Материаловедение (стр. 11 )

CaSO4.2H2O =+ 1,5Н2О-Q

Это эндотермическая реакция, идущая с поглощением тепла. Продукт реакции - -модификация СаSO4.0,5Н2О имеет мелкие кристаллы с нечетко выраженными гранями.

Для получения высокопрочного гипса, состоящего в основном из -СаSO4.0,5Н2О (имеет крупные и плотные кристаллы в виде игл или призм), создают такие условия, при которых кристаллизационная вода удаляется в капельно-жидком состоянии. Известны два способа получения высокопрочного гипса: автоклавный и способ кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении. Получаемый - полугидрат характеризуется меньшей водопотребностью (30-45%) по сравнению с - полугидратом, пониженной пористостью и повышенной прочностью на сжатие - до 50 МПа.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие получают обжигом дробленого гипсового камня или ангидрита во вращающихся печах с последующим размолом продукта обжига.

Ангидритовое вяжущее - продукт обжига СаSО4.2Н2О при температуре 600-900 0С с последующим измельчением с добавками-катализаторами (известь, обожженный доломит, основные доменные шлаки). Ангидритовое вяжущее получают также помолом природного ангидрита СаSО4 с добавками-активизаторами твердения (способ ).

Высокообжиговый гипс состоит из ангидрита СаSО4 и 3-5% СаО, образующегося при разложении СаSО4 и выполняющего роль катализатора при твердении СаSО4. Высокообжиговый гипс получают обжигом гипсового камня при температуре 800-10000С и последующим помолом, в отличие от строительного гипса он медленно схватывается и твердеет, но его водостойкость и прочность выше.

Твердение строительного гипса происходит в результате растворения - полугидрата, образования его пересышенного раствора, в котором возникают зародыши кристаллов двугидрата:

+ 1,5Н2О= CaSO4.2H2O + Q (экзотермическая реакция).

По теории твердения выделяют три периода твердения:

- подготовительный период - образование раствора, насыщенного по отношению к продуктам гидратации; пластичное состояние теста;

- период коллоидации - образование коллоидно-дисперсной массы в виде геля; загустевание теста (схватывание);

- период кристаллизации – кристаллизация новообразований, рост кристаллов, их срастание, образование кристаллизационной структуры; твердение системы и рост ее прочности.

Дальнейшее увеличение прочности происходит за счет высыхания гипсового камня - удаления пленочной воды.

Основные свойства гипсовых вяжущих определяются по стандартным методикам.

Тонкость помола определяется в зависимости от остатка на сите 0,2 мм при просеивании пробы гипса; различают вяжущие грубого, среднего и тонкого помола.

Водопотребность определяется количеством воды в % от массы вяжущего, необходимым для получения гипсового теста стандартной консистенции. Консистенция оценивается по диаметру расплыва лепешки из гипсового теста на вискозиметре Суттарда.

Чтобы получить удобоукладываемое гипсовое тесто, необходимо взять 50-70% воды от массы гипса, а на химическую реакцию гидратации требуется лишь 18,6% Н2О. Избыток воды затем испаряется, что обуславливает большую пористость (40-60% и более), и соответственно, невысокую прочность.

По срокам схватывания различают группы гипсовых вяжущих, приведенные в таблице 6.1.

Марку гипса (от Г-2 до Г-25, где цифра обозначает предел прочности при сжатии, МПа) определяют по результатам испытаний образцов-балочек размерами 40х40х160 мм через 2 ч после изготовления. Балочки испытывают на изгиб, а образовавшиеся при этом половинки – на сжатие.

Особенностью процесса твердения гипса является небольшое увеличение до 1% в объеме, что благоприятно для изготовлении архитектурных деталей (рельефов) способом литья.

Таблица 6.1

Группы гипсовых вяжущих веществ по срокам схватывания

Вид вяжущего	Индекс сроков схватывания	Сроки схватывания, мин.
		Начало, не ранее	Конец, не позднее
Быстротвердеющее	А	2	15
Нормальнотвердеющее	Б	6	30
Медленнотвердеющее	В	20	не нормируется

Водостойкость. Прочность гипсовых вяжущих в воде снижается из-за растворения СаSО4.2Н2О и разрушения кристаллического сростка. Водостойкость повышают гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак, пропитка водоотталкивающими составами и т. д.

К недостаткам гипсовых вяжущих помимо низкой водостойкости можно отнести и значительную деформацию под нагрузкой (ползучесть).

