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

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

До недавнего времени воздушную известь применяли в строительстве только в гашеном виде. В 30-х годах И. В. Смирнов предложил применять известь в тонкоизмельченном негашеном виде. Он, а затем Б. В. Осип показали, что при определенных условиях возможно гидратное твердение негашеной извести, т. е. твердение при взаимодействии с водой с образованием гидроксида кальция подобно твердению портландцемента или гипса при реакции с водой с возникновением гидратных новообразований.

Тонкоизмельченная негашеная известь имеет ряд преимуществ при изготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошка или теста. В этом случае нет отходов и все компоненты тоикоизмельченной извести рационально используются во время твердения (в том числе силикаты, алюминаты, ферриты и карбонат кальция). Молотая негашеная известь характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь. Удельная поверхность молотой негашеной извести обычно значительно меньше удельной поверхности гидратной извести, поэтому требуемую удобоукладываемость растворной или бетонной смеси на молотой негашеной извести получают при пониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных и бетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Кроме того, негашеная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Как известно, оксид кальция при переходе в гидрат связывает 32,13 % воды. Все это способствует получению растворов, бетонов и изделий на молотой негашеной извести повышенной плотности и прочности по сравнению с получаемыми на гашеной извести.

При гидратном твердении молотой негашеной извести 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.

Указанные преимущества молотой негашеной извести способствуют ее применению в производстве различных строительных материалов и изделий.

Благоприятные результаты при гидратном твердении молотой негашеной извести можно получить лишь при следующих условиях: применение извести тонкого пр'мо-ла; соблюдение определенного водоизвесткового отношения; отвод теплоты или использование  других приемов, не допускаюш.их разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды (особенно при кипении); прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определенном этапе гидратации извести.

Негашеную известь следует измельчать до удельной поверхности 3500—5000 см2/г, причем остаток иа сите № 02 должен быть близким к нулю, а на сите № 008 не превышать 4—6 %.

Количество пережога в молотой негашеной извести не должно превышать 3—5 % Твердение негашеной извести протекает нормально при содержании воды в растворной или бетонной смеси в пределах 100—150 % по массе извести. При малом содержании воды (60—80 % по массе извести) температура резко повышается, разрыхляется структура, препятствуя схватыванию и твердению массы. При гидратации нормально обожженной извести практически в течение первого часа после за-творения ее водой выделяется 1160 кДж теплоты на 1 кг оксида кальция. Для предупреждения интенсивного разогревания смеси несколько увеличивают расход воды, охлаждают ее, частично гасят известь перед применением п т. п. Одним из простых способов является замедление скорости гидратации, а следовательно, и интенсивности тепловыделения с помощью добавок гипса, сульфата натрия, СДБ и т.д., вводимых в воду для гашения в количестве 0,2—1,5 %.

Замедление скорости гидратации при добавках 2—-5 % гипса по массе извести объясняют образованием пленок гидрокснда и сульфата кальция на поверхности еще не прореагировавших частичек оксида кальция.

В тех случаях, когда известь, наряду с очень активными частичками оксида кальция, содержит медленно гасящиеся частички пережога, целесообразно в соответствии с.рекомендациями Б. Н. Виноградова применять комбинированную добавку, состоящую из замедлителя и ускорителя гашения. Ускоритель в составе добавки действует преимущественно на пережженные частички, значительно ускоряя их гашение и обеспечивая их превращение в гидрат до твердения системы. Так влияет, например, смесь СДБ и хлористого кальция. Необходимое количество добавок нужно устанавливать опытным путем для каждой партии извести с учетом ее свойств.

На практике помогает двухступенчатое перемешивание растворных или бетонных смесей на молотой негашеной извести, заключающееся в следующем. Вначале смесь извести с заполнителями и водой, взятой в количестве 80—90 %, перемешивают 2—3 мин и затем выдерживают 0,5—1 ч. При этом гидратируется наиболее активная часть извести, что сопровождается интенсивными объемными деформациями. После такой выдержки, продолжительность которой в зависимости от извести уточняют опытным путем, смесь вторично перемешивают с остальной частью воды и укладывают в формы (при изготовлении изделий). В формах в спокойном состоянии и протекает твердение бетона, обусловливаемое гидратацией еще непрореагировавшей части оксида кальция. Возникающие при этом деформации уже не столь интенсивны и не разрушают изделия.

