ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ПРОИЗВОДСТВО



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ПРОИЗВОДСТВО



 

Гипсовые вяжущие материалы— воздушные вещества, получае­мые из гипсового камня или ангидрита. По своим технико-экономи­ческим показателям они относятся к эффективным строительным материалам, что обусловлено огромными запасами природного сы­рья, относительно низким расходом топлива при их получении, ко­роткими сроками схватывания и твердения. Весь технологический цикл изготовления изделий на основе гипсовых вяжущих веществ можно осуществлять в заводских условиях.

Подготовка сырья заключается в его тонком измельчении либо в грубом дроблении до размеров щебня или более крупных кусков (до 70—300 мм), что зависит от типа аппарата для последующей тепловой обработки. Основной операцией является обжиг сырья с целью частичной или полной его дегидратации. Он может быть низ­ко- и высокотемпературным.

При низкотемпературной тепловой обработке сырья в аппара­тах, сообщающихся с атмосферой (например, в открытых варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных печах и др.), в которых тем­пература поддерживается на уровне 110—180°С, продукт обжига становится полуводным гипсом CaSO4∙0,5H2O. Эта разновидность продукта обжига называется гипсом β-модификации и при измель­чении его в тончайший порошок образуется вяжущее вещество, на­зываемое строительным гипсом (рис. 9.1).

При низкотемпературной тепловой обработке сырья в гермети­чески закрытых аппаратах (пропарниках, автоклавах и др.), в кото­рых температура поддерживается на уровне 95—100°С, а давление пара — повышенное, равное 0,15—0,3 МПа (в автоклавах до 0,6 МПа), продукт после частичной дегидратации также становится полугидратом CaSO4∙0,5H2O, но другой, α-модификации (хорошо просушенного и охлажденного полугидрата). При измельчении в тончайший порошок образуется вяжущее вещество, называемое вы­сокопрочным гипсом. Тот же эффект получается при тепловой об­работке (кипячении) сырья в водных растворах некоторых солей, например хлористых кальции и магнии.

 

Рис. 9.1. Схема производства строительного гипса с применением варочных котлов: 1 — мостовой грейферный кран; 2 — бункер гипсового камня; 3 — лотковый питатель; 4 — щековая дробилка; 5 — ленточные конвейеры; 6 — бункер гипсового щебня; 7 — тарельчатый пита­тель; 8 — шахтная мельница; 9 — сдвоенный циклон; 10 — батарея циклонов; 11 — вентилятор; 12 — рукавные фильтры; 13 — пылеосадительная камера; 14 — шнеки; /5 — бункер сырого моло­того гипса; 16 -— камера томления; 17 — гипсоварочный котел; 18 — элеватор; 19 — бункер гото­вого гипса; 20 — скребковый конвейер

 

Различие между обеими модификациями низкотемпературного гипса состоит -преимущественно в размере и характере кристаллов: кристаллы α-модификации — крупные в виде длинных прозрачных игл или призматические, которые формировались в условиях капе­льножидкой водной среды, кристаллы β-модификации — мелкие с нечетко выраженными гранями. Если первые кристаллы полностью обезвоживаются только при температурах 200—210°С, то вторые достигают этого уже при температурах 170—180°С. В обоих случаях обезвоживания не наблюдается видимых изменений в кристалличе­ских структурах. Обезвоженные полугидраты имеют ту же кристал­лическую решетку, что и полугидрат. Для производства высоко­прочного гипса требуется сырье (камень) первого сорта.

Качественные характеристики получаемых двух видов гипса не одинаковы по ряду показателей. Строительный гипс — порошок бе­лого цвета плотностью 2,2—2,5 г/см3. Его средняя плотность в рых­лом состоянии 800—1100 и в уплотненном — 1250—1450 кг/м3. Он обладает высокой водопотребностью: для получения теста нормаль­ной густоты необходимо 50—70% воды по массе, а удобоукладываемое тесто в производственных условиях требует до 60—80% воды от массы вяжущего вещества. По срокам схватывания гипс различают: быстросхватывающийся (начало через 2 мин, конец — не позднее 15 мин), нормально-схватывающийся (начало через 6 мин, конец — не позднее 30 мин), медленносхватывающийся (начало — не ранее 20 мин, окончание схватывания не нормировано). По пределу проч­ности при сжатии через 1,5 ч после изготовления образцов имеется 12 марок — от Г-1 до Г-25 (цифры обозначают минимально допус­тимый предел, МПа). Эта разновидность гипса имеет низкую водо­стойкость, при увлажнении он склонен к ползучести. При более тон­ком помоле продукта обжига из β-полугидрата сульфата кальция получают гипс формовочный, при использовании сырья повышен­ной чистоты — медицинский гипс.

