и этот слой значительно повышает прочность раствора.

И, наконец, на третьей стадии, которая длится десятки, сотни лет, раствор продолжает набирать прочность за счет взаимодействия кристаллического Са(ОН)₂ с кремнеземом песка, образуя при этом гидросиликат кальция по реакции

Са(ОН)₂ + SiО₂ = CaO·SiО₂·H₂О (8)

Полученное соединение обладает высокой прочностью и становится водостойким. Имеются примеры, которые свидетельствуют, что при разрушении зданий, просуществовавших 90-100 лет, кирпичная кладка разрушается по кирпичу, а не связывающему ее известковому раствору. [1]

Известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора Са(ОН)₂ и нерастворившихся мельчайших частиц извести. По мере испарения из него воды образуется пересыщенный раствор Са(ОН)₂, из которого выпадают кристаллы, скрепляющие отдельные частицы в единый монолит. Поэтому известковое тесто, защищенное от высыхания, неограниченно долго сохраняет пластичность, т. е. у извести отсутствует процесс схватывания.

Затвердевшее известковое тесто при увлажнении вновь переходит в пластичное состояние, т. е. известь - неводостойкий материал.

На воздухе известь реагирует с углекислым газом, образуя нерастворимый в воде и довольно прочный карбонат кальция, т. е. обратно переходит в известняк:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСОз + Н₂О (9)

Этот процесс называют карбонизацией, он протекает длительное время. При карбонизации выделяется вода, поэтому каменную кладку и штукатурку на известковых растворах подвергают сушке.

Для получения водостойкого материала к извести добавляют активные гидравлические добавки: золы ТЭС, доменный шлак, молотую пемзу и др. Последние содержат аморфные кремнезем SiO₂ и глинозем Аl₂О₃, которые способны в присутствии воды образовывать с известью нерастворимые гидросиликаты и гидроалюминаты:

Са(ОН)₂ +SiO₂ + Н₂О =nСаО • SiO₂ •mН₂О (10)

Твердение сопровождается значительным уменьшением объема известкового теста - усадкой, поэтому известь применяют в смеси с заполнителем - песком.

исунок 2. Схема получения, гашения и твердения воздушной извести.[7]

5. Гидравлические известосодержащие вяжущие

Низкая водостойкость извести всегда побуждала людей искать пути ликвидации этого недостатка. Еще в Древнем Риме был найден способ получения водостойкого вяжущего на основе извести. Помог римлянам вулкан Везувий. При добавлении вулканического пепла к извести образующаяся смесь после твердения на воздухе в течение 7…14 суток далее могла твердеть в воде (более того, именно влажные условия были обязательны для набора прочности). Это было первое гидравлическое вяжущее. Добавки из вулканических пород (пепла, туфа и т. п.) впоследствии получили название гидравлические или пуццолановые (по названию местечка у подножия Везувия, где они добывались).[7]

5.1 Смешанные вяжущие вещества

Смешанные вяжущие получают совместным измельчением негашеной извести (10…30 %), гидравлической добавки (85…70 %) и гипса (до 5 %). В качестве добавки используют горные породы, содержащие активный кремнезем: вулканический пепел, пемзу, туф, диатомит, трепел и др. Такие вяжущие называют известково-пуццолановыми. Если в качестве добавки взят доменный гранулированный шлак, то эти вяжущие называют известково-гилаковыми. Известесодержащие гидравлические вяжущие на начальной стадии (до 7 сут.) должны твердеть в сухих условиях, а затем - во влажных

Известесодержащие гидравлические вяжущие применяют для приготовления растворов для кладки подземных частей зданий и бетонов. Срок хранения таких вяжущих из-за наличия в них негашеной извести не должен превышать 30 сут., причем их необходимо обязательно предохранять от увлажнения

Марки вяжущего - 75 и 100, начало схватывания - не ранее 45 мин, конец - не позднее 12ч. Вяжущее применяют для изготовления неармированных бетонов класса В 12,5 и ниже и неармированных строительных растворов (кладочных, штукатурных и облицовочных) для малоэтажного строительства.[7]

.2 Строительная гидравлическая известь

Строительная гидравлическая известь - вяжущее, получаемое в результате умеренного обжига при температуре 900… 1100 °С мергелистых известняков с содержанием в них глины и песчаных примесей от 6 до 20 %. В результате обжига образуется не только свободная известь СаО, но и ее химические соединения с оксидами глины - силикаты, алюминаты и ферриты кальция, способные твердеть не только на воздухе, но и в воде.

Известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка плотностью 2500…2900 кг/м³, при просеивании которого остаток на сите N 008 не должен превышать 10 %. Характеристикой сырья и готовой извести является гидравлический модуль т - отношение содержания оксида кальция к суммарному содержанию диоксида кремния, оксида алюминия и оксида железа:

т = %(СаО) / %(SiO₂ + Аl₂О₃ + Fе₂О₃) (11)

Для гидравлической извести этот модуль колеблется в широких пределах: от 1,7 до 9. Стандарт различает слабогидравлическую (т - 4,5…9) и сильногидравлическую (т = 1,7…4,5) известь. Если продукт обжига имеет гидравлический модуль более 9, его считают воздушной известью, если менее 1,7 - относят к романцементу (т = 1,1… 1,7).

Обычную гидравлическую известь применяют для приготовления штукатурных и кладочных растворов, высококачественную - в бетонах низких марок и шлакобетоне как в сухой, так и во влажной среде. Растворные смеси на гидравлической извести менее пластичны и подвижны, чем растворы на воздушной извести. Зато твердеют они быстрее и равномерно, получаются плотными, водо- и морозостойкими, предел прочности при сжатии их достигает 5 МПа. Растворы и бетоны на гидравлической извести после укладки их в конструкцию необходимо выдержать в воздушно-влажной среде около двух недель и только после этого помещать в воду.

На строительную площадку гидравлическую известь в виде готового порошка доставляют в цементовозах, бумажных битуминизированных или многослойных мешках. Комовую гидравлическую известь гасят в известегасилках, в которых гашение совмещается с помолом, так как при гашении в творилах образуется много отходов в виде непогасившихся частиц.[7]

6. Применение, хранение, транспортировка извести

Строительная воздушная известь широко применяется для кладочных и штукатурных, простых и сложных растворов. Ее используют для производства изделий автоклавного твердения: силикатного кирпича, плотных и ячеистых армированных и неармированных изделий в виде блоков, панелей, маршей лестничных клеток, балок и т. п.

Транспортируют комовую известь навалом, предохраняя ее от попадания влаги, а молотую - в закрытой таре. Хранение комовой извести осуществляется в закрытых складах, гидратная "пушонка" также хранится в этих же складах, но упакованная в крафтовых или бумажных мешках. Молотую "кипелку" рекомендуется хранить не более месяца.[1]

Гидравлическую известь используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, пригодных для эксплуатации в сухих и влажных средах, легких и тяжелых бетонов, низких марок, фундаментов и сооружений, подвергающихся действию воды. Все виды извести применяют также в химической промышленности (для получения хлорной извести, соды, нейтрализации кислот и кислых газов в промышленных сбросах и др.), металлургии (флюсы, при выплавлении чугуна из железных руд), сахарном производстве (для очистки свекловичных соков), сельском хозяйстве (для известкования почв,) и др. Кроме того, известь широко используется для производства силикатного кирпича и силикатных автоклавных изделий. [6]

Строительную воздушную известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, работающих в сухих условиях, силикатного кирпича, ячеистобетонных изделий автоклавного твердения, известковых красок, смешанных гидравлических вяжущих и других материалов.

Молотую известь с активными минеральными добавками применяют в штукатурных растворах для подземной части зданий и в растворах, твердеющих во влажных условиях.

Воздушная известь всех видов - довольно сильная щелочь. Поэтому при работе с ней необходимо принимать меры, предотвращающие контакт извести с открытыми участками кожи и особенно дыхательными путями и глазами.[7]

строительный известь гидравлический вяжущий

Заключение

Известь - вяжущий материал, получаемый обжигом и последней переработкой известняка, мела и др. известково-магнезиальных горных пород. В зависимости от химического состава и условий твердения известь подразделяют на воздушную, твердеющую в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, которая твердеет на воздухе и в воде. В зависимости от содержания в породе MgO различают следующие виды извести: кальциевую (содержит до 5% по массе MgO), магнезиальную (5-20%) и доломитовую (20-40%). В зависимости от способа обработки обожженного продукта получают негашеную комовую (кипелка), негашеную молотую и гашеную (гидратную) известь, или пушонку, а также известковое тесто. По скорости гашения различают быстрогасящуюся (длительность процесса не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся известь (более 25 мин).

1) http://forpsk.ru/index.php/stati/materialy/24-mineralnye-vyazhushchie-veshchestva/12-obshchie-svedeniya-o-mineralnyz-vyazhushchikh

2)      http://gardenweb.ru/neorganicheskie-vyazhushchie-veshchestva

3) http://vuz-referat.ru/book/106-materialovedenie-referat/7-mineralnye-vyazhushhie-veshhestva.html

4)      http://msd.com.ua/stroitelnye-materialy/vozdushnye-vyazhushhie-veshhestva/

5)      https://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%FF%E6%F3%F9%E8%E5_%E2%E5%F9%E5%F1%F2%E2%E0

6)      http://www.edudic.ru/hie/2182

) http://tehlib.com/stroitel-ny-e-materialy/vozdushnaya-izvest-gidravlicheskie-iz/