Растворимое стекло и кислотоупорный цемент

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вяжущими веществаминазывают материалы, способные в опре­деленных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) об­разовывать пластично-вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает. Переходя из пластично-вязкого состояния в камневидное, вяжущие вещества могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Это свойство вяжущих использу­ется для получения бетонов, строительных растворов различного назначения, силикатного кирпича, асбестоцемента и других безъоб­жиговых искусственных каменных материалов.

Начало использования человеком вяжущих открыло новую эпо­ху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помо­щью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конструкции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому.

Следующим важным шагом в применении вяжущих стала идея непосредственного изготовления смеси вяжущих, песка и мелких камней и укладка ее в форму с целью получения искусственного камня заданной формы — так родился бетон. Аналогичная идея за­ложена в отделочных штукатурных растворах — смеси вяжущего и песка, используемых для выравнивания поверхностей и придания им вида монолитного камня. Вероятно, первым вяжущим была гли­на, потом появились известь и гипс. В наше время в руках строите­лей есть широкая гамма разнообразных вяжущих веществ.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на:

• неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др.), ко­торые для перевода в рабочее состояние затворяют водой (реже вод­ными растворами солей);

• органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олигомеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом, с помощью органических растворителей или сами они представляют собой вязкопластичные жидкости.

В строительстве в основном используют неорганические (мине­ральные) вяжущие вещества, рассматриваемые в этой главе. Далее для краткости неорганические вяжущие вещества будут называться просто вяжущим. Органические вяжущие подробно рассматривают­ся в гл. 9.

Подавляющее число неорганических вяжущих способно твер­деть самопроизвольно, без создания каких-либо условий. Однако на­ходят применение и вяжущие автоклавного твердения, способные твердеть только в среде насыщенного водяного пара при температуре 150...200 °С и при повышенном давлении (в автоклаве). К последним относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые и другие вяжущие.

Главным качественным показателем вяжущих является отноше­ние к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохра­нять прочность только на воздухе. По химическому составу можно выделить четыре группы воздушных вяжущих: 1 — известковые, со­стоящие, в основном, из гидрооксида кальция Са(ОН)₂; 2 — гипсо­вые, состоящие из сульфата кальция (CaSO₄ • 0,5Н₂О или CaSO₄); 3 — магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния MgO; 4 — жидкое стекло — раствор силиката натрия или ка­лия. Последнее из-за способности сохранять прочность в кислых средах называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, на­ходясь в воде, они могут повышать свою прочность. По химическо­му составу гидравлические вяжущие представляют собой сложные системы, состоящие в основном из соединений четырех оксидов: СаО — SiO₂ — А1₂О₃ — Fe₂O₃.

Эти соединения образуют основные типы гидравлических вяжущих (приводятся в исторической после­довательности):

1. — гидравлическая известь и романцемент;

2. — си­ликатные цементы, состоящие преимущественно (> 75 %) из сили­катов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидно­сти; это главные вяжущие в современном строительстве;

3. — алюминатные цементы, состоящие в основном из алюминатов кальция; это — глиноземистый цемент и его разновидности;

4. — вя­жущие эттрингитового типа, основными компонентами которых являются алюминаты кальция и сульфат кальция; к ним относятся расширяющиеся и безусадочные цементы.

Главнейшие показатели качества вяжущих, как воздушных, так и гидравлических,— прочность и скорость твердения.

Прочностьвяжущих изменяется во времени, поэтому ее оцени­вают по прочности (обычно на сжатие и изгиб) стандартных образ­цов, твердевших определенное время в условиях, установленных стандартом. По этим показателям устанавливают марку вяжущего. Например, марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов из гипсового теста спустя 2 ч после их изготовления, а портландцемента — по прочности образцов из цементно-песчаного раствора — через 28 суток твердения во влажных условиях при тем­пературе (20 ±2)° С.

Скорость твердения— другая не менее важная характеристика вяжущих. Очень высокой скоростью твердения обладают гипсовые вяжущие: они полностью затвердевают за несколько часов; очень медленно твердеет воздушная известь: процесс ее твердения длится сотни лет.

В процессе твердения строители различают две стадии: схваты­вание и набор прочности (собственно твердение). Такое членение процесса имеет весьма условный характер, но оно удобно для прак­тических целей.

