Твердение гашеной извести уравнение реакции

Как происходит твердение извести?

В зависимости от вида извести и условий, в которых происходит ее твердение, различают три типа твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

Карбонатным твердением называют процесс постепенного затвердевания растворных или бетонных смесей, изготовленных на гашеной извести, при воздействии на них углекислоты. Твердение при этом обусловлено одновременным протеканием двух процессов: кристаллизации гидроксида кальция из насыщенного водного раствора и образования карбоната кальция по реакции: Са(ОН)2+; Н-С02+лН20 == СаС08+ (И-1) Н20.

При испарении воды из раствора гелевидная масса известкового теста уплотняется и упрочняется.

Кристаллики образующегося карбоната срастаются друг с другом, с частичками Са(ОН)2 и песка, обусловливая твердение. Объем твердой фазы увеличивается, что приводит к дополнительному уплотнению и упрочнению, твердеющего раствора. Наряду с карбонатом кальция возможно также образование соединений типа СаС03-пСа(ОНЬ-тН2.0.

Испарение влаги и карбонизация растворов протекают очень медленно. Последняя захватывает преимущественно поверхностные слои, что объясняется малой концентрацией С02 в воздухе (0,03 %) и большой плотностью пленки образующегося карбоната, сильно затрудняющей дальнейшее проникание углекислоты к внутренним слоям раствора.

Гидратным твердением называют процесс постепенного превращения в твердое камневидное тело известковых растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в результате взаимодействия такой извести с водой и образования гидроксида кальция.

Эффект твердения обусловливается взаимным сцеплением и срастанием образующихся субмикроскопических частичек гидроксида кальция. От них зависит и физико-механическая прочность всей системы, состоящей из гидратирующегося вяжущего, воды, заполнителя и воздушных пор.

При длительном хранении растворов и бетонов, изготовленных на молотой негашеной извести, в сухих условиях на воздухе наблюдается их упрочнение за счет испарения воды и перехода гидроксида кальция в устойчивый карбонат кальция под действием углекислоты.

Гидросиликатным твердением называют процесс превращения известково-кремнеземистых смесей в твердое камневидное тело, обусловленный образованием гидросиликатов кальция при тепловлажностной обработке в автоклавах насыщенным паром под давлением 0,9— 1,6 МПа, что соответствует температуре 174,5—200 °С. Способ автоклавной обработки известково-пёсчаных камней был предложен В. Михаэлисом в 1880 г.

Высокая температура автоклавной обработки при наличии в обрабатываемом материале воды в жидком- состоянии способствует резкому ускорению химического взаимодействия гидроксида кальция с кварцевым песком или каким-либо другим кремнеземистым компонентом (суглинок, трепел, зола, шлак, керамзит и др.)- Извест-ковопесчаные (силикатные) мелкозернистые бетоны получают из смесей извести (8—12 %) и кварцевого песка (88-92 7о).

При автоклавной обработке в результате взаимодействия извести с кремнеземом образуются значительные количества гидросиликата кальция, обеспечивающие высокую прочность и долговечность изделий. Через 6—12 ч автоклавной обработки получают известково-песчаные изделия прочностью при сжатии 30—50 МПа и более.

Твердение известково-кремнеземистых материалов в условиях обработки паром в автоклавах — следствие ряда сложных физических и физико-химических процессов.

В чем различие гидравлической и воздушной извести?

Гидравлическая известь —тонкомолотый порошок, получаемый обжигом при 900-1100 °С мергелистых известняков, содержащих 6-20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Эта известь имеет способность длительно сохранять прочность в воде после предварительного твердения на воздухе. Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, характеризуется большей прочностью

Гидравлическую известь получают умеренным обжигом (т.е. не до спекания) мергелистых известняков, содержащих 6. 20% глины. В процессе обжига образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция, придающие извести гидравлические свойства. Поскольку в продукте содержится также часть СаО и MgO, способных только к воздушному твердению, гидравлическая известь сочетает в себе свойства как воздушного, так и гидравлического вяжущего.

Прочность гидравлической извести после комбинированного твердения (7 сут. на воздухе и 21 сут. в воде) составляет 2. 5 МПа. Это выше, чем у воздушной извести.

Вывод

Таким образом, в ходе данной лабораторной работы, мы узнали о вяжущих материалах, выяснили, что они делятся на воздушные и гидравлические. Мы подробно рассмотрели главнейшие показатели качества вяжущих – прочность и скорость твердения, стадии твердения – схватывание и набор прочности, 3 показателя маркировки гипсовых вяжущих – скорость схватывания, тонкость помола и прочность. Также мы выяснили, как изменяется объем гипсового теста при твердении. Узнали, что представляет собой недожог и пережог извести, а также известь-кипелка. Мы рассмотрели процесс твердения извести и выяснили, в чем состоит различие между гидравлической и воздушной известью.

