Воздушная известь: получение, разновидности, применение, твердение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ИНСТИТУТ ГРАДОРЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ НЕДВИЖИМОСТЬЮ (ИГУН)

 

 

Специальность:  270115

«Экспертиза и управление

недвижимостью»

 

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ  МАТЕРИАЛОВ

 

 

Реферат на тему:

« Воздушная известь: получение, разновидности, применение,  твердение »

 

 

 

Выполнила студентка:

Нестеренко А.А.

Группа: 20-4/Н

Проверила: Сканави Н.А.

 

 

Москва, 2012

     Содержание:

 

1. Введение ………………………………………………………………………….3
2. ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНОЙ ВОЗДУШНОЙ ИЗВЕСТИ…….4
3. СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ ВОЗДУШНОЙ ИЗВЕСТИ…………....9
4. ТВЕРДЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ ИЗВЕСТИ…………………………………..11
5. Заключение……………………………………………………………………...16
6. Список литературы…………………………………………………………..17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

В процессе строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия и конструкции  из которых они возводятся подвергаются различным физико-механическим, физическим и технологическим воздействиям. От инженера-строителя требуется со знанием дела правильно выбрать материал, изделия или конструкцию которая обладает достаточной стойкостью, надёжностью и долговечностью для конкретных условий. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения — водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорог (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта.

Строительная  воздушная известь - называют вяжущее, получаемое обжигом карбонатных известняковых и известняково-магнезиальных горных пород, с содержанием глинистых примесей до 6-8%.

По внешнему виду воздушную известь подразделяют на негашеную комовую, негашеную молотую, гидратную (пушонку) и известковое тесто.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНОЙ ВОЗДУШНОЙ ИЗВЕСТИ

     Принципиальная  технологическая схема производства  строительной воздушной извести представлена на рисунке:

 

     Сырьем для  производства воздушной извести  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 карбонатсодержащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции СаСОз--CaO+ СО2.

     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  СаСО3 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 примесей облегчает удаление СО 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 СаСО3 —СаО + СО2, можно сместить слева направо удалением некоторого количества СО2, что вызывает диссоциацию новых частиц карбоната и выделение дополнительных количеств углекислого газа. Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения известняка путем усиления тяги в печи.

     Продолжительность  обжига определяется также размером  кусков обжигаемого продукта. Для  завершения процесса обжига необходимо  определенное время, в течение  которого материал должен находиться  в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при 900'С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100'С — 14 мм/ч, т.е. обжиг идет в 7 раз быстрее. Для повышения производительности печей желательно уменьшение размеров кусков в допустимых пределах. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров.

     Характер процессов,  протекающих при обжиге мела  или известняка, зависит также  от содержания в них примесей, влияющих на свойства обожженного  материала. При температуре 850 — 1100'С образующийся оксид  кальция взаимодействует с кислотными  оксидами примесей Si02, Аl2О3 и Fe2О3  с получением двухкальциевого силиката 2СаО* SiO2, двухкальциевого феррита 2СаО* Fe2О3, однокальциевого алюмината СаО* Аl2О3 и др. Количество их зависит от химико-минералогического состава исходного сырья.

     Обжиг 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 шламы мягких  пород, например мела. Основная задача при обжиге обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСО3 приминимальной 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, 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  СаСО3 и MgCO3 . 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 длиннопламенное 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  печи 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.

 

 

 

 

 

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.