10 група 21.10. Урок 10-11

Тема уроку: Повітряне вапно. Гідравлічне вапно. Портландцемент. Різновиди портландцементу.

 

Мета: вивчення цього матеріалу дозволить вам знати:

-        Загальні відомості про в’яжучі матеріали, їх класифікація;

-        Повітряне вапно.

-        Портландцемент. Різновиди портландцементу.

-        Гідравлічне вапно.

 

 

1.     Повітряне вапно.

Вапно застосовувалось у будівництві ще 4000 років до н.е.

Вапно буває повітряне і гідравлічне. Повітряне будівельне ІДПНО, - це продукт випалювання в шахтних, обертових та інших печах (при температурі Ю00...1200°С) вапняку, крей­ди , доломітизованого вапняку, магнезиту, що містить не більше як 6% глинистих домішок. Внаслідок випалювання вапняку утворюється продукт (грудкове негашене вапно або вапно - кипілка) у вигляді кусків, що активно взаємодіють з водою допалюванням чи перепалювання вапна в печі знижує його якість. Реакція розкладання вапняку обернена:

Крім головної частини у вапні міститься оксид магнію. За­лежно від вмісту його повітряне вапно поділяється на кальціє­ве (Мg ≤ 5%), магнезіальне (Мg = 5... 20%) та доломітове (Мg > 20... 40%). У вапна 1-го сорту непогашених зерен 7%, 2-го сор­ту - 11%, 3-го сорту - 14%.

Внаслідок гашення (змішуванню з водою) грудкового негашеного вапна утворюється гашене вапно:

На будівельному майданчику вапно гасять у творильних ящи­ках із сіткою для зціджування вапняного молока і витримують в ямах не менше двох-трьох тижнів, а в заводських умовах - у спеціальних барабанах - погашувачах і відстоюють 1-2 доби.

Якщо витратити на 1 кг грудкового вапна 1 л води, то утво­рюється пухкий порошок (гідратне вапно), 2...З л - вапняне тісто, 4...5 л - вапняне молоко.

Залежно від часу гашення розрізняють вапно таких видів: швидкозагашуване з часом гашення до 8 хв. середньозагашуване - з часом гашення до 25 хв. і повільнозагашуване з часом гашення понад 25 хв. Добре погашене вапно збільшується в об'ємі в 2,5...3,5 рази.

З грудкового вапна одержують мелене негашене вапно у ви­гляді порошку, яке перевозять у герметичних контейнерах або мішках і зберігають не більше 15 діб. Повітряне будівельне вап­но застосовують для приготування оздоблювальних розчинів, для виготовлення штучних бетонних виробів, силікатної цег­ли (автоклавного тверднення) та водного фарбування стін» Ме­лене негашене вапно доцільно застосовувати під час зимових робіт. На повітрі вапняний розчин повільно твердіє під дією вуг­лекислого газу та утворює карбонат кальцію (реакція  необернена): Са (ОН)₂ + С0₂ = СаС0₃ + Н₂0 (воду слід видалити сушін­ням штукатурки). Об'ємна маса негашеного грудкового вапна 1600...2900 кг/м³, а справжня густина 3100...3300 кг/м³.

Сировиною гідравлічного вапна є вапняки, що містять (і...20% глинистих домішок. Вапняки випалюють при темпе­ратурах 900...1100°С, не доводячи до спікання. Гідравлічне вапно перші сім діб твердне на повітрі, а далі може тверднути і у воді; початок 2 години, закінчення - 16 годин. Його перево­дять і зберігають, запобігаючи зволоженню.

Границя міцності гідравлічного вапна на стиск 2,5 МПа. Гідравлічне вапно застосовують для мурувальних і штукатур­них розчинів і бетонів невисоких класів. Головний недолік вап­на у тому, що воно твердне дуже повільно (7-14 діб) тільки на повітрі, низька міцність (0,5...2 МПа), морозостійкість і неводостійке.

Тест на тему: «Повітряне вапно»

 

1.       Рідке скло - це повітряне в'яжуче?

2.   Залежно від вихідного матеріалу рідке скло поділяють на:

а) калієве;

б) натрієве;

в) магнієве?