Схватывание— потеря тестом вяжущего пластично-вязких свойств. Момент, когда появляются признаки загустевания теста, т. е. оно начинает терять пластичность, говорит о начале схватыва­ния. Момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончатель­но теряя пластичность, но не приобретая еще практически значи­мой прочности, называют концом схватывания. Сроки схватывания гипса 4...30 мин, портландцемента — несколько часов. Схватыва­ние — явление, характерное для вяжущих, твердеющих по физи­ко-химическому механизму (гипс, цементы). У простейших вяжу­щих (глина, известь), твердеющих в результате испарения воды, этап схватывания отсутствует.

Сроки схватывания необходимо знать, так как все работы со смесями на основе вяжущих должны заканчиваться до на чала их схватывания, пока они не потеряли пластичности. По вторное перемешивание после схватывания, особенно с добап лением воды, может привести к существенному снижению прочности материала на этом вяжущем

ГЛИНА

Глина — осадочная горная порода, основные свойства которой определяются свойствами мельчайших частиц (менее 0,005 мм) глинистых минералов (см. п. 5.2). Глинистые частицы обычно имеют пластинчатое строение и хорошо смачиваются водой (гидрофиль­ны). Благодаря большой общей поверхности частиц глина способна поглощать и удерживать большое количество воды (до 20...30 % по массе). При этом она разбухает и переходит в вязкопластичное со­стояние.

При высыхании глиняное тесто уменьшается в объеме: частицы глины, сближаясь, начинают прочно удерживаться друг около друга силами поверхностного натяжения тончайших пленок воды, остаю­щейся между ними. Происходит затвердевание глины. Прочность при сжатии высохшей глины достаточно велика (до 10 МПа).

Глиняное тесто при высыхании из-за сближения частиц дает значительную (на 7—10%) усадку. Чтобы уменьшить усадку и пред­отвратить растрескивание, в глиняное тесто добавляют более круп­нозернистые материалы (песок, опилки).

Известно, что при повторном увлажнении глина вновь размяг­чается, поэтому затвердевший глиняный материал необходимо пре­дохранять от воздействия воды.

Глину в качестве вяжущего применяют как местный материал в сельском строительстве для штукатурных и кладочных растворов. Из глины с добавлением соломы получают также материал для кладки стен — саман.

Благодаря высокой пластичности и способности удержи­вать воду на поверхности своих тонкодисперсных частиц гли­ну используют в качестве пластифицирующей добавки к це­менту в строительных растворах.

ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Гипсовые вяжущие — группа воздушных вяжущих веществ, в затнердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция (CaSO₄ • 2Н₂О), включает в себя собственно гипсовые вяжущие (далее для краткости — гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и эстрихгипс).

Гипс(в строительной практике иногда используют устаревший термин алебастр — от греч. alebastros — белый) — быстротвердею-щее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата каль­ция CaSO₄ • 0,5Н₂О, получаемого низкотемпературной (< 200 °С) термообработкой гипсового сырья.

Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый ка­мень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaSO₄ • 2Н₂О) и различных механических примесей (глины и др.). В качестве сырья

могут использоваться также гипсосодержащие промышленные от­ходы, например, фосфогипс, а также сульфат кальция, образую­щийся при химической очистке дымовых газов от оксидов серы с помощью известняка. Все это указывает на то, что проблем с сырь­ем для гипсовых вяжущих нет.

Получение гипса включает две операции:

• термообработку гипсового камня на воздухе при 150...160 °С; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь в полуводный сульфат кальция Р-модификации

• тонкий размол продукта, который можно производить как до, так и после термообработки; гипс — мягкий минерал (твердость по шкале Мооса — 2), поэтому размалывается очень легко.

Таким способом производится основное количество гипса; обычно для этого используют гипсоварочные котлы. Гипс Р-моди­фикации далее для краткости будем называть просто «гипс».

Доступность сырья, простота технологии и низкая энерго­емкость производства (в 4...5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и перспективным вя­жущим.

Химизм твердения гипса заключается в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой в двуводный:

Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу.

