Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. На какие виды делят неорганические вяжущие вещества? Область их применения;
Неорганическими называют тонкомолотые материалы, способные при смешивании с водой образовывать вязко-пластичную массу, которая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело. Для них характерны следующие признаки:
гидрофильность,способность образовывать с водой тестообразную легко формующуюся массу (тесто),пособность переходить из тестообразного состояния в твердое.
К ним относятся известь, гипс, цемент, предназначенные для изготовления строительных растворов и бетонов, а также изделий из них.
Неорганические вяжущие вещества разделяются на две группы: воздушные и гидравлические.
Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что, будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются.
К числу воздушных вяжущих веществ относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие вещества, а также воздушная известь.
Поэтому эти вяжущие можно применять лишь в таких частях сооружений, которые не подвергаются действию воды. Воздушные вяжущие вещества по своему химическому и минералогическому составу - сравнительно простые вещества: они состоят, как правило, из одного соединения. Основой гипсовых вя-жущих является сернокислый кальций СаSO4 или СаSO4·0,5Н20; известковые вяжущие состоят главным образом из оксида кальция СаО и какого-то количества оксида магния МgО; магнезиальные вяжущие содержат оксид магния МgО; жидкое стекло - силикат на-трия Na2О·nSiO2 или калия К2О·nSiO2.
Воздушные вяжущие вещества применяются только в сухих условиях – в надземных сооружениях, не подвергающих-ся действию воды, например, внутри помещения .
Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной|среде. Гидравлические вяжущие вещества применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации в воздушной и в водной среде. В начальный период твердения необходимо, чтобы в среде, где находится вяжущее вещество, присутствовала влага. Иначе вяжущее быстро теряет большую часть воды затворения и течение химических реакций, благодаря которым формируется прочность материала, замедляется. В благоприятных условиях, когда влажность окружающей среды достаточна, гидравлические вяжущие со временем повышают прочность. Таким образом, по своим свойствам и области применения гидравлические вяжушие вещества более универсальны.
В группу гидравлических входят многие вяжущие вещества, которые в свою очередь с некоторой условностью можно разделить на несколько подгрупп.
В первую подгруппу включают чистые гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 15% активных минеральных добавок.
В эту подгруппу входят:
а) портландцемент, а также пластифицированный,
гидрофобный, сульфатостойкий, белый портландцементы;
б) глиноземистый цемент;
в) романцемент;
г) гидравлическая известь.
Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих, а также с активными или инертными минеральными добавками, вводимыми в количестве 10—15%.
Основными представителями этой подгруппы являются:а) на основе портландцемента — шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.;
б) на основе воздушной и гидравлической извести —известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) цемент, известково-шлаковый цемент и др.;
в) на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса — расширяющиеся и безусадочные цементы;
г) на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок — гипсоцементнопуццолановые вяжущие и др.;
д) на основе доменных гранулированных шлаков и гипса — сульфатно-шлаковый цемент.
К третьей группе относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористо-го натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия.
Гидравлические вяжущие вещества широко используются в надземных, подземных, подводных и гидротехнических сооружениях.
Гидравлические вяжущие по своему составу - более сложные вещества. Они состоят главным образом из нескольких соедине-ний, содержащих оксиды СаО, SiO2, Al2O3, Fe2O3.
2 Какова технология производства воздушной извести
Строительной воздушной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция.
Производство воздушной извести состоит из добычи сырья, дробления, сортировки его и обжига обычно в шахтных печах.
B зависимости от вида топлива шахтные печи бывают пересыпные, когда короткопламенное твердое топливо загружается в печь вперемежку с сырьем послойно; печи с выносными топками для твердого длиннопламенного топлива и печи, работающие на газовом топливе. Высота шахтных печей колеблется для разных конструкций от 8—20 м, диаметр их до 4 м. Наиболее экономичными являются печи, работающие по пересыпному способу. Они представляют собой шахту круглого поперечного сечения, выложенную из красного кирпича и футерованную внутри шамотом (огнеупорным кирпичом). Для увеличения прочности шахты она стянута снаружи металлическими кольцами и имеет отверстия для наблюдения за процессом обжига. Сырье и топливо загружают в печь сверху послойно через загрузочное устройство; двигаясь вниз, сырье обогревается отходящими горячими газами, образующимися при сгорании топлива. В средней части шахты (зона обжига), где температура достигает 1000—1200° С, происходит разложение углекислого кальция и образование извести-кипелки по реакции СаСО3-177,7 кДж. Проходя зону обжига, куски извести опускаются постепенно в нижнюю часть печи (зона охлаждения) и выгружаются с помощью специального устройства. Производительность шахтных печей колеблется в широких пределах и составляет в среднем от 25 до 120 т извести в сутки. 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. 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.. 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.. 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. 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 температуреНаибольшее 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. 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.
3, Чем отличается воздушное вяжущее от гидравлического
Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что, будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются.
К числу воздушных вяжущих веществ относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие вещества, а также воздушная известь.