3. Чим характеризується якість рідкого скла:

а) модулем;

б) густиною;

в) наявність окису магнію?

4.   Рідке скло тужавіє швидко?

5.   Натрієве рідке скло застосовують для приготування
кислотостійких розчинів?

6.   Що пришвидшує процес тужавлення рідкого скла:

а) взаємодія з киснем повітря;

б) додаванням води?

в) домішки фторосилікату натрію?

7. Яким є модуль натрієвого рідкого скла для приготування
розчинів:

а) 1,5-2;

б) 2-2,5;

в) 2,5-3?

8. Чим визначається густина рідкого скла:

а) термометром;

б) ареометром;
в)

9. Перевозять рідке скло у відкритих ємностях?

10.   Потрібно опалювати приміщення, де зберігається в
зимовий період рідке скло?

11.   Рідке скло надходить на будівництво потрібної густини?

12.Для приготування мастик, замазок використовують рідке скло?

 

2.     Портландцемент. Різновиди портландцементу.

Цемент застосовувався єгиптянами і римлянами ще до нашої ери. Практично одночасно, після забуття (1824-1825 рр.), незалежно один від одного Єгор Челієв у Росії і Джозеф Аспдин одержали  в'яжуче, яке потім назвали портландцемент (англій­ський остров  Порталанд).

Портландцемент - це гідравлічна в'яжуча речовина, яку одержують у результаті тонкого подрібнення випаленої до спікання (1450°С) суміші, що складається з вапняку (75%) і глини (25%). Спечений продукт (у вигляді гранул розмірами 10... 40 мм), з якого виготовляють портландцемент, називається клінкером. Під час помелу до клінкеру іноді додають активні мінеральні добавки (гіпс, пластифікатори тощо). Залежно від мінерального складу і структури клінкеру, тонкості помелу і вмісту активних добавок портландцементи бувають таких видів.

Швидкотверднучий  портландцемент застосовують для ре­монтних робіт і в зимових умовах.

Особливошвидкотверднучий  (марки, наприклад, 500) у віці однієї доби має границю міцності на стиск 20...25 МПа.

Надшвидшвидкотверднучий  цемент одержують тоді, коли до нього додають хлорид кальцію та велику кількість алюмінатів. Через 1 ...4 години, без теплової обробки, цей цемент набуває міцності, достатньої для розпалублення виробів.

Пластифікований портландцемент містить у собі пластифікуючі  добавки, здатні надавати розчинам та бетонним сумішам підвищеної рухомості.

Гідрофобний портландцемент містить у собі милонафт або асидол, що утворює найтонші водовідштовхувальні плівки, які зменшують  гігроскопічність.

Пуцолановий портландцемент одержують спільним помелом клінкеру, гіпсу (3...5%) та активної добавки (25...40%) у вигляді вулканічного (пуцоланового) попелу або паливної золи.

Шлакопортландцемент одержують спільним помелом клінкеру, гіпсу (3,5%) й 21...80% гранульованого доменного німину

Сульфатостійкий цемент має марку тільки 300, 400.

Білий  портландцемент декоративного призначення одержують із чистих вапняків, кварцового піску, каолінових (білих) і глин і чистих гіпсів.

Кольоровий портландцемент одержують шляхом перемішування білого клінкеру з пігментами або оксидами різних елементів.

Магнезіальні в'яжучі матеріали, які містять оксид магнію М&0 тужавіють при замішуванні розчином хлористого магнію або сірчанокислого магнію (виготовляють фіброліт із деревної стружки). Цементи застосовують для приготування будівель­них розчинів, бетонів, азбоцементних виробів, виливання архі­тектурних виробів тощо.

Романцемент одержують із вапняку й магнезіального мер­телю, ще містить 25% і більше глини. Випалюють його за тем­ператури 900'С. Під час помелу добавляють до клінкеру 15% активних мінеральних добавок і до 5% природного двоводного гіпсу. За міцністю при стиску романцемент випускають марки 2,5, 5 і 10 МПа. Застосовують його для приготування будівель­них розчинів і бетонів невисоких марок.

До спеціальних цементів належать:

Мурувальні  цементи, які призначенні для мурувальних і штукатурних робіт. Марки таких цементів у 2...З рази нижчі, ніж марки звичайного портландцементу. Для одержання це­менту перемелюють клінкер з добавками, за відношенням клінкеру до добавки 1:3 (за масою).

