Кислотоупорные цементы

Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки — ускорителя твердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, кварциты, андезит, диабаз и другие кислотоупорные материалы; ускорителем твердения служит кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупорном цементе является растворимое стекло — водный раствор силиката натрия или силиката калия. Величина указывает на отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется модулем стекла, он колеблется от 2,5 до 3,5.

Добавка кремнефтористого натрия также повышает водостойкость и кислотоупорность цемента. Отечественная промышленность выпускает кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, состоящий из смеси тонкомолотого чистого кварцевого песка 15...30% и кремнефтористого натрия — 4...6% от массы наполнителя.

Кислотоупорные цементы применяют для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности, а также для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.

Как указывалось ранее, для приготовления кислотоупорного цемента применяют растворимое стекло. Растворимое стекло получают при сплавлении в течение 7... 10 ч в стекловарочных печах при 1300... 1400°С кварцевого песка, измельченного и тщательно смешанного с кальцинированной содой, сульфатом натрия или с поташом К₂СО₃. Полученная стекломасса поступает из печи в вагонетки, где быстро охлаждается и распадается на куски. Застывшие куски называют «силикат-глыба». Это стекло растворимо в воде при обычных условиях, но при действии пара высокого давления 0,5...0,6 МПа и температуре около 150°С сравнительно быстро переходит в жидкое состояние.

Твердеет растворимое стекло (довольно медленно) только на воздухе вследствие выделения и высыхания аморфного кремнезема под действием углекислоты воздуха по реакции Na₂SiO₃ + СO₂ + 2Н₂O -> Si(ОН)₄ + Na₂CO₃.

Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.

Ускоряет твердение растворимого стекла добавка катализатора — кремнефтористого натрия Na₂SiF₆. Последний вступает во взаимодействие с растворимым стеклом, в результате чего быстро образует гель кремнекислоты — клеящее вещество, что приводит к быстрому твердению системы.

Силикат-глыбу можно транспортировать в таре или навалом. Растворимое стекло, имеющее сиропообразную консистенцию, транспортируют в бочках, стеклянных баллонах. Растворимое стекло применяют для приготовления кислотостойких и жароупорных обмазок. Нельзя применять растворимое стекло для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, щелочей и фосфорной, фтористо-водородной или кремнефтористо-водородной кислоты.

Кислотоупорный цемент не водостоек и разрушается от воздействия воды и слабых кислот. Для повышения водостойкости в состав цемента вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофобизующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизованный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ).

Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их поверхность разбавленной соляной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или хлористого магния.

4.5. Строительная известь воздушно – сухого твердения

Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов.

Для производства тонкодисперсной строительной извести гасят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей.

В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности, как на воздухе, так и в воде. Воздушная известь по виду, содержащегося в ней основного оксида, бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая.

Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести.

Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашеная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками.

Строительную негашеную известь по времени гашения делят на быстрогасящуюся — не более 8 мин, среднегасящуюся — не более 25 мин, медленногасящуюся — более 25 мин.

Строительную воздушную известь получают из кальциево-магниевых карбонатных пород. Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьерах, его подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.

Рис. 4.5. Воздушная известь

Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь. Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением теплоты. Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Теоретически нормальной температурой диссоциации считают 900°С. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обычно 1100...1200°С.

При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют пористую структуру. Обжиг известняка производят в различных печах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и т. д. Наибольшее распространение получили экономичные по расходу топлива шахтные пересыпные известеобжигательные печи, однако известь в них оказывается загрязненной золой топлива.

Шахтная печь состоит из шахты, загрузочного и выгрузочного устройства, воздухоподводящей и газоотводящей аппаратуры. Известняк в шахтную печь загружают периодически или непрерывно сверху. Материал по мере выгрузки извести опускается вниз, и навстречу обжигаемому материалу просачиваются горячие дымовые газы.

Рис.4.6. Завод по производству воздушной извести

По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, различают зоны подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева в верхней части печи с температурой печного пространства не выше 900°С известняк подсушивается, подогревается, и в нем выгорают органические примеси. В средней части печи в зоне обжига, где температура достигает 900...1200°С, — происходит разложение СаСО₃ и выделение углекислого газа. В нижней части печи — зоне охлаждения — известь охлаждается поступающим снизу воздухом с 900 до 50...100°С.

Газовые печи позволяют получить «чистую» известь, они проще в эксплуатации, процесс обжига в них можно механизировать и автоматизировать.

Во вращающихся печах получают известь высокого качества, но при этом расходуется много топлива.

Имеют применение высокопроизводительные агрегаты с обжигом в «кипящем слое». Обжиг в «кипящем слое» производят в реакторе, представляющем собой металлическую шахту, отфутерованную внутри и разделенную по высоте решетчатыми сводами на 3...5 зон. Передача материала из зоны в зону производится через трубки, имеющие ограничитель. Высота «кипящего слоя» определяется от обреза переливной трубки до решетки. По периферии реактора имеются горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести - кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.

