Твердіння повітряного вапна
Залежно від виду вапна і умов, в яких відбувається її твердіння, розрізняють три типи твердіння: карбонатное, гідратне і гідросілікатное.
Твердіння розчинів на гашеного вапна називається карбонатних твердением. Це твердіння обумовлено протіканням двох процесів: кристалізації Са (ОН) 2 при висиханні розчинів і карбонізації гідроксиду кальцію по реакції:
Са (ОН) 2 + СО2 + nН2О = СаСО3 + (n + 1) Н2О.
Цей процес протікає в першу чергу в поверхневих шарах. Карбонізація глибинних шарів тривала, оскільки, по-перше, кількість СО2 в атмосфері становить лише 0,04%, а, по-друге, що утворюється плівка СаСО3 володіє низькою проникністю. Тому в центральній частині добре ущільнених розчинів довгий час зберігається значна кількість Са (ОН) 2. Випаровування води з розчину також сприяє збільшенню міцності. Освіта СаСО3 зумовлює підвищення міцності і водостійкості виробів. Реакція між кварцовим заповнювачем і Са (ОН) 2 при нормальних температурних умовах практично не протікає. Однак, якщо замість піску як заповнювач використовувати активні добавки, поряд з утворенням карбонатів можлива поява і гідросилікатів кальцію, що підвищують міцність розчинів. Утворенням значної кількості гідросилікатів, що поліпшують зчеплення в'яжучого з заповнювачем, і пояснюється висока міцність вапняно-цем'янкового розчинів. Помітне взаємодія вапна з кварцовим піском можливо також і при введенні піску в тонкомолотого стані.
Штучна карбонізує для підвищення міцності вапняних розчинів використовувалася на деяких підприємствах в післявоєнні роки. Карбонізація найбільш інтенсивно протікає при вологості виробів 5-8%. При повному висиханні виробів, як і при надмірне їх зволоженні, процес припиняється. На практиці для карбонізації бетонних вапняно-піщаних блоків в спеціальні камери подають газ з вапняно-випалювальних печей з концентрацією СО2 близько 30%.
Поступове перетворення в тверде тіло розчинів на негашеного вапна в результаті взаємодії СаО з водою, виникнення і кристалізації гідратних утворень називається гідратний твердением. Процес гідратного тверднення відрізняється від карбонатного тим, що на його першому етапі гідратіруется безводний оксид кальцію. Цей процес може проходити як топохимической, так і через розчин. Але незалежно від механізму процесу Гідроксид кальцію виділяється в колоїдному стані. Колоїдні частинки агрегируются, створюючи коагуляционную структуру, яка поступово переходить в кристаллизационную. Спочатку виникає трохи кристалічних зародків, потім їх кількість збільшується, починається процес росту окремих кристалів і на певному етапі спостерігається взаємне зчеплення і зрощення деяких з них. В основі твердіння в'яжучих матеріалів лежать два протилежні процеси - створення кристалічного зростка сталого гідратного освіти і виникнення та часткова релаксація внутрішніх напружень, що з'являються в результаті подальшого зростання більших кристалів і розчинення термодинамічно нестійких більш дрібних кристалів. Перший процес веде до створення певної структури твердіння, завдяки чому зростає міцність твердіє конгломерату. Другий процес може привести до руйнування вже виникла структури і зниження міцності. Особливу небезпеку при цьому представляють місця, де кристалічна решітка спотворена і тому термодинамічно нестійка. Такі ділянки мають більш високу розчинність в порівнянні з добре викристалізувалися великими кристалами Са (ОН) 2. Тому вже сформувався камінь перекрісталлізовивают, в результаті чого зростають правильні і розчиняються дрібні кристали Са (ОН) 2 в місцях контактів. Це призводить до виникнення внутрішніх напружень і необоротного зниження міцності.
Величина спаду міцності залежить від водотвёрдого відносини (В / Т) в твердіє
пасті. Чим більше це відношення, тим кращий знижується міцність вже сформованого твердіє вапняного в'яжучого.
