Строительной известью называют группу минеральных вяжущих веществ, получаемых в результате обжига ниже температуры спекания кальциево-магниевых карбонатных горных пород. Строительная известь делится на воздушную и гидравлическую.
Воздушная известь при затворении водой схватывается, твердеет и сохраняет прочность в воздушно-сухих условиях.
Гидравлическая известь, затворенная водой, схватывается на воздухе, но твердеет и сохраняет прочность камня не только на воздухе, но и под водой. В сырье для ее производства содержится до 20% глинистых примесей. Применение гидравлической извести — одного из старейших вяжущих веществ — в настоящее время ограничено, поскольку по свойствам она значительно уступает портландцементу.
В зависимости от вариантов дальнейшей обработки обожженного продукта различают несколько видов воздушной извести: негашеную комовую известь—кипелку, состоящую главным образом ) из СаО; негашеную молотую известь — порошкообразный продукт помола комовой извести; гидратную известь—пушонку — тонкий порошок, получаемый в результате гашения комовой извести определенным количеством воды и состоящий в основном из Са(ОН)2; известковое тесто — тестообразный продукт гашения комовой извести, состоящей в основном из Са(ОН)2и механически примешанной воды; известковое молоко — белая суспензия, в которой гидроксид кальция находится частично в растворенном, а частично во взвешенном состоянии.
Archive for января, 2010
Производство известковых вяжущих материалов
Суббота, января 30, 2010Производство строительной воздушной извести
Воскресенье, января 24, 2010Сырьем для производства воздушной известа служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций — мел, известняк, известковые туфы и т.д. Разработку залежей известняка ведут открытым способом с помощью взрывных работ с последующей погрузкой породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами.
Размеры кусков поставляемой с карьера породы достигают 50—60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60—200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5-20 мм или 20—40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить. Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава.
Основа получения известковых вяжущих — обжиг карбонатсо-держащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции
СаСО} -±СаО + С0
Как правило, обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков, но возможна и тепловая обработка меловых шламов. Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение СаС03 начинается уже при 600°С, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900°С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести - ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов.
При обжиге кусков в первую очередь декарбонизируются поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем выше его сопротивление проникновению теплоты и тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину. Поэтому практически температура обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости типа печи и других факторов - плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т.д. Чем плотнее и чем более крупнокристалличным является сырье, тем выше требуемая температура обжига. Наличие глинистых приме сей облегчает удаление С02 и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств. Уже при 1000-1100°С возникает опасность пережога поверхности кусков извести. В заводских условиях температура обжига карбоната кальция составляет 1050— 1200°С, причем под температурой обжига понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого материала.
Диссоциация углекислого кальция - обратимая реакция, протекающая при определенных температурах и соответствующих парциальных давлениях углекислого газа. Установившееся при какой-либо температуре химическое равновесие в системе СаС03 -> СаО + + С02 можно сместить слева направо удалением некоторого количества С02, что вызывает диссоциацию новых частиц карбоната и выделение дополнительных количеств углекислого газа. Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения известняка путем усиления тяги в печи.
Обжиг
Понедельник, января 18, 2010Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах можно обжигать только твердые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся — как твердые породы, так и шла-мы мягких пород, например мела. Основная задача при обжиге — обеспечение максимальной степени декарбонизации СаС03 при минимальной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога».
Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи (рис. 3.7), высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают (считая сверху вниз) три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива — кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо — до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаС03 и MgC03. В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.
Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твердое топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием летучих - антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В них сжигается твердое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Применяют длин-нопламенное топливо с высоким содержанием летучих, а также торф, дрова, горючие сланцы. В газовых печах топливом чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в слое материала.
Наиболее производительны и экономичны пересыпные печи, но в них продукт обжига загрязнен золой. Печи с выносными топками имеют то преимущество, что способны работать на низкокачественном, менее дефицитном топливе, но их тепловой КПД ниже по сравнению с пересыпными печами. Наиболее высокое качество имеет продукт при обжиге в газовых печах.
Вращающиеся пет позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.
Длина известьобжигательных вращающихся пеЧей составляет 30—100 м при диаметре 1,8—3 м, производительность достигает 400—500 т/сут., что в 2—4 раза выше, чем у шахтных печей. Одно из важнейших технологических преимуществ обжига извести во вращающихся печах — малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом. Вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс и снизить капитальные затраты на строительство цехов. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи опасность пережога в них минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.