Молотая негашеная известь с добавками производится 1-го и 2-го сортов и гидратная (гашеная) без добавок и с добавками двух сортов: 1-го и 2-го.

В соответствии с требованиями ГОСТ негашеную известь следует измельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы через сита № 02 и № 008 должен быть соответственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают известь, характеризующуюся остатками на сите № 008 до 2...7%, что примерно соответствует удельной поверхности 3500... 5000 см²/г.

Молотую негашеную известь транспортируют в герметически закрытых металлических контейнерах или в бумажных битуминизированных мешках. Хранить молотую известь до употребления можно не более 10... 15 сут в сухих складах.

При работах с известью необходимо соблюдать требования по охране труда. Попадание частиц молотой извести в легкие, а также на слизистые оболочки, особенно глаз, опасно.

Молотую негашеную известь применяют без ее предварительного гашения, что имеет ряд преимуществ: исключаются отходы в виде непогасившихся зерен, используется тепло, которое выделяется при гидратации извести, что ускоряет процессы твердения извести. Изделия из этой извести имеют и большую плотность, прочность и водостойкость.

Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят хлористый кальций, а для замедления твердения в начальный период (схватывания) добавляют гипс, серную кислоту и сульфитно-спиртовую барду. Добавка гипса и хлористого кальция, кроме того, повышает прочность растворов и бетонов, а добавки замедлителей твердения предупреждают образование трещин, что возможно при отсутствии определенных условий твердения.

Гидратная известь. Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действие воды на куски комовой извести с выделением значительного количества тепла.

Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходимо 32% воды от массы СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в 2, а иногда и в 3 раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести. С повышением температуры ускоряется процесс гашения. Особенно быстро процесс гашения протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

Рис.4.7. Барабанный гидратор для гашения извести

Схема известегасильного барабана:1 — барабан; 2 — пароподводящее устройство; 3 и 4 — катки; 5 — электромотор; 6 — редуктор.

В зависимости от скорости гашения различают строительную негашеную известь: быстрогасящуюся со скоростью гашения не более 8 мин; среднегасящуюся со скоростью гашения до 25 мин и медленногасящуюся со скоростью гашения не менее 25 мин. Содержание активных для гидратной извести должно быть не менее 70%, а влажность — не более 4%.

Гашение извести в пушонку производят в специальных машинах — гидраторах. Для гашения извести - кипелки в известковое тесто применяют известегаситель, в котором комовая известь одновременно размалывается, перемешивается с водой до образования известкового молока и сливается в сепаратор-отстойник. После отстаивания известкового молока образуется известковое тесто. Нельзя применять известковое тесто с большим содержанием непогасившихся зерен извести, так как гашение этих зерен может произойти в кладке, что приведет к растрескиванию затвердевшего известкового раствора. Измельчение извести в гасителе способствует практически полному гашению извести, тогда как в других машинах количество непогасившихся зерен (отходов) может достигать 30%.

Твердение извести может происходить только в воздушно-сухих условиях. Испарение воды (что имеет место при этом) вызывает слипание мельчайших частиц Са (ОН)₂ в более крупные и их кристаллизацию. Кристаллы Са (ОН)₂ срастаются друг с другом, образуя каркас, окружающий частицы песка. Наряду с этим происходит карбонизация гидрата оксида кальция за счет поглощения углекислоты воздуха.

Таким образом, твердение известковых растворов есть следствие их высыхания и образования кристаллического сростка Са (ОН)₂, а также процесса образования углекислого кальция на поверхности изделия. Твердеет гашеная известь медленно, и прочность известковых растворов невысокая. Это объясняется тем, что кристаллизация гидрата оксида кальция происходит не интенсивно и кристаллы слабо связаны друг с другом. Кроме того, образовавшаяся на поверхности корка СаСО₃ препятствует прониканию воздуха внутрь известкового раствора и тормозит дальнейшее развитие процесса карбонизации. Гидрат оксида кальция кристаллизуется тем быстрее, чем интенсивнее испаряется вода, поэтому для твердения извести необходима положительная температура.

Воздушную известь широко применяют для приготовления строительных растворов в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для изготовления искусственных каменных материалов — силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, а также в качестве покрасочных составов.

Транспортируют комовую известь навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а молотую — в специальных бумажных мешках или металлических закрытых контейнерах. Известковое тесто перевозят в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Известь негашеная должна храниться в закрытых складах, защищенных от попадания влаги. Гидратную известь можно хранить непродолжительное время в мешках и сухих складах. Молотую известь не следует хранить более 30 сут, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность.