Воздушные вяжущие материалы

1.

Воздушные вяжущие материалы.
Характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и сохраняют свои
свойства только в воздушной среде.
Воздушная известь - это продукт, получаемый обжигом ниже температуры спекания
известково-карбонатной пород, мела, кальцита, известняка-ракушечника до возможно полного
удаления углекислоты и состоящий преимущественно, из окиси кальция.
1. Классификация воздушной извести:
- По внешнему виду:
- Комовая негашеная
- Молотая негашеная
- Известь-пушенка
- Известковое тесто (известь-пушенка с водой)
- Известковое молоко.
2. В зависимости от содержания CaO известь делится на сорта:
- 1 сорт- >90%
- 2 сорт-> 80%
- 3 сорт- >70%.
3. В зависимости от температуры гашения различают воздушные извести:
- высокоэкзотермическую (температура гашения более 70 оС)
- низкоэкзотермическую (температура гашения менее 70 оС)
4. В зависимости от скорости гашения различают извести:
- Быстрогасящуюся (время гашения менее 6 минут)
- Среднегасящуюся (время гашения от 6 минут до 20 минут)
- Медленногасящуюся (время гашения более 20 минут)

2.

Материалы для производства извести
Осадочные породы (известняки, мел, доломитизированные известняки,
доломиты).
В состав известняков входят – углекислый кальций и небольшое количество
различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.)
Отрицательно на свойства извести влияют:
- Гипс- резкое снижение пластичности известкового теста;
- Железо- возникновение пережога при обжиге.
Основные этапы производства извести
Первичное дробление
Вторичное дробление
Помол известняка
транспортирование
классификация
обжиг

3.

Обжиг – основная технологическая операция, целью
которой является:
1) Возможно полное разложение – декарбонизация CaCO3 и
MgCO3 * CaCO3 на CaO, MgO и СO2
2) Получение высококачественного продукта с оптимальной
микроструктурой частичек и их пор. Наличие примесей способствует
образованию силикатов, алюминатов, ферритов кальция и магния.
основная реакция разложения (декарбонизации) известняка
CaCO3= CaO+СO2
Основные факторы, определяющие процесс разложения
известняка
1) Камень должен быть нагрет до температуры диссоциации карбонатов
2) Минимальная температура диссоциации должна поддерживаться в
течении определенного времени
3) Углекислый газ должен быть полностью удален

4.

Факторы, влияющие на процесс обжига
1) Качество породы:
а) Физические характеристики (структура, размер кристаллов).
б) тенденции к растрескиванию при обжиге.
в) количество и вид примесей.
2) Величина кусков и распределение их по размерам.
3) Скорость подъема температуры
4) Максимальная температура обжига
5) Продолжительность обжига
6) Химическая активность примесей
7) Усадочные характеристики (прочность, плотность)
8) Качество и вид топлива.

5.

Оборудование для производства извести
Шахтные печи – наиболее экономичны – работают на различных
видах топлива (жидкое, газовое).
Имеют три зоны:
- Зона подогрева – верхняя часть печи, где температура не выше 850 оС,
материал подсушивается и подогревается. Выгорание органических
примесей.
- Зона обжига – средняя часть печи, температура изменяется от 850 оС до
1250 оС, и затем снижается до 900 оС, происходит разложение CaCO3, и
удаление СO2.
- Зона охлаждения – нижняя часть печи – охлаждение до 50-100 оС.
-
-
Вращающиеся печи – менее эффективны, применяют, для обжига
мела, известняка ракушечника.

6.

Шахтная печь

7.

Вращающаяся печь

8.

Гашение извести
Обработка извести водой для перевода окисей кальция и магния в их
гидраты.
Процесс гашения представляет собой взаимодействие извести с водой
CaO +H2O = Ca (OH)2 +Q
Гашение извести сопровождается значительным выделением тепла, при
этом температура гасящейся извести может достигать:
- Кипения воды
- Выгорания дерева
Реакция гидратации извести обратимая. Ее направление зависит от
температуры и парциального давления водяных паров в окружающей
среде.
Диссоциация Ca (OH)2 возникает при атмосферном давлении при
температуре примерно 547 оС, но частичная диссоциация может
возникнуть и при более низких температурах 300-350 оС, с образованием
вторичной окиси кальция, более уплотненной и плохо гасящейся в
дальнейшем.