Выгружаемая из печей комовая известь транспортируется на склад вагонетками или транспортерами и хранится в бункерах или силосах. Во избежание снижения активности известь не должна контактировать с водой даже в виде паров.
Воздушная известь отличается от всех других вяжущих тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и при гашении. Комовая негашеная известь является полуфабрикатом, из которого в зависимости от принятой схемы — помол или гашение — получают соответственно молотую негашеную или гашеную известь.
Тонкость помола и прочность
Среда, января 13, 2010Тонкость помола. В зависимости от степени измельчения различают гипсовые вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2%, соответственно.Чем тоньше размолот гипс, тем больше его реакционная поверхность и тем быстрее протекает схватывание и дальнейшее твердение, но одновременно увеличивается водопотребность. Особое значение тонкость помола имеет для высокообжиговых вяжущих, для них максимальный остаток на сите №008 — не более 15%.
Прочность. Марку низкообжиговых гипсовых вяжущих опре деляют по прочности при сжатии образцов-балочек размеро\ 40x40x160 мм, сформованных из теста нормальной густоты в возрасте 2 часа после затворения водой. ГОСТом установлено 12 марок от Г-2 до Г-25 (цифра в обозначении марки соответствует прочности при сжатии, выраженной в МПа). Наряду с прочностью при сжатии нормируется также прочность при изгибе, которая существенно ниже.
Прочность гипса может быть повышена путем сушки. При этом растворенный двуводный гипс оседает в порах и упрочняет кристаллический сросток. Прочность гипсовых образцов, высушенных при температурах до 60°С, в 2—2,5 раза выше прочности влажных образцов после 2 часов твердения.
У высокообжиговых вяжущих свои методы оценки прочности. Марку ангидритового вяжущего определяют по прочности при сжатии в возрасте 28 суток в образцах из растворов жесткой консистенции состава 1 : 3 (вяжущее : Вольский песок). Предусмотрен выпуск четырех марок вяжущего — 5, 10, 15 и 20 МПа.
Выпускаемый высокообжиговый гипс имеет марки 10, 15 и 20 по прочности при сжатии (МПа) через 28 суток образцов-кубов из раствора пластичной консистенции 1: 0 (без песка). Кроме того, затвердевший высокопрочный гипс отличается повышенным сопротивлением истиранию.
Наряду с гипсовыми вяжущими общестроительного назначения выпускают гипс для фарфоро-фаянсовой и керамической промышленности. Он имеет сроки схватывания, установленные для нормально твердеющего гипса, а остаток на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм (№02) не более 1%. К этим вяжущим предъявляются и особые требования: объемное расширение — не более 0,15%, содержание нерастворимых в НС1 примесей — не более 1%, водопоглощение — не менее 30%.
Гипсовые вяжущие твердеют с некоторым увеличением объема (до 1%), благодаря чему гипсовые отливки хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При его высыхании трещин не образуется, что позволяет применять гипс без заполнителей.
Производство гашеной и негашеной извести
Понедельник, января 11, 2010ля облегчения помола в мельнице комовую известь предварительно дробят до зерен размером 15—20 мм. Помол осуществляют обычно в шаровых одно- и двухкамерных мельницах, но возможно применение также валковых и роликовых мельниц, а при необходимости получения очень тонкого порошка используют вибромельницы. Наряду с бездобавочной известью выпускают также известь с активными минеральными добавками (золы, шлаки), в последнем случае их вводят в мельничный агрегат, где происходит совместное измельчение и одновременно перемешивание. Тонкость помола негашеной извести оказывает существенное влияние на ее свойства, особенно при наличии «пережога».
Гашение — специфический технологический процесс, используемый только в производстве извести. При гидратации извести происходит реакция СаО + Н20-+ Са(ОН)2, в результате которой выделяется значительное количество теплоты — 1160 кДж на 1 кг оксида кальция. Выделяющаяся теплота вызывает кипение воды, поэтому негашеную известь называют «кипелкой». Проникая вглубь зерен, вода вступает во взаимодействие с СаО, и теплота, выделяющаяся при этом, превращает воду в пар. Резкое увеличение объема пара по сравнению с объемом жидкости вызывает внутренние растягивающие напряжения в зернах извести и их диспергацию, в результате чего образуются частицы размером до 0,01 мм.
