Технологическая линия по производству кальциевой молотой извести

   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 174,4-200^оС. Известно, что растворимость Са(ОН)₂ уменьшается с повышением температуры. В то же время растворимость SiO₂ резко возрастает, начиная со 150^оС. Так при 25^оС растворимость SiO₂ составляет 0,006, а при 175оС – 0,18 г/л, т. е. превышает растворимость Са(ОН)₂. Следовательно, до температуры 100-130^оС 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1.3.Условия  разрушения (коррозия) композита, на рассматриваемом  вяжущем Области применения продукта

   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.

   Всё это благоприятно отражается на производительности труда при кладочных и штукатурных  работах, на их качестве, а также  на долговечности кладки и штукатурки. Известь до сих пор является одним  из основных материалов для изготовления чисто известковых и сложных строительных растворов.

   Чем активнее известь и полнее она  гасится, чем больше выход известкового теста из 1 кг комовой извести, чем  дисперснее частички извести, тем больше её пластичность.

   Водопотребность и водоудерживающая способность  строительной извести высоки и зависят от вида извести и дисперсности её частиц. Расход воды 300-350 л и более на 1 м3 кладочного известкового раствора. Повышенной водопотребностью и водоудерживающей способностью обладает гашёная известь в виде порошка или теста, пониженной – молотая негашёная, поэтому из негашёной молотой извести можно приготовлять растворы и бетоны с пониженным водосодержанием, более высокой плотностью и, следовательно, прочностью. Удобообрабатываемость же растворимых смесей на молотой негашёной извести меньше, чем на гашёной.

   Скорость  схватывания. Растворы на гашёной извести  схватываются очень медленно. Образцы  размером 7,07 х 7,07 х 7,07 см из раствора на этом виде извести приходится выдерживать  в формах в течение 5-7 суток до приобретения ими некоторой прочности, позволяющей их расформовывать. Схватывание несколько ускоряется при сушке образцов. Растворы на молотой негашёной извести схватываются через 15-60 минут после затворения. Скорость их схватывания зависит от скорости гидратации оксида кальция и условий твердения.

   Объёмные  изменения. При твердении растворов  и бетонов, изготовленных на строительной воздушной извести, возможны объёмные изменения в основном трёх видов: неравномерное изменение объёма, обусловленное замедленной гидратацией  частичек пережога, усадка и набухание, температурные деформации.

   Неравномерные изменения объёма весьма опасны для  сохранности растворов, бетонов  или изделий из них, так как  пережжённые частицы СаО и MgO гидратируются  с увеличением объёма в уже  затвердевшем известковом камне. Возникающие при этом напряжения достигают критических значений и вызывают растрескивание изделий, деформацию кладки и т. п. При значительном содержании в извести негасящихся зёрен её целесообразно перед употреблением тонко измельчать, а при гашении применять наиболее совершенные способы и аппараты или гасить известь в барабанах под давлением пара.

   При твердении на воздухе известковые  растворы и бетоны, особенно изготовленные  на гашёной извести, дают значительную усадку. Это объясняется тем, что  при испарении воды уплотняется известковый раствор: в нём образуются сетка пор и тончайшие капилляры, частично заполненные водой, в которых возникают силы капиллярного давления, стягивающее частички вяжущего вещества и заполнителей. Чем выше содержание вяжущего и воды в растворах и бетонах, тем больше их усадка при высыхании во время твердения в воздушной среде. При длительном действии воды растворы и бетоны на извести теряют прочность.

   Температурные деформации в начальный период схватывания  и твердения наиболее характерны для бетонов и растворов на молотой негашёной извести. При её взаимодействии с водой происходит интенсивное тепловыделение, в результате которого в ряде случаев изделия разогреваются до 60-70^оС и более. Так как при этом условия для рассеивания теплоты на наружных поверхностях почти всегда лучше, чем внутри, то в изделии неизбежно возникают перепады температуры, а следовательно, и неравномерные температурные деформации. В результате более холодные поверхностные слои изделия оказываются в растянутом состоянии, что сопровождается зачастую появлением трещин.

   Интенсивность тепловыделения и температурных  деформаций возрастает с увеличением  тонкости помола извести, снижением  водоизвесткового отношения и, наоборот, уменьшается при введении в смесь  добавок, замедляющих скорость гидратации оксида кальция.

   При твердении извести зимой желательно интенсивное тепловыделение. Высокая  экзотермичность молотой негашёной  извести предотвращает быстрое  замерзание растворов и бетонов  и ускоряет их высыхание.

   Прочность растворов и бетонов на строительной воздушной извести прежде всего зависит от условий её твердения. Медленно твердеют при обычных температурах и через месяц приобретают небольшую прочность растворы на гашёной извести. Гидратное твердение растворов на молотой негашёной извести даёт возможность через 28 суток воздушного твердения достичь прочности при сжатии до 2-3 МПа. При автоклавном твердении можно легко изготовлять плотные известково-песчаные бетоны с прочностью при сжатии до 30-40 МПа и более. Прочность растворов и бетонов на строительной извести возрастает также с увеличением её активности и уменьшением до некоторого предела водоизвесткового отношения.

   Долговечность известковых растворов и бетонов  зависит от вида извести и условий  её твердения.

   В воздушно-сухих условиях создаются наиболее благоприятные условия для их упрочнения вследствие карбонизации гидроксида кальция углекислотой воздуха. Во влажных условиях известковые строительные растворы и бетоны, отвердевшие в обычных температурных условиях, постепенно теряют прочность и разрушаются. Разрушение при этом наступает особенно быстро, если бетоны то замерзают, то оттаивают. Чем активнее в растворах и бетонах прошли процессы карбонизации извести, тем они более водостойки и морозостойки.

   Известково-песчаные бетоны и изделия автоклавного твердения, особенно изготовленные на молотой негашёной извести, характеризуются высокой водо – и морозостойкостью. В этом отношении они практически равноценны изделиям из бетонов на цементах.

   Из  строительной воздушной извести изготовляют растворы, предназначенные для наземной кладки частей зданий и штукатурок, работающих в воздушно-сухих условиях. Широкое применение извести в строительстве обусловлено тем, что она является местным вяжущим веществом. Сырьё и топливо для её получения имеются почти повсюду, а организация производства связана с относительно невысокими капиталовложениями.

   Коррозия

   Коррозия  первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе C3S и C2S, содержание которого в цементном камне через 1...3 мес твердения достигает 10...15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором. Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является применение цемента с умеренным содержанием C3S и выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации и образовалась малорастворимая корка из СаСО3. Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)г в малорастворимое соединение — гидросиликат кальция.