Что относится к воздушным вяжущим материалам

Воздушные вяжущие вещества

Воздушные вяжущие вещества после смешивания с водой способны схватываться, твердеть, сохранять и повышать свою прочность только на воздухе; в воде они сильно размокают из-за высокой растворимости ком- понентов искусственного камня.

К воздушным вяжущим веществам относятся:

· карбонатные вяжущие (воздушная известь);

Воздушная известь (ГОСТ 9179-77) – воздушное вяжущее вещест- во, полученное умеренным обжигом (не до спекания) при 1000-1200°С из- вестняков, мела и других кальциево-карбонатных пород, содержащих до 6% глинистых примесей.

Виды воздушной извести:

· негашеная молотая (CaO);

· гашеная известь гидратная «пушонка» (CaOH)₂.

Сырьем для производства являются калъциево-магниевые горные породы: известняк, мел, доломитизированные и мергелистые известняки, доломиты. Независимо от вида сырья в его химический состав входят кар- бонат кальция СаСО₃ (не менее 85%), карбонат магния MgCO₃ (не более 7%) и глинистые вещества SiO₂ + А1₂O₃ + Fе₂О₃ (не более 6%).

Технология производства. Обжиг сырья производят в шахтных (рис. 17) или вращающихся печах (куски сырья обжигают размером от 40 до 120 мм в поперечнике шахтной печи, обжиг мелких фракций ведут во вращающихся печах).

При обжиге происходит разложение (диссоциация) известняка и по- лучается известь по реакции:

Карбонат магния, присутствующий в известняке, также разлагается:

В процессе обжига удаляется углекислый газ, составляющий 44%

массы известняка. Оставшиеся после обжига оксиды кальция и магния (СаО + MgO) являются активными составляющими полученного вяжущего вещества в виде пористых кусков белого цвета, называемого комовой не- гашеной известью.

Обожженная известь выходит из печи в виде кусков (комовая из- весть) пористой структуры – полуфабрикат, который можно измельчить (превратить в порошок) не только путем помола, но и гашением (действи- ем на куски извести водой), при котором происходит взаимодействие ак- тивных окислов с водой, в результате которого образуются гидраты оки- слов и выделяется определенное количество тепла. Куски извести при этом рассыпаются в мельчайший порошок, как бы распушиваются («пушонка»). Негашеная или молотая известь получается в результате тонкого по-

мола комовой извести на шаровых мельницах.

Неравномерность обжига приводит к образованию в извести недожо- га или пережога. Недожог получается при низкой температуре обжига, что снижает качество извести из-за отсутствия вяжущих свойств. Пережог по- лучается при очень высокой температуре обжига (зерна гасятся очень мед- ленно и могут продолжать гаситься в затвердевшем растворе, вызывая рас- трескивание и разрушение материала).

Негашеная комовая известь имеет плотность 900-1100 кг/м 3 и явля- ется полупродуктом. Для получения товарной продукции известь гасят или тонко измельчают.

Гашение извести. Реакция соединения извести с водой протекает очень энергично: выделяется тепло, резко повышается температура извес-

ти и воды, которая может закипеть, поэтому негашеную известь называют

«кипелкой»: CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q (реакция гидратации). При гашении куски комовой извести увеличиваются в объеме и распадаются на мель- чайшие (до 0,001 мм) частицы.

В зависимости от количества взятой для гашения воды получают:

· гидратную известь («пушонку»);

· известковое тесто или известковое молоко.

1 — шахта; 2 — загрузочное устройство; 3 — зона подогрева; 4 — зона обжига;

5 — зона охлаждения; 6 — гребень для подачи воздуха; 7 — механизм выгрузки обожженной извести

Свойства воздушной извести:

· – количество непогасившихся зерен (недожог и пе- режог)

Согласно ГОСТ 9179-77 комовую известь в зависи- мости от содержания активных СаО + MgО и количества непогасившихся зерен подразделяют на три сорта:

· I сорт содержит активных оксидов не менее 90%,

непогасившихся зерен до 7%;

· II сорт — соответственно не менее 80 и до 11%;

· III сорт — не менее 70 и до 14%.

По скорости гашения комовая известь бывает:

· быстрогасящаяся — время гашения до 8 мин.;

· среднегасящаяся — время гашения до 25 мин.;

· медленно гасящаяся — время гашения более 25 мин.

Чем выше активность извести, тем быстрее она гасится и тем больше выход известкового теста.