9.

Для предотвращения перегрева при гашении извести
необходимо:
1) Применять для гашения измельченную известь
2) Производить перемешивание во время гашения
3) Устанавливать оптимальное количество воды, необходимое для
гашения, в соответствии со свойствами извести.
Объем гидратной извести превышает объем исходной негашеной в 2-2,5
раза, за счет значительного увеличения размера пустот между
отдельными частицами.
Теоретически для гашения извести необходимо 32% воды от массы СаО,
на практике при гашении в порошок количество воды увеличивается в 22,5 раза. Это обусловлено тем, что при гашении часть воды испаряется, а
часть расходуется на смачивание образующегося порошка.

10.

Скорость гашения извести зависит от :
- Химического состава:
Высокое содержание СаО способствует быстрому гашению.
Окись магния быстро реагирует с водой.
Пережог, силикаты, алюминаты, ферриты кальция выделяются при
гашении в отходы.
- Режима обжига
- Условий гидратации
Основные этапы гашения извести
- складирование комовой извести
-
мелкое дробление
Гашение в гидраторе
Догашивание в силосе
Сепарация
Складирование гидратной извести

11.

Гашение осуществляется в специальных известегасильных
барабанах
1 – бункер; 2 – барабан; 3 – люк; 4 –
решетчатая диафрагма; 5 – камера
измельчения; 6 – патрубок; 7 – лоток; 8 –
электродвигатель; 9 – сварная рама

12.

Гашение в специальных барабанах

13.

Твердение воздушной извести
Различают три типа твердения воздушной извести
1) Карбонатное- процесс постепенного затвердевания смесей, под
воздействием
на
них
углекислоты.
Твердение
обусловлено
одновременным протеканием двух процессов:
- Кристаллизация гидрата окиси кальция из насыщенного водного
раствора
- Образование карбоната кальция по реакции
Са(ОН)2 + СО 2 + n Н2О= СаСО3 +(n+1)Н2О
Реакция протекает медленно, так как углекислый газ вовлекается внутрь
системы, из-за его малого количества в воздухе.

14.

Гидратное твердение – процесс постепенного превращения в твердое
камневидное тело известковых растворных и бетонных смесей, в
результате взаимодействия негашеной извести с водой и образованием
гидрата окиси кальция.
Гидратное твердение протекает в результате гидратации как через
раствор, так и в следствии присоединения воды к твердой фазе.
Направление того или иного процесса зависит:
- От свойств извести
- От температуры среды
- От количества воды в системе
Эффект твердения обуславливается взаимным сцеплением и срастанием,
образующихся субмикроскопических частичек гидрата окиси калбция.

15.

Гидросликатное твердение – процесс превращения известково –
кремниземистых смесей в твердое камневидное тело, обусловленный
образованием
гидросиликатов
кальция,
в
частности
при
тепловлажностной обработке в автоклавах с насыщенным паром под
давлением 0,9-1,6 Мпа и темературе 175-200 оС.
Высокая температура и давление способствуют резкому ускорению
химического взаимодействия между гидратами окиси кальция и любым
другим кремниземистым компонентом (кварцевый песок, зола, молотый
шлак и т.д.).

16. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами - называют материалы, состоящие
из полуводного гипса или ангидрита и получаемые обычно тепловой
обработкой исходного сырья и его помолом.
В зависимости от тепловой обработки делятся на 2 группы:
1) Низкообжиговые- тепловая обработка при температуре 110-180 оС,
состоят из полуводного гипса СаSO4 0,5 Н2 О – характеризуются
быстрым твердением (строительный гипс, формовочный гипс,
высокопрочный гипс и др.)
2) Высокообжиговые– тепловая обработка при температуре 600-800 оС,
состоят из безводного гипса (ангидрита СаSO4 ) – характеризуются
медленным твердением (ангидритовые вяжущие, высокообжиговый
гипс)

17.