Тампонажний  цемент призначається для влаштування гли­бинних підземних споруд. До цього цементу ставлять такі ви­моги: щоб можна було перекачувати його насосами, а цемент­ний камінь мав достатню міцність, забезпечуючи хороші водо-та газопроникність, стійкість у середовищі сольової та сірко­водневої агресії.

Глиноземистий цемент - це швидкотверднуча гідравліч­на в'яжуча речовина з низькоосновних  алюмінатів кальцію. Тепловиділення глиноземистого цементу в 1,5 рази вище, ніж у портландцементу, і тому його можна застосувати в зимово­му бетонуванні, але не можна піддавати обробці горячою па­рою. Марки глиноземистого цементу 400, 500, 600 визнача­ють у 3-добовому віці, але у 5...6 разів дорожче за звичайні.

Водонепроникний розширний цемент - це швидкотужавіюча та швидкотверднуча гідравлічна в'яжуча речовина, одержа­на помелом глиноземистого цементу (70...76%), напівводного гіпсу (20...22%) і високоосновного алюмінату кальцію (10...11%), який починає тужавіти через 4 хв, а кінець - не пізніше, ніж через 10 хв. Його можна застосовувати для гідро­ізоляції тунелів, у підземному та підводному будівництві, при створенні водонепроникних швів.

Гіпсоглиноземистий розширний або безусадочний цемент є швидкотверднучим гідравлічним в'яжучим, одержаним в ре­зультаті спільного помелу чи змішування високоглиноземистого клінкеру або шлаку (70%) і природного двоводного гіпсу (30%). Марки цементу 300,400, 500. Початок тужавіння гіпсоглиноземистого цементу - 20 хв, а кінець - не пізніше 4 годин. Застосовують його для виготовлення безусадочних та розши­рених водонепроникних розчинів і бетонів.

Кислототривкий кварцовий цемент - це порошкоподібний матеріал, який одержують спільним помелом чистого кварцового піску (понад 30%) і кремнефториду натрію. Кислототрив­кий цемент розмішують водним розчином рідкого скла, яке є в'яжучою речовиною, сам порошок в'яжучих властивостей не має. Заповнювач для виготовлення бетонів і розчинів на рідко­му склі є кварцовий пісок, граніт, андезіт та інші матеріали. Міцність при стиску кислототривкого бетону 50.. .60 МПа. Кис­лототривкі розчини застосовують для футерівки кислототрив­кими плитками (керамічними, скляними, діабазовими), а та­кож кислототривких бетонів, але їх в спекотну погоду слід пе­ріодично змочувати водою.

Вапняно-пуцолановий і вапняно-шлаковий цемент одержу­ють марки 50, 100, 150, 200.

Виробництво портландцементу

Залежно від способу приготування сировинної суміші роз­різняють три способи виробництва портландцементу: мокрий, сухий та комбінований.

Мокрий спосіб. Вапняк 1 (рис. 10) подрібнений у дробарці 2, подається в сировинний млин 6. Глина 3 із кар'єру і вода 4 по­ступає в бовтанку 5, де розмочується і теж подається в сировинний млин 6. Потім рідка маса (шлам) поступає в шламбасейни, де додатково перемішується. Після із шламбасейну 7 суспензія (шлам) подається в обертову піч 8 (металевий циліндр довжиною 160...230 м і діаметром 5...7 м з вогнетривким фу­теруванням у середині), установлену під кутом 2-3°. Шлам (при мокрому способі), порошок (при сухому способі) подають з боку верхнього холодного кінця, а паливо (мазут, газ) - з боку ниж­нього (гарячого) кінця. При цьому шлам перепалюється при температурі 1450°С і виходить внизу з печі клінкер, який охо­лоджується в холодильнику 9 і поступає у склад  клінкеру 10, де його витримують упродовж 1...2 тижнів для гашення за­лишків вільного вапна. Тоді клінкер перемелюють на порошок у трубних (кульових) млинах 11. Під час помелу до клінкеру додають двоводний гіпс (до 3,5%). Із млинів цемент пневмотранопортом відправляють на зберігання в сил оси 13, де він по­вністю охолоджується. Звідти завантажують його у криті за­лізничні вагони 15, цистерни, автоцементовози або упакову­ють у багатошарові паперові мішки.

Сухий спосіб полягає у подрібненні й ретельному перемішу­ванні сухих сировинних матеріалів (борошна). Із млинів сиро­винне борошно надходить у силоси, де створюються запаси для безперебійної роботи. Мокрий спосіб дає змогу знизити енер­гоємність процесу подрібнення, полегшити транспортування і перемішування сировинної суміші, проте витрати палива вдвічі більші, ніж при сухому способі.

Комбінований спосіб передбачає підготовку сировинної суміші для випалювання у вигляді гранул.

 

Властивості цементу

До властивостей цементу належать:

-  густина - 3000. ..3200 кг/м³;

-  насипна щільність 1000...1300 кг/м³;

-  тонкість помелу (через сито 0,08 мм повинно проходити не менше 85% цементу;

- водопотреба цементу становить 24...27% ;

- початок тужавіння має наставати не раніше як через 45 хв, а кінець - не пізніше як через 10-12 годин (строки тужавіння згідно зі стандартами визначаються за зануренням головки приладу Віка (рис. 12) в цементне тісто нормальної густоти; початок тужавіння - час від початку замішування до момен­ту, коли голка не доходить до дна на 1-2 мм (2-4 мм), кінець тужавіння, коли голка занурюється в тісто не більше як на 1-2 мм);

- цементне тісто при тужавінні зменшується в об'ємі на 1...0.5 мм/м. міцність цементу характеризується маркою (таб. 3).

 Таблиця 3.   Марки цементів

 

Види цементів	Марки цементів
	кг/см2	МПа
Портландцемент:	400, 500, 550, 600	40, 30, 55, 60
- білий цемент	400, 500	40,50
- швидкотверднучий	400, 500	40,50
- шлакопортландцемент	300,400, 500	30, 40, 50
- кольоровий цемент	300,400, 500	30, 40, 50
Глиноземистий цемент	400, 500, 600	40, 50, 60

Марка цементу залежить від тонкості помелу і хімічного складу клінкеру. Внаслідок змішування цементного порошку з водою утворюється пластичне тісто, яке поступово згущуєть­ся й переходить у каменеподібний стан. Процес тверднення триває місяцями і роками за нормальних умов. Однак марка цементу визначається через 28 діб тверднення за нормальних умов. Для тверднення (тужавіння) цементу необхідне вологе середовище. Зберігати цемент необхідно в сухих приміщеннях. Але довге зберігання цементу навіть у сухих приміщеннях, до 3-х, 6-ти, 12-ти місяців втрачається міцність відповідно на 20%, 30%, 40%.

 Добавки до неорганічним (мінеральних) в'яжучих матеріалів

Для надання неорганічним в'яжучим матеріалам додат­кових технічних властивостей до їх складу вводять різні до­бавки.

Активні мінеральні добавки - це тонкоподрібнені природні добавки (попіл, пемза вулканічного походження) і штучні до­бавки (доменні гранульовані шлаки, керамзит, цем'янка (мо­лота цегла), зола тощо). їх змішують з вапняним пухким по­рошком і водою й утворюють тісто, яке здатне після тужавіння на повітрі продовжувати тверднути у воді.

Добавки-наповнювачі в кількості до 10% не впливають на якість в'яжучого. До них належать вапняки, глина, піски, до­менні шлаки тощо.

Поверхово-активні добавки - це речовини переважно органічного походження, що створюють плівку на частинках в'яжучого, яка заважає зчепленню (прилипанню) зерен при змішуванні з водою. Ці добавки надають в'яжучим плас­тичність,  легкоукладальність. До них належать асідол, мило­нафт, відходи миловарного виробництва, сульфатно-спирто­ва барда (відходи целюлозного виробництва).

Добавки-прискорювачі тверднення і сповільнювачі в'яжу­чого матеріалу змінюють строки їх тужавіння. До прискорю­вачів тверднення належать хлористий кальцій (СаС1₂), хлори­стий натрій (NаСІ) - у вигляді харчової кухонної або технічної солі; соляна кислота (НС1), мелене негашене вапно, поташ (К₂С0₃). Їх додають 2...3% від маси цементу. До сповільнювачів тужавіння цементу належать гіпс, слабкий розчин сірчаної кис­лоти, тваринний клей. Добавка невеликої кількості вугілля полегшує помел клінкеру.