Степень измельчения (тонкость помола) — одна из основных харак- теристик вяжущего. Тонкость помола извести характеризуется остатками на ситах № 02 и № 008, которые должны составлять соответственно 1,5 и 15% от массы просеиваемой пробы.

Прочность воздушной извести стандартом не нормируется, однако не учитывать ее нельзя. Молотая негашеная известь через 28 суток тверде- ния обеспечивает прочность 5 МПа, а пушонка и известковое тесто — 0,5- 1 МПа.

Применение – в качестве связующего при изготовлении известковых красок, простых и сложных штукатурных и кладочных растворов с добав- кой цемента, для получения силикатного кирпича, камней, блоков и сме- шанных цементов (известково-шлаковых, известково-пуццолановых), для кладки наземных сооружений и штукатурки.

При перевозке, хранении и применении воздушной извести необхо- димо выполнять правила техники безопасности, так как известь — доволь- но сильная щелочь: известковая пыль раздражающе действует на органы дыхания и влажную кожу.

Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества – тонкоизмельченные продукты, по- лучаемые путем тепловой обработки природного гипсового камня, при- родного ангидрита, а также различных отходов химического производства, способные после затворения водой быстро схватываться, твердеть и пре- вращаться в камень на воздухе (4-30 минут). Способность к твердению им придает сернокислый кальций.

Водопотребность гипсовых вяжущих изменяется от 30-40 до 60-70% в зависимости от условий обжига и дисперсности. Большая разница между водопотребностью и количеством воды, необходимым на гидратацию по- лугидрата (менее 20%), является причиной значительной пористости гип- сового камня, доходящей до 50%. Пористость камня ниже, а прочность выше у вяжущего с меньшей водопотребностью.

Отличительными особенностями гипсовых вяжущих являются бы- строе схватывание, твердение, увеличение объема при твердении на возду- хе до 0,3% (это позволяет широко использовать гипс для отливки декора- тивно-художественных изделий сложной формы, а также применять его без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки).

Недостатки гипсовых вяжущих – повышенная гигроскопичность, низкая водостойкость, значительные деформации под нагрузкой (ползу- честь) влажного гипсового камня, коррозия стальной арматуры в гипсовых изделиях. Для повышения водостойкости гипсовых вяжущих при изготов-

лении вводят полимерные и гидрофобизирующие добавки, проводят ин- тенсивное уплотнение смесей с пониженным водосодержанием.

Применение – при производстве гипсокартонных и гипсоволокни- стых листов, гипсобетонных перегородочных панелей и блоков, декора- тивных и звукопоглощающих изделий, для приготовления штукатурных растворов для внутренних частей зданий, работающих при относительной влажности воздуха не более 60%, а также в качестве добавки к другим вя- жущим (расширяющийся цемент, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее).

Классификация гипсовых вяжущих

По тонкости помола, характеризуемой остатком на сите с отверстия- ми 0,2 мм массы пробы (%), взятой для просеивания, различают гипсовые вяжущие:

· грубого помола (группа I) — остаток не более 23%;

· среднего помола (группа II) — остаток не более 14%;

· тонкого помола (группа IIII) — остаток не более 2%.

По срокам схватывания различают три группы гипсовых вяжущих:

Для замедления схватывания гипсовое вяжущее затворяют водой с добавкой животного клея или органических клееподобных веществ, пони- жающих растворимость полугидрата.

Марочную прочность гипсовых вяжущих определяют после 2-х ча- сов твердения образцов на воздухе. Образцы (балочки размером 4х4х16 см, изготовленные из теста стандартной консистенции) испытывают на изгиб, а их половинки — на сжатие. Стандартом предусмотрены 12 марок гипсо- вых вяжущих – от Г-2 до Г-25. Цифры в обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа. Для каждой марки регламентируется минимальная прочность при изгибе в пределах соответ- ственно от 1,2 до 8 МПа. Строительный гипс соответствует гипсовым вя- жущим невысоких марок по прочности Г-2. Г-7, а высокопрочный — вы- соких марок от Г-10 Г-25. Маркировка гипсового вяжущего содержит ин- формацию о прочности, сроках схватывания и дисперсности.

