Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

14. Воздушные вяжущие вещества

пла ΔН = 177,90 кДж/моль и образованием оксидов по уравнению [3]:

CaCO3 = CаO + CO2.

В результате обжига из печей выходит готовый продукт в кусковом (комовом) виде, который представляет собой пористый материал, состоящий из мелких кристаллов (от 0,5 до 2 мкм) оксида кальция с примесями оксида магния. Макроструктурное строение комовой извести предопределяет высокую реакционную способность при взаимодействии с водой. Существует два способа переработки крупнозернистого продукта в порошкообразное вяжущее: при механическом способе производят тонкий размол в шаровых мельницах с получением молотой негашеной извести, а в случае воздействия на продукт воды

впроцессе гидратации образуется несколько видов гидратной (гашеной) извести.

Негашеная комовая известь является смесью кусков различной величины, получаемой грубым дроблением продукта обжига. В химическом составе преобладает СаО, а также оксид магния. В примесном количестве возможно присутствие карбоната кальция, не прошедшего декарбонизацию, различные соединения кальция и магния (силикаты, алюминаты и ферриты), получаемые при взаимодействии компонентов глины, кварцевого песка с оксидами кальция и магния.

Негашеная молотая известь по химическому составу соответствует комовой извести и представляет собой продукт тонкого измельчения комовой извести. Помол необходимо проводить

всухих условиях для предотвращения возможности частичного или полного гашения извести. Таким образом, негашеная комовая известь отличается от молотой только гранулометрическим составом.

Гашение извести — это технологический процесс гидратации негашеной извести (зачастую комовой) с целью получе-

119

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

ния других видов воздушной строительной извести, состоящих из тонкодисперсного гидроксида кальция. При гашении вода активно впитывается кусками комовой извести, распределяясь в порах, и одновременно активно начинается химическое взаимодействие с оксидами кальция и примесями магния с образованием соответствующих гидроксидов. В процессе гашения комков наблюдают самопроизвольный их распад на тонкодисперсные частицы. При гидратации извести выделяется большое количество тепла ΔН = –66,90 кДж/моль и протекает следующая химическая реакция:

CaO + H2O = Ca(OH)2.

Данную реакцию необходимо контролировать, т. к. количества выделяющегося тепла достаточно для кипения воды или возгорания древесины и материалов из нее. Случайное начало реакции, например, при образовании протечек атмосферных осадков в местах хранения негашеной извести, может привести к образованию цепной реакции, приводящей к химическому пожару в сооружениях хранилища. В зависимости от объема воды, участвующей в гашении, получают порошкообразную известьпушонку, известковое тесто или молоко. По соотношению для химической реакции гидратации количество воды, необходимое для полного протекания процесса, составляет 30 % от количества оксида кальция. На практике воды требуется в 2–3 раза больше (до 80 %), потому что параллельно протекает процесс испарения воды с поверхности комка извести за счет большого выделения тепла во время химической реакции.

Гидратная известь (пушонка) — это высокодисперсный сухой порошок, состоящий преимущественно из Ca(OH)2, который изготавливают при гашении негашеной комовой или молотой извести путем добавления небольшого количества воды, обеспечивающего только переход оксидов кальция и магния в их гидраты с увеличением объема от первоначального в 2–3 раза.

120

14. Воздушные вяжущие вещества

Известковое тесто — это продукт контролируемой гидратации комовой извести, состоящий преимущественно из Ca(OH)2 и представляющий собой дисперсию данного гидроксида в воде. Выдержанное известковое тесто получают в виде пастообразной концентрированной смеси с плотностью примерно 1400 кг/м 3, содержащей суммарно около 50–55 % гидроксидов кальция и магния, а также 45–50 % воды.

Важным показателем качества воздушной строительной извести является выход теста, который определяют объемом (в литрах) известкового теста, получаемого при гашении одного килограмма комовой извести. Высококачественные сорта извести (их называют жирными) быстро гасятся с большим выделением тепла с получением более пластичного теста и имеют выход теста 2,5–3,5 л. У низких сортов извести (тощая известь) процесс гидратации происходит медленно с образованием менее пластичного теста с наличием зерен оксида кальция, не распавшихся при гашении.