Процесс гашения замедляется вследствие образования на поверхности известковых частиц тестообразного слоя продуктов гидратации, который препятствует доступу воды к внутренним слоям исходного зерна. Для ускорения гашения рекомендуется предварительно измельчать известь, энергично перемешивать гасящуюся массу, а также использовать подогретую воду. При перемешивании с поверхности зерен как бы «сдирается» гидратная пленка и открывается доступ к внутренним непрогасившимся слоям. Характер процесса гашения зависит также от наличия примесей. При гашении в пушонку зерна силикатов и алюминатов кальция, образовавшихся при Обжиге, не гасятся и не превращаются в порошок, поэтому их необходимо отделять, отдельно доизмель-чать, а затем смешивать с пушонкой для улучшения ее гидравлических свойств. К негасящейся части извести относятся также не-разложившийся при обжиге известняк, пережженные частицы оксидов кальция и магния, остеклованные новообразования, получающиеся в пересыпных печах при взаимодействии извести с золой топлива.
Гашение в пушонку
Понедельник, января 4, 2010Гашение в пушонку производят в гидраторах периодического или непрерывного действия. К периодически действующим гид-раторам относятся гасильные барабаны цилиндрической или бочкообразной формы емкостью около 15 м3. Барабаны со скоростью вращения от 3 до 5 об/мин устанавливают горизонтально на катках. В барабаны загружают предварительно измельченную в молотковых или конусных дробилках известь с размером кусков 3-5 мм. Известь гасится паром, поступающим через пароподводящее устройство. Продолжительность гашения, включая загрузку и выгрузку продукта, составляет 30-40 мин. После отсева не-прогасившихся частиц известь направляется в бункера или силоса для вылеживания (силосования), где процесс гашения продолжается, что ведет к повышению качества материала.
Заводское производство пушонки по сравнению с производством комовой извести имеет ряд преимуществ: непрогасившие-ся частицы отделяются уже на заводе; транспортировка упакованной пушонки удобнее; такой продукт имеет более длительный период хранения. Вместе с тем себестоимость пушонки выше, так как ее выпуск требует организации гидратного цеха и упаковочного узла.
Процесс гашения в тесто более длителен и сложен. Он применяется, если известь предназначена к использованию на месте производства или на объектах, находящихся поблизости (например, в виде строительных растворов). Качество известкового теста выше, чем у теста из пушонки, полученной из такой же комовой извести.
При механизированном гашении извести в тесто кипелку предварительно измельчают в щековой дробилке до кусков с размером не более 5 см и орошают на виброгрохоте горячей водой. Затем материал поступает в гасильный бункер, где выдерживается 2 часа. Окончательное гашение происходит в гасителе, куда поступает вода, подогретая до 40-50°С. Из гасителя материал в виде известкового молока выливается на виброгрохот. Крупные частицы поступают в бункер отходов, а известковое молоко перекачивается для отстоя в железобетонные чаны, которые имеют по 4 вертикальных фильтра — оцинкованных трубы с отверстиями по всей высоте, заполненных крупным песком и проходящих через днище чана. За время пребывания в чанах (примерно 15—16 часов) избыточная вода уходит через фильтры, а материал приобретает сме-танообразную консистенцию с влажностью 75%. Отстоявшаяся вода возвращается в технологию и вновь применяется для гашения извести.
Твердение известковых вяжущих
Понедельник, декабря 28, 2009Твердение известкового теста происходит в результате испарения воды и кристаллизации гидрокисида кальция. При потере влаги мельчайшие частицы Са(ОН)2 сближаются и срастаются между собой, образуя известковый каркас. По мере испарения воды кристаллов становится все больше, они переплетаются и превращаются в прочный кристаллический сросток. Одновременно также происходит карбонизация гидроксида кальция за счет поглощения им углекислоты из воздуха
Са(ОН)2 +С02 + пН20-» СаС03 + (п+1)Н20.
Этот процесс протекает достаточно интенсивно лишь в присутствии воды. Карбонизация извести приводит к уплотнению и упрочнению структуры, а также к повышению водостойкости изделий. Однако пленка углекислого кальция, образующаяся на поверхности твердеющей извести, затрудняет проникновение С02 во внутренние ее слои. Поэтому карбонизация замедляется и затягивается на долгие годы. В начальный период твердения на прочность известковых растворов карбонизация сказывается в меньшей степени, чем высыхание. Поэтому необходимо обеспечивать благоприятные воздушно-сухие условия для твердения известковых изделий.