В зависимости от вида сырья и принятой технологической схемы производства гипсовые вяжущие вещества делят на две группы:

· низкообжиговые (собственно гипсовые – строительный, формо- вочный и высокопрочный гипсы, изготовленные из природного гипсового камня)

· высокообжиговые (ангидритовые – ангидритовый цемент, из- готовленный на основе природного ангидрида или обожженного при высо- кой температуре природного гипсового камня).

К низкообжиговым относят:

· формовочный гипсы; К высокообжиговым:

· ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент);

· высокообжиговый гипс (эстрихгипс).

Ангидритовый цемент изготавливают из природного гипса обжигом при температуре 600-700°С. Продукт обжига состоит преимущественно из нерастворимого ангидрита, не способного в обычных условиях схваты- ваться или твердеть. Для придания ему вяжущих свойств при помоле вво- дят минеральные активизаторы твердения. Можно получать ангидритовый цемент без обжига помолом природного ангидрита с теми же добавками. В качестве активизаторов применяют гашеную или негашеную известь (2-5% массы ангидрита), обожженный доломит (3-8%), доменный шлак (10-15%). Высокообжиговый гипс получают обжигом природного гипса или ангид- рита при 800-1000°С. В отличие от низкообжиговых гипсовых ангидрито- вые вяжущие имеют большую водостойкость и медленнее схватываются и твердеют: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, конец

– не позднее чем через 12 ч. Марочную прочность контролируют в возрас- те 28 суток.

Применение – при устройстве бесшовных полов и подготовки под линолеум, для приготовления штукатурных и кладочных растворов раз- личных марок, для получения искусственного мрамора (отделочный ан- гидритовый цемент).

Из гипсовых вяжущих веществ основными являются:

Изделия на основе гипсовых вяжущих

для II сорта – 20% и для III сорта – 30%. Предел прочности при сжатии со- ответственно 5,5 МПа, 4,5 МПа и 3,5 МПа.

Производство строительного гипса. Существует несколько техно- логических схем: помол сырья и последующая тепловая обработка; те- пловая обработка камня и помол после обработки; помол и обжиг со- вмещены в одном аппарате.

Тепловую обработку гипсового камня можно проводить в варочных котлах, сушильных барабанах и мельницах. Наиболее простым и распро- страненным способом производства строительного гипса является тепло- вая обработка тонкомолотого сырья в гипсоварочном котле периодическо- го действия, который представляет собой стальной барабан (вместимость 12. 15м 3 ), футерованный огнеупорным кирпичом. Внутри котла находятся жаровые трубы и мешалка для перемешивания гипса.

Измельченный в мельнице порошок загружают через загрузочный люк в варочный котел. Топочные газы подогревают днище и стенки котла, про- ходят в жаровые трубы и попадают в дымовую трубу (продолжительность варки 1. 3ч.); при этом двуводный гипс обезвоживается и превращается в полуводный гипс. При температуре 180°С происходит дегидратация гип- сового камня:

Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полу- водного гипса. После окончания обжига гипс через выгрузочное устрой- ство поступает в камеру томления и выдерживается в ней в течение

20. 40 мин. для выравнивания состава (дегидратация неразложившегося природного гипса и переход в полугидрат).

Помол гипса после обжига производят в шаровой мельнице.

Производство гипсового вяжущего по совмещенной схеме помола и обжига происходит в мельницах. В мельницах гипсовый камень измельча- ется, мелкие частицы подхватываются потоком горячих дымовых газов, поступающих в мельницу. Частицы, находясь во взвешенном состоянии, обезвоживаются и превращаются в полуводный гипс. В мельницах обеспе- чивается непрерывность работы.

Основные свойства гипса:

· водопотребностъ (нормальная густота);

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02. Различают грубый, средний и тонкий помол вяжущего. Обозначают каждую группу индексами I, II и III:

· I – грубый помол, остаток на сите не более 23%

· II – средний помол, остаток на сите не более 14%

· III – тонкий помол, остаток на сите не более 2%.

Водопотребностъ гипса определяется количеством воды (в %), необ- ходимой для получения теста заданной подвижности.

Реологические свойства теста оценивают в соответствии с методами его укладки в дело. Диаметр расплыва теста стандартной консистенции на вискозиметре Суттарда (рис.19) должен быть равен (180 ±5) мм. Нормаль- ная густота гипсового теста требует 50. 70% воды по массе вяжущего.

