Показатели качества и свойства
Общие сведения
Вяжущие веществаиспользуются для получения широкого спектра строительных материалов: бетонов, растворов, сухих строительных смесей, гидроизоляционных, кровельных, теплоизоляционных, отделочных материалов, пластмасс, асфальтобетонов и др., т.е. находят применение почти во всех областях строительства и производства строительных материалов. Вяжущие вещества обладают ценным свойством – соединяют компоненты материала (заполнители, наполнители) в единое целое.
Вяжущие вещества по типу исходного сырья подразделяют на две группы:
• Неорганические(минеральные), которые затворяют водой, реже –водными растворами солей. К ним относятся известь, цементы, гипсовые вяжущие, жидкое стекло, магнезиальные вяжущие и др. Для данной группы обычно используется термин «вяжущее».
• Органические, переводимые в рабочее состояние нагреванием или растворением в органических жидкостях (битумы, дегти, полимеры). Для этой группы, в особенности для полимеров, зачастую применяется термин «связующее».
Неорганические вяжущие вещества(НВВ) – порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать в результате физико-химических процессов, переходя в камневидное состояние.
• Неорганические вяжущие вещества делятся на три группы:
• Воздушные вяжущие вещества способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. К ним относятся известковые вяжущие, состоящие главным образом из СаО; гипсовые вяжущие, основой которых является сульфат кальция CaSO4; магнезиальные вяжущие, содержащие каустический магнезит MgO; жидкое стекло – силикат натрия или калия в виде водного раствора.
• Гидравлические вяжущие веществаспособны твердеть и длительное время сохранять прочность (или даже повышать ее) не только на воздухе, но и в воде. По химическому составу они в основном состоят из четырех оксидов: СаО–SiO2–Al2O3–Fe2O3. Эти соединения образуют 2 основных группы гидравлических вяжущих веществ: силикатные цементы (портландцемент и его разновидности) и алюминатные цементы (глиноземистый цемент и его разновидности).
• Вяжущие вещества автоклавного твердения эффективно твердеют только в среде нагретого насыщенного водяного пара в автоклавах (при температуре 175…200°С и давлении пара 0,8…1,3 МПа). К ним относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент и др.
ВОЗДУШНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ ИЗВЕСТЬ
Воздушная известь – воздушное вяжущее вещество, получаемое в результате умеренного обжига (ниже температуры спекания) кальциево-магниевых карбонатных горных пород.
Сырьемдля производства воздушной извести являются кальциево-магниевые карбонатные породы – известняк (CaCO3), мел, доломитизированный известняк, доломит (CaCO3·MgCO3) с содержанием глины не более 6%.
Производство воздушной извести включает следующие основные технологические операции: добыча сырья, подготовка сырья (дробление, сортировка по крупности и др.), обжиг сырьевой смеси, гашение извести или помол, упаковка готового продукта.
На обжиг известняк поступает в виде кусков размером 8…20 см. Обжиг сырьевой смеси производят в шахтных или вращающихся печах при температуре 900…1200°С до возможно более полного удаления СО2 по реакциям:
СаСО3 → СаО + СО2↑;
MgCO3 → MgO + СО2↑.
Виды извести:
1. Негашеная известь (известь-кипелка). По химическому составу почти полностью состоит из свободных оксидов СаО и MgO. По фракционному составу бывает двух видов:
• Комовая негашеная известь – представлена в виде пористых кусков размером 10…40 мм, т.е. по сути – это продукт обжига сырьевой смеси. Комовая известь – это полуфабрикат, из которого получают вяжущее – молотую негашеную известь или гашеную известь.
• Молотая негашеная известь – порошковидный продукт тонкого размола комовой извести. Строительные растворы и бетоны, приготовленные на негашеной извести, быстро схватываются и отвердевают вследствие гидратационного твердения молотой негашеной извести:
СаО + Н2О → Са(ОН)2 + Q .