А. В. Болженский и 10. В. Ефремов разработали радикальный метод устранения нежелательных деформаций, возникающих при взаимодействии негашеной извести с водой, с помощью добавок, вводимых в смесь при совместном тонком сухом измельчении компонентов. Содержание добавок в смеси определяется предварительными опытами в зависимости от свойств извести и добавки.

Молотую негашеную известь в чистом виде или с активными минеральными добавками получают по схеме, показанной на  19. Комовую известь, подаваемую со склада, подвергают дроблению, как правило, на ударно-центробежных дробилках до частиц размером не более 5—10 мм и затем тонко измельчают без добавок или, что рациональнее, совместно с какой-либо активной минеральной добавкой. Такими добавками служат доменные или топливные гранулированные шлаки, золы от пылевидного сжигания топлива, горелые породы, пуццоланы вулканического или осадочного происхождения и т. п. При их отсутствии и использовании молотой извести в производстве автоклавных материалов возможен помол извести с кварцевым песком. Одновременно для некоторого замедления скорости гашения рекомендуется вводить двуводиый гипс (~3—5%  по массе извести).

Активные минеральные добавки увеличивают водостойкость растворов и бетонов на смешанном вяжущем и способствуют значительному повышению прочности при твердении вследствие образования гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция. Добавки в виде кусков подвергают мелкому дроблению.   Если они содержат более 4—5 % влаги, то их сушат до влажности 1—3 % во время дробления в молотковой или ударно-центробежной дробилке. Прочные абразивные добавки сушат во вращающихся барабанах.

Вопросы тонкого измельчения извести, особенно с добавками различной твердости, разработаны еще недостаточно. При выборе мельниц и схем для помола негашеной извести следует в первую очередь учитывать степень ее обжига (мягко-, средне- или сильнообожженный продукт), а также наличие недожога, пережога и твердых включений. Средне- и сильнообожженную известь предпочтительно измельчать, воздействуя на ее частицы ударом и истиранием, что и происходит в шаровых мельницах. Однако склонность таких частиц к агрегации, причем тем большая, чем мягче обожжена известь, требует, во-первых, коротких мельниц; во-вторых, быстрого выведения тонких фракций из общей массы измельчаемого продукта и, в-третьих, применения способов, уменьшающих агрегацию частиц.

В связи с этим в производстве молотой извести применяют обычно шаровые мельницы с отношением диаметра барабана к его длине от 1 : 1 до 1 :2 (последнее для сильнообожженных известей). Такие мельницы работают в замкнутом цикле с сепаратором, выделяющим частицы требуемых размеров. Иногда в помольных установках размещают последовательно два сепаратора, что увеличивает их призводительность. Мельницы работают обычно с коэффициентом заполнения шарами (размером 60—30 мм) 25—30%. Степень же заполнения межшарового объема материалом достигает 45—65 %. Мельницы диаметром 1,8 м и более при измельчении среднеобож-женных известен работают обычно при числе оборотов около 0,7 критического, когда проявляется преимущественно истирающее действие шаров на материал. Однако подбор шаров по размерам, степень заполнения мельницы мелющими телами, число оборотов барабана и другие факторы уточняются опытным путем с учетом свойств измельчаемого материала и вида мельницы.

Большое влияние на работу помольной установки оказывает также вентиляция барабанов, назначение которой отводить образующуюся в процессе помола теплоту, предотвращать выход пыли из системы и замазывание выходных отверстий. Температура материала при помоле не должна превышать 50—75 °С.

Склонность тонких частичек извести к агрегации сильно влияет на производительность мельницы. Частички налипают на мелющие тела, что связано с дополнительными затратами энергии на разрушение агрегатов; ухудшается и текучесть материала. Причины агрегации до сих пор недостаточно выяснены. Вероятнее всего это следствие взаимодействия частичек под влиянием молекулярных сил. Уже при выдерживании извести после обжига на складах в течение нескольких суток способность ее к агрегации при помоле значительно уменьшается. По-видимому, в это время поверхностная энергия наиболее активных участков на ней и внутренней поверхности частичек извести затрачивается на адсорбцию паров воды, а отчасти и углекислоты из воздуха. Налипание извести уменьшается при добавке во время помола небольшого количества песка, шлака и т. п.

