Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Неорганические вяжущие вещества


Неорганические вяжущие вещества

Неорганическими вяжущими веществами называются порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой или водными растворами некоторых солей образуют пластическую массу (тесто), способную со временем твердеть до камневидного состояния. Большую группу неорганических вяжущих веществ составляют воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества способны в тестообразном состоянии твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воз-Духе, вне контакта с водой. Их используют в условиях, не подвергающихся воздействию водной среды. К таким вяжущим веществам относятся: строительная воздушная известь, гашеная (пушонка) и молотая негашеная (кипелка) известь, гипсовые и магнезиальные вещества, а также растворимое или жидкое стекло, которое, как исключение из общего числа вяжущих, не относится к порошкообразным материалам.

Гидравлические вяжущие вещества способны в тестообразном состоянии твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде, увеличивая с течением времени прочность отвердевшего теста (камня). Поэтому, в отличие от воздушных, они могут применяться в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подверженных воздействию водной среды, К таким вяжущим относятся портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановые и шлаковые смешанные цементы, ряд специальных цементов, а также гидравлическая известь. К ним примыкают еще и вяжущие вещества автоклавного твердения.

Производство неорганических вяжущих веществ основано на химической переработке сырья. Основной сырьевой базой служат горные породы и сходные с ними по составу побочные продукты промышленности. Из горных пород используют: карбонатные — известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломиты, доломитизированные известняки, магнезит; сульфатные — гипс и ангидрит; мергелистые — известняковые мергели; алюмосиликат-ные — нефелин, глины, глинистые сланцы; высокоглиноземистое сырье — бокситы, корунды и др.; кремнеземистые — вулканический пепел (пуццолан), трассы, диатомит, трепел, опоку, кварцевый песок. Из побочных продуктов в качестве сырья применяют в цементной промышленности шлаки металлургические, особенно первичных процессов доменного производства, а также передельных процессов (мартеновские); шлаки цветной металлургии, топливные и др.; золы, обычно кислые. При использовании побочных продуктов учитывают их химический состав, так как по составу они подразделяются на основные и кислые.

Однако исследования и практика показали на отсутствие закономерности между величинами указанных двух модулей и реальными свойствами материалов. Поэтому изыскивались иные модули — Тетмайера, Ле-Шателье, Кюля, Юнга, Кинда и др. Исследования показали несомненную полезность коэффициентта основности, предложенного П.И. Боженовым и приведенного выше. По мере роста Мо > 1 вяжущие свойства металлургических шлаков заметно повышались.

Сырье бывает одно- и многокомпонентным. При многокомпонентном сырье более однородной смесь получается при увеличении степени дисперсности ее компонентов раздельным или одновременным доизмельчением; при этом возрастает и общая (химическая и энергетическая) активность продукта домола, тем более, если в до-измельчаемую смесь были дополнительно внесены еще необходимые ингредиенты.

Принципиальная схема технологии изготовления минеральных вяжущих веществ состоит из следующих основных операций: подготовка исходных компонентов сырья; дозирование; придание сырью удобообжигаемого состояния с учетом конструкции печи и других производственных факторов; обжиг; помол продукта обжига — в смеси с добавками или без .добавок. Центральное место в технологии занимает обжиг, при котором сырье теряет свободную воду, дегидратируется, термически диссоциирует. Обжиг осуществляется в печах или специальных аппаратах (например, при варке гипса, растворимого стекла). Наиболее распространенными являются вращающиеся печи, особенно при производстве портландцемента, глиноземистого цемента, извести и некоторых других вяжущих материалов.