2. Гашеная известь. Гашение воздушной извести заключается в гидратации оксида кальция при действии на комовую негашеную известь воды и протекает с выделением такого большого количества тепла (950 кДж/кг), что смесь «закипает» (отсюда название негашеной извести – «известь-кипелка»):
СаО + Н2О → Са(ОН)2 + Q.
В зависимости от количества воды, добавляемой к комовой извести, можно получить:
• Гидратную известь – известь-пушонку (60…80% Н2О; pm = 400…450 кг/м3, в процессе гашения увеличивается в объеме в 2…3,5 раза, т.е. «распушивается». Вследствие испарения воды гидратная известь самопроизвольно рассыпается в тонкодисперсный порошок);
• Известковое тесто (2–3 части Н2О на 1 часть извести-кипелки; pm =1300…1400 кг/м3);
• Известковое молоко (Н2О более 3 частей;
pm =1300 кг/м3).
Твердение извести.
Строительные растворы на молотой негашеной извести быстро схватываются и отвердевают вследствие гидратационного твердения:
СаО + Н2О → Са(ОН)2 + Q .
При правильно подобранном водоизвестковом отношении В/И=0,9–1,5, кристаллы гидроксида кальция срастаются между собой и быстро образуют достаточно прочный камень.
Твердение гашеной известипроисходит медленно, на воздухе и обусловлено двумя одновременно протекающими процессами:
• высыханием раствора, сближением кристаллов Са(ОН)2 и их срастанием;
• карбонизацией извести под действием углекислого газа, содержащегося в воздухе:
Са(ОН)2+ СО2 → СаСО3 + Н2О.
Образующиеся кристаллы СаСО3 срастаются с кристаллами Са(ОН)2, повышая прочность известкового камня. Твердение известковых растворов ускоряется сушкой.
При производстве автоклавных силикатных изделий (силикатного кирпича, автоклавных ячеистых бетонов и др.) из смесей, содержащих известь, молотый кварцевый песок и воду, имеет место гидросиликатное твердение извести:
Са(ОН)2 + SiO2 + mН2О → СаО·SiO2·nН2О.
При повышенной температуре в автоклаве известь взаимодействует с диоксидом кремния SiO2 (в виде молотого песка) с образованием малорастворимых в воде низкоосновных гидросиликатов кальция различного состава, обусловливающих прочность и водостойкость силикатных изделий.
Показатели качества и свойства
К основным нормируемым показателям качествавоздушной извести относят: активность, количество непогасившихся зерен (недожог и пережог) и время гашения.
• Активность – процентное содержание оксидов, способных гаситься. Чем выше содержание основных оксидов в извести (CaO+MgO), тем выше её сорт и пластичнее известковое тесто.
В зависимости от содержания MgO в обожженном продукте воздушную известь подразделяют на:
• кальциевую (MgO≤ 5%);
• магнезиальную (5% <MgO ≤ 20%);
• доломитовую (20% <MgO ≤ 40%).
Частицы недожога и пережога снижают качество извести. Частицы недожога (неразложившиеся при обжиге зерна сырья) отощают известковое тесто, снижают его пластичность. Частицы пережога (остеклованные плотные трудногасящиеся оксиды кальция и магния) крайне медленно гидратируются с увеличением своего объема, что может вызвать растрескивание известковой штукатурки.
По активности, содержанию непогасившихся зерен и другим показателям химического состава воздушная строительная известь делится на 3 сорта.
Таблица. Требования к химическому составу извести
| Наименование показателя | Норма для извести, %, по массе | ||
| сорт | |||
| Содержание активных (CaO+MgO), % по массе, не менее | 90 (85) | 80 (75) | 70 (65) |
| Содержание непогасившихся зерен, % по массе, не более | 7 (10) | 11 (15) | 14 (20) |
| Содержание CO2 в составе извести, % по массе, не более | 3 (5) | 5 (8) | 7 (11) |
Примечание. В скобках указаны характеристики магнезиальной и доломитовой извести.
Воздушную негашеную известь в зависимости от времени гашения подразделяют на 3 группы.