Строительный гипс является быстро схватывающимся и быстротвер- деющим вяжущим веществом. Сроки схватывания определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто нормальной густоты. Согласно ГОСТ 125—79 различают следующие группы гипса в зависимо- сти от сроков схватывания:

· А – быстросхватывающийся (начало схватывания не ранее 2

мин, окончание — не позднее 15 мин.);

· Б – нормально схватывающийся (начало схватывания не ранее

6 мин, окончание — не позднее 30 мин.);

· В – медленносхватывающийся (начало схватывания не ранее

20 мин., окончание не нормируется).

При схватывании и твердении гипс расширяется в объеме до 1%. Способность гипса расширяться позволяет применять его без заполнителей (в отличие от других вяжущих), не опасаясь растрескивания изделий от усадки.

Быстрое схватывание затрудняет работу с гипсом. В случае необхо- димости к гипсу добавляют замедлители схватывания в количестве 0,1. 0,55% по массе гипса (животный клей, столярный клей, сульфитно- спиртовая барда и т.д.), при добавлении которых начало схватывания за- медляется до 30 минут (прочность снижается до 10%).

В случае необходимости ускорения схватывания гипса к нему добав- ляют природный гипсовый камень или поваренную соль (1% гипса и 0,5% соли).

Прочность гипса характеризуется маркой (Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25), которую устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов-балочек размером 40x40x160 мм, изготов- ленных из теста нормальной густоты и испытанных через 2 ч после затво- рения гипса водой. Балочки испытывают на изгиб до разрушения, а полу- ченные полубалочки испытывают на сжатие. Предел прочности при изгибе соответствующих марок меняется от 1,2 до 8,0 МПа.

Условное обозначение гипсового вяжущего характеризует его ос- новные свойства. Например, гипсовое вяжущее Г-5 БП: нормальнотвер- деющее (Б), среднего помола (П), прочность при сжатии не менее 5МПа.

Свойства строительного гипса:

· белый или светло-серый порошок;

· истинная плотность 2,6. 2,75 г/см 3 ;

· неводостойкий, поэтому прочность гипсовых изделий при ув- лажнении снижается на 40. 60% (их следует применять в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%);

Применение – для изготовления перегородочных плит и панелей, вентиляционных коробов, гипсокартонных листов (сухая штукатурка), акустических плит, приготовления гипсовых и известково-гипсовых шту- катурных растворов, различных архитектурно-декоративных деталей ме- тодом отливки.

При транспортировании и хранении гипсовые вяжущие должны быть защищены от увлажнения и загрязнения.

Высокопрочный гипс – разновидность строительного. Отличается от строительного гипса способом тепловой обработки, которую проводят пу- тём содержания двуводного гипса в автоклаве под давлением пара 0,13 МПа при 124°С в течение 5 часов с последующей сушкой и измельчением в порошок. В результате образуются более крупные кристаллы, обуслов- ливающие высокие прочностные характеристики и меньшую водопотреб- ность. Нормальная густота 40-45%, прочность при сжатии не менее 25-30 МПа. Сроки схватывания сходны с таковыми у строительного гипса.

Применение – в металлургической промышленности для изготовле- ния форм, а также применяют для изготовления архитектурных деталей и строительных изделий повышенной прочности.

Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помо- лом и более высокой прочностью (сроки схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин.).

Ангидритовый гипс получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700°С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) выпускают четырех марок: 5, 10, 15, 20.

Применение – для кладки и оштукатуривания внутренних стен и из- готовления художественных изделий.

Более водостойкими гипсовыми вяжущими являются полимергипс и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

Полимергипс в отличие от строительного гипса имеет высокую прочность на сжатие – 30 МПа и большую водостойкость; получают его при смешивании строительного гипса с фенольно-фурфурольной смолой (17-20 %).

Применение – в производстве облицовочных плиток, а также для от- делочных работ в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие получают на основе полу- водного гипса (40-60%), портландцемента (20-25%) и трепела (10-25%).

Магнезиальные вяжущие вещества

Углекислый газ удаляется из печи естественной или искусственной

тягой. Готовое вяжущее упаковывают в металлические барабаны.

Каустический доломит получают путем обжига при 650-750°С и по- следующего тонкого помола. При обжиге доломит разлагается: МgСО₃ СаСO₃ = МgО + СО₂ + СаСО₃.

Углекислый кальций при этом не разлагается, а остается в инертном виде как балласт, поэтому каустический доломит по качеству уступает каустическому магнезиту.