Высокопрочный гипс имеет плотность 2,72—2,75 г/см3, а его средняя плотность — в тех же пределах, что и гипса строительного. Водопотребность для нормальной густоты теста — около 40—45%, т. е. более низкая, что вызвано его пониженной удельной поверхно­стью и повышенной крупностью кристаллов. Он обладает повышен­ной прочностью при сжатии (свыше 25—30 МПа), но не водостоек и имеет тенденцию к ползучести во влажном состоянии (1—3% влаги). Прочность при растяжении в 6—8 раз меньше, чем при сжатии об­разцов в сухом состоянии. В последние годы в нашей стране были проведены исследования (С.В. Мамбетшаев, А.А. Моров) по расши­рению сырьевой базы за счет снижения содержания требований к содержанию двугидрата кальция (вплоть до 3-го сорта) за счет улуч­шенной технологии со снижением до минимума остаточного и вто­ричного двугидрата и переводом их в β-модификацию гипса. Полу­чается улучшенный высокопрочный гипс для изготовления гипсобетона, раствора, арболита и других изделий.

Строительный и формовочный гипс с успехом используют при производстве перегородочных панелей, сухой штукатурки, гипсо-литных деталей, вентиляционных коробов, огнезащитных и звуко­поглощающих изделий и др.

При температурах 450—750°С растворимый ангидрит переходит в нерастворимый, вследствие чего тесто из порошкообразного ан­гидрита и воды практически не твердеет. На его базе основано про­изводство ангидритового цемента — продукта обжига природного двуводного гипса при температуре 600—700°С с последующим тон­ким помолом с добавлением минеральных веществ. К таким добав­кам относятся смесь сульфата и бисульфата натрия с медным купо­росом, известь (2—5%), основной доменный шлак (10—15%) и др. В присутствии указанных добавок ангидрит взаимодействует с во­дой и приобретает способность схватываться и твердеть. Предел прочности при сжатии у ангидритового цемента составляет 10—20 МПа, начало схватывания наступает не ранее 30 мин, ко­нец — не позднее 24 ч.

Гипс высокообжиговый (экстрих-гипс) получают при обжиге гипсового сырья до температур 800—950°С, когда продукт обжига вновь приобретает свойства схватываться и твердеть без каких-либо добавочных веществ. Эта «добавка» возникает в обжигаемом сырье вследствие термической диссоциации сернокислого кальция (2CaSO4 2CaO + 2SO2 + O2) в виде свободного оксида кальция. Отдельные специалисты полагают, что вместо свободного оксида кальция имеется mCaSO4nH2O. Тонко измельченный порошок и является высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом). Начало схва­тывания теста из эстрих-гипса наступает не ранее 2 ч, но его можно ускорить добавками, например КН8О4; предел прочности при сжа­тии составляет 10—20 МПа, а водостойкость несколько выше, чем у низкотемпературных гипсовых вяжущих и ангидритового цемента. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных мате­риалов, например, искусственного мрамора, штукатурных раство­ров, устройства бесшовных полов и подготовки оснований под ли­нолеум и др.

В целях улучшения качества эстрих-гипса некоторыми исследо­вателями (А.В. Волженсжим и др.) рекомендуется применять сырье с содержанием до 5—7% доломитов и известняков и до 7—10% глини­стых примесей. Тогда возникает некоторое количество силикатов, алюминатов и ферритов кальция, повышающих водостойкость го­тового продукта обжига. Но ее можно повысить и введением гидро­фобных добавок или минеральных — шлака, извести, портландце­мента и др.

Воздушная строительная известь — вяжущее, получаемое равно­мерным и умеренным (до спекания) обжигом горных пород, содер­жащих большее или меньшее количество углекислого кальция.