Поэтому эти вяжущие можно применять лишь в таких частях сооружений, которые не подвергаются действию воды. Воздушные вяжущие вещества по своему химическому и минералогическому составу - сравнительно простые вещества: они состоят, как правило, из одного соединения. Основой гипсовых вя-жущих является сернокислый кальций СаSO4 или СаSO4·0,5Н20; известковые вяжущие состоят главным образом из оксида кальция СаО и какого-то количества оксида магния МgО; магнезиальные вяжущие содержат оксид магния МgО; жидкое стекло - силикат на-трия Na2О·nSiO2 или калия К2О·nSiO2.
Воздушные вяжущие вещества применяются только в сухих условиях – в надземных сооружениях, не подвергающих-ся действию воды, например, внутри помещения .
Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной|среде. Гидравлические вяжущие вещества применяют в производстве разнообразных изделий и конструкций, а также при возведении зданий и сооружений, предназначенных к эксплуатации в воздушной и в водной среде. В начальный период твердения необходимо, чтобы в среде, где находится вяжущее вещество, присутствовала влага. Иначе вяжущее быстро теряет большую часть воды затворения и течение химических реакций, благодаря которым формируется прочность материала, замедляется. В благоприятных условиях, когда влажность окружающей среды достаточна, гидравлические вяжущие со временем повышают прочность. Таким образом, по своим свойствам и области применения гидравлические вяжушие вещества более универсальны.
В группу гидравлических входят многие вяжущие вещества, которые в свою очередь с некоторой условностью можно разделить на несколько подгрупп.
В первую подгруппу включают чистые гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 15% активных минеральных добавок.
В эту подгруппу входят:
а) портландцемент, а также пластифицированный,
гидрофобный, сульфатостойкий, белый портландцементы;
б) глиноземистый цемент;
в) романцемент;
г) гидравлическая известь.
Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих, а также с активными или инертными минеральными добавками, вводимыми в количестве 10—15%.
Основными представителями этой подгруппы являются:а) на основе портландцемента — шлаковый портландцемент, пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов и др.;
б) на основе воздушной и гидравлической извести —известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) цемент, известково-шлаковый цемент и др.;
в) на основе глиноземистого и портландского цементов, а также гипса — расширяющиеся и безусадочные цементы;
г) на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок — гипсоцементнопуццолановые вяжущие и др.;
д) на основе доменных гранулированных шлаков и гипса — сульфатно-шлаковый цемент.
К третьей группе относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористо-го натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия.
Гидравлические вяжущие вещества широко используются в надземных, подземных, подводных и гидротехнических сооружениях.
Гидравлические вяжущие по своему составу - более сложные вещества. Они состоят главным образом из нескольких соедине-ний, содержащих оксиды СаО, SiO2, Al2O3, Fe2O3.
5. В чем принципиальное отличие вяжущих автоклавного твердения по сравнению с другими вяжущими
Вяжущие вещества автоклавного твердения применяют для изготовления разнообразных материалов: пористых ( газосиликат, пеносиликат) - для теплоизоляции элементов наружных стен и покрытий зданий; плотных, - для конструкционных элементов. Вяжущие вещества автоклавного твердения, достаточно быстро затвердевающие только при повышенных температурах в среде насыщенного водяного пара или перегретой жидкости.
Различают вяжущие вещества автоклавного твердения, которые наиболее эффективно твердеют при автоклавной ( гидротермальной) обработке в течение 6 - 10 ч при давлении насыщенного пара 0 9 - 1 3 МПа ( 9 - 13 атм), а также кислотоупорные вяжущие вещества, которые после затвердевания на воздухе могут продолжительное время сохранять свою прочность при воздействии кислот. В группу вяжущих веществ автоклавного твердения входят известково-кремнеземистые вяжущие, состоящие из извести и кварцевого песка или других кремнеземистых материалов, а также известково-нефелиновое вяжущее, состоящее из извести и нефелинового шлама. К этой же группе относят приведенные выше песчанистые портландцементы и другие вяжущие ( на основе извести и малоактивных шлаков, зол), для которых эффективен гидротермальный режим твердения. Наряду с этим различают вяжущие вещества автоклавного твердения, эффективно твердеющие только при автоклавной обработке - давлении насыщенного пара 0 8 - 1 2 МПа и температуре 170 - 200 С. В группу вяжущих веществ автоклавного твердения входят: известково-кремнеземистые и известково-не-фелиновые вяжущие, а также смеси тонкомолотого песка с портландцементом, которые хотя и могут твердеть в других условиях, но дают значительно более высокий прирост прочности при автоклавном режиме твердения. Помимо этих основных групп, различают также вяжущие вещества автоклавного твердения и кислотоупорные цементы.
Наряду с этим различают вяжущие вещества автоклавного твердения, эффективно твердеющие только при автоклавной обработке - давлении насыщенного пара 0 8 - 1 2 МПа и температуре 170 - 200 С. В группу вяжущих веществ автоклавного твердения входят: известково-кремнеземистые и известково-не-фелиновые вяжущие, а также смеси тонкомолотого песка с портландцементом, которые хотя и могут твердеть в других условиях, но дают значительно более высокий прирост прочности при автоклавном режиме твердения.
