Штучні будматеріали

Основа сучасного виробництва будматеріалів – виробництво в'яжучих матеріалів. В'яжучі – це такі матеріали, переважно порошкові, які в процесі змішання з водою або іншою рідиною утворюють пластичну масу, що перетворюється згодом (у результаті фізико-хімічних перетворень – гідратації, гідролізу, кристалізації, полімеризації) у міцне каменеподібне тіло. Цю властивість використовують для готування бетонів, будівельних розчинів, штучних кам'яних матеріалів, виробів та конструкцій.

Класифікація в'яжучих приведена в таблиці 10.2. У відповідності з таблицею розрізняють такі в'яжучі. Гідратаційні – усі традиційні в'яжучі матеріали, що твердіють після змішання з водою. Повітряні – здатні твердіти, підвищувати та зберігати міцність тільки на повітрі.

Гідравлічні – твердіють, підвищують і зберігають міцність не тільки на повітрі, але й у воді. Коаіуляційні – в'яжучі, що є колоїдними системами і твердіють за рахунок коагуляційного структуроутворення. Поліконденсаційні – в'яжучі матеріали, що твердіють у результаті протікання реакцій полімеризації та поліконденсації.

Таблиця 10.2

Класифікація в'яжучих

В'яжучі з дрібним наповнювачем (піском) утворюють будівельні розчини, у суміші з дрібним та крупнозернистим наповнювачем (гравій, щебінь) – бетони. Нижче приведений аналіз технологій виробництва найбільш поширених будівельних матеріалів та виробів.

Гіпс

Сировиною для виробництва гіпсових в'яжучих служить природний гіпсовий камінь CaSO4 2Н2O, а також природний ангідрит CaSO4. Це осадові породи. З кар'єрів на завод надходить сировина у вигляді шматків. Сировина вимагає попереднього помелу та підсушування. Помольні агрегати виділяють в атмосферу пил (1 м3 газів, що відходять, містить близько 1 кг гіпсового пилу).

Низькообпальні гіпсові в'яжучі одержують в процесі нагрівання CaSO42H2O до 150-160°С. У результаті такої обробки одержують напівводний гіпс

CaSO4 2H2O = CaSO40,5H2O + 1,5Н2O Процес проводять у котлах або в обертових барабанах, які використовуються в інших виробництвах як сушарки.

Таблиця 10.3

Техніко-економічні показники дегідратації гіпсу в різних апаратах

Твердіння в'яжучого полягає в поступовому перетворенні пластичної маси в камедеподібну. З хімічної точки зору твердіння напівгідрату – це його гідратація:

CaSO4O,5H2O + 1,5Н2O = CaSO42H2O

Високообпальні гіпсові в'яжучі одержують в процесі випалу сировини за температури 700-800°С. Вода у цьому випадку втрачається цілком. Продукт подрібнюють і додають кристалізатор твердіння – СаО, суміш Na2SO4 з FeSO4.

Вапно

Повітряне вапно – в'яжуче, яке одержують випалом карбонатних порід (вапняку, крейди) до повного видалення СO2 за температур 1000-1200°С:

СаСО3 = СаО + СO2

Процес здійснюють у шахтних, обертових печах або у печах з киплячим шаром. Вапно можна одержувати як сухим, так і мокрим способом. У мокрому способі одержання вапна сировину (крейду) подрібнюють з водою до одержання сметаноподібної маси вологістю 37 – 44%. Після усереднення її подають насосами в довгу обертову піч на випал. Недолік методу – підвищена витрата палива на випар води.

Таблиця 10.4

Тепловий баланс печей випалу вапна

Отримане вапно у вигляді шматків 5-10 см називаються шматковим вапном або киплячим вапном.

Гідравлічне вапно – продукт, отриманий випалом (за температури, нижче температури спікання) вапняків, що містять від 6 до 25% глинистих та піщаних домішок. Сировина для виробництва такого вапна характеризується гідравлічним модулем, тобто відношенням вмісту СаО до вмісту кислотних оксидів:

Значення m може коливатися від 9 до 1,7. Чим вище значення гідравлічного модуля, тим ближче за властивостями отриманий продукт до повітряного вапна. Чим вище гідравлічний модуль, тим більш яскраво вираженими гідравлічними властивостями володіє вапно і тим більше в ньому СаО. Сильногідравлічне (m = 9 – 4,5) вапно інтенсивно гаситься водою, слабогідравлічне (m = 4,5 – 1,7) гаситься повільно, якщо m = 2,2 – 1,7, то вапно за властивостями наближається до цементу і називається цементним.

В процесі взаємодії гідравлічного вапна з водою протікають процеси, характерні як для повітряного, так і для гідравлічного твердіння. Для перших характерний перехід (гідратація) СаО в Са(ОН)2, для інших – поступова гідратація силікатів, алюмінатів та феритів кальцію з утворенням гідратів. Через двоїсте проходження процесів для гідравлічного вапна рекомендують комбінований режим твердіння: спочатку – повітряно-сухий, потім – вологий.

Витрата умовного палива для одержання гідравлічного вапна – 12 – 14% від його маси (120-140 кг/т вапна). Гідравлічне вапно більш міцне ніж повітряне, але його міцність уступає іншим в'яжучим речовинам.