Среди таких пород — известняки, мел, доломитизированные изве­стняки, имеющие весьма ограниченное содержание (до 6% по массе) глинистых примесей. Имеются в породах и другие примеси—углекис­лый магний, кварц, оксид железа. Для получения воздушной извести требуется поддерживать температуру обжига на уровне 900—1200°С, что зависит в основном от состава сырья. Обжиг проводится до полно­го удаления углекислого газа в соответствии с уравнением термиче­ской диссоциации: CaCO3 + 178 кДж = CaO + CO2. Образуется белое огнестойкое вещество, техническое название которого — негашеная известь.

Сырье обжигают в печах различных конструкций: шахтных, вра­щающихся, циклонно-вихревых (во взвешенном состоянии), а также на движущихся агломерационных решетках. Распространен обжиг в шахтных печах, которые работают либо по пересыпному способу, либо с выносимыми топками (рис. 9.2). Они надежны в эксплуата­ции, позволяют использовать местные виды топлива и при меньшем его расходе на единицу готовой продукции. Загружаемый в шахт­ную печь известняк имеет обычно размеры 80—200 мм, а при обжиге во вращающейся печи используют дробле­ный известняк размером 5—20 и 20—40 мм. В процессе обжига сырья протекает декарбо­низация. При выходе из печи размеры обо­жженной (комовой) извести сохраняются в основном прежними до погрузки в печь, но за счет потери CO2 становятся высокопори­стыми и легкими. При дальнейшем измельче­нии комовой извести ее предварительно дро­бят до размера 15—20 мм. Далее — помол в шаровых одно- и многокамерных мельницах по замкнутому циклу с рассевом продукта в сепараторе. Получаемый продукт носит на­звание молотой негашеной извести того же состава (оксида кальция).

Молотая негашеная известь получила применение в качестве вяжущего вещества в результате исследований И.В. Смирнова в конце XIX — начале XX вв. Однако работать с ней сложнее, чем с гашеной известью, но по качеству она выше, являясь более активной в формировании структур ИСК.

Гашение комовой извести с превращени­ем ее в тончайший порошок — уникальный технологический прием химического диспер­гирования. Оно производится в специальных гидраторах периодического или непрерывно­го действия. В условиях стройплощадки га­шение небольшого объема извести произво­дят в творильных ящиках с сеткой для сцеживания разжиженного известкового тес­та (известкового молока) в гасильную яму, где оно выдерживается не менее двух недель. Опасно применять тесто, в котором имеется непогасившаяся известь.

Реакция гашения протекает с выделением большого количества теплоты: CaO + H2O → Ca(OH)3 + q, где q — количество теплоты, равное 1160 кДж (277 ккал) на 1 кг оксида кальция. Эта теплота вы­зывает вскипание воды, что послужило основанием именовать нега­шеную известь кипелкой. Погасившаяся известь превращается в тонкий рыхлый порошок со значительным увеличением в объеме (в 2,5—3 раза) — пушонку. При избытке воды (например, больше чем в среднем 1,5 л на 1 кг кипелки) известь переходит в известковое тесто; рабочее состояние — при 50% воды.

 

Рис. 9.2. Шахтная печь для обжига извести: 1 — шахта; 2 — загрузочный механизм; 3 — дымосос; 4 — гребень для подачи воздуха; 5 — разгрузочный механизм

 

Таким образом различают следующие виды воздушной извести: известь негашеная комовая, известь негашеная молотая, известь га­шеная (пушонка), известковое тесто. Основным компонентом воз­душной извести служит оксид кальция, которому практически все­гда сопутствует оксид магния. По содержанию оксида магния (MgO) известь разделяют на маломагнезиальную (меньше 5%), маг­незиальную (5—20%) и доломитовую (20—40%). Присутствие окси­да магния, который находится обычно как бы в пережженном состо­янии, замедляет скорость гашения извести. Различают известь быстрогасящуюся — при скорости ее гашения меньше 8 мин, сред-негасящуюся, если скорость не превышает 25 мин, и медленногася-щуюся — если скорость гашения составляет не менее 25 мин. За ско­рость гашения принимается время, прошедшее от момента приливания воды к извести до начала снижения максимальной тем­пературы, что определяется в лаборатории завода.