При измельчении извести на новых поверхностях также образуются активные участки со свободной поверхностной энергией, способствующей агрегации частичек. В этом случае устранению нежелательных явлений способствует введение в мельницы определенного количества воды в виде смеси ее паров с воздухом или в тонко-распыленном капельножидком состоянии. Способ подачи воды и ее количество зависят от свойств измельчаемой извести,   а также  от  влажности   и температуры   окружающей среды. При помоле высокоактивных мягкообожженных известей предпочтительно вводить воду в мельницы в капелыюжидком состоянии. Подачу воды нужно точно регулировать во избежание реакции ее с оксидом кальция и образования гидрата, который уже при содержании 3—4 %  вызывает комкование материала.

Воздействовать на активные участки частичек извести со свободной поверхностной энергией целесообразно также с помощью поверхностно-активных гидрофобных добавок, вводимых при помоле.

Следует упомянуть и о другой гипотезе, по которой причиной агрегации частичек извести является образование на отдельных точках их поверхности электростатических зарядов вследствие трения во время помола. Адсорбция воды на поверхности частичек, и появление токопроводящих растворов гидроксида кальция способствуют устранению этих зарядов и, следовательно, ликвидируют причину агрегации. Не исключено, что агрегация частичек извести возникает под влиянием нескольких причин.

Совместный помол извести с добавками в шаровых мельницах, работающих по замкнутому циклу, эффективен при условии близости показателей плотности и раз-малываемости извести и добавки. Если эти показатели значительно различаются, то более мягкий материал переизмельчается и даже нарушается требуемое соотношение между ними. В этом случае целесообразна организация раздельного помола компонентов с последующим их тщательным смещением. Возможен также совместный помол в шаровых мельницах, работающих по открытому циклу «на проход».

При необходимости получить известь очень тонкого помола (удельная поверхность 5000—7000 см2/г и более) применяют вибрационные мельницы. Известь предварительно измельчают до крупки размером не более 2 мм.

Тонкость помола характеризуют обычно по остаткам на ситах № 02 и 008 и по значению удельной поверхности. По ГОСТ 9179—77 допускаются остатки на указанных ситах соответственно до 1 и 15 %. Однако заводы выпускают продукт, характеризующийся остатком на сите № 008 до 2—7 %. Это соответствует удельной поверхности в пределах 3500—5000 см2/г, определяемой на приборах Гипроцемента, ПСХ-2   и др.   Мягкообожженные извести имеют более высокие показатели удельной поверхности. Следует отметить, что наличие в молотой негашеной извести даже относительно небольших количеств гидроксида кальция (более 3—4%) уже искажает данные об удельной поверхности, определяемой с помощью указанных приборов.

Насыпная плотность молотой извести колеблется обычно в пределах 800—1200 кг/м3. Чем мягче обожжена известь и чем тоньше измельчена, тем она меньше.

Современные помольные установки характеризуются самой различной производительностью: от 3—5 до 20— 30 т/ч и более. Общий расход электроэнергии на помол до удельной поверхности 3500—5000 см2/г в зависимости от степени обжига извести равен 15—25 кВт-ч на 1 т продукта. На собственно измельчение в мельницах расходуется 12—20 кВт-ч, на приведение в движение элеваторов, сепаратов и других механизмов — 3—5 кВт-ч.

Молотую негашеную известь хранят на складах с механизированной загрузкой и выгрузкой продукта. Длительность хранения не должна превышать 5 — 10 сут во избежание значительной гидратации и карбонизации оксида кальция. Известь отправляют потребителю в битуминизированных мешках, контейнерах либо в специально оборудованных вагонах, а также в автоцементовозах. Для упаковки в мешки следует использовать современные упаковочные машины со встряхивающими устройствами. Хранить негашеную известь в мешках нужно не более 15 сут, так как продолжающаяся гидратация извести с увеличением объема материала может привести к разрыву тары.