При определенных термических режимах сырье или сырьевая смесь претерпевает изменения в химическом составе и структуре. При повышенных температурах происходят реакции в твердом состоянии. Атомы или атомные группы в кристаллической решетке нагреваемого вещества начинают колебаться в такой степени, что молекулы получают избыточную энергию (энергию активации). Часть активных молекул может сталкиваться и обмениваться местами с атомами и молекулами другого реагирующего вещества, образуя новые соединения. Эти реакции в твердой фазе за счет энергии активации особенно характерны при получении воздушной и гидравлической извести, а также роман-цемента, так как температура обжига сырья не доводится до уровня спекания с появлением жидкой фазы. Как отмечалось в теоретической части (см. гл. 2), большей реакционной способностью обладают аморфные вещества, например, трепел активнее кварцевого песка при одном и том же их химическом составе. При температурах спекания, когда обжигается сырье для получения портландцементного клинкера, образуется жидкая фаза, которая ускоряет химические реакции между твердыми веществами, начинающиеся значительно раньше этой температу-РЬ1. Продукт обжига приобретает новое качество, отличное от качества сырья или его компонентов. Оно выражается в появлении вяжуцщх свойств у продукта обжига после затворения его водой или, реже, водным раствором некоторых солей. Чтобы полнее и быстрее проявилась потенциальная вяжущая способность продукта обжига, необходимо всемерно увеличивать поверхность контакта на. границе раздела фаз «твердое — жидкое». Это достигается путем тонкого измельчения (помола) продукта обжига. Чем выше степень дисперсности порошкообразного продукта, больше его удельная поверхность, тем полнее и быстрее, при,прочих соответственных условиях, проявляется потенциальная энергия. Для изменения некоторых качественных характеристик вяжущего вещества нередко при помоле вводят добавки, например гипс в портландцемент, известь в ангидритовый цемент и т. п.

Приготовление вяжущих веществ часто связано с использованием наполнителя — тонкоизмельченных кварцевого песка, известняка, доломита, андезита, диабаза, базальта, некоторых шлаков. В виде активных (гидравлических) минеральных добавок используют либо природные породы — диатомит, трепел, опоку, трасс и другие, либо искусственные — нефелиновый шлам, цемянку, глиеж (горелые породы), золы или шлаки. В минеральные вяжущие вещества нередко вводят поверхностно-активные добавки: гидрофильные — сульфитно-спиртовая барда (ССБ), сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и гидрофобные — мылонафт, асидол, омыленный пек, олеиновая кислота и др. Производство вяжущих веществ не обходится иногда и без применения в них ускорителей или замедлителей твердения. В качестве ускорителей (катализаторов) используют хлористый кальций, хлористый натрий, соляную кислоту, жидкое стекло, нитрит натрия и др., а в качестве замедлителей твердения (ингибиторов) — двуводный гипс, серную кислоту, сернокислое железо, клеи, ССБ и СДБ (соли лигносульфоновых кислот) и др. Для улучшения формовочных свойств могут вводиться пластификаторы — порошкообразные вроде глины, бентонита, трепела, диатомита, извести (оксида кальция) и др. или в виде жидкости типа ПАВ. В качестве интенсифицирующих добавок при помоле вяжущего ве щества применяют антрацит и другие углеродистые добавки.

Направление химических и физико-химических процессов при производстве вяжущих веществ зависит от многих факторов и, в первую очередь, от состава сырья, однородности его компонентов, характера и количества примесей, структурных и текстурных особенностей применяемых горных пород в качестве компонентов сырья, технологического и термического режимов. Ввиду многообразия этих факторов трудно выдержать строго постоянным состав и свойства готового продукта — вяжущего вещества. Активным корректированием состава сырьевой смеси с введением некоторых дополнительных ингредиентов, а также варьирования режимов при выполнении операций представляется возможным увеличивать од-» нородность состава и качества вяжущего материала. Понятно, что приготовление вяжущих веществ всегда усложняется по мере перехода от однокомпонентного сырья к сырьевым смесям, состоящим из двух и более компонентов. Впрочем, понятие однокомпонентно-сти тоже достаточно условно вследствие возможных примесей в природном сырье.

Принципиальная схема технологии вяжущих веществ нуждается в конкретизации специфических особенностей при изготовлении отдельных типов вяжущих материалов.



Похожие статьи:
Строительные термины и определения

Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум