Изучение свойств строительной извести

Цель работы: освоить методы испытаний строительной извести, определить сорт извести по активности и вид по времени гашения.

 

Теоретические сведения

 

В качестве сырьевых материалов для производства строительной извести применяют карбонатные породы – мел, известняк, доломитизированный известняк, доломит, мергелистый известняк.

Карбонатные породы состоят преимущественно из углекислого кальция CaCO₃, небольшого количества углекислого магния MgCO₃ и содержат примеси глинистых веществ, доломита, кварца, оксидов железа, гипса.

Строительную известь изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 9179-77 (см. прил.). В зависимости от условий твердения строительную известь подразделяют на воздушную и гидравлическую.

Воздушная известь – это известь, которая при добавлении воды обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях. Воздушная известь подразделяется на негашеную и гашеную (гидратную).

Гидравлическая известь обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности, как на воздухе, так и в воде. Ее подразделяют на слабогидравлическую и сильногидравлическую.

Негашеная воздушная известь – продукт, полученный обжигом ниже температуры спекания (1000…1200 °C) карбонатных пород, содержащих не более 8% глинистых примесей.

Если глинистых примесей в известняке больше 8%, то продукт обжига называется гидравлической известью.

При обжиге извести протекают следующие основные реакции:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ – Q ₁

MgCO₃ = MgO + CO₂↑ – Q ₂

Разложение CaCO₃ начинается при 600 °C, MgCO₃ – при 400 °C. С повышением температуры скорость реакций диссоциации увеличивается. Теоретическая температура разложения, при которой упругость CO₂ достигает 1 атм., равна для CaCO₃ – 900 °C, для MgCO₃ – 600 °C. Диссоциация карбонатов кальция и магния при нагревании происходит с поглощением тепла. При этом на разложение 1 кг CaCO₃ расходуется около 1780 кДж, на диссоциацию 1 кг MgCO₃ – 1400 кДж.

Большое влияние на качество извести оказывают имеющиеся в ней недожог (неразложившийся карбонат кальция CaCO₃) и пережог (крупнокристаллические оксид магния MgO и оксид кальция CaO).

Недожог объясняется неправильной эксплуатацией печи и поступлением в печь известняка крупных размеров, на которые не рассчитан установленный для данной печи режим обжига. Если известь недожжена, то выход теста уменьшается, так как недожженная часть материала при гашении остается в виде непогасившихся кусков, которые затем отделяют от всей массы материала.

Пережог свидетельствует о наличии в извести зерен величиной 50…100 мкм. Рядовая известь, обожженная в промышленных условиях, состоит из зерен размером 0,5…12 мкм. Очень высокая температура обжига и в особенности длительная выдержка при этой температуре приводит к пережогу извести. Пережженная известь не успевает погаситься к моменту затвердевания изделий. Последующая гидратация такой пережженной извести в затвердевшем материале (например, в силикатных изделиях в процессе или даже после автоклавной обработки) сопровождается увеличением объема, в результате чего возникают внутренние напряжения, вызывающие появление трещин и даже разрушение изделий.

По фракционному составу различают известь комовую (в том числе дробленую) и порошкообразную.

Порошкообразная известь может быть получена помолом или гашением (гидратацией) комовой извести. В первом случае образуется молотая негашеная известь, во втором – гидратная известь-пушонка. Порошкообразную известь подразделяют на известь без добавок и с добавками. Минеральные добавки (гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки, активные минеральные добавки, кварцевые пески) вводят в порошкообразную строительную известь в количествах, допускаемых требованиями к содержанию в ней активных CaO + MgO (табл. 1).

Негашеная комовая известь представляет собой смесь кусков различной величины. По химическому составу она состоит из оксидов кальция и магния (с преимущественным содержанием оксида кальция). В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившийся карбонат кальция (недожог), пережог, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига.

Негашеная молотая известь – продукт тонкого измельчения комовой (в том числе дробленой) извести.

Негашеную известь часто называют кипелкой, так как она бурно взаимодействует с водой, выделяя при этом большое количество тепла, вызывающее даже кипение воды.

В зависимости от содержания оксида магния (табл. 1) воздушную известь подразделяют на следующие виды:

кальциевую – не более 5% MgO;

магнезиальную – не более 20% MgO;

доломитовую – не более 40% MgO.

При повышенном содержании MgO известь приобретает слабые гидравлические свойства.

Гашеная (гидратная) известь получается гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой негашеной извести. Различают следующие виды гашеной извести: известь-пушонка, известковое тесто и известковое молоко.

Известь-пушонка – высокодисперсный сухой порошок с размером частиц 4 – 6 мкм, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим (около 70 мас. %) количеством воды. Она состоит из гидроксида кальция Ca(OH)₂, гидроксида магния Mg(OH)₂, необожженного карбоната кальция CaCO₃ и примесей. Оксид кальция CaO реагирует с водой, образуя гидроксид кальцияCa(OH)₂ по следующей реакции:

При гашении извести в сухой порошок теоретически требуется добавлять 32,13% воды. Реакция получения гидроксида кальция сопровождается выделением значительного количества теплоты, которая расходуется на испарение воды, проникшей в куски комовой извести. Поэтому практически воды для гашения извести добавляют больше. Образовавшийся пар, объем которого больше, чем воды, разрыхляет куски извести, превращая их в порошок. При гашении извести объем увеличивается в 2,5…3 раза. Влажность гидратной извести не должна быть более 5%.

Известковое тесто – продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве 2,5 л на 1 кг извести, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гидраты и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно 50…55% гидроксидов кальция и магния и 45…50% воды.

По пластичности получаемого продукта, зависящей от содержания глинистых и песчаных примесей, различают жирную и тощую извести. Жирная известь гасится быстро, выделяя много тепла, и дает пластичное, жирное на ощупь, тесто. Тощая известь гасится медленно и дает менее пластичное тесто. Чем больше глинистых и песчаных примесей содержит известняк, тем более тощей получается известь. Жирная известь позволяет получать удобообрабатываемые строительные растворы при введении большего количества песка.

Контроль качества извести осуществляется в соответствии с ГОСТ 22688-77 (см. прил.) по следующим показателям:

- активность извести;

- время и температура гашения;

- содержание гидратной влаги и CO₂ весовым методом;

- содержание непогасившихся зерен;

- степень дисперсности порошкообразной извести;

- влажность гидратной извести.

Воздушная известь должна соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.

Таблица 1

Требования к качеству воздушной извести

Наименование показателя	Норма для извести, мас. %
негашеной	гидратной
кальциевой	магнезиальной и доломитовой
Сорт
Активные CaO + MgO, не менее: без добавок с добавками			–			–
Активный MgO, не более				20(40)	20(40)	20(40)	–	–
CO2, не более: без добавок с добавками			–			–
Непогасившиеся зерна, не более							–	–

Примечания.

1. В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.

2. CO₂ в извести в добавками определяется газообъемным методом.

3. Для кальциевой извести 3–го сорта, используемой для технологических целей, допускается по согласованию с потребителями содержание непогасившихся зерен не более 20%.

 

Основным показателем оценки качества извести является ее активность.

Активность извести – процентное содержание в извести активных оксидов CaO и MgO, способных быстро взаимодействовать с водой (в течение 5…30 мин). Чем выше активность, тем лучше вяжущие свойства извести.

Воздушная негашеная известь без добавок подразделяется на три сорта; негашеная порошкообразная с добавками и гидратная (гашеная) без добавок и с добавками – на два сорта.

Сорт извести определяют по величине показателя, соответствующего низшему сорту, если по отдельным показателям она соответствует разным сортам.

Время гашения извести – это время от момента добавления воды к извести до начала периода, когда рост температуры не превышает 0,25 °C в минуту. Классификация строительной негашеной извести по времени гашения представлена в табл. 2.

Таблица 2