Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Комовая негашеная известь является полупродуктом. Если ее применяют в гашеном виде, то предварительно перерабатывают   в   гидратную   известь   (пушонку) или в известковое тесто.

Основная операция при получении этих видов извести—гашение. Оно заключается в обработке извести водой для перевода оксидов кальция и магния в их гидраты. Обычно при гашении идет самопроизвольный распад кусков извести на тонкодисперсные частички размером не более 5—20 мкм. Чем дисперснее частички гашеной извести, тем пластичнее получаемое из нее тесто и тем более ценными строительными свойствами оно обладает.

Высокая пластичность (жирность) теста определяется содержанием в нем тончайших фракций гидроксида кальция и магния  (0,02—0,5 мкм).

В гашеной извести должны отсутствовать непогасившиеся частицы оксидов кальция и магния, которые при последующей гидратации в затвердевших растворах и бетонах могли бы отрицательно влиять на их качество. Поэтому при гашении извести необходимо стремиться к полному переводу оксидов кальция и магния в их гидраты Са(ОИ)2 и Mg(OH)2 и к получению продукта с максимальной дисперсностью частичек. Для этого необходим выбор рациональных технологических приемов.

Гашеная известь (пушонка). Процесс гашения представляет собой взаимодействие извести с водой: CaO-f-+И2О^Са(ОИ)2.

При гашении извести выделяется значительное количество теплоты, составляющее 65 кДж на 1 моль, или 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. При этом температура гасящейся извести может достигать таких значений, при которых возможно не только кипение воды, но и возгорание дерева. Само название негашеной извести — из-весть-кипелка обусловлено способностью ее выделять большое количество теплоты, вызывающей кипение воды.

Реакция гидратации оксида кальция обратимая. Ее направление зависит от температуры и парциального давления водяных паров в окружающей среде. Упругость диссоциации гидроксида кальция достигает атмосферного давления при 547°С. Однако частичная дегидратация возможна и при более низких температурах (300—350 °С) с образованием вторичного оксида кальция, обычно уплотненного и плохо гасящегося в дальнейшем, поэтому для быстрого и полного гашения извести необходимо присутствие воды или насыщенных водяных паров.

Нельзя допускать перегрев материала, который обусловливает также получение гидроксида кальция в виде укрупненных агрегатов. Чем выше температура гашения извести (особенно паром) в гидратную известь-пушонку, тем крупнее и прочнее образующиеся агрегаты гидроксида кальция, почти не способные в дальнейшем в смеси с водой распадаться на тончайшие частички и давать высокопластичное тесто. При гашении извести в тесто целесообразно устанавливать температуру гасящейся массы в пределах 60—80 °С с тем, чтобы, с одной стороны, не было перегрева материала, а с другой —процесс взаимодействия извести с водой протекал бы достаточно интенсивно и скоро. Предотвращению перегрева, особенно местного, в толще кусков способствуют также применение измельченной извести (до 1 —10 мм), перемешивание во время гашения и, наконец, установление оптимального количества воды для гашения в соответствии со свойствами извести. Перемешивание материала предотвращает также возможное образование пленок Са(ОН)2 на частицах оксида кальция и прекращение ее гидратации. Воду нужно вводить в материал в полном объеме или отдельными дозами с тем, чтобы удерживать температуру массы в указанных пределах.

При гашении извести в порошок необходимо также избегать перегрева продукта выше 100°С, особенно при гашении высокоактивных быстрогасящихся. видов извести.

Механизм взаимодействия оксида кальция с водой заключается в следующем. Гедин и Торен полагают, что оксид кальция вначале растворяется в воде и в результате реакции образуется гидроксид кальция, выпадающий в осадок. При гашении же извести паром происходит твердофазовая реакция, при которой молекулы воды, непосредственно присоединяясь к оксиду кальция, образуют гидроксид. Д. Бирс и Т. Торвальдсон с помощью меченых атомов уточнили механизм реакции, показав его зависимость от свойств извести. По их данным, силь-нообожженная известь при гашении избытком воды почти вся гидратируется в жидкой фазе с переходом оксида кальция в раствор. У извести же мягкообожженной, отличающейся большой пористостью и высокоразвитой внутренней поверхностью, основная масса оксида кальция (до, 65%) гидратируется внутри пор без поступления ионов кальция в раствор. Таким образом, механизм взаимодействия оксида кальция с водой зависит от условий, в которых протекает реакция образования гидрокснда кальция (свойства извести, агрегатное состояние воды — жидкость или пар, значение водоизвестково-го отношения и др.).

Объем образующейся гидратной извести в 2—2,5 раза превышает объем исходной негашеной извести за счет значительного увеличения размера пустот между отдельными частицами. Это можно подтвердить следующим расчетом. Молекулярный объем оксида кальция плотностью 3,4 г/см3 составляет 56 : 3,4яз 16,5, а воды — 18 ; 1== = 18 см3. Следовательно, суммарный молекулярный объем исходных веществ равен 34,5 см3. Для образующегося гидрокснда кальция плотностью 12,23 г/см3 он составит 74 : 2,23^33,2 см3. Следовательно, при образовании гидрокснда кальция происходит контракция, увеличение же его внешнего объема обусловлено приращением объема пустот между частицами гидратной извести.

Теоретически для гашения извести необходимо 32,13% воды по массе СаО. Практически при гашении в порошок вводят в среднем 60—80 % воды по массе из-вести-кипелки. Это обусловлено тем, что при гашении часть воды испаряется, а некоторое количество ее (3— 5%) расходуется на смачивание образующегося порошка гидрокснда кальция.

При гашении извести в тесто расход воды увеличивают до 2—3 ч. по массе на 1 ч. извести-кипелки. При большем количестве воды получают известковое молоко, а при значительном избытке — известковую воду. Чем выше содержание в извести СаО, чем умереннее температура обжига, тем больше воды необходимо брать для гашения.

Оксид магния, полученный обжигом при 900—1000°С, относительно быстро взаимодействует с водой, переходя в Mg(OH)2. Пережженный оксид магния (периклаз) при обычных условиях гашения не гидратируется и гасится лишь в измельченном виде насыщенным паром в автоклавах под давлением 0,8—1,5 МПа (изб.).

В гашеную известь (пушонку или тесто) попадает часть силикатов, алюминатов и ферритов кальция (другая часть выделяется при гашении в отходы вместе с недожогом). В строительных растворах и бетонах эти соединения со временем переходят в соответствующие гидраты, способствуя повышению прочности и водостойкости получаемых материалов.

Заметно ускоряют или замедляют скорость гашения извести некоторые вещества. В частности, гидратацию ускоряют, вводя в воду для гашения хлористые соли в количестве 0,2—1 % (СаС12, NaCl и др.). Сернокислые соли (гипс, Na2S04 и др.), а также некоторые поверхностно-активные вещества (СДБ, мылонафт и др.) замедляют скорость гашения.

Гидроксид кальция образуется обычно в виде гексагональных пластинок со слоистой кристаллической решеткой. При быстром процессе взаимодействия активной быстрогасящейся извести с водой гидроксид кальция возникает в виде дисперсных частичек, склонных к образованию агрегатов. Известь высокого температурного обжига, относительно медленно реагирующая с водой, дает более крупные кристаллы Са(ОН)2. Поверхность частичек гидрата заряжена положительно, что, несомненно, благоприятно для взаимодействия его с кварцем или другими кремнеземистыми веществами, поверхность частичек которых заряжена отрицательно.

Растворимость Са(ОН)2 в воде в некоторой мере зависит от величины кристаллов. Растворимость кристаллов размером 1 мкм превышает растворимость крупных кристаллов в 1,032 раза, размером 0,1 мкм—г в 1,368 раза, размером 0,01 мкм — в 13,68 раза. Растворимость гидроксида кальция в присутствии солей NaCl, CaCl2s MgCl2, Ca(N03)2 и т.д. несколько увеличивается; в присутствии же гипса, а также Na2S04 она уменьшается.

Гидроксид кальция, по данным ряда исследований, может присоединять воду с образованием кристаллогидратов различного состава: Са(ОЫ)2-6Н20, Са(ОН)2-' •4Н20, Са(ОН)2-0,5Н2О, устойчивых лишь при пониженных температурах.

С избытком воды гидроксид кальция образует суспензию, характеризующуюся свойствами коллоидных систем и, в частности, тиксотропией — способностью разжижаться под влиянием механических воздействий и'загустевать после их прекращения. Образование известкового теста со свойствами коллоидных, систем объясняется наличием в нем высокодиспериых частичек Са(ОН)2 размером 0,02—-0,5 мкм, адсорбирующих на своих поверхностях молекулы воды и образующих мицеллы.

В заводских условиях гидратную известь получают по следующей технологической схеме ( 14). Комовую негашеную известь со склада направляют в дробилку и измельчают до частиц размером не более 5--10 мм, а при большом содержании оксида магния — размером не более 3—5 мм. Для дробления извести применяют молотковые, а в последнее время ударно-центробежные дробилки, работающие в замкнутом цикле с ситами. При сильно пережженной извести, полученной из прочного известняка, целесообразно использование конусных дробилок.