Известковое молоко имеет вид жидкости белого цвета и представляет собой суспензию плотностью менее 1300 кг/м 3, в которой гидроксид кальция находится в основном во взвешенном и частично в растворенном состоянии. Получают в результате разбавления известкового теста водой.

Твердение извести происходит за счет двух параллельных процессов:

— сначала происходит более быстрый процесс кристаллизации из коллоидного раствора гидроксида кальция Ca(OH)2 с одновременным испарением излишков воды;

— происходит в течение многих лет процесс карбонизации (присоединения к гидроксиду кальция диоксида углерода) с поглощением углекислого газа из воздуха с образованием карбоната кальция по реакции:

CаO + CO2 = CaCO3.

121

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Строительную известь применяют в строительстве уже несколько тысячелетий: изготовляют вяжущие материалы, строительные растворы и бетоны на их основе, а также другие искусственные каменные материалы.

14.3.Магнезиальные вяжущие материалы

Кмагнезиальным вяжущим относят каустический магнезит, каустический доломит и доломитовый цемент. Это воздушные вяжущие. Сырьем для них являются природные магнезит

MgCO3 и доломит MgCO3· CaCO3. Для получения продукта сырьевые материалы дробят, обжигают и подвергают тонкому помолу. Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах при температуре 750–800 ˚С (во вращающихся печах до 1000 ˚С) до полного

разложения MgСО3 на MgO и СО2 с удалением последнего. Каустический магнезит — порошок, состоящий, в основ-

ном, из оксида магния. Он получается помолом магнезита, обожженного при температуре 600–800 ˚С. В процессе обжига происходит разложение магнезита:

MgCO3 = MgO + CO2.

MgO очень чувствителен к обжигу. При температуре обжига выше 800 ˚С оксид магния теряет свои вяжущие свойства. Имеет предел прочности при сжатии 40–60 МПа, достигая иногда до 100 МПа.

Каустический доломит — порошок, состоящий из оксида магния и карбоната кальция. Он получается обжигом доломита при более низких температурах 600–700 ˚С (так как при повышении температуры обжига начинает разлагаться и СаСО3 с образованием извести) с последующим помолом в тонкий порошок. Каустический доломит должен содержать не менее 15 % MgO и не более 2,5 % СаО.

122

14. Воздушные вяжущие вещества

Доломитовый цемент — порошок, состоящий из оксида магния, оксида кальция и карбоната кальция. Он получается обжигом доломита при температуре 900–950 ˚С с последующим помолом в тонкий порошок.

Процесс гидратации. Магнезиальные вяжущие при затворении водой твердеют медленно, достигая небольшой твердости (начало схватывания наступает не позднее 20 мин, а конец — не позднее 6 ч). Поэтому их затворяют не водой, а растворами солей MgCl2 или MgSO4. Водный раствор хлорида магния содержит 62–67 % MgO и 33–38 % MgCl2. Второй распространенный затворитель — водный раствор сульфата магния MgSO4·7H2O, где 80–84 % MgO и 16–20 % MgSO4. С одной стороны, затворение растворами солей повышает растворимость MgO в воде. Реакция гидратации протекает следующим образом:

MgO + H2O = Mg(OH)2.

С другой стороны, оксид магния взаимодействует с хлоридом магния, что приводит к образованию нерастворимого гидроксохлорида магния:

3MgO + MgCl2·6 Н2 О = 3MgO · MgCl2 · 6H2O.

При использовании в качестве затворителя раствора MgSO4· 7H2O образуется комплексная многоводная соль примерного состава 4MgSO4 · 3Mg (OH)2 · 15H2O по реакции:

3MgO + 4 (MgSO4 · 7H2O) = 4MgSO4 · 3Mg (OH)2 · 15H2O + 10H2O.

14.4. Растворимое (жидкое) стекло

Для производства растворимого стекла сырьем служат в основном чистый кварцевый песок и кальцинированная сода или сернокислый натрий, значительно реже вторым компонентом является поташ.

123