CC BY
39СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
Фомина Е. В., канд. техн. наук, доц. Белгородский государственный технологический университет им В. Г. Шухова
ПОВЫШЕНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ИЗВЕСТКОВОГО ВЯЖУЩЕГО ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА*
В работе указано повышение реакционной способности известкового вяжущего за счет высокотемпературного гашения извести с минеральной добавкой двуводного гипса, что влияет на температуру, скорость гашения извести и дисперсность получаемых продуктов. Установлена техническая целесообразность применения активных высокодисперсных продуктов гашения извести при производстве прессованных силикатных изделий, которые оказывают положительное действие на ход процессов фазо- и структурообразования на всех технологических стадиях твердения с увеличением прочности изделий и возможностью сокращения доли известкового вяжущего в смеси.
Ключевые слова: силикатный кирпич, гашение извести, известковое вяжущее, композиционное вяжущее, дисперсность.
При производстве прессованных силикатных материалов автоклавного твердения в качестве вяжущего применяют тонкомолотые из-вестково-кремнеземистые композиции различного состава. От качества применяемого вяжущего и от условий их взаимодействия на всех технологических переделах производства зависят эксплуатационные свойства готового изделия.
В настоящее время существует много различных технологических решений, способствующих повышению активности взаимодействия вяжущих в силикатной смеси с получением высококачественной и конкурентоспособной продукции [1-3], одним из таких решений является управление процессом гашения известкового вяжущего [4].
В большинстве случаев определяющую роль при химическом взаимодействии компонентов в процессе твердения вяжущего играет скорость и полнота гашения извести. При производстве силикатного кирпича гашение извести начинается в момент соприкосновения ее с влажным песком и заканчивается в силосах, что значительно увеличивает длительность гидратации. Поэтому процесс гашения извести является недостаточно управляемым и отрицательно сказывается на свойствах получаемого гидроксида кальция, а, следовательно, и реакционной способности при гидратации и твердении вяжущего. Эти свойства особенно важны при взаимодействии известко-во-песчаных вяжущих в автоклаве с учетом
уменьшения растворимости Са(ОН)2 при повышении температуры.
Ранее было установлено [5], что при гашении высокоактивной извести (А = 86%, В/И = 0,32-0,64) в области температур от 160 до 190°С и наличии двуводного гипса в количестве от 0,05 до 0,25 масс. % возможна дегидратация гипса с образованием Р-модификации полугидрата. Применение предварительно гашеной извести по предложенному механизму в композиционных вяжущих оказывает значительное влияние на фазо- и структурообразование, способствуя повышению их прочности в два раза.
В данной работе исследованы свойства продуктов гашения извести с двуводным гипсом, влияющие на повышения реакционной способности взаимодействия вяжущих при производстве силикатного кирпича.
Для исследования в работе использовали следующие материалы: известь ОАО «Стройматериалы» (Белгород); кварцевый песок Нижне-Ольшанского месторождения; двуводный гипс Новомосковского месторождения. Основные сырьевые компоненты не отличались от традиционно используемых при производстве силикатного кирпича и соответствовали ГОСТ 37995 «Кирпич и камни силикатные».
При производстве силикатного кирпича обязательно полное гашение извести до формования кирпича-сырца, поэтому количество добавляемой воды соответствует полному гашению извести с учетом ее испарения и созданию остаточной влаги смеси на выходе из силоса. В
исследованиях расход воды на гашение извести был взят исходя из технологических особенностей производства, и для сравнения изучены граничные условия с недостатком и избытком воды. Использовали известь активностью 90%.
При гашении высокоактивной извести с во-дотвердым отношением, близким к теоретическому значению, и присутствием минеральной добавки возможно протекание высокоэкзотермической реакции при температуре до 190°С,
Изменение свойств ]
когда наряду с гашением водой протекает гашение паром, с получением наибольшего количества мелкодисперсных частиц.
Исследования, проводимые седиментацион-ным методом, позволяют выделить оптимальные условия гашения извести при В/И = 0,48 с добавкой 0,25% двуводного гипса и температуре процесса 163°С, где основная масса частиц 80,8% находится в высокодисперсном состоянии размером до 30 мкм (табл. 1).
