Гидравлическая известь, способы производства и область применения в строительстве.

Гидравлическая известь – это продукт, получаемый обжигом (не до спекания) известняков, содержащих от 6 до 20% глинистых примесей. Такие известняки, называемые обычно мергелистыми, могут содержать примеси песка, которые иногда встречаются в значительных количествах, например в окремнелых известняках. Мергелистые известняки могут содержать также углекислый магний, т. е. бывают доломитизированными, а также другие примеси.

Большое значение для оценки качества сырьевого материала при производстве гидравлической извести, а также романцемента имеет характер распределения примесей в массе основного сырья. В зависимости от того, будут ли примеси равномерно распределены среди всего материала или же они находятся в виде отдельных включений, существенно меняется качество готового продукта. Необходимо также знать, в какой форме присутствуют в известняке те или другие соединения. Так, например, качество гидравлической извести будет сильно изменяться в зависимости от того, будет ли Si02 представлен в виде кварца или составной части глинистых примесей, так как кристаллические зерна кварца с трудом вступают во взаимодействие с образующейся при обжиге окисью кальция.

При производстве гидравлической извести и романцемента подробное изучение сырья имеет особое значение вследствие того, что в этих производствах сырьевые материалы не размалываются и не перемешиваются. Поэтому здесь невозможны корректировка сырья и придание сырьевой массе должной однородности, как это бывает на ряде заводов вяжущих веществ, работающих на искусственной сырьевой смеси. Применять искусственную сырьевую смесь при производстве гидравлической извести не рекомендуется, так как при этом усложняется производство и значительно повышается стоимость конечного продукта, отличающегося сравнительно невысокой прочностью.

Для характеристики химического состава сырья, содержащего известняк, глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются гидравлическим или основным модулем, который выражается следующим отношением:

m= %CaO

% (SiO2+Al2O3+Fe2O3)

Обычно этот модуль для гидравлических известей колеблется в пределах 1.7-9,0. При меньшей величине гидравлического модуля продукт обжига представляет собой романцемент, а при большей - воздушную известь.

В зависимости от содержания глинистых веществ различают сильно-гидравлическую известь с большим содержанием глины и слабо-гидравлическую известь с меньшим ее содержанием. К первой относят известь с гидравлическим модулем, колеблющимся в пределах 1,7-4,5, а ко второй - в пределах 4,5-9,0. Сильно гидравлические извести имеют более ярко выраженные гидравлические свойства, быстрее затвердевают, достигают большей прочности и требуют значительно меньшей выдержки на воздухе перед погружением в воду. Гашение такой извести более затруднительно, чем слабо-гидравлической.

Производство гидравлической извести заключается в обжиге сырья и превращении обожженного продукта в порошок путем помола или гашения. Температура и режим обжига гидравлической извести зависят от состава и структуры обжигаемого сырья. С увеличением содержания глинистых и магнезиальных примесей температура обжига понижается. На заводах гидравлическую известь обжигают при температуре, колеблющейся в пределах 900-1100 С.

При производстве гидравлической извести необходимо установить правильный режим обжига и строго его придерживаться, так как это имеет большое значение для качества продукта. Если обжиг вести до спекания, то известь почти не гасится и в размолотом виде не характеризуется равномерностью изменения объема.

Гидравлическую известь обжигают в шахтных печах, снабженных как полугазовыми топками, так и топками полного сгорания. Расход условного топлива в шахтных печах составляет примерно 12-14% от веса обожженной извести.

Поступающее из карьера сырье дробят на куски размером 60-150 мм, после чего загружают в печь. Обожженный материал подвергают более тонкому дроблению. Это улучшает условия гашения.

При обжиге гидравлической извести часть окиси кальция связывается с составными частями глины, образуя 2СаО*SiO2; СаО*Аl2О3 и 2СаО*Fе2O3, а часть окиси кальция остается в свободном состоянии. В состав гидравлической извести могут входить также MgO и не вступившие в реакцию зерна кварца.

С увеличением содержания глинистых и кремнеземистых примесей в продукте обжига будет содержаться меньше свободной извести и больше силикатных составляющих (силикаты, алюминаты и ферриты кальция).

Способностью к гашению обладает только свободная известь, а гидравлическими свойствами - силикатные составляющие. Поэтому с увеличение содержания глинистых и кремнеземистых примесей будет уменьшаться способность извести к гашению и увеличиваться ее способность к гидравлическому твердению. При этом может наступить предел, при котором гидравлическая известь не будет содержать свободней окиси кальция и совершенно потеряет способность гаситься. Гидравлическая известь, имеющая такой состав, называется цементной или предельной известью. Обожженная до спекания и измельченная в порошок, она дает портландцемент.