Причина такого поведения гипса заключается в том, что полу­водный гипс растворяется в воде почти в 4 раза лучше, чем двувод­ный (растворимость соответственно 8 и 2 г/л в пересчете на CaSO₄). При смешивании с водой полуводный гипс растворяется до образо­вания насыщенного раствора и тут же гидратируется, образуя двугидрат, по отношению к которому раствор оказывается пересыщен­ным. Кристаллы двуводного гипса выпадают в осадок, а полувод­ный гипс вновь начинает растворяться и т. д. (рис. 8.1). В дальней­шем процесс может идти по пути непосредственной гидратации гипса в твердой фазе.

Конечной стадией твердения, заканчивающегося через 1...2 ч, является образование кристаллического сростка из достаточно крупных кристаллов двуводного гипса. Часть объема этого сростка

занимает вода (точнее, насыщенный раствор CaSO₄ • 2Н₂О в воде;, не вступившая во взаимодействие с гипсом (о причинах присутст­вия этой воды чуть ниже). Если высушить затвердевший гипс, то прочность его заметно (в 1,5...2 раза) повысится за счет дополни­тельной кристаллизации гипса из указанного выше раствора по ме­стам контактов уже сформированных кристаллов. При повторном увлажнении процесс протекает в обратном порядке, и гипс теряет часть прочности.

Причина присутствия свободной воды в только что затвердев­шем гипсе объясняется тем, что для гидратации гипса в соответст­вии с уравнением химической реакции нужно около 20 % воды от его массы, а для образования пластичного гипсового тес-га — 50...60 % воды. (Последний показатель называют водопотреб-поетъю, методика определения которой для гипса описана в лабора­торной работе № 6.) Очевидно, что после затвердевания такого тес-га (т. е. после завершения гидратации) в нем останется 30...40 % (от массы гипса) свободной воды, что составляет около половины объ­ема материала. Этот объем воды образует поры, временно занятые иодой, а пористость материала, как известно, определяет многие его i нойства (плотность, прочность, теплопроводность и др.).

Разница между количеством воды, необходимым для твер­дения вяжущего и для получения из него удобоформуемого те­ста,— основная проблема технологии материалов на основе минеральных вяжущих.

Для гипса проблема снижения водопотребности и, соответст­венно, снижения пористости и повышения прочности была решена

путем получения гипса термообработкой не на воздухе, а в среде на­сыщенного пара (в автоклаве при давлении 0,3...0,4 МПа) или в растворах солей (СаС1₂ • MgCl₂ и др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса — а-гипс, имеющая водопотребность 35...40 %.

Гипс ос-модификации называют высокопрочным гипсом, так как благодаря пониженной водопотребности он образует при твердении менее пористый и более прочный камень, чем обычный гипс р-модификации. Из-за трудностей производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.

Технические свойства гипса. Истинная плотность полуводного гипса — 2,65...2,75 г/см³ (двуводного — 2,32 г/см³); насыпная плот­ность полуводного гипса — 800...1100 кг/м³.

По срокам схватывания, определяемым на приборе Вика (мето­дика определения описана в лабораторной работе № 6), гипс делят на три группы (А, Б, В):

Вид гипса	Начало схватывания	Конец схватывания
Быстротвердеющий (А) Нормальнотвердеющий (Б) Медленнотвердеющий (В)	Не ранее 2 мин Не ранее 6 мин Не ранее 20 мин	Не позднее 15 мин Не позднее 30 мин Не нормируется

Замедляют схватывание гипса добавкой столярного клея, сульфитноспиртовой барды (ССБ), технических лигносульфонатов (ЛСТ), кератинового замедлителя, а также борной кислоты, буры и полимерных дисперсий (например, ПВА).

Марку гипса определяют испытанием на сжатие и изгиб стан­дартных образцов-балочек 4 х 4 х 16 см спустя 2 ч после их формо­вания (о методике испытаний см. лабораторную работу). За это вре­мя гидратация и кристаллизация гипса заканчивается.

Установлено 12 марок гипса по прочности от Г-2 до Г-25 (цифра показывает нижнее значение предела прочности при сжатии данной марки гипса):

	Марка гипса
	Г-2 Г-3 Г-4 Г-5 Г-6 Г-7 Г-10 Г-13 Г-16 Г-19 Г-22 Г-25
Предел проч­ности, МПа, не менее: при сжатии при изгибе	2 3 4 5 6 7 10 13 16 19 22 25 1,2 1,8 2 2,5 3 3,5 4,5 5,5 6 6,5 7 8

В строительстве используется в основном гипс марок от Г-4 до Г-7.