Таблица 1
дуктов гашения извести
Добавка двуводный гипс, % Максимальная Время достижения максимальной температуры гашения, мин Количество частиц, мас. %
№ температура гашения извести, °С до 10 мкм до 30 мкм более 30 мкм
В/И = 0,32 (теоретический расход по реакции)
1 2 3 4 5 0,05 0,15 0,25 0,75 190 190 191 191 196 5 4,5 4,5 4,5 4,5 26.5 33,2 35,4 33,2 32.6 70,2 77,5 78,7 79,5 76,0 29,8 26,5 26,7 20,5 24,0
В/И = 0,48 (теоретически расход, увеличенный в 1,5 раза)
6 7 8 9 10 0,05 0,15 0,25 0,75 164 170 163 163 182 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 30,7 41,9 40,5 38,3 37,7 74.3 78.4 79,9 80,8 76,9 25,7 21,6 21,1 19,2 23,1
В/И = 0,64 (теоретически расход, увеличенный в 2 раза)
11 12 13 14 15 0,05 0,15 0,25 0,75 160 168 158 158 159 3,2 3,5 3,5 3,5 3,5 29.3 35,9 37,8 36,5 29.4 72.2 78.3 77,9 78,5 74,8 27,8 21,7 22,1 21,5 25,2
В/И = 0, 80 (теоретически расход, увеличенный в 2,5 раза)
16 17 18 19 20 0,05 0,15 0,25 0,75 136 148 146 138 138 4 4,5 4 4 4 24.3 27.5 26,8 24.6 29.4 56.5 59,4 59,7 57.6 55.7 43.5 40.6 40.3 42.4 44,3
Следует отметить, что продукты гашения активированной извести содержат большее количество мелкодисперсных частиц до 10 мкм, не исключая содержание частиц в ультрадисперсном состоянии, которые не агрегируют, так как они находятся в насыщенных известковых смесях, и это способствует сохранению их размеров и активных свойств. С изменением количества воды на гашение извести и варьирования минеральной добавки меняется скорость, температура и дисперсность продуктов гашения. В процессе гашения извести в пушонку в присутствии большего количества воды мелкие частицы Са(ОН)2 могут перекристаллизоваются в более крупные, что отражается на дисперсности вяжущего. Присутствие добавки двуводного гипса
и его переход в полуводную модификацию также вносит изменения на скорость и температуру гашения извести.
Полноту гашения известкового вяжущего оценивали по потери массы при дегидратации. При недостатке воды (состав №1, табл.1) отмечается незавершенность процесса, степень гидратации СаО составляет 97,74 %, остальная часть СаО остается в непрореагированном виде (табл. 2). С увеличением количества воды на гашение (состав №6) потери массы при дегидратации Са(ОН)2 составили 23,08%, что выше теоретических значений, как следствие увеличения количества химически-адсорбционной связанной воды и степень гидратации зерен СаО в данном случае составляет 100%.
Таблица 2
Потери массы продуктов гашения извести активностью 90 %_
Значения Потери массы при дегидратации Са(ОН)2, %
В/И = 0,32 В/И = 0,48
теоретическое 21,14 21,14
практическое 20,66 23,08
степень гидратации СаО, % 97,74 100
Активность продуктов гашения высокоактивной извести с добавкой гипса исследовали по ее влиянию на фазо- и структурообразование в автоклавированных силикатных смесях при условиях гашения извести с высокой экзотерми-ей и дисперсностью (составы № 6-10). При оптимизации составов руководствовались изменением расхода вяжущего и соотношением в нем компонентов исходя из производства силикатного кирпича. Количество вводимых продуктов
30
гашения извести в соотношении с молотым кварцевым песком в вяжущем составляло 1:1 и 1:2. Формовочная влажность силикатной смеси составляла 6%. Автоклавирование прессованных образцов проводили в промышленных условиях по режиму: температура 183°С, 1,5-6-1,5 часа. Контрольный состав, разработанный по традиционной рецептуре, имел прочность при сжатии 20,30 МПа.
