Гидратная известь

Благоприятные результаты при гидратном  твердении молотой негашёной  извести можно получить лишь при следующих условиях: применение извести тонкого помола; соблюдение определённого водоизвесткового отношения; отвод теплоты или использование других приёмов, не допускающих разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды (особенно при кипении); прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определённом этапе гидратации извести.

Негашёную известь следует измельчать до удельной поверхности 3500-5000 см2/г, причём остаток на сите № 02 должен быть близким к нулю, а на сите № 008 не превышать 4-6%.

Количество пережога в молотой  негашёной извести не должно превышать 3-5%. Твердение негашёной извести  протекает нормально при содержании воды в растворной или бетонной смеси  в пределах 100-150% по массе извести. При гидратации нормально обожжённой извести практически в течение первого часа после затворения её водой выделяется 1160 кДж теплоты на 1 кг оксида кальция. Для предупреждения интенсивного разогревания смеси несколько увеличивают расход воды, охлаждают её, частично гасят известь перед применением и т. п. Одним из простых способов является замедление скорости гидратации, а следовательно, и интенсивности тепловыделения с помощью добавок гипса, сульфата кальция, вводимых в воду для гашения в количестве 0,2-1,5%.

Замедление скорости гидратации при  добавках 2-5% гипса по массе извести  объясняют образованием плёнок гидроксида и сульфата кальция на поверхности  ещё не прореагировавших частичек оксида кальция.

Молотую негашёную известь в  чистом виде или с активными минеральными добавками получают по схеме, показанной на рисунке 2. Комовую известь, подаваемую со склада, подвергают дроблению, как правило, на ударно- центробежных дробилках до частиц размером не более 5-10 мм и затем тонко измельчают без добавок или, что рациональнее, совместно с какой-либо активной минеральной добавкой. Такими добавками служат доменные или топливные гранулированные шлаки, золы от пылевидного сжигания топлива, горелые породы, пуццоланы вулканического или осадочного происхождения и т. п. При их отсутствии и использовании молотой извести в производстве автоклавных материалов возможен помол извести с кварцевым песком.

 

Рисунок 2 – Технологическая схема  изготовления молотой негашёной  извести 

 

Складирование комовой негашёной извести Складирование минеральной добавки

↓ ↓

Дробление Дробление

↓ ↓

Дозирование по массе Сушка

↓ ↓

Тонкий помол в мельнице

↓

Складирование готовой продукции

↓ ↓

Упаковка в мешки Отправка извести  в специальных автомашинах и  т. д.

↓

Отправка извести

 

Одновременно для некоторого замедления скорости гашения рекомендуется  вводить двуводный гипс (~ 3-5% по массе  извести).

Активные минеральные добавки  увеличивают водостойкость растворов  и бетонов на смешанном вяжущем  и способствуют значительному повышению прочности при твердении вследствие образования гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция. Добавки в виде кусков подвергают мелкому дроблению. Если они содержат более 4-5% влаги, то их сушат до влажности 1-3% во время дробления в молотковой или ударно-центробежной дробилке. Прочные абразивные добавки сушат во вращающихся барабанах.

При выборе мельниц и схем для  помола негашёной извести следует  в первую очередь учитывать степень  её обжига, а также наличие недожога, пережога и твёрдых включений. Средне - и сильнообожжённую известь предпочтительно измельчать, воздействуя на её частицы ударом и истиранием, что и происходит в шаровых мельницах.

В производстве молотой извести  применяют обычно шаровые мельницы с соотношением диаметра барабана к  его длине от 1:1 до 1:2 (последнее для сильнообожжённых известей). Такие мельницы работают в замкнутом цикле с сепаратором, выделяющим частицы требуемых размеров. Иногда в помольных установках размещают последовательно два сепаратора, что увеличивает их производительность. Мельницы работают обычно с коэффициентом заполнения шарами 25-30%. Степень же заполнения межшарового объёма материалом достигает 45-65%. Мельницы диаметром 1,8 м и более при измельчении среднеобожжённых известей работают обычно при числе оборотов около 0,7 критического, когда проявляется преимущественно истирающее действие шаров на материал. Однако подбор шаров по размерам, степень заполнения мельницы мелющими телами, число оборотов барабана и другие факторы уточняются опытным путём с учётом свойств измельчаемого материала и вида мельницы.

Большое влияние на работу помольной  установки оказывает также вентиляция барабанов, назначение которой отводить образующуюся в процессе помола теплоту, предотвращать выход пыли из системы  и замазывание выходных отверстий. Температура материала при помоле не должна превышать 50-75оС.

Склонность тонких частичек извести  к агрегации сильно влияет на производительность мельницы. Частички налипают на мелющие  тела, что связано с дополнительными  затратами энергии на разрушение агрегатов, ухудшается и текучесть материала.

Совместный помол извести с  добавками в шаровых мельницах, работающих по замкнутому циклу, эффективен при условии близости показателей  плотности и размалываемости  извести и добавки. Если эти показатели значительно различаются, то более мягкий материал переизмельчается и даже нарушается требуемое соотношение между ними. В этом случае целесообразна организация раздельного помола компонентов с последующим их тщательным смещением. Возможен также совместный помол в шаровых мельницах, работающих по открытому циклу «на проход».

При необходимости получить известь  очень тонкого помола (удельная поверхность 5000-7000 см2/г и более) применяют  вибрационные мельницы. Известь предварительно измельчают до крупки размером не более 2 мм.

Тонкость помола характеризуют  обычно по остаткам на ситах № 02 и 008 и по значению удельной поверхности. По ГОСТ 9179-77 допускаются остатки  на указанных ситах соответственно до 1 и 15%.

Насыпная плотность молотой  извести колеблется обычно в пределах 800-1200 кг/м3. Чем мягче обожжена известь и чем тоньше измельчена, тем она меньше.

Современные помольные установки  характеризуются самой различной  производительностью: от 3-5 до 20-30 т/ч  и более. Общий расход электроэнергии на помол до удельной поверхности 3500-5000 см2/г в зависимости от степени обжига извести равен 15-25 кВт*ч, на приведение в движение элеваторов, сепаратов и других механизмов – 3-5кВт*ч.

Молотую негашёную известь хранят на складах с механизированной загрузкой  и выгрузкой продукта. Длительность хранения не должна превышать 5-10 суток во избежание значительной гидратации и карбонизации оксида кальция. Известь отправляют потребителю в битуминизированных мешках, контейнерах либо в специально оборудованных вагонах, а также в автоцементовозах. Хранить негашёную известь в мешках нужно не более 15 суток, так как продолжающаяся гидратация извести с увеличением объёма материала может привести к разрыву тары.

 

Твердение воздушной  извести

В зависимости от вида извести и  условий, в которых происходит её твердение, различают три типа твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

Карбонатное твердение.

Твердение растворов на гашёной  извести называется карбонатным  твердением. Это твердение обусловлено  протеканием двух процессов: кристаллизации Са(ОН)2 при высыхании растворов и карбонизации гидроксида кальция по реакции:

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

Этот процесс протекает в  первую очередь в поверхностных  слоях. Карбонизация глубинных слоёв  длительна, поскольку, во-первых, количество СО2 в атмосфере составляет лишь 0,04%, а, во-вторых, образующаяся плёнка СаСО3 обладает низкой проницаемостью. Поэтому в центральной части хорошо уплотнённых растворов долгое время сохраняется значительное количество Са(ОН)2. Испарение воды из раствора также способствует увеличению прочности. Образование СаСО3 обуславливает повышение прочности и водостойкости изделий. Реакция между кварцевым заполнителем и Са(ОН)2 при нормальных температурных условиях практически не протекает. Однако, если вместо песка в качестве заполнителя использовать активные добавки, наряду с образованием карбонатов возможно появление и гидросиликатов кальция, повышающих прочность растворов. Образованием значительного количества гидросиликатов, улучшающих сцепление вяжущего с заполнителем, и объясняется высокая прочность известково-цемяночных растворов. Заметное взаимодействие извести с кварцевым песком возможно также и при введении песка в тонкомолотом состоянии.

Искусственная карбонизация для повышения  прочности известковых растворов использовалась на некоторых предприятиях в послевоенные годы. Карбонизация наиболее интенсивно протекает при влажности изделий 5-8%. При полном высыхании изделий, как и при черезмерном их увлажнении, процесс прекращается. На практике для карбонизации бетонных известково-песчаных блоков в специальные камеры подают газ из известково-обжиговых печей с концентрацией СО2 около 30%.

 

Гидратное твердение.

Постепенное превращение в твёрдое  тело растворов на негашёной извести  в результате взаимодействия СаО с водой, возникновения и кристаллизации гидратных образований называется гидратным твердением. Процесс гидратного твердения отличается от карбонатного тем, что на его первом этапе гидратируется безводный оксид кальция. Этот процесс может проходить как топохимически, так и через раствор. Но независимо от механизма процесса Гидроксид кальция выделяется в коллоидном состоянии. Коллоидные частички агрегируются, создавая коагуляционную структуру, которая постепенно переходит в кристаллизационную. Вначале возникает немного кристаллических зародышей, затем их количество увеличивается, начинается процесс роста отдельных кристаллов и на определённом этапе наблюдается взаимное сцепление и срастание некоторых из них. В основе твердения вяжущих материалов лежат два противоположных процесса – создание кристаллического сростка устойчивого гидратного образования и возникновение и частичная релаксация внутренних напряжений, появляющихся в результате дальнейшего роста более крупных кристаллов и растворения термодинамически неустойчивых более мелких кристаллов. Первый процесс ведёт к созданию определённой структуры твердения, благодаря чему возрастает прочность твердеющего конгломерата. Второй процесс может привести к разрушению уже возникшей структуры и снижению прочности. Особую опасность при этом представляют места, где кристаллическая решётка искажена и поэтому термодинамически неустойчива. Такие участки имеют более высокую растворимость по сравнению с хорошо выкристаллизовавшимися крупными кристаллами Са(ОН)2. Поэтому уже сформировавшийся камень перекристаллизовывается, в результате чего растут правильные и растворяются мельчайшие кристаллы Са(ОН)2 в местах контактов. Это приводит к возникновению внутренних напряжений и необратимому снижению прочности.