Тести

            1. Що є природнім матеріалом для виробництва цементу:

            А) мармур;

            Б) мергель;

            В) гіпсовий камінь.

2. Які є способи виробництва цементу:

            А) мокрий;

            Б) гранульований;

            В) механічний.

3. Які є печі для одержання цементу:

            А) стаціонарна циліндрична;

            Б) обертова циліндрична;

            В) обертова дерев’яна.

4. Яким способом одержують клінкер:

            А) перемелюванням та просіюванням сировини;

            Б) дією хімічних речовин на сировину;

            В) випалюванням сировини.

5. Що додають до клінкеру для одержання цементу:

            А) рідке скло;

            Б) повітряне вапно;

            В) двуводний гіпс.

6. Яким компонентом в розчинових сумішах є цемент:

            А) в’яжучим;

            Б) заповнювачем;

            В) пластифікатором.

7. При якій температурі випалюють сировину:

            А) 900-1100 ⁰С;

            Б) 900-1200 ⁰С;

            В) 1450⁰С.

8. Куди направляють готовий клінкер для гашення залишків вапна:

            А)  у силос;

            Б) у склад клінкеру;

            В) у холодильник.

9. Де повністю охолоджується перемелений цемент:

            А) у холодильниках;

            Б) у силосах;

            В) у складі готової продукції.

10. У що фасують готовий цемент:

            А) у багатошарові паперові мішки;

            Б) у паперові мішки;

            В) у поліетиленові багатошарові мішки.

 

3. Гідравлічне вапно
Гідравлічним вапном (ДСТУ Б В 2.7 – 90-99) називають тонкомолотий продукт випалу при температурі 900-1000^оС мергелистих вапняків із вмістом до 20% глинистих домішок. При цій температурі сировинні матеріали розкладаються з утворенням вільних оксидів СаО, Si₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, що надалі, володіючи хімічною активністю, взаємодіють між собою з утворенням силікатів, алюмінатів і феритів кальцію. Саме такий мінералогічний склад забезпечує надалі гідравлічне твердіння цього в'язкого матеріалу.
Залежно від вмісту в гідравлічному вапні вільного оксиду кальцію терміни схоплювання коливаються в межах: початок – 0,5-2 і кінець – 8-16 годин. Активність гідравлічної від 1,7 до 5 МПа. Гідравлічне вапно застосовують для виготовлення низькомарочних легких і важких бетонів, для виготовлення штукатурних і кладочних розчинів.

Тест на тему: «Гідравлічне вапно»

1. В'яжучі на основі вапна одержують:

а) з повітряного вапна;

б) з гідравлічного вапна;

в) з активних мінеральних домішок?

2.        В'яжучі придатні для одержання будівельних розчинів
низьких марок?

3. Які негативні властивості в'яжучих на основі вапна:

а) низька міцність;

б)висока вартість;

в) від 15-60%?

4. Яке вапно постачають на будівництво:

а) вапняне тісто;

б) негашене мелене;

в) грудкове гідравлічне вапно?

5.   Грудкове гідравлічне вапно - це первинний продукт випалу?

6.   Скільки за часом потрібно витримувати поверхні, обштукатурені
розчинами на гідравлічному вапні:

а) 1-2 тижні;

б) 5 днів;

в) 6 днів?

7. Протягом якого часу можна використовувати тісто з
гідравлічного вапна:

а) 6 діб;

б) 3 доби;

в) до 1 доби?

8. Який залишок негашеного гідравлічного вапна має бути
при просіюванні крізь сито №008:

а) не більше 5;

б) 6%;

в) не більше 10%?

9. Чи можна насипом транспортувати гідравлічне вапно?

10.   Для одержання гідравлічного вапна потрібно використовувати
лише мергелеві вапняки7

11.   Вплив води на свіжі розчини може призвести до руйнування?

12.   Чи застосовують гідравлічне вапно під час приготування
штукатурних розчинів?