Список литературы

1. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине “Промышленные материалы в городском хозяйстве” для студентов нормативных сроков обучения по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии городского хозяйства»/Сост. Ю.А.Мокрушин. Ижевск: ИЭиУ ГОУВПО «УДГУ», 2006.-65с.

Клинкерный кирпич получают в результате высокотемпературного обжига глин особого качества до полного спекания. Получаемое изделие имеет великолепные характеристики по прочности (марка прочности до 800 МПа), морозостойкости (от 300до 1000 циклов), низкую пористость и, как следствие, прекрасные перспективы по долговечности (несколько поколений домочадцев смогут наслаждаться мощением из клинкерного кирпича).

Мостовой кирпич выпускают толщиной от 40 до 72 мм, что позволяет использовать его и на пешеходных дорожках, и на автомобильных парковках. Геометрические размеры очень разнообразны (мозаичный 60*60 мм, кирпичи разных форматов, полукирпичики, вытянутые формы).

Клинкер придумали голландцы. Они первыми в мире разработали технологию производства высокопрочного керамического камня. Уже в начале XIX века в Голландии была построена первая клинкерная дорога, соединившая Амстердам и Гарлем. В принципе, масштабность этого объекта вполне сопоставима с современными порожными стройками. Со временем голландцы начали производить клинкер не только для мощения, но и для строительства домов. Поскольку в этой стране практически нет природных каменных материалов, клинкер быстро завоевал популярность. Из Голландии технология производства клинкера распространилась сначала в соседние западноевропейские страны, а оттуда и в США.

В дореволюционной России тоже были заводы по выпуску клинкерного кирпича, но их работа закончилась с приходом коммунистов, которым, прежде всего, требовались дешевые строительные материалы. Если вы любитель древностей, посетите Музей кирпича в Купчино (Южное шоссе, 55). Наряду с традиционным кирпичом там собрана великолепная коллекция старинного клинкера. Представлены кирпичи не только российских заводов, но и европейских — немецких, голландских.

Считается, что XX век дал миру множество новых материалов и технологии, которые определили облик современных городов и оказали огромное влияние на развитие экономики. Меж тем, лучшие продукты были изобретены гораздо раньше. Человечество тысячелетиями строило из дерева, камня и кирпича. Технический прогресс XX века позволил усовершенствовать процесс их обработки или производства. Это в полной мере относится и к клинкерному кирпичу. В целом его производство сводится к тем же процессам, что и 2 века назад. Отличие лишь в том, что на заводах XIX века большинство технологических циклов проводилось вручную, сегодня • производство максимально автоматизировано.

Клинкерный кирпич — абсолютно натуральный продукт. В его рождении участвуют глина, вода и огонь. Клинкер производится путем высокотемпературного обжига специальных сортов пластичных глин.

Глина смешивается с водой, полученный состав помешается в шнековое устройство, где происходит окончательный замес. Глиняная масса выходит оттуда в форме, отдаленно напоминающей колбасу, только гигантской длины. Затем она режется на порции строго заданных размеров и отправляется в печь, где обжигается при температуре в 1300 градусов. На выходе получается кирпич без включений и пустот.

Технологическим прорывом в производстве клинкера стало изобретение тоннельных печей. В двух словах о принципе их действия. Как следует из названия, печь имеет конфигурацию тоннеля. В центре находится источник открытого огня. По рельсам движутся вагонетки, в которых находятся подготовленные к обжигу кирпичики. Приближаясь к огню, они медленно нагреваются. Проходя кульминационную точку — постепенно остывают. Все это происходит в соответствии с точно просчитанным графиком движения, обеспечивающим оптимальный температурный режим. Тоннельные печи работают постоянно, т.е. их не нагревают и не остужают.

При твердении протекает реакция

При t = 600-700°С образуется обожженный гипс, ангидритовый цемент.

При 800-1000°С получают высокообожженный гипс – эстрихгипс, который твердеет при затворении водой без катализатора, так как в нем присутствует примесь СаО, образовавшаяся в результате частичного разложения СаSО₄.

В строительной технике гипсовые вяжущие широко применяются для изготовления блоков, панелей, перегородок, гипсобетона, сухой штукатурки, легковесных теплоизоляционных изделий. Заполнителями служат известь, шлак, пемза, мел, опилки и т.д. Все строительные изделия из гипса неводостойки и поэтому их применяют во внутренних элементах сооружений. Водостойкость повышают органические и минеральные добавки, а также водоотталкивающие обмазки.