Свойства магнезиальных вяжущих веществ:

· их затворяют не водой, а водными растворами хлористого маг- ния MgCl₂ · 6H₂O или сернокислого магния;

· твердеют только при положительной температуре более +12°С и сравнительно быстро (начало схватывания не ранее 20 мин, окончание — не позднее 6 ч.);

· у каустического доломита сроки схватывания растянуты (нача-

ло схватывания через 3-10ч, окончание – через 8-20 ч.);

· хорошо сцепляются с органическими заполнителями (древес- ными опилками и стружками), придавая им повышенную стойкость против загнивания, возгорания и истирания;

· являются очень гигроскопичными, неводостойкими материа- лами, поэтому в настоящее время имеют ограниченное применение.

Применение: для изготовления ксилолита (магнезиально-опилочный материал для полов), фибролита (теплоизоляционный материал), штука- турных растворов, искусственного мрамора.

Сырьем для производства жидкого стекла служат чистый кварцевый песок, кальцинированная сода Na₂СO₃ или сернокислый натрий Na₂SO₄, реже вторым компонентом является поташ K₂СО₃.

Подготовленную сырьевую смесь сплавляют в стекловаренных печах при температуре 1300-1400°С в течение 7-10 ч, затем стекломассу быстро охлаждают и она твердеет, распадается на куски (силикат-глыбы). Послед- ние растворяют до жидкого состояния паром (в автоклаве) высокого дав- ления 0,5-0,6 МПа при 150°С. Этот вязкий раствор и называют жидким стеклом (или натриевый силикат Na₂O·nSiO₂ или калиевый силикат Кa₂O·nSiO₂).

Качество жидкого стекла характеризуется показателями – модулем и плотностью. Модуль стекла – это отношение количества оксида кремния к оксиду металла. Чем больше модуль, тем выше качество стекла. Для строительных целей используют чаще натриевое стекло модулем 2,5. 3,0, калиевое – модулем 3. 4 применяют реже.

· плотность 1300. 1500 кг/м 3 ;

· твердение происходит только на воздухе вследствие высыха- ния и выделения аморфного кремнезема nSiO₂. Процесс твердения можно ускорить, добавив катализатор – кремнефтористый натрий.

Применение: в строительстве – для получения силикатных огнеза- щитных красок, для защиты природных каменных материалов от выветри- вания, для уплотнения (силикатизации) грунтов, для получения кислото- упорного цемента и бетона.

Твердение кислотоупорного цемента происходит достаточно быстро в воздушно-сухих условиях при температуре воздуха не менее +10°С: на- чало схватывания наступает в зависимости от количества кремнефтористо- го натрия через 20-60 мин., конец – не позднее 6 ч. Растворы и бетоны, приготовленные на кислотоупорном цементе, обладают высокой стойко- стью к большинству минеральных и органических кислот, но теряют проч- ность в воде и разрушаются в едких щелочах. Предел прочности при сжа- тии стандартами не нормируется, но бетоны, изготовленные на этом це- менте, имеют прочность при сжатии до 60 МПа.

Применение – для изготовления стойких к действию кислот замазок, растворов и бетонов, для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности.

Внимание! При работе с цементом, содержащим ядовитое вещество – кремнефтористый натрий, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, не допуская попадания порошка в дыхательные пути и на слизистые оболочки.

Источник

Воздушные вяжущие материалы. Состав. Свойства. Классификация.

Вяжущие – вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используется для изготовления: бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов; строительных растворов – кладочных, штукатурных и специальных.

Вяжущие вещества по составу делятся на

1. неорганические (известь, цемент, строительный гипс, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой (реже водными растворами солей). Включают: вяжущие воздушные, вяжущие гидравлические, вяжущие автоклавного твердения.

2. органические (битумы, дёгти, животный клей, полимеры), которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях..

По составу, основным свойствам и областям применения различают вяжущие материалы: гидравлические, воздушные, кислотоупорные и автоклавного твердения. Каждую из этих групп в свою очередь делят на несколько разновидностей в соответствии с составом и основными свойствами.

Воздушные вяжущие вещества в результате смешивания с водой способны отвердевать и сохранять прочность только на воздухе. Под воздействием воды изделия на их основе постепенно разрушаются. Поэтому воздушные вяжущие вещества используются только в наземных строительных сооружениях.

В группу воздушных вяжущих входит воздушная известь, а также гипсовые и магнезиальные вяжущие вещества.

Источник