0,05 0,15 0,25
Добавка при гашении извести, мас. %
0,75
Вяжущее, мас. %
■ 10
■ 15
■ 20 ■ 30
Рис. 1. Прочностные характеристики прессованных силикатных материалов (состав вяжущего - И:П = 1:1)
Рис. 2. Прочностные характеристики прессованных силикатных материалов (состав вяжущего - И:П = 1:2)
Анализ результатов показал, что при ис- экзотермии, во всех случаях прочность прессо-пользовании высокодисперсных продуктов га- ванных силикатных образцов увеличивается. шения извести, полученных в условиях высокой Применение гипса при гашении извести способ-
0
ствует образованию наибольшего количества высокодисперсных продуктов гашения. Это оказывает значительное влияние на пространственно-геометрические изменения структуры, улучшает формуемость и способствует уплотнению межзерновой пустотности заполнителя силикатной смеси, что позволяет повысить прочность готового изделия. Оптимальным является состав с максимальной прочностью автоклавированных образцов 26,5 МПа при применении продуктов гашения извести с добавкой гипса 0,15 мас. % в соотношении с молотым кварцевым песком 1:1, содержание вяжущего в смеси 15%. По результатам испытаний видно, что возможно сокра-
тить долю известкового вяжущего в смеси на 56% при увеличении прочности изделий на 17%.
Высокодисперсные продукты гашения извести с добавкой гипса обладают значительной реакционной способностью, интенсифицируя механизмы фазообразования при твердении в условиях гидротермального синтеза. Наличие
ионов БО 4 и некоторое повышение рН раствора в жидкой фазе увеличивает растворимость кварца, что подтверждается большей его связанностью при автоклавной обработке. На представленных РФА интенсивность дифракционных максимумов кварца уменьшается (4,270; 3,351; 2,462; 2,284 А) (рис. 3).
8.4
0.2
1.0
0.8
п-Г
15.85
Т-1—
32.0
а
б
Рис. 3. Рентгенограммы автоклавированных прессованных силикатных образцов: а - контрольный образец; б - образец с максимальной прочностью
Новообразования характеризуются наличием смешанных фаз с существенным преобладанием низкоосновных гидросиликатов кальция, вносящих основной вклад в формирование прочностных свойств материала дифракционные отражения этих соединений более четкие и интенсивные. В области углов отражений от 28 до 32° отмечается значительное увеличение их количества (3,089; 2,974; 2,897 А), что свидетельствует о росте новообразований и лучшей степени кристаллизации (рис. 3б). Расширенное основание дифракционных отражений является
результатом наличия части низкоосновных гидросиликатов кальция в коллоидном состоянии.
Таким образом, прочность силикатных прессованных изделий напрямую зависит от условий гашения извести и дисперсности получаемых продуктов гашения. Указанные выше технологические приемы предварительного гашения извести, способствуют получению высокодисперсных и химически активных компонентов известкового вяжущего максимально используя ее гидратационные свойства, что имеет важное значение с учетом уменьшения раство-
римости Са(ОН)2 при повышении температуры. Это упрощает физико-химические процессы на всех технологических стадиях твердения вяжущего, повышая прочность готового изделия с возможность сокращения доли известкового вяжущего в смеси.
* Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках гранта Президента РФ № МК-6170.2013.8; при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской федерации, государственный контракт 16.740.11.0770, государственное задание 3.4601.2011.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Прессованные силикатные материалы автоклавного твердения с использованием отходов производства керамзита / В.В. Строкова, Н.И. Алфимова, В.С. Черкасов, Н.Н. Шаповалов // Строительные материалы. 2012. № 3. С. 14-15.
2. Алфимова Н. И., Шаповалов Н. Н., Абросимова О. С. Эксплуатационные характеристики силикатного кирпича, изготовленного с использованием техногенного алюмосиликатного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 3. С. 11-14.
3. Лесовик В.С., Володченко, А.Н. Повышение эффективности производства автоклавных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2008. № 9. С. 10-16.
4. Кудеярова Н.П. Термодинамический анализ процесса гидратации извести // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2005. № 10. С. 35-38.
5. Фомина Е.В., Кудеярова Н.П. Прочность смешанного вяжущего на извести предварительного гашения с добавкой природного гипса // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Технические науки. 2006. С. 17-19.