В соответствии с ГОСТ 9179-77 строительная воздушная из­весть подразделяется на три сорта для негашеной извести, на два сорта для гашеной извести. Содержание активных СаО + MgO (в пересчете на сухое вещество) для негашеной извести без добавок должно быть соответственно для 1, 2 и 3-го сортов 90, 80 и 70%; для негашеной извести с добавками для 1-го и 2-го сортов — 65 и 55%. Строго нормируется допустимое содержание непогасивших-ся частиц, (в %). Прочность извести стандартом не нормируется, так как она невелика; у пушонки через 28 суток 0,5—1,0 МПа, у молотой извести 1,0—6,0 МПа. Средняя плотность пушонки равна 400—450 кг/м3.

Известь всех видов находит широкое применение в качестве вя­жущего и водоудерживающего компонента в строительных раство­рах для кладки, штукатурки, а также в производстве строительных материалов как составная часть смешанных вяжущих веществ и из­делий, например для изготовления силикатных материалов авто­клавного твердения. Основное количество извести, как и гипсовых вяжущих веществ, используют в производстве штучных и крупнога­баритных изделий, в керамической промышленности, стеклоделии, металлургической промышленности и других отраслях.

Магнезиальные вяжущие вещества— продукты умеренного об­жига природных карбонатных пород: магнезита и доломита с по­лучением после тонкого помола соответственно каустического магнезита при температурах 750—850°С и каустического доломи­та при температурах 650—750°С. При обжиге природный магне­зит разлагается и превращается в оксид магния по реакции: MgCO3 → MgO + СО2.

При условии полного выделения углекислого газа качество каус­тического магнезита тем выше, чем ниже температура обжига.

Оксид магния может получаться также обжигом металлургиче­ского магнезита при температурах 1100—1300°С, но вяжущими свойствами такой «намертво обожженный» магнезит почти не обла­дает и используется в качестве сырья для производства магнезито­вых огнеупоров.

В каустическом магнезите содержится оксида магния до 85% по массе и более, тогда как допустимое содержание оксида кальция ли­митируется 2—5%. Он представляет собой тонкий порошок белого или желтоватого цвета. Начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин, а конец схватывания — не позднее 6 ч от момента за-творения теста. Его истинная плотность 3,15—3,40 г/см3, что значи­тельно выше, чем у извести и гипсов, а также выше, чем у портланд­цемента. По пределу прочности при растяжении образцов из теста нормальной густоты каустический магнезит должен иметь не менее 1,5 МПа. Предел прочности при сжатии образцов-кубиков из каус­тического магнезита состава 3:1 (3 части магнезита, 1 часть (по мас­се) сосновых опилок) изменяется от 30 до 50 МПа и выше.

Вторая разновидность магнезиального вяжущего вещества — каустический доломит — получается в соответствии с термохимиче­ской реакцией разложения: СаСО3∙MgCO3 → СаСО3 + MgO + CO2. Видно, что при обжиге природный доломит разлагается с образова­нием в основном оксида магния, а большая часть карбоната каль­ция остается не разложившейся, так как температура его диссоциа­ции, что уже отмечалось выше, равна около 900°С. В получаемом после обжига и помола каустическом доломите карбонат кальция остается в виде неактивного порошкообразного наполнителя, поэ­тому реакционная активность каустического магнезита выше, чем каустического доломита, и соответственно выше его прочность (прочность каустического доломита 10—30 МПа).

Оба вида магнезиальных вяжущих веществ затворяют в тесто не чистой водой, как другие неорганические вяжущие материалы, а во­дным раствором некоторых солей — хлористого магния, сернокис­лого магния, сернокислого железа, количество которых соответст­вует определенной плотности раствора. Получаемое после затворения вяжущее именуется цементом Сореля.

Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повышен­ной прочностью сцепления с каменными и древесными материала­ми, особенно прочностью на разрыв, например под действием цент­робежных сил. Поэтому их применяют в абразивном производстве для изготовления жерноточильных кругов, брусьев и др. Главное их назначение в строительстве — изготовление ксилолита для бесшов­ных полов или фибролита для производства теплоизоляционных из­делий и перегородок. Их используют также для растворов при шту­катурных работах, на изготовление подоконных плит, лестничных ступеней, кровельных плит и других строительных деталей.