Якщо розчин зберігають в сухих умовах, міцність не зменшується, так як вода в порах випаровується і Са (ОН) 2 переходить в стійкий карбонат.
Вапняно-піщані вироби в умовах автоклавної обробки тверднуть завдяки утворенню гідросилікатів кальцію. Таке тверднення називається гідросілікатним. Тепловологісна обробка проходить зазвичай в автоклавах при тиску 0,9-1,6 МПа, що відповідає температурі 174,4-200оС. Відомо, що розчинність Са (ОН) 2 зменшується з підвищенням температури. У той же час розчинність SiO2 різко зростає, починаючи з 150оС. Так при 25оС розчинність SiO2 становить 0,006, а при 175оС - 0,18 г / л, т. Е. Перевищує розчинність Са (ОН) 2. Отже, до температури 100-130оС рідка фаза вапняно-кремнеземистих виробів буде насичена в основному гідроксидом кальцію, а при подальшому підвищенні температури відбудеться її насичення і SiO2. При взаємодії кварцу з вапном розриваються зв'язку Si - O - Si і під дією гідроксилу утворюються групи ≡ SiOH, які в подальшому утворюють з іонами кальцію гідросилікати кальцію. Спочатку виникають високоосновні гідросилікати кальцію (1,8-1,5) СаО * SiO2 * (1-1,25) Н2О. Цей гідросилікат представляє С2SН (А). Кристалізується він в формі призматичних платівок розміром до 10-20 мкм. На цьому ж етапі з'являється і гідросилікат (1,5-2) СаО * SiO2 * nН2О, що позначається С2SН2. Надалі при зниженні концентрації Са (ОН) 2 в розчині і збільшенні концентрації SiO2, створюються умови для освіти менш основних гідросилікатів кальцію. Виникають гідросилікати (0,8-1,5) СаО * SiO2 * (0.5-2) H2O або CSH (B). Низькоосновні гідросилікати кристалізуються у вигляді найтонших пластинок, які згортаються в трубки, що мають вигляд волокон. При тривалій автоклавної обробці утворюється Тоберморі 5СаО * 6SiO * 5H2O (C5S6H5).
Гідросілікатное твердіння використовується для отримання силікатної цегли і силікатних бетонів.
Властивості повітряної вапна та області її застосування
Справжня щільність негашеного вапна коливається в межах 3,1-3,3 г / см3 і залежить, головним чином, від температури випалу, наявності домішок, недожога і перепалу. Справжня щільність гідроксиду залежить від ступеня її кристалізації і дорівнює для Са (ОН) 2, кристалізованої в формі гексагональних пластинок, 2,23 і аморфної 2,08 г / см3. Середня щільність комовой негашеного вапна в шматку в більшій мірі залежить від температури випалу і зростає з 1,6 до 2,9 г / см3. Насипна щільність для вапна інших видів наступна: для меленої негашеного в рихлонасипном стані - 900 - 1100, в ущільненому - 1100 - 1300 кг / м3; для гідратного вапна (пушонки) в рихлонасипном стані 400-500, а в ущільненому - 600-700 кг / м3; для вапняного тесту - 1300-1400 кг / м3.
Пластичність, яка обумовить здатність в'яжучого надавати будівельних розчинів і бетонів удобообрабативаемость, - найважливіша властивість вапна. Пластичність вапна пов'язана з її високою водоудерживающей здатністю. Тонкодисперсні частинки гідроксиду кальцію, адсорбционно утримуючи на своїй поверхні значну кількість води, створюють своєрідну мастило для зерен заповнювачів в розчинної або бетонної суміші, зменшуючи тертя між ними. Внаслідок цього вапняні розчини мають високу удобообрабативаемостью, легко і рівномірно розподіляються тонким шаром на поверхні цегли або бетону, добре зчіплюються з ними, відрізняються водоудерживающей здатністю навіть при нанесенні на цегляні та інші пористі підстави.