По тонкости помола, определяемой максимальным остатком пробы гипса при просеивании на сите с отверстиями 0,2 мм, гипсо­вые вяжущие делят на три группы:

Группа I И III

Помол Грубый Средний Тонкий

Остаток на сите 0,2, % 23 14 2

Маркируют гипсовые вяжущие по всем трем показателям: ско­рости схватывания, тонкости помола и прочности. Например, гип­совое вяжущее Г-7АП — быстротвердеющее (А), среднего помола (II), прочность на сжатие не менее 7 МПа.

Плотность затвердевшего гипсового камня низкая (1200... 1500 кг/м³) из-за значительной пористости (60...30 %, соответствен­но).

Гипсовое вяжущее — одно из немногих вяжущих, расши­ряющихся при твердении: увеличение в объеме достигает 0,2 %. Эта особенность гипсовых вяжущих позволяет приме­нять их без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки, и использовать для снятия копий в формовочном деле.

При увлажнении затвердевший гипс не только существенно (в 2...3 раза) снижает прочность, но и проявляет нежелательное свой­ство — ползучесть — медленное необратимое изменение размеров и формы под нагрузкой. Характер водной среды во влажном гип­се — нейтральный (рН = 6,5...7,5), и она содержит ионы Са⁺² и SO4², поэтому стальная арматура в гипсе интенсивно корродирует. Ув­лажнению гипса способствует его гигроскопичность — способность поглощать влагу из воздуха.

Гипс хорошо сцепляется с древесиной и поэтому его целе­сообразно армировать деревянными рейками, картоном или целлюлозными волокнами и наполнять древесными стружка­ми и опилками.

Гипсовые материалы не только являются негорючими материала­ми, но в силу своей пористости замедляют передачу теплоты, а при действии высоких температур в результате термической диссоциа­ции выделяют воду, тем самым тормозя распространение огня.

В сухих условиях эксплуатации или при предохранении от действия воды (гидрофобизирующие покрытия, пропитки и т. п.) гипс очень перспективное с технической и экологиче­ской точек зрения вяжущее.

Области применения. Главнейшая область применения гип­са — устройство перегородок. Они могут быть заводского изготов­ления в виде панелей «на комнату», из гипсовых камней или из гипсокартонных листов. Последние также широко применяют для от­делки («обшивки») стен и потолков (см. 14.3). Гипсоволокнистые материалы используют как выравнивающий слой под чистые полы. Из гипса делают акустические плиты. В различных вариантах его применяют для огнезащитных покрытий металлических конструк­ций. Небольшое по объему, но важное направление использования гипса: декоративные архитектурные детали (лепнина) и скульптура.

Гипс используют для изготовления форм (например, для кера­мики) — формовочный гипс и в медицине для фиксации при перело­мах — медицинский гипс. Два последних вида гипса отличаются от строительного несколько повышенными требованиями к тонкости помола и химическому составу.

Местные вяжущие материалы из гипсосодержащих пород. Врайо­нах Средней Азии и Закавказья применяют местные вяжущие — ганч и гажу. Их получают из пород, содержащих гипс (20...60 %) и глину (80...40 %). Ганч и гажа по свойствам напоминают обычный гипс, отличаясь от него более медленным схватыванием. Эти вяжу­щие используют для штукатурных и художественных работ.

Ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс— медленносхва-тывающиеся и медденнотвердеющие вяжущие, состоящие из без- , водного сульфата кальция CaSO₄ и активизаторов твердения. ₍

Безводный сульфат кальция существует в природе в виде мине- I рала — ангидрита, однако даже в тонкоразмолотом состоянии он не обнаруживает вяжущих свойств.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом природ­ного гипсового камня CaSO₄ • 2Н₂О до высоких температур (800...950 °С). При этом происходит его частичная диссоциация с образованием СаО. Последний служит активизатором твердения ангидрита. Окончательным продуктом твердения такого вяжущего является двуводный гипс, определяющий эксплуатационные свой ства материала. Технологические же свойства эстрих-гипса сущест­венно отличаются от свойств обычного гипса.

Сроки схватывания эстрих-гипса: начало не ранее 2 ч, ко нец — не нормируется.

Благодаря пониженной водопотребности (у эстрих-гипса она составляет 30...35 % против 50...60 % у обычного гипса) эстрих-гипс после затвердевания образует более плотный и прочный материал. Прочность образцов-кубов из раствора жесткой консистенции со­става вяжущее:

песок =1:3 через 28 сут твердения во влажных услови­ях — 10...20 МПа. По этому показателю устанавливают марку эст­рих-гипса: 100; 150 или 200 (кгс/см²).

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипса при 600...700 ° С до полной дегидратации, т. е. до образования ангидри­та; возможно также использование природного ангидрита, подвер­гаемого только сушке и размолу. Этот вид вяжущих был предложен П. П. Будниковым.

Подготовленный ангидрит размалывают с активизаторами твер­дения. Используют щелочные активизаторы: известь (3...5 %) или основные шлаки (10...15 %) и растворимые сульфаты: Na₂SO₄, A1₂(SO₄)₃, FeSO₄ и др. (0,5...1 %). Состав затвердевшего материала, свойства и марки ангидритового цемента такие же, как у эст­рих-гипса.

Эстрих-гипс и ангидритовый цемент применяли в конце XIX — начале XX вв. для кладочных и штукатурных растворов (в том числе и для получения искусственного мрамора), устройства бесшовных полов, оснований под чистые полы и т. п. В настоящее время эти вяжущие применяются ограниченно. Весьма вероятно появление интереса к этим вяжущим в недалеком будущем.

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит MgO и каустический доломит MgO + СаСО₃) — тонкодисперсные по­рошки, активной частью которых является оксид магния.

Получают магнезиальные вяжущие умеренным (до 700...800 °С) обжигом магнезита (реже доломита). При этом карбонат магния диссоциирует с образованием оксида магния

MgCO₃->MgO + CO₂

и карбонат кальция СаСО₃ (в доломите) остается без изменения и является балластной частью вяжущего. Обожженный продукт раз­малывают.

При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно, проявляя слабые вяжущие свойства. Магнезиальные вяжущие принято затворять раствором хлорида или сульфата магния. В этом случае гидратация протекает значительно быстрее

Кроме того, возможно образование гидрата оксихлорида магния (3MgO • MgCl₂ • 6Н₂О), уплотняющего образующийся материал.

Сроки схватывания каустического магнезита зависят от темпе­ратуры обжига и тонкости помола и обычно находятся в пределах: начало — не ранее 20 мин; конец -- не позднее 6 ч. Твердение начи­нается интенсивно, и через сутки вяжущее достигает прочности 10... 15 МПа; через 28 суток воздушного твердения прочность со­ставляет 30...50 МПа. В жестких смесях прочность может достигать 100 МПа.

У каустического доломита сроки схватывания больше, а проч­ностные показатели ниже (например, Д._ж через 28 сут составляет 10...30 МПа).

Магнезиальные вяжущие в XIX — начале XX в. применялись для устройства бесшовных монолитных, так называемых ксилоли­товых полов. Ксилолит (от гр. xelon — древесина) — бетон на магне­зиальном вяжущем с наполнителем из древесных опилок. Такие по­лы циклюются, их можно натирать мастиками, по тешюусвоению они близки к паркетным полам. Возможно изготовление ксилоли­товых плиток для полов. Хотя серьезных перспектив у магнезиаль­ных вяжущих из-за дефицитности сырья (магнезиты необходимы для получения огнеупоров) нет, но они вновь начали применяться в отечественном строительстве.

РАСТВОРИМОЕ СТЕКЛО И КИСЛОТОУПОРНЫЙ ЦЕМЕНТ

Растворимое стекло — силикаты натрия (Na₂O • /wSiO₂) или ка­лия (К₂О • /«SiO₂), где m — модуль стекла, находящийся в пределах для натриевого стекла 2,0...3,5, а для калиевого 3,5...4,5. Раствори­мое стекло получают сплавлением смеси кварцевого песка соответ­ственно с содой Na₂CO₃ (или сульфатом натрия Na₂SO₄) и поташем К₂СО₃ в стекловаренных печах при 1300...1400 "С. Образовавшийся расплав быстро охлаждают. При этом он распадается на полупроз­рачные желто-зеленые куски, называемые силикат-глыбой.

В строительстве обычно используют раствор силикат-глыбы в воде — жидкое стекло (в быту такой раствор называют силикатный клей). Растворение производится в автоклаве насыщенным паром. Плотность раствора 1,5... 1,3 г/см³, что соответствует концентрации раствора 70...50 %.