Величина спада прочности зависит от водотвёрдого отношения (В/Т) в твердеющей пасте. Чем больше это отношение, тем значительнее снижается прочность уже сформировавшегося твердеющего известкового вяжущего.

Если раствор хранят в сухих  условиях, прочность не уменьшается, так как вода в порах испаряется и Са(ОН)2 переходит в устойчивый карбонат.

 

Гидросиликатное твердение.

Известково-песчаные изделия в  условиях автоклавной обработки  твердеют благодаря образованию  гидросиликатов кальция. Такое твердение  называется гидросиликатным. Тепловлажностная обработка проходит обычно в автоклавах при давлении 0,9-1,6 МПа, что соответствует температуре 174,4-200оС. Известно, что растворимость Са(ОН)2 уменьшается с повышением температуры. В то же время растворимость SiO2 резко возрастает, начиная со 150оС. Так при 25оС растворимость SiO2 составляет 0,006, а при 175оС – 0,18 г/л, т. е. превышает растворимость Са(ОН)2. Следовательно, до температуры 100-130оС жидкая фаза известково-кремнеземистых изделий будет насыщена в основном гидроксидом кальция, а при дальнейшем повышении температуры произойдёт её насыщение и SiO2. При взаимодействии кварца с известью разрываются связи Si – O – Si и под действием гидроксила образуются группы ≡ SiOH, которые в последующем образуют с ионами кальция гидросиликаты кальция. Сначала возникают высокоосновные гидросиликаты кальция (1,8-1,5) СаО *SiO2 * (1-1,25) Н2О. Этот гидросиликат представляет С2SН (А). Кристаллизуется он в форме призматических пластинок размером до 10-20 мкм. На этом же этапе появляется и гидросиликат (1,5-2)СаО *SiO2 * nН2О, обозначаемый С2SН2. В дальнейшем при понижении концентрации Са(ОН)2 в растворе и увеличении концентрации SiO2, создаются условия для образования менее основных гидросиликатов кальция. Возникают гидросиликаты (0,8-1,5)СаО * SiO2 * (0.5-2) H2O или CSH (B). Низкоосновные гидросиликаты кристаллизуются в виде тончайших пластинок, которые свёртываются в трубки, имеющие вид волокон. При длительной автоклавной обработке образуется тоберморит 5СаО * 6SiO * 5H2O (C5S6H5).

Гидросиликатное твердение используется для получения силикатного кирпича и силикатных бетонов.

 

Свойства воздушной  извести и области её применения

Истинная плотность негашёной  извести колеблется в пределах 3,1-3,3 г/см3 и зависит, главным образом, от температуры обжига, наличия примесей, недожога и пережога. Истинная плотность гидроксида зависит от степени её кристаллизации и равна для Са(ОН)2, кристаллизованной в форме гексагональных пластинок, 2,23 и аморфной 2,08 г/см3. Средняя плотность комовой негашеной извести в куске в большей мере зависит от температуры обжига и возрастает с 1,6 до 2,9 г/см3. Насыпная плотность для извести других видов следующая: для молотой негашёной в рыхлонасыпном состоянии – 900 – 1100, в уплотнённом – 1100 – 1300 кг/м3; для гидратной извести (пушонки) в рыхлонасыпном состоянии 400-500, а в уплотнённом – 600-700 кг/м3; для известкового теста – 1300-1400 кг/м3.

Пластичность, обуславливающая способность  вяжущего придавать строительным растворам  и бетонам удобообрабатываемость, - важнейшее свойство извести. Пластичность извести связана с её высокой водоудерживающей способностью. Тонкодисперсные частички гидроксида кальция, адсорбционно удерживая на своей поверхности значительное количество воды, создают своеобразную смазку для зёрен заполнителей в растворной или бетонной смеси, уменьшая трение между ними. Вследствие этого известковые растворы обладают высокой удобообрабатываемостью, легко и равномерно распределяются тонким слоем на поверхности кирпича или бетона, хорошо сцепляются с ними, отличаются водоудерживающей способностью даже при нанесении на кирпичные и другие пористые основания.