Воздушная известь.

Воздушную известь получают путем обжига известняков, мела, доломитовых известняков, содержащих не более 8% примесей

Негашеную известь (СаО) – кипелку измельчают. При действии воды образуется известь гашеная СаО + Н₂О → Са(ОН)₂. Реакция сопровождается выделением тепла.

Известковое тесто, смешанное с песком, измельченным шлаком и т.п. применяют в виде строительных растворов при кладке стен и для штукатурки.

Известковый раствор на воздухе постепенно отвердевает под влиянием двух одновременно действующих факторов: удаления свободной воды и действия СО₂. Удаление воды приводит к выделению и кристаллизации Са(ОН)₂. В результате действия СО₂ образуется карбонат кальция Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О. Кристаллы срастаются между собой и с зернами наполнителя, образуя искусственный камень. Твердение воздушных известковых растворов протекает медленно и связано с протеканием реакции Са(ОН)₂ + SіО₂ → СаО∙SіО₂∙Н₂О, компоненты которой находятся в твердой фазе. Для ускорения этого процесса к извести добавляют цемент, гидравлические добавки или гипс.

Гидравлическая известь.

Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, начав твердеть на воздухе, может продолжать твердение в воде. Способность гидравлической извести сохранять и увеличивать прочность в воде объясняется наличием в ее составе, кроме свободной СаО, силикатов, алюминатов и ферритов кальция, которые образуются при обжиге за счет реакций между глиной и известняком. Эти реакции, если глинистых примесей 6-20%, приводят к получению извести с гидравлическими свойствами. Гидравлическая известь оценивается по основному (гидравлическому) модулю m = .

Для слабогидравлической извести он равен 4,5 – 9,0, сильногидравлической – 1,7 – 4,5, романцемента – 1,7.

Портландский цемент.

Наибольшее значение как вяжущий материал в строительстве имеет портландцемент – продукт помола клинкера, полученного обжигом до спекания смесей из известняков и глин, встречающихся в природе (мергели) или искусственно составленных. При помоле к клинкеру добавляется гипс (до 2%) для замедления схватывания и гидравлические добавки (до 15%), увеличивающие стойкость портландцемента к разрушающему действию природных вод. Химический состав портландцемента следующий: СаО – 62-67%, SiО₂ – 20-24%, Al₂О₃ – 4-7%, Fe₂О₃ – 2,5%, MgO, SO₃ и прочих 1,5-3%. Состав портландцемента выражают при помощи модулей основного, или гидравлического – Г, силикатного – n и глиноземистого – Р, соответственно определяемых:

Г = = 1,9 2,4;

n =

Р = .

Оксиды связаны в клинкере в следующие минералы

3CaO∙Al₂О₃ (С₃А) – трехкальциевый алюминат, 7 — 15%

эти соединения реагируют при затворении цемента водой и дают различные гидраты, выделяющиеся в виде студней-гелей; они образуют пластичное тесто, которое затем схватывается и упрочняется в цементый камень

Глиноземистый цемент.

Глиноземистый цемент представляет собой продукт тонкого помола обожженной до плавления или до спекания сырьевой смеси, состоящей из боксита и известняка. Химический состав глиноземистого цемента следующий: около 40% СаО, около 40% Al₂О₃, остальное – примеси Fe₂О₃ (нежелательные) и др. оксиды СаО и Al₂О₃ находятся в глиноземистом цементе главным образом в виде минерала – однокальциевого алюмината СаО∙Al₂О₃. глиноземистый цемент быстро твердеет

Уже на третий день твердения прочность его приближается к максимальной. Сооружения из глиноземистого цемента стойки к сульфатной коррозии, но не стойки в щелочных средах, в которых идет разрушение камня в результате взаимодействия Al₂О₃ и Al(ОН)₃ со щелочами.

Магнезиальные цементы.

Активным началом магнезиальных цементов является оксид магния. Сырьем служат природный магнезит MgСО₃ и доломит СаСО₃∙MgСО₃. В соответствии с этим различают два вида магнезиальных цементов – каустический магнезит, получаемый обжигом до полного удаления СО₂ при 800-1000° С, и каустический доломит. В отличие от других вяжущих магнезиальные цементы затворяются не водой, а растворами солей MgCl₂ или MgSO₄, в некоторых случаях – серной или соляной кислотой. При твердении магнезиальных цементов происходит образование Mg(ОН)₂ сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии; частично образуется оксихлорид магния

Магнезиальное вяжущее находит применение в производстве ксилолита, фибролита (термоизоляционного, конструктивного и фибролитовой фанеры), пено- и газомагнезита, оснований под чистые полы и других строительных деталей.

Коррозия бетонов.

Камневидное тело портландцемента подвержено коррозии в водах, богатых углекислотой, солями постоянной жесткости СаSО₄, MgSО₄ и др.

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О углекислотная

коррозия

сульфатная коррозия сопровождается образованием сульфоалюминатов, вызывающих местные напряжения за счет увеличения в объеме изделий, в объеме структуры последних.

Для сооружений, соприкасающихся с морской водой, характерна магнезиальная коррозия

при углекислотной коррозии известь, содержащаяся в камне, переводится в легкорастворимый гидрокарбонат кальция и вымывается водой; при сульфатной коррозии образуется цементная бацилла (гидросульфоалюминат), приводящая к растрескиванию бетонного сооружения. При магнезиальной коррозии идет разрушение трехкальциевого гексагидроалюмината с образованием сульфата кальция (образует бациллу) и рыхлой структуры Mg(ОН)₂ и Al(ОН)₃. Сульфат магния может также взаимодействовать с Са(ОН)₂ с увеличением объема

Образование гипса сопровождается увеличением в объеме, что также приводит к возникновению напряжений в бетоне и его разрушению.

Повысить коррозионную стойкость можно применением добавки к клинкеру кремнеземистого компонента с большой удельной поверхностью. Это объясняется более полным связыванием исходных компонентов в гидросиликаты кальция.

Контрольные вопросы

391. Перечислить общие физико-химические свойства вяжущих веществ. Дать их краткую характеристику.

392. Составить уравнения реакций, которые имеют место при получении вяжущих веществ на основе извести. Привести состав воздушной извести.

393. Описать химические процессы, происходящие при получении портландцементного клинкера.

394. Составить уравнения реакций при взаимодействии с водой минералов портландцементного клинкера.

395. Объясните, почему воздушная известь способна твердеть только на воздухе, в то время как гидравлическая – на воздухе и в воде.

396. Назовите, сколько основных компонентов входят в состав клинкера портландцемента и какой из минералов содержится в наибольшем количестве.

397. Составить уравнения реакций и указать условия полного гидролиза 3СаО∙SiO₂.

398. Повышенное содержание каких минералов приводит к ускорению твердения портландцемента? Назвать их. Составить уравнения реакции их взаимодействия с водой.

399. Напишите уравнение реакции с водой соответствующего минерала клинкера портландцемента, повышенное содержание которого замедляет процесс твердения. Назовите этот минерал.

400. Объясните, почему камневидное тело затвердевшего глиноземистого цемента нестойко в щелочных и сильнокислых средах. Напишите соответствующие уравнения реакций.

401. Дать классификацию видов коррозии бетона по механизму протекания коррозии.

402. Укажите виды коррозии бетона по характеру его разрушения. Приведите уравнения происходящих реакций.

403. Составить уравнения реакции, протекающие при углекислотной коррозии. Какой компонент цемента является причиной этого вида коррозии?

404. Где имеет место углекислотная коррозия? Какой компонент из окружающей среды является её причиной? Составить уравнение реакции.

405. Какие воды вызывают магнезиальную коррозию бетона? Составить уравнение реакции магнезиальной коррозии бетона.

406. Назовите основной минерал глиноземистого цемента. Напишите уравнение реакции его взаимодействия с водой.

407. Назовите минерал цементного камня, который подвергается углекислотной, магнезиальной и сульфатной коррозии. Составьте уравнение реакции, которые протекают при этом.

408. Какой вид коррозии бетона приводит к образованию «цементной бациллы»? Составить уравнение реакции её образования.

409. Одним из выражения состава гидравлических вяжущих является указание гидравлического модуля. Как он определяется?

410. Гидравлический модуль для гидравлической извести равен 4,5-9,0. Определите тип этой извести.

411. Охарактеризовать физические и химические свойства диоксида кремния, его отношение к воде, кислотам и щелочам.

412. Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.) СаСО₃, потребуется для получения 7,0 т негашеной извести? Ответ: 13,8 т

413. При разложении СаСО₃ выделилось 11,2 л СО₂. Чему равна масса КОН, необходимая для связывания выделяющегося газа в карбонат? Ответ: 56 г.

414. Сколько природного магнезита необходимо для получения 100 кг MgO? Ответ: 210 кг.

415. Перечислить гипсовые вяжущие. Сколько хлористого магния необходимо взять для получения 1 т цемента Сореля? Ответ: 1,2 т.

416. Составьте уравнения реакции гашения извести. Сколько воды выделится при взаимодействии гашеной извести с 1 кг песка при её твердении?