При растворении в воде силикаты натрия и калия гидролизуют-ся с образованием коллоидного раствора кремневой кислоты Si(OH)₄ и соответствующих щелочных гидроксидов. В этих услови­ях (рН = 12... 13) раствор кремневой кислоты относительно стаби­лен. Жидкое стекло имеет повышенную вязкость из-за того, что кремнекислота в нем находится в полимеризованном виде. При обезвоживании (испарении или отсасывании воды) или при нейт­рализации щелочей (например, углекислым газом воздуха) раствор теряет стабильность и переходит в гель, уплотняющийся со време­нем и приобретающий значительную прочность. Так растворимое стекло проявляет вяжущие свойства. В обычных условиях этот про­цесс может идти очень долго, поэтому используют добавки — уско­рители твердения.

Жидкое стекло применяют для изготовления кислотоупорных замазок и бетонов, а также как связующее в силикатных красках (только калиевое стекло).

Кислотоупорный цемент изготовляют из тонко измельченной смеси кислотоупорного наполнителя (кварца, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения - кремнефтористого натрия Na₂SiF₆. Название «цемент» для такого порошка имеет условный характер, так как сам он вяжущими свойствами не обладает и при смешива­нии с водой не твердеет. Вяжущим веществом в таких цементах яв­ляется жидкое стекло, которым этот «цемент» и затворяют.

Процесс твердения кислотоупорного цемента протекает по схе­ме полного разложения силиката натрия и нейтрализации гидроксида натрия:

Образующийся гель кремневой кислоты является вяжущим ком­понентом, а плохо растворимый фторид натрия и порошок кисло­тоупорной породы (кварца и т. п.) служат микронаполнителями об­разующегося цементного камня. Ориентировочное количество Na₂SiF₆ от массы растворимого стекла (т. е. сухого вещества в составе жидкого стекла) в кислотоупорных растворах и бетонах должно быть в пределах 10...15 %.

Сроки схватывания кислотоупорного цемента: начало — не ра­мсе 20 мин., конец — не позднее 8 ч. У этого цемента нормируется предел прочности при растяжении после 28 сут твердения — не ме­нее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бетонов на кислотоупорном цементе составляет 20...60 МПа.

Основным достоинством и отличием кислотоупорного це­мента от других неорганических вяжущих является способ­ность работать в условиях действия большинства кислот (за исключением плавиковой и фосфорной).

Более того, для уплотнения и упрочнения бетонов или рас­творов на кислотоупорном цементе их обрабатывают соляной или серной кислотами {«кислуют»). При этом нейтрализуются остатки щелочных гидроксидов и уплотняется гель кремнекислоты.

Кислотостойкость — сохранение массы при испытании в кисло­те - не менее 93 %.

При длительном воздействии воды, пара и растворов щелочей бетоны и растворы на жидком стекле теряют прочность.

ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ

Известь известна человечеству не одно тысячелетие и все это время активно используется им в строительстве и многих других от­раслях. Это объясняется доступностью сырья, простотой техноло­гии и достаточно хорошими свойствами извести.

Сырьем для получения извести служат широко распространен­ные осадочные горные породы: известняки, мел, доломиты, состоя­щие преимущественно из карбоната кальция (СаСО₃). Если куски таких пород прокалить на огне (рис. 8.2), то карбонат кальция пе­рейдет в оксид кальция:

После прокаливания куски, теряя с углекислым газом 44 % сво­ей массы, становятся легкими и пористыми. При смачивании водой они бурно реагируют с ней, превращаясь в тонкий порошок, а при избытке воды в пластичное тесто. Этот процесс, сопровождающий­ся сильным выделением теплоты и разогревом воды вплоть до ки­пения, называют гашением извести. Образующееся при избытке взя­той воды пластичное тесто используют в качестве вяжущего. При испарении воды тесто загустевает и переходит в камневидное состо­яние (рис. 8.2). Недостаток извести — медленное твердение: про­цесс набора прочности твердеющей известью растягивается на годы и десятилетия. В реальные сроки строительства прочность затвер­девшей извести, как правило, не превышает 0,5...2 МПа.