Растворимое стекло и кислотоупорный цемент.Растворимое (жидкое) стекло представляет собой щелочной натриевый или ка­лиевый силикат переменного химического состава, выражаемого общей формулой R2O∙nSiO2, где R может быть Na или K. Величина п — силикатный модуль, имеющий значение от 2,56 до 3,00, в зави­симости от чего меняются основные свойства растворимого стекла. Жидкое стекло склеивает и твердеет на воздухе вследствие высыха­ния, а также выделения аморфного или гелеобразного кремнезема под влиянием воды и углекислоты воздуха. Для ускорения тверде­ния и повышения водостойкости вводят различные катализаторы, главным образом кремнефтористый натрий Na2SiFe. Они ускоряют выделение геля кремневой кислоты.

Сырьем для изготовления растворимого стекла служат чистый кварцевый песок, сода Na2CO3 или сульфат натрия Na2SO4. Значите­льно реже вторым компонентом служит поташ K2СО3. После варки тщательно перемешанной сырьевой смеси в стекловаренных печах при температуре 1300—1400°С жидкое стекло быстро охлаждается на металлических листах. Образуются полупрозрачные, зеленовато­го цвета куски силикат-глыбы. Силикат-глыбу растворяют в авто­клавах паром под давлением 0,6—0,8 МПа и температуре 150°С, пе­реводя в состояние коллоидного раствора с истинной плотностью 1,40—1,55 г/см3 (табл. 9.1). Перед применением жидкого стекла про­изводится дальнейшее разбавление раствора до необходимой конси­стенции.

Таблица 9.1. Свойства силикат-глыбы и жидкого стекла

Показатели Виды стекла
содовое содово-сульфатное сульфатное
Истинная плотность Модуль силикатный стекла Содержание воды, %, не более 1,50—1,55 2,6—3,0 1,48—1,50 2,56—3,00 1,48—1,50 2,56—3,00

Растворимое стекло хранят в закрытой таре, а перевозить его экономичнее в твердом виде (силикат-глыбы) с последующим рас­творением на стройках в передвижных или стационарных установ­ках.

Этот вяжущий материал применяют для затворения кислотоу­порного цемента при изготовлении соответствующего бетона, пре­дохранения поверхности природных камней от выветривания, изготовления огнезащитных (для древесины) красок, замазок, устройства силикатированного шоссе на основе известнякового щебня, жароупорных бетонов, силикатизации (пропитки) грунто­вых оснований и других целей.

Кислотоупорный цемент представляет собой кварцевый порошко­образный материал. Он изготовляется путем совместного помола или тщательного смешения раздельно измельченных: кварцевого песка и кремнефтористого натрия в соотношении 10:1 (по массе); затворяется на водном растворе жидкого стекла (силиката натрия) и после затвер­девания способен в строительных растворах или бетонах противосто­ять воздействию большинства минеральных и органических кислот. Водный раствор стекла принимается с истинной плотностью 1,345, что соответствует 37° по Боме. Содержание оксида кремния в кисло­тоупорном цементе превышает 92%. Тонкость его помола нормирует­ся просеиванием на ряде стандартных сит. Обычно нормируются и требования к срокам схватывания цемента: начало для теста норма­льной густоты должно наступать не ранее 20 мин, конец — не позд­нее 8 ч от начала затворения. Прочностная характеристика цемента выражается пределом прочности при растяжении стандартных образ­цов после твердения их в течение 30 суток. При хранении на воздухе без кипячения или после кипячения в серной кислоте предел прочнос­ти должен быть не менее 2 МПа. Керосинопоглощение образцов в 10-дневном возрасте должно быть не более 15%. Прочность кислото­упорного бетона достигает 50—60 МПа, но он теряет прочность в воде, а в едких щелочах разрушается. В бетонах используют кислото­упорные заполнители: кварцевый песок, андезит и др. Такие бетоны применяют на химических заводах для изготовления резервуаров, ванн и других емкостей, а растворы — при футеровке кислотоупор­ными плитками различных конструкций.




Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.175.107.77 (0.012 с.)