Твердение известково-песчаных смесей при повышенных температурах

Твердение известковых вяжущих

При затворении водой негашёной извести происходит её гидратация по реакции

СаО + Н₂О → Са(ОН)₂ + Q.

Негашёная известь растворяется в воде с образованием насыщенного раствора, который быстро становится пересыщенным по отношению к образующейся гидроокиси кальция. Из пересыщенного раствора выделяются субмикроскопические частички гидроксида кальция. Твердение известкового теста происходит в результате испарения воды и кристаллизации гидроксида кальция. При потере влаги мельчайшие частицы Са(ОН)₂ сближаются и срастаются между собой, образуя известковый каркас. По мере испарения воды кристаллов становится всё больше, они переплетаются и превращаются со временем в прочный кристаллический сросток. Одновременно также происходит карбонизация гидроксида кальция за счёт поглощения им углекислого газа из воздуха

Са(ОН)₂ + СО₂ + nН₂О → СаСО₃ + (n+1)Н₂О.

Этот процесс протекает достаточно интенсивно лишь в присутствии воды. Карбонизация извести приводит к уплотнению и упрочнению структуры, а также к повышению водостойкости изделий. Однако плёнка углекислого кальция, образующаяся на поверхности твердеющей извести, затрудняет проникновение СО₂ во внутренние её слои и препятствует испарению свободной воды из твердеющего раствора. Поэтому твердение (кристаллизация Са(ОН)₂ и карбонизация) замедляется и затягивается на долгие годы. В начальный период твердения на прочность известковых растворов карбонизация сказывается меньше, чем высыхание. Поэтому необходимо обеспечить благоприятные воздушно-сухие условия для твердения известковых изделий.

Известковое тесто из-за сильной усадки при высыхании растрескивается, во избежание чего к нему добавляют 2…4 объёмные части песка. Песок служит в растворе скелетом, препятствующим усадке и растрескиванию теста при высыхании. Кроме того, он удешевляет раствор и делает его более пористым, что облегчает удаление испаряющейся воды и доступ внутрь материала углекислого газа. Сцепление частиц песка и извести достаточно прочное. Извести в растворе должно быть достаточно для заполнения всех пустот между песчинками и обволакивания каждой из них известковым тестом. Однако прослойки между частицами должны быть минимальными. При избытке извести, а также при её неравномерном распределении среди частиц песка в местах скопления известкового теста при затвердевании могут появиться трещины.

При обычных температурах известь и песок во взаимодействие не вступают. При повышенном давлении водяного пара 0,9…1,3 МПа и, соответственно, температуре 175…200 ^ОС (запаривание в автоклавах) реакционная способность частиц кварцевого песка значительно возрастает. Становится возможным активное взаимодействие SiO₂ и извести, в результате которого образуются гидросиликаты кальция, обеспечивающие их прочное сцепление с частицами песка. Это взаимодействие протекает по реакции

хСа(ОН)₂ + SiО₂ + nН₂О → хСаО∙SiО₂∙(n+1)Н₂О.

Состав образующихся гидросиликатов кальция зависит от исходного соотношения извести и кремнезёма в смеси, дисперсности кварцевого песка, температуры и продолжительности тепловлажностной обработки. В начальный период обработки, когда в системе ещё присутствует свободная известь преимущественно образуется двухкальциевый гидросиликат 2СаО∙SiО₂∙nН₂О. По мере гидротермальной обработки основность новообразований постепенно снижается, и образуются гидросиликаты с основностью, близкой к единице (типа СаО∙SiО₂∙nН₂О). Эти гидросиликаты дают более высокопрочный сросток.

Такой механизм твердения извести в смеси с кварцевым песком, а также шлаками, золами и другими кремнезёмистыми или алюмосиликатными добавками в условиях запаривания в автоклавах послужил основой для создания нового класса материалов, получивших широкое распространение, а именно силикатного кирпича и силикатных бетонов.

Дата добавления: 2014-11-29