Известковое тесто из—за сильной усадки при высыхании растрескивается, во избежание чего к нему добавляют 2—4 объемные части песка. Песок служит в растворе скелетом, препятствующим усадке и растрескиванию теста при высыхании. Кроме того, он удешевляет раствор и делает его более пористым, что облегчает удаление испаряющейся воды и доступ внутрь материала углекислого газа. Сцепление частиц песка и извести достаточно прочное. Извести в растворе должно быть достаточно для заполнения всех пустот между песчинками и обмазывания каждой из них известковым тестом. Однако прослойки между песчинками должны быть минимальны. При избытке извести, а также при ее неравномерном распределении среди песчинок в местах скопления извести при затвердевании могут появиться трещины. При обычных температурах известь и песок во взаимодействие не вступают.
При затворении водой молотой негашеной извести происходит ее гидратационное твердение, выражающееся в гидратации оксида кальция, последующей коллоидации и кристаллизации продукта гидратации. При твердении идет реакция
СаО + Н20= Са(ОН)2.
Негашеная известь растворяется в воде с образованием насыщенного раствора, который быстро становится пересыщенным, так как, во-первых, растворимость извести при нагревании снижается, а, во-вторых, часть воды испаряется и отсасывается внутренними слоями зерен. Из пересыщенного раствора выделяются субмикроскопические частички гидроксида кальция, сцепляющиеся и срастающиеся друг с другом. В дальнейшем происходит рост кристаллов с увеличением площади контактов их срастания и повышением прочности камня. Упрочнению твердеющей системы способствует значительное увеличение доли твердой фазы в системе за счет химического связывания воды в Са(ОН)2.
Твердение известково-песчаных смесей при повышенных температурах
Понедельник, декабря 21, 2009Если при обычных температурах взаимодействием извести и кварцевого песка можно пренебречь, то при повышенном давлении водяного пара 0,9—1,3 МПа и, соответственно, температуре 175—200°С реакционная способность частиц кварцевого песка существенно возрастает. Становится возможным активное взаимодействие Si02 и извести, в результате которого образуются гидросиликаты кальция, играющие роль цементирующего вещества. При этом прочность камня обеспечивается не физическим сцеплением гидратных новообразований вяжущего с зернами заполнителя, а химическим взаимодействием компонентов сырьевой смеси (извести и кварцевого песка), протекающим по реакции
хСа(ОН)2 + Si02 + пН20 -> хСаО ? Si02(n+\)H20.
Состав образующихся гидросиликатов кальция зависит от исходного соотношения извести и кремнезема в смеси, дисперсности кварцевого песка, температуры и продолжительности тепло-влажностной (гидротермальной) обработки. На практике стремятся добиться такого состава гидросиликатной связки, который обеспечивал бы максимальную прочность материала. Состав гидросиликатов оценивают по их основности, то есть мольному от ношению CaO/Si02, которое может меняться от 2 до 0,8. В начальный период обработки, когда в системе еще присутствует свободная известь, преимущественно образуется двухкальциевый гидросиликат 2СаО • Si02 ? Н20 (сокращенная запись — C2SH(A)). По мере гидротермальной обработки основность новообразований постепенно снижается, и образуются волокнистые тоберморитопо-добные гидросиликаты серии CSH(B) с основностью, близкой к единице. Получаемые гидросиликаты дают более высокопрочный сросток, чем кристаллы C2SH(A). Однако присутствие двухосновных гидросиликатов кальция, обладающих игольчатой армирующей структурой, в изделиях также необходимо.
С ростом продолжительности запаривания за счет понижения основности уже закристаллизовавшихся гидросиликатов образуется дополнительное количество низкоосновных соединений. В результате увеличения общего количества цементирующего вещества, а также более полной кристаллизации стабилизировавшегося гидросиликата кальция прочность автоклавных материалов повышается.
Такой механизм твердения извести в гидротермальных условиях в смеси с кварцевым песком, а также шлаками, золами и другими кремнеземистыми или алюмосиликатными добавками послужил основой для создания нового класса материалов, получивших широкое распространение, а именно силикатных бетонов и силикатного кирпича.