417. Что такое эстрих-гипс? Как его получают? Где используют?

418. Чем каустический магнезит отличается от каустического доломита? Где они используются в строительстве?

419. Составить уравнения реакции взаимодействия алюминиевой пудры с водным раствором извести. Какое газообразное вещество при этом образуется? Где используется эта реакция при производстве строительных материалов?

420. Составить уравнение реакций, протекающих при контакте силикатного стекла с плавиковой кислотой. Объясните причину появления матовости стекла.

421. Составить уравнения реакций, протекающих при кипячении растворов щелочи в емкостях из силикатного стекла. Как называется этот процесс?

422. Укажите состав воздушной извести. Составьте уравнения реакций получения, гашения и твердения воздушной извести, указав основные продукты.

423. Укажите состав магнезиального вяжущего (цемент Сореля). Составьте уравнение реакции, протекающей при его затворении. Какому эмпирическому составу химического соединения соответствует продукт.

424. Составить уравнение реакции, протекающей при схватывании и твердении строительного гипса. Объясните, почему он относится к быстро схватывающимся вяжущим.

425. Какие вещества называются вяжущими? Приведите их классификацию.

426. Какая известь называется воздушной? Приведите её качественный и количественный состав. Напишите уравнения реакций её получения, гашения.

427. Приведите минералогический состав клинкера портландцемента. Какие добавки замедляют схватывание и твердение цемента. Почему?

428. Приведите качественный и количественный состав портландцементного клинкера. Введение каких добавок ускоряет схватывание и твердение цемента. Почему?

429.Что такое гидравлические добавки к цементам? Какие гидравлические добавки вам известны?

430. Какие гипсовые вяжущие вам известны? Составьте уравнения реакций получения и твердения строительного гипса.

Твердение гашеной извести уравнение реакции

При смешивании гидратной «пушонки» с заполнителями и затворении смеси водой или при перемешивании теста с заполнителями происходят физико-химические процессы, в целом отличные от других минеральных вяжущих, а именно: известковое тесто — коллоидный раствор, полученный при затворении комовой «кипелки» или «пушонки» водой. Этот раствор представляет систему с коагуляционной структурой, связь между частицами которой обусловливается межмолекулярными силами взаимодействия, действующими через тонкие прослойки воды.

Для перехода системы к кристаллизационной структуре необходимо, чтобы вода из системы была удалена и частицы сблизились на расстояние ионных радиусов. А так как испарение воды при нормальной температуре из теста происходит медленно, то и процесс твердения извести замедленный.

Чтобы ускорить его, необходимо повышение температуры среды, что практически трудно осуществить. Однако советский ученый И. В. Смирнов решил эту задачу путем применения молотой извести «кипелки».

При затворении молотой извести процесс твердения идет по гидратационной схеме, т. е. стадии растворения и гидратации, коллоидации и кристаллизации развиваются непрерывно. Причем, в стадии растворения и гидратации выделяется большое количество тепла, которое ускоряет процесс испарения воды из теста или раствора, тем самым увеличивая скорость нарастания прочности. Исследованиями установлено, что строительные растворы, приготовленные на известковом тесте или на извести «пушонке», набирают в месячном возрасте 0,7-1,0 МПа, в то время как на молотой «кипелке» — 2,7-3,0 МПа. Независимо от применяемого вида извести процесс набора прочности растворов на этом не прекращается.

Весь процесс набора прочности известковых растворов проходит в три стадии. На первой стадии, которая длится месяц, прочность раствора обусловливается образованием кристаллического сростка гидроксида кальция, химизм образования которого происходит по реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

Затем наступает стадия упрочнения кристаллического сростка Са(ОН)₂ за счет карбонизации его углекислотой, присутствующей в атмосфере по реакции

При этом в процессе карбонизации выделяется химически связная вода, почему в первоначальные 1-2 года эксплуатации зданий оштукатуренные стены известковыми растворами остаются влажными. В этом процессе взаимодействия гидроксида кальция с углекислотой образуется плотный слой карбоната кальция, примерно толщиной 1-2 мм, который затрудняет доступ СО₂ вглубь раствора. Однако и этот слой значительно повышает прочность раствора.

И, наконец, на третьей стадии, которая длится десятки, сотни лет, раствор продолжает набирать прочность за счет взаимодействия кристаллического Са(ОН)₂ с кремнеземом песка, образуя при этом гидросиликат кальция по реакции

Полученное соединение обладает высокой прочностью и становится водостойким. Имеются примеры, которые свидетельствуют, что при разрушении
зданий, просуществовавших 90-100 лет, кирпичная кладка разрушается
по кирпичу, а не связывающему ее известковому раствору.