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.
6. Определение гипсовых и ангидритовых вяжущих
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSО4·2H2O и ангидрит CaSO4, реже - некоторые побочные продукты химической промышленности (фосфо-гипс, борогипс).Гипсовым вяжущим материалом называют минеральный порошок белого цвета, состоящий в основном из двухводного сернокислого кальция, реже – из сульфата кальция.
Основным сырьем для гипсовых вяжущих является осадочная горная порода – двухводный сернокислый кальций (гипс) СаSO4•2H2O и реже – безводный сульфат кальция CaSO4 (ангидрит). Для получения гипсовых вяжущих материалов гипсовый камень подвергают тепловой обработке и измельчению. В зависимости от температуры, условий нагрева и степени измельчения различают: строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а также ангидритовый цемент. В процессе нагревания двухводный гипс претерпевает изменения. Так, при температуре 650С он начинает утрачивать кристаллизационную воду, а при температуре 100-140°С превращаться в полуводный СаSO4•2H2O=СаSO4•0,5H2O+1,5Н2О. Полуводный гипс может быть в двух модификациях: ?-полугидрат образующийся при нагревании гипсового камня в герметически закрытых аппаратах и кристаллизующийся в крупные кристаллы в виде длинных игл или призм, и ?-полугидрат, образующийся при нагревании гипсового камня в герметически закрытых аппаратах и кристаллизирующийся в крупные кристаллы в виде длинных игл иди призм, и ?-полугидрат, образующийся при нагревании гипсового камня в открытых печах с образованием мелких кристаллов со слабо выраженными гранями.
При дальнейшем повышении температуры до 200-400°С полуводный гипс становится безводным и переходит в нерастворимый ангидрит (например, обоженный гипс). Повышение температуры до 750-800°С приводит к образованию ангидрита, который в порошкообразном состоянии при затворении водой очень медленно схватывается. В интервале 750-1000°С ангидрит начинает диссоциировать, выделяя свободную окись кальция СаО по реакции СаSO4?СаО+SO3, которая способствует твердению порошкообразного ангидрита. Следует иметь в виду, что чем выше температура, тем больше выделяется свободной окиси кальция. Полученный продукт в порошкообразном состоянии-после затворения водой охватывается и медленно твердеет.
Стандартом на гипсовые вяжущие установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворов для внутренних частей зданий.
Строительный гипс применяется для производства перегородочных плит и панелей, обшивочных листов (сухая штукатурка), архитектурных изделий, стеновых камней, для известково-гипсовых растворов, ячеистых изделий.
Ангидритовыми вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, состоящие из природного или полученного обжигом ангидрита и активизаторов твердения. Различают собственно ангидритовое вяжущее (цемент) и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс). Ангидритовые вяжущие получают обжигом при температуре 600-950 °С двуводного гипса CaSO4 x 2H2O или ангидрита CaSO4. Их можно изготавливать безобжиговым способом — помолом природного ангидрита с активизаторами твердения.
Ангидритовое вяжущее получают обжигом природного двуводного гипса при температуре 600...700°С с последующим его измельчением с добавками — катализаторами твердения (известью, смесью сульфата натрия с медным или железным купоросом, обожженным доломитом, основным доменным гранулированным шлаком и др.). Активизируют его твердение сульфаты N2SO4, K2SO4, NaHS04, Al2(SO4)3, материалы со щелочной реакцией — известь, основной доменный гранулированный шлак. Они вводятся при помоле от 1 до 8%.Ангидритовое вяжущее можно получить также путем помола природного ангидрита с указанными выше добавками.Ангидритовое вяжущее было предложено П. П. Будниковым следующего состава: известь — 2...5%; смесь бисульфата или сульфата натрия с железным или медным купоросом — по 0,5... 1% каждого; доломит, обожженный при 800...900°С, — 3...8%, основной гранулированный доменный шлак—10...15%. Железный и медный купоросы уплотняют поверхность затвердевшего ангидритового цемента, вследствие чего катализаторы не выделяются и не образуют выцветы на поверхности изделия. Действие катализаторов объясняется тем, что ангидрит обладает способностью образовывать комплексные соединения с различными солями в воде неустойчивого сложного гидрата, который затем распадается, образуя Са804-2НгО.
Ангидритовый цемент — это медленно схватывающееся вяжущее вещество с началом схватывания не ранее 30 мин, концом — не позднее 24 ч. Марки ангидритового цемента по прочности при сжатии М50, 100, 150 и 200. Применяют ангидритовые цементы Для приготовления кладочных и отделочных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изделий. Применяют ангидритовый цемент для штукатурных и кладочных растворов, устройства полов и для изготовления искусственного мрамора., архитектурно-строительных изделий.
Гипсовые и ангидритовые вяжущие получают из природного сырья и отходов химической промышленности.