Свойства строительной воздушной извести
Понедельник, декабря 14, 2009Качество получаемой извести характеризуется ее активностью, которая определяется суммарным содержанием в ней оксидов кальция и магния. Активность извести, равная, например, 85%, означает, что в ней содержится 85% (по массе) СаО и MgO, способных к гидратации, а остальные 15% составляют различные примеси и неразложившийся СаС03. Чем выше активность извести, тем лучше ее вяжущие свойства и тем меньше требуется такой извести для приготовления строительного раствора.
По ГОСТу строительная воздушная известь подразделяется на три сорта для негашеной извести и на два сорта для гашеной извести. Активность негашеной извести без добавок для 1, 2, и 3 сортов должна составлять не менее 90, 80 и 70% соответственно; для 1 и 2 сортов негашеной извести с добавками — не менее 64 и 52%, соответственно. Содержание непрогасившихся зерен для трех сортов негашеной извести должно быть соответственно не более 7, 10 и 12%. В гашеной извести без добавок содержание СаО + MgO (в пересчете на сухое вещество) должно быть для I и 2 сортов не менее 67 и 60%, а для гашеной извести с добавками — не менее 50 и 40% соответственно.
Негашеная известь размалывается достаточно легко. Остаток на ситах №02 и №008 соответственно не более 1 и 10%. Обычно заводы выпускают продукт с остатком на сите №008 от 2 до 7%, что соответствует удельной поверхности 350—500 м2/кг.
Известь — самое пластичное вяжущее, что объясняется способностью частиц СаО удерживать на своей поверхности адсорбционные слои воды, уменьшающие трение между ними. Поэтому известковый раствор обладает высокой удобоукладываемостью, он легко и равномерно распределяется тонким слоем на поверхности кирпича или бетона и хорошо сцепляется с ними, а также заполняет все трещины и каверны. Это свойство известкового теста позволяет использовать его в качестве пластификатора, например, в цементных растворах.
Известковые растворы должны обладать равномерностью изменения объема при твердении. Гашение пережженных частиц в уже упрочнившемся тесте происходит медленно, и это может привести к образованию трещин.
Известковые растворы вполне воздухостойкие материалы. При воздушно-сухом режиме создаются благоприятные условия для их упрочнения за счет испарения влаги, а также карбонизации. Во влажных условиях известковые растворы размокают.
Прочность воздушной извести не нормируется стандартом. Прочность гидратной извести-пушонки, а также известкового теста обычно невелика и составляет примерно 0,5—1,0 МПа через 28 суток твердения. Молотая негашеная известь отличается более высокой прочностью — 1,0—5,0 МПа через 28 суток.
Молотая негашеная известь заметно отличается от гашеной извести и по ряду других свойств. Строительные растворы на негашеной молотой извести становятся удобоукладываемыми при значительно меньшем количестве воды, чем растворы на гашеной извести-пушонке или известковом тесте. Они обладают также более высокой прочностью. Строительные растворы на обычном известковом тесте схватываются в течение нескольких суток, а на молотой негашеной извести — за 30—60 мин. При затворении водой молотой негашеной извести в короткие сроки выделяется много теплоты, что может привести к возникновению в ней высоких температурных напряжений и разрушению изделия. Поэтому из молотой негашеной извести легче получить изделия высокой прочности при условии, что окружающая обстановка способствует быстрому отводу теплоты, например на морозе.
Производство воздушной извести
Понедельник, декабря 7, 2009Производство воздушной извести очень распространено. Она является местным вяжущим веществом, так как сырьевые материалы и топливо имеются почти во всех регионах, а процесс ее изготовления не требует сложного оборудования. Значительная ее часть расходуется на получение строительных растворов (смесь извести и песка), применяемых для кладочных и штукатурных работ, при этом в качестве добавок может использоваться цемент. Бездобавочные растворы предназначены для эксплуатации только в сухих условиях, то есть их применяют в основном для внутренних работ.
Как составная часть известь входит в состав многих смешанных вяжущих: известково-шлаковых, известково-гипсовых, известково-пуццолановых и т. д. Она находит также применение в производстве легкобетонных камней, шлакобетона, бетонов низких марок, рассчитанных на службу в воздушно-сухих условиях, теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов, известковых окрасоч* ных составов. Основная часть строительной извести расходуется на получение автоклавных силикатных строительных материалов.
В настоящее время для строительных целей используют лишь около 50% всей выпускаемой извести. Остальную часть потребляют керамическая, стекольная, металлургическая промышленность, сельское хозяйство и другие отрасли.