Производство. Сырье — карбонатные породы (известняки, мел, доломиты), содержащие не более 6...8 % глинистых примесей, обжигают в шахтных

или вращающихся печах при температуре 1000... 1200 °С. В процессе обжига СаСО₃ и MgCO₃, содержащиеся в исходной породе, разлагаются на оксиды кальция СаО и магния MgO и углекислый газ. Неравномерность обжига может привести к образо­ванию в извести недожога и пережога.

Недожог (неразложившийся СаСО₃), получающийся при слиш­ком низкой температуре обжига, снижает качество извести, так как не гасится и не обладает вяжущими свойствами.

Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига в результате сплавления СаО с примесями кремнезема и глинозема. Зерна пережога медленно гасятся и могут вызвать растрескивание и разрушение уже затвердевшего материала.

Куски обожженной извести — комовая известь — обычно под­вергают гашению водой:

Выделяющаяся при гашении теплота резко повышает темпера­туру извести и воды, которая может даже закипеть (поэтому нега­шеную известь называют кипелкой).

При гашении куски комовой извести увеличиваются в объеме и распадаются на мельчайшие (до 0,001 мм) частицы.

В зависимости от количества взятой для гашения воды получа­ют: гидратную известь — пушонку (50...70 % воды от массы извести, теплоты, выделяющейся при гашении 1 кг извести (1160 кДж), достаточно, чтобы нагреть до кипения 3,5...4 л воды.

т. е. в количестве, необходимом для протекания реакции гидрата­ции — процесса гашения); известковое тесто (воды в 3...4 раза боль­ше, чем извести), известковое молоко (количество воды превышает теоретически необходимое в 8... 10 раз).

Виды воздушной извести.По содержанию оксидов кальция и магния воздушная известь бывает:

• кальциевая — MgO не более 5 %;

• магнезиальная — MgO 5...20 %;

• доломитовая — MgO 20...40 %.

По виду поставляемого на строительство продукта воздушную известь подразделяют на негашеную комовую (кипелку), негаше­ную порошкообразную (молотую кипелку) и гидратную (гашеную, или пушонку).

Негашеная комовая известьпредставляет собой мелкопористые куски размером 5...10 см, получаемые обжигом известняка. В зави­симости от содержания активных СаО + MgO и количества негася-щихся зерен комовую известь разделяют на три сорта.

По скорости гашения комовая известь бывает:

Вид извести	Время достижения максимальной температуры, мин максимальной температуры, мин
Быстрогасящаяся Среднегасящаяся Медленногасящаяся	<8 8...25 >25

Негашеную порошкообразную известь получают помолом комовой в шаровых мельницах в тонкий порошок. Часто в известь во время помола вводят активные добавки (гранулированные доменные шла­ки, золы ТЭС и т. п.) в количестве 10...20 % от массы извести. По­рошкообразная известь, как и комовая, делится на три сорта.

Преимущество порошкообразной извести перед комовой состо­ит в том, что при затворении водой она ведет себя подобно гипсо­вым вяжущим: сначала образует пластичное тесто, а через 20...40 мин схватывается. Это объясняется тем, что вода затворения, образую­щая тесто, частично расходуется на гашение извести. При этом известковое тесто густеет и теряет пластичность. Благодаря мень­шему количеству свободной воды материалы на основе порошкооб­разной извести менее пористые и более прочные. Кроме того, из­весть при гашении разогревается, что облегчает работу с ней в хо­лодное время.

При использовании порошкообразной извести воды берут 100... 150 % от массы извести в зависимости от качества извести и количества активных добавок в ней. Определяют количество воды опытным путем.

Гидратная известь (пушонка) — тончайший белый порошок, по­лучаемый гашением извести, обычно в заводских условиях, неболь­шим количеством воды (несколько выше теоретически необходи­мого). При гашении в пушонку известь увеличивается в объеме в 2...2,5 раза. Насыпная плотность пушонки — 400...450 кг/м³; влаж­ность — не более 5 %.

Гашение известиможно производить как на строительном объ­екте, так и централизованно. В последнем случае гашение совмеща­ется с мокрым помолом непогасившихся частиц, что увеличивает выход извести и улучшает ее качество.

На строительстве известь гасят в гасильных ящиках (творилах). В ящик загружают комовую известь не более чем на Уз его высоты (толщина слоя обычно около 100 мм), поскольку при гашении из­весть увеличивается в объеме в 2,5...3,5 раза. Быстрогасящуюся из­весть заливают сразу большим количеством воды, чтобы не допус­тить перегрева и кипения воды, медленногасящуюся — небольши­ми порциями, следя за тем, чтобы известь не охладилась. Из 1 кг извести в зависимости от ее качества получается 2...2,5 л известко­вого теста. Этот показатель называют «выход теста».

Воздушная известь — единственное вяжущее, которое пре­вращается в тонкий порошок не только размолом, но и само­произвольно путем гашения водой.

Колоссальная удельная поверхность частиц Са(ОН)₂ и их гидрофильность обусловливает большую водоудерживающую спо­собность и пластичность известкового теста. После отстаивания известковое тесто содержит около 50 % твердых частиц и 50 % во­ды. Каждая частица окружена тонким слоем адсорбированной во­ды, играющей роль своеобразной смазки, что обеспечивает высо­кую пластичность известкового теста и смесей с использованием извести.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения (обычно не менее двух недель). Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные зерна (пере­жог).

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и из­вести около 1:1.

Твердение.Известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора Са(ОН)₂ и мельчайших нерастворившихся частиц извести. По мере испарения из него воды образуется пересыщенный раствор Са(ОН)₂, из которого выпадают кристаллы, скрепляющие отдель­ные частицы в единый монолит. При этом происходит усадка твер­деющей системы, которая в определенных условиях (например, при твердении известковой смеси на жестком основании — штукатур­ный слой) может вызвать растрескивание материала. Поэтому из­весть всегда применяют с заполнителями (например, известково-песчаные растворы) или в смеси с другими вяжущими для при­дания материалу пластичности.

Известковое тесто, защищенное от высыхания, неограни­ченно долго сохраняет пластичность, т. е. у извести отсутству­ет процесс схватывания. Затвердевшее известковое тесто при увлажнении вновь переходит в пластичное состояние (из­весть — неводостойкий материал).

Однако при длительном твердении (десятилетия) известь приоб­ретает довольно высокую прочность и относительную водостой­кость (например, в кладке старых зданий). Это объясняется тем, что на воздухе известь реагирует с углекислым газом, образуя нераство­римый в воде и довольно прочный карбонат кальция, т. е. как бы обратно переходит в известняк:

Процесс этот очень длительный, и полной карбонизации извес­ти практически не происходит, хотя поверхностная карбонизация протекает достаточно быстро.

Существует мнение, что при длительном контакте извести с кварцевым песком в присутствии влаги между этими компонентами происходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидросиликатов. Это так же повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200...300 лет.

Применение, транспортирование, хранение.Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов как самостоятельное вяжущее, так и в смеси с цементом; при про­изводстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий; для

получения смешанных вяжущих (известково-шлаковых, известково-зольных и др.) и для красок.

Негашеную известь, особенно порошкообразную, при транс­портировании и хранении предохраняют от увлажнения. Порошко­образная известь-кипелка гасится даже влагой, содержащейся в воз­духе. Максимальный срок хранения молотой извести в бумажных мешках 25 сут, в герметичной таре (металлические барабаны) — не ограничен.

Комовую известь транспортируют навалом в закрытых вагонах и автомашинах, порошкообразную — в бумажных мешках, а также в специальных автоцистернах. В таких же цистернах перевозят пу­шонку и известковое тесто.

Хранят комовую известь в сараях с деревянным полом, подня­тым над землей не менее чем на 30 см. Недопустимо попадание на известь воды, так как это может вызвать ее разогрев и пожар. На складах извести тушение пожара водой запрещается.

Техника безопасности.Воздушная известь всех видов — доволь­но сильная щелочь. Поэтому при работе с ней необходимо прини­мать меры, предотвращающие контакт извести с открытыми участ­ками кожи и особенно дыхательных путей и глаз. Особенно опасна негашеная известь. Концентрация известковой пыли в воздухе не должна превышать 2 мг/м³.

Молотую известь необходимо предохранять от попадания воды, так как в этом случае из-за бурного выделения теплоты и вскипания воды возможен выброс порошка извести.

Во время погрузочно-разгрузочных работ, а также во время га­шения извести рабочие должны быть в резиновой обуви, защитной одежде, рукавицах, плотно прилагающем головном уборе, защит­ных очках и респираторах.