Сырье для производства гипсовых вяжущих
- Природный двуводный гипс - СаSO4 2 Н2 О – порода осадочного
происхождения. Плотные образования гипса – называют гипсовым
камнем. По внешнему виду и строению различают:
а) кристаллический прозрачный гипс
б) гипсовый шпат
в) тонковолокнистый гипс
г) зернистый гипс- наиболее чистая разновидность – алебастр
- Природный ангидрит – горная порода осадочного происхождения,
состоящая преимущественно из безводного СаSO4 .
- Глиногипс – землистая порода с песчано – глинистыми примесями,
содержание двуводного гипса колеблется в пределах от 30-60%.
- Отходы химической промышленности – фосфогипс, борогипс.

18.

Модификации водного и безводного сульфата кальция
Модификация – состояние кристаллической решетки при переходе из
двуводного состояние в полуводное или безводное, под действием
температуры.
Различают следующие модификации
1) Двуводный сульфат кальция СаSO4 2 Н2 О
2) α – полуводный сульфат кальция α - СаSO4 0,5 Н2 О
3) β – полуводный сульфат кальция β - СаSO4 0,5 Н2 О
4) α – обезвоженный полугидрат α - СаSO4
5) β - обезвоженный полугидрат β - СаSO4
6) α – растворимый ангидрит α - СаSO4
7) β – растворимый ангидрит β - СаSO4
8) Нерастворимый ангидрит СаSO4

19.

Образование α и β модификаций.
α – полугидрат – образуется при температуре обработки гипса 97 -100 оС,
в среде насыщенного пара в воде или в растворах некоторых солей, т.е. в
условиях, когда вода из гипса выделяется в жидком состоянии.
Различают два способа тепловой обработки:
1) Автоклавный – основанный на обезвоживании гипса в среде
насыщенного пара под давлением выше атмосферного вгерметичных
аппаратах.
2) Термообработку в жидких средах, когда гипс обезвоживается в
жидких средах в процессе кипячения в водных растворах некоторых
солей при атмосферном давлении.
α – полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных
прозрачных игл и призм, и имеет пониженную дисперсность кристаллов.

20.

β – полугидрат образуется при обычном нагревании гипса до 100-160 оС,
в открытых аппаратах сообщающихся с атмосферой, при удалении из
него воды в виде перегретого пара.
Переход осуществляется по следующей схеме:
СаSO4 2 Н2 О = СаSO4 0,5 Н2 О + 1,5 Н2 О ( с поглощением тепла).
Различают три способа производства строительного гипса:
1) Предварительная сушка и помол в порошок, затем обжиг
(дегидратация в гипсоварочных котлах).
2) Сушка , помол и обжиг производятся одновременно в шаровых
мельницах, где происходит дегидратация до полуводного состояния.
3) Обжиг гипса в кусках в шахтных или вращающихся печах, затем
измельчение полугидрата.
β – полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных
кристалликов, различной величины и формы.

21.

22.

23.

Преимущества α – полугидрата:
1) Имеет более низкую водопотребность, при обеспечении необходимой
удобоукладываемости.
2) Обладает более медленным схватыванием и твердением.
3) Имеет более высокую плотность и прочность.
При температуре 170-180 оС β – полугидрат переходит в β –
обезвоженный полугидрат.
При температуре 170-180 оС α – полугидрат переходит в α –
обезвоженный полугидрат.
Данные соединения не стойкие и быстро гидратируют в обычные
полугидраты.
При температуре выше 220 оС α – полугидрат переходит в α –
растворимый ангидрит, а при температуре 320 -360 оС β – обезвоженный
полугидрат переходит в β – растворимый ангидрит. Данные соединения
обладают быстрым схватыванием и пониженной прочностью.
Образование нерастворимого ангидрита происходит при температуре
400-800 оС, не схватывается, не твердеет, трудно растворяется в воде.

24.

