Определение и разновидности воздушных вяжущих веществ.

ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ – способны твердеть- приобретать прочность при воздушно-сухих условиях (относительная влажность воздуха не более 60%, t~ 20). Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь

Гипсовые вяжущие вещества Эти вяжущие наиболее эффективны в технико-экономическом отношении, особенно по удельным затратам сырья, топлива, электроэнергии и труда на единицу продукта. Неограниченны и запасы исходного природного сырья, а также побочных гипсосодержащих материалов, образующихся на предприятиях химической промышленности.

Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные материалы, состоящие из полуводного гипса и получаемые обычно тепловой обработкой двуводиого гипса в пределах 105—200 °С.

При термообработке двуводиого гипса в паровой среде под давлением в автоклавах или в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении образуется а-полуводный сульфат кальция (гипсовое вяжущее а). При обжиге сырья при .140—180°С получают р-полуводный сульфат кальция (гипсовое вяжущее р). К группе гипсовых относится также вяжущее, получаемое без термообработки тонким измельчением двуводиого гипса с активизаторами твердения. В зависимости от способа получения гипсовые вяжущие вещества делятся на три основные группы (табл. 1.3): вяжущие, получаемые термической обработкой гипсового сырья: низкообжиговые (обжиговые и варочные) и высокообжиговые; вяжущие, получаемые без термической обработки (безобжиговые); вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I или II групп с различными компонентами (минеральными и химическими).

В I группу входят: гипсовые вяжущие, основной составляющей которых является α- или β-полугидрат сульфата кальция (или их смесь), а также растворимый ангидрит; ангидритовые вяжущие, состоящие, главным образом, из полностью обезвоженного гипса или даже частично диссоциированного ангидрита, содержащего небольшое количество свободного оксида кальция.

Во II группу входят: вяжущие, получаемые на основе природного двугидрата сульфата кальция; вяжущие, получаемые на основе природного ангидрита. Для активации твердения этих вяжущих вводятся специальные добавки.

В III группу входят вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I и II групп с различными компонентами (известь, портландцемент и его разновидности, активные минеральные добавки, химические добавки и др.).

Вяжущие I и II групп являются неводостойкими (воздушными) гипсовыми вяжущими (НГВ). Вяжущие III группы относятся, за некоторым исключением, к водостойким гипсовым вяжущим (ВГВ).

Строительная известь Воздушная известь - Продукт обжига карбонатных кальций содержащих пород ниже температуры спекания, в основном состоит из СаО.

Для производства применяются мелкокристаллические плотные известняки, прочностью 20 до 60 МПа, с содержанием СаСО3 от 100 до 72-47%, MgСО3 от 0 до 45%, ∑Al2O3+ Fe2O3 от 3 до 8%.

Влияние качества известняка проявится на качество извести следующим образом:

- Если СаСО3 – 100-96%; MgСО3 до 3%; ∑Al2O3+ Fe2O3 до 2.5%

Известь кальциевая, «жирная», дающая высоко пластичное тесто.

- Если СаСО3 –95 - 85%; MgСО3 до 5%; ∑Al2O3+ Fe2O3 до 3-8%

Известь кальциевая, «тощая».

Наличие MgСО3 в сырье проблематично по следующим причинам: процесс обжига известняка протекает в интервале 800-1100 град, а разложение карбоната магния начинается при температурах 600-700 град. в результате разложения получают MgО, частицы которого начинают оплавляться.

Примеси глины особенно учитываются при высоких температурах обжига, т.к. минералы глины участвуют в процессах синтеза новых минеральных фаз, при низких температурах обжига являются балластом в готовом продукте, но если после обжига произведен помол и выпускаемый продукт молотая негашеная известь, то примеси глины, прошедшие дегидратацию, являются добавкой пуццоланического действия.

Примеси железистых соединений (особенно пирит) вредны, при высоких температурах обжига ~ 1200٥ вызывают образование легкоплавких эвтевтик, способствующих интенсивному росту кристаллов окиси кальция, полученная известь медленно реагирует с водой при гашении, кроме этого в составе продукта увеличивается количество «пережога».

Технология производства извести включает: операции по добыче, транспортировке и хранению сырья; процессы дробления и сортировки известняка; обжиг известняка и охлаждение готового продукта – комовая негашеная известь; хранение и отгрузку. В технологическую схему может быть включено оборудование по помолу продукта обжига – молотая негашеная известь; гасильное оборудование – гидратная известь. Рис1.

Основная технологическая операция – обжиг, диссоциация карбоната кальция с образованием СаО и СО2

СаСО3 ←→ СаО + СО2

Затраты тепла – 1780 кДж на 1 кг СаСО3, на 1 кг СаО 3200 кДж.

Магнезиальные вяжущие магнезиальных вяжущих базируется на использовании природных магнезитов MgC03 и доломитов MgC03-CaCO;j. Карбонатные горные породы в виде известняков, мела, доломитов, мергелей — основа для получения воздушной и гидравлической извести, а также романцемента.

Сырьем для цемента являются известняки, мел, а также глинистые породы (те и другие с минимальными примесями карбоната магния, гипса и щелочных соединений). Для цементного производства используют кремнеземистые породы— диатомит, трепел, опоку, вулканические туф и трасс. Высокоглииоземистые породы (бокситы) применяют в производстве глиноземистого цемента (вместе с чистыми известняками).

В производстве вяжущих веществ целесообразно широко использовать такие побочные продукты других отраслей промышленности, как металлургические шлаки, шлаки и золы от пылевидного сжигания различных видов твердого топлива, шлаки электротермического способа производства фосфора, белитовый (нефелиновый) шлам и т.п. Все эти продукты по химическому составу зачастую близки к различным вяжущим (в том числе и к портландцементу) и обладают значительным запасом химической и тепловой энергии, полученной во время их тепловой обработки в основном производстве. Это предопределяет высокую технико-экономическую эффективность использования таких «полупродуктов» в промышленности вяжущих веществ.

Жидкое стекло В общем случае жидкое стекло – это водный коллоидный раствор силикатов щелочных металлов или четвертичного аммония. В целом, силикатными называют соединения, в состав которых входит кислотная группа SimOn.

Жидкие стекла представляют собой густые вязкие прозрачные жидкости без механических включений и примесей, видимых невооруженным глазом.

Жидкое стекло может быть бесцветным, однако в большинстве случаев оно окрашено примесями в слабо-желтый или серый цвет. В ряде случаев наблюдается легкая опалесценция растворов жидких стекол, обусловленная появлением в них полимерных разновидностей кремнезема. В общем виде химическую формулу жидкого стекла можно записать М2O•nSiО2, где М – натрий или калий, n – силикатный модуль, показывающий число молекул кремнезема на одну молекулу окиси натрия или калия.

В литературе описано большое количество силикатов натрия и калия.

Однако к щелочным силикатам, индивидуальность которых не вызывает сомнений, относятся: ортосиликат натрия 2Na2О•SiО2 (Na4SiО4), ортосиликат калия 2K2О•SiО2 (K4SiO4), метасиликат натрия Na2О•SiО2 (Na2SiО3), метасиликат калия K2О•SiО2 (K2SiО3), дисиликат натрия Na2О•2SiО2 (Na2Si2О5), дисиликат калия K2О•2SiО2, (K2Si2O5). Остальные силикатные образования являются смесями натриевых или калиевых силикатов химических составов или растворами кремнезема в этих силикатах.

Жидкое стекло характеризуется:

- по виду щелочного катиона (натриевые, калиевые, литиевые, четвертичного аммония);

- по массовому или мольному соотношению в стекле SiO2 и M2О (где М – K, Na, Li или четвертичный аммоний);

- по абсолютному содержанию в жидком стекле SiO2 и M2O в масс. %;

- по содержанию примесных оксидов Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3 и др.;

- по плотности растворов (г/см3).