Если отделить не погасившуюся часть гидравлической извести и размолоть ее в порошок, то получится гидравлически твердеющий продукт типа цементной извести. Продукт помола сильно спекшихся не погасившихся кусков гидравлической извести называют во Франции граппье - цементом. Для характеристики гидравлически активной части извести нужно пользоваться следующей формулой гидравлического модуля с поправками на несвязанные известь и кремнезем:

m= % CaO общ - % CaO своб

(% SiO2 общ - % SiO2 своб) + % Al2O3 + % Fe2O3

Гасить гидравлическую известь трудно из-за значительного содержания не гасящихся частиц, плотного ее строения и небольшого тепловыделения. Поэтому гасить гидравлическую известь нужно на заводах, где можно обеспечить большую полноту гашения, чем на стройках. При гашении гидравлическую известь опрыскивают водой в увлажнительных шнеках или в других аппаратах и направляют в гасильные силосы, где процесс гашения заканчивается. Гидравлическую известь можно гасить также в гасильных барабанах или в других аппаратах, применяемых для гашения воздушной извести. Для более эффективного гашения необходимо защитить гасящуюся массу от потери тепла. Известь желательно гасить нагретой водой. Чтобы более полно погасить известь при любых методах гашения, ее нужно выдерживать в силосах в течение довольно продолжительного ,времени (в среднем около 15 суток).

Для гашения гидравлической извести в зависимости от ее свойств теоретически необходимо 7-17% воды, практически же ее берут примерно в 1,5 раза больше, учитывая, что при гашении часть воды испаряется. При слишком большом избытке воды силикатные составляющие преждевременно гидратируются и превращаются в инертный материал.

При производстве гидравлической извести можно получить один или несколько продуктов. По первому способу - после гашения и вылеживания гидравлической извести в силосе погасившиеся частицы отделяются на сите или сепараторе от не погасившихся. Не погасившиеся направляются в мельницу для помола, а затем в общий поток, идущий в гасильный аппарат (для догашивания); причем они снова попадают на то же сито или в тот же сепаратор. Полученный из сепаратора тонкоизмельченный порошок погасившейся извести и измельченной не погасившейся ее части направляют в силос, а из него, после вылеживания, в упаковочную машину. В результате получается один продукт, который представляет собой смесь различных по гидравлической активности материалов.

При содержании в гидравлической извести большего количества глинистых примесей из нее изготовляют два продукта, отличающиеся один от другого по гидравличности. При этом измельченная не погасившаяся часть не направляется в общий поток и не смешивается с погасившейся частью гидравлической извести, а выпускается в виде отдельного продукта. В результате получают два материала: слабую и сильную гидравлическую известь.

Поскольку описанные способы производства гидравлической извести сравнительно сложны, целесообразнее превращать продукт обжига в порошок путем помола без предварительного гашения. Однако у такой молотой гидравлической извести в ряде случаев наблюдается неравномерность изменения объема. Для устранения этого недостатка П. И. Боженов предложил метод двухступенчатого введения воды и двойного перемешивания заключающийся в следующем. Негашеную, размолотую в тонкий порошок гидравлическую известь на стройке вначале перемешивают с 10-15% воды и выдерживают до достижения максимальной температуры, на что требуется примерно 15-30 мин. После этого к извести добавляют столько воды, сколько нужно для получения теста нормальной густоты, и перемешивают массу в течение 5 мин. При таком способе затворения водой получают продукт отличающийся равномерностью изменения объема.

При твердении гидравлической извести идут процессы, характерные как для воздушного твердения, так и для гидравлического. Первые вызываются твердением гидрата окиси кальция или окиси кальция аналогично тому, как у воздушной извести. Явления, характерные для гидравлического твердения, обусловлены силикатами, алюминатами и ферритами кальция, которые при взаимодействии с водой образуют гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Происходящие при этом процессы аналогичны протекающим при твердении гидравлических вяжущих веществ. По мере увеличения содержания силикатов, алюминатов и ферритов кальция условия твердения гидравлической извести приближаются к условиям твердения романцемента, а с увеличением количества гидрата окиси кальция - к условиям твердения воздушной извести.

Гидравлическая известь прочнее воздушной, но отстает в этом отношении от многих других вяжущих веществ. По ГОСТ 9179-59 предел прочности ее при сжатии через 28 суток комбинированного хранения 17 суток во влажном воздухе и 21 сутки в воде должен быть не менее 20 кг/см2 при испытании в стандартных образцах с уплотнением раствора путем вибрирования или штыкования. Остаток на сите № 009 (3900 отв/см2) не должен превышать 10%.

Более высокая прочность получается при пониженном значении гидравлического модуля, когда гидравлическая известь по своим свойствам приближается к романцементу.

Удельный вес гидравлической извести колеблется в пределах от 2,2 до 3,0, в зависимости от содержания глинистых примесей в сырье для ее и изготовления. Объемный вес в рыхлом состоянии - 500-800 кг/м3, а в уплотненном 850-1100 кг/м3.

Гидравлическую известь выпускают сейчас в небольшом количестве. Ее можно использовать для изготовления строительных растворов, применяемых для кладки и штукатурки в сухой и влажной среде. Гидравлическая известь дает более прочный, но менее пластичный по сравнению с воздушной и известью раствор. Эту известь можно применять для получения бетона низких марок.