Применение. Гипсовые вяжущие применяют для изготовления гипсовых деталей, гипсобетонных изделий - гипсовых плит для перегородок, гипсобетонных панелей, сухой штукатурки, тонкостенных изделий (вентиляционные короба и др.), а также для приготовления штукатурных растворов и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих (ГЦПВ), применяемых в заводском производстве санитарно-технических кабин, стеновых панелей и проч.

6.2.2. Воздушная известь

Воздушная известь - вяжущее вещество, получаемое в результате обжига ниже температуры спекания кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, мела, доломитизированного известняка и др.), состоящее преимущественно из оксида кальция. Известь, как и гипс, - очень древнее вяжущее вещество, которое было известно за несколько тысяч лет да нашей эры.

Сырьем для воздушной извести являются указанные выше горные породы при содержании примеси глины в них не более 6%.

Производство известковых вяжущих включает следующие основные технологические операции:

- добыча сырья;

- подготовка сырья и топлива к обжигу (дробление, сортировка по крупности и проч.);

- обжиг при температуре 900-1200 0С;

- превращение продукта обжига в порошок путем гашения или помола;

- упаковка готового продукта.

Обжиг известняка производят в шахтных или вращающихся печах. Применяют также установки для обжига известняка “в кипящем слое”. Обжигают известняк до возможно более полного удаления СО2 по реакциям:

СаСО3 = СаО + СО2 - Q

MgCO3 = MgO + СО2 - Q

Процесс декарбонизации эндотермический, то есть сопровождается поглощением тепла. Выделяющийся при данной реакции углекислый газ СО2 , составляет 44% от массы СаСО3, поэтому образующаяся комовая негашеная известь получается в виде пористых кусков, активно взаимодействующих с водой.

Гашение воздушной извести протекает с выделением такого большого количества тепла, что смесь закипает, поэтому комовую негашеную известь называют известью-кипелкой:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q

Продукт гашения – гашеная известь из-за испарения воды самопроизвольно рассыпается в тонкодисперсный порошок, который называют известью-пушонкой (от слова «пух»).. Воздушная известь – единственное вяжущее, которое можно перевести в тонкодисперсное состояние не только помолом, но и гашением.

Таким образом, из комовой негашеной извести можно получить:

- при измельчении механическим путем (размолом в мельницах) - молотую негашеную известь;

- при измельчении химическим путем (гашении водой) - гашеную известь. В зависимости от количества воды затворения можно получить: гидратную известь-пушонку (60-80% Н2О; = 400-450 кг/м3; частицы размером 5-20 мкм и менее); известковое тесто (2-3 части Н2О на 1 часть извести-кипелки; 1400 кг/м3); известковое молоко (Н2О более 3 частей; < 1300 кг/м3).

Твердение гашеной извести происходит медленно, на воздухе, ускоряется сушкой и обусловлено несколькими одновременно протекающими процессами:

- высыханием раствора, сближением кристаллов Са(ОН)2 и их срастанием;

- карбонизацией за счет поглощения углекислоты из воздуха:

Са(ОН)2 + СО2 + nН2О = СаСО3 + (n+1) Н2О;

- ростом кристаллов, увеличением площади контактов их срастания и повышением прочности камня.

Основные свойства воздушной извести:

- высокая пластичность известкового теста в т. ч. в смеси с песком, причем чем выше содержание основных оксидов (СаО + MgО) в извести, тем пластичнее известковое тесто и тем выше ее сорт;

- активность - процентное содержание активных, т. е. способных к гашению СаО и MgO;

- количество непогасившихся зерен: недожога – неразложившегося при обжиге СаСО3, пережога - остеклованного трудногасящегося СаО.

- время гашения; различают: быстрогасящуюся известь - до 8 мин, среднегасящуюся - до 25 мин, медленногасящуюся - более 25 мин.

- прочность известковых растворов невелика: предел прочности при сжатии составляет 0.4 - 1,0 МПа - на гашеной извести, до 5,0 МПа - на молотой негашеной извести. Поэтому известь не делится на марки по прочности, а делится на сорта по показателям химического состава.

Воздушную известь применяют в растворах для каменной кладки без добавок и с добавками цемента, для штукатурных работ, как составную часть смешанных вяжущих (известково-шлаковые, известково-пуццолановые и проч.), для бетонов низких марок при работе конструкций в воздушно-сухих условиях, для изготовления силикатного кирпича и силикатных бетонов.