Схватывание и твердение полуводного гипса.
Схватывание и твердение гипса обусловлено переходом при
взаимодействии с водой в двугидрат по схеме:
СаSO4 0,5 Н2 О + 1,5 Н2 О = СаSO4 2 Н2 О
Реакция сопровождается выделением тепла.
Рассматривают 2 теории твердения:
По теории Ле- Шателье при смешивании гипса с водой, он растворяется с
образованием насыщенного водного раствора. Раствор двуводного гипса,
присоединяя воду становится перенасыщенным, так как растворимость
двуводного гипса значительно меньше. В перенасыщенном состоянии
двуводный гипс будет выделятся из раствора в виде кристалликов. Этот
процесс будет продолжаться до полной гидратации и кристаллизации
всего полуводного гипса.
По теории А.А. Байкова – при смешивании вяжущего с водой начинается
химическая реакция, которая происходит с поверхности зерен –
топохимически.
Дальнейший процесс А.А. Байков делит на три периода:

25.

Первый период (подготовительный) - растворение.
В данный период некоторые продукты реакции переходят в раствор,
обнажая, следующий слой зерна вяжущего, этот слой в свою очередь
гидратируется, продукты реакции растворяются, до тех пор, пока
жидкость, окружающая зерна вяжущего не превратиться в насыщенный
раствор.
Второй период – коллоидация или схватывание.
Данный период характеризуется, тем, что в насыщенном растворе
дальнейшее растворение уже невозможно и растворимые продукты
реакции будут выделятся в виде геля.
Третий период – перекристаллизации или твердение.
В данный период растворимые продукты реакции начинают
перекристаллизовываться, образуя кристаллические сростки. Процесс
происходит путем растворения мельчайших частиц и выделения из
пресыщенного раствора более крупных кристаллов, растворимость
которых меньше, чем мелких.

26.

Технические требования по ГОСТ 125-79
Вяжущие гипсовые. Технические условия
В зависимости от предела прочности на сжатие различают следующие
марки гипсовых вяжущих: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г19, Г-22, Г-25.
Марка вяжущего
Предел прочности образцов-балочек размерами
40х40х160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/см), не менее
при сжатии
при изгибе
Г-2
2(20)
1,2(12)
Г-3
3(30)
1,8(18)
Г-4
4(40)
2,0(20)
Г-5
5(50)
2,5(25)
Г-6
6(60)
3,0(30)
Г-7
7(70)
3,5(35)
Г-10
10(100)
4,5(45)
Г-13
13(130)
5,5(55)
Г-16
16(160)
6,0(60)
Г-19
19(190)
6,5(65)
Г-22
22(220)
7,0(70)
Г-25
25(250)
8,0(80)

27.

В зависимости от сроков схватывания различают вяжущие
следующих видов.
Вид вяжущего
Индекс сроков
твердения
Срок схватывания, мин
начало, не ранее
конец, не позднее
Быстротвердеющий
А
2
15
Нормальнотвердею
щий
Б
6
30
Медленнотвердеющ
ий
В
20
Не нормируют

28.

В зависимости от степени помола различают вяжущие видов.
Вид вяжущего
Индекс степени помола
Максимальный остаток
на сите с размерами
ячеек в свету 0,2 мм, %,
не более
Грубого помола
I
23
Среднего помола
II
14
Тонкого помола
III
2

29.

Пример условного обозначения гипсового вяжущего
прочностью 5,2 МПа (52 кгс/см ГОСТ 125-79 (СТ СЭВ 82677) Вяжущие гипсовые. Технические условия) со сроками
схватывания: начало - 5 мин, конец - 9 мин и остатком на
сите с размером ячеек в свету 0,2 мм 9%, т.е. вяжущего марки
Г-5, быстротвердеющего, среднего помола:
Г-5 А II

30.

Основные свойства гипсовых вяжущих веществ
Тонкость помола. Определяется просеиванием через сито 0,2 мм.
Водопотребность (нормальная густота) – количество воды
необходимое для получения теста стандартной густоты (расплыв теста
при истечении из цилиндра 180+ (-)5 мм.
Водопотребность зависит от:
1) Технологии обжига
2) Вида тепловой установки
3) Тонкости помола
4) Химических примесей
Сроки схватывания- определяются на приборе Вика (начало, конец).
Период (время), когда тесто имеет консистенцию для возможного
удобоукладывания смеси.
Сроки схватывания зависят от: свойств сырья, технологии
изготовления, количества вводимой воды, температуры вяжущего и воды
затворения.

31.

Прочность – при изгибе и сжатии определяют на образцах балочках
40*40*160 мм, изготовленных из гипсового теста нормальной густоты.