3. СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ

1.          

2.          

3.          

3.1.         Общие положения

Строительную известь в зависимости от условий твердения подразделяют на воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе, так и в воде. Воздушной известью называют вяжущее, получаемое при умеренном обжиге (не до спекания) карбонатных пород, содержащих до 6 % глинистых примесей.

3.2.         Получение воздушной извести

В качестве сырья при получе­нии воздушной извести используют природные кальциево-магниевые горные породы, состоящие из карбоната кальция, карбоната магния и механических примесей в виде песка и глины: известняки, плотные известняки, доломитизированные известняки, известняк-ракушечник, мел, до­ломиты и другие карбонатные породы, состоящие в основном из СаСО₃.

В качестве  примесей в известняках встречаются: карбонат магния, кремнезем, глинистые минералы, гипс, пирит. При содержании в известняке более 6 % глины про­дукт после обжига содержит силикаты, алюминаты и ферриты кальция, что ухудшает воздушные свойст­ва извести и придает ей гидравлические свойства. Поэтому для производства воздушной извести применяют чистые известняки, содержащие до 6 % глинистых минералов.

Обжиг является основным про­цессом при производстве извести. При обычном атмосферном давле­нии, при температуре 900 °С про­исходит разложение углекислого кальция на СаО и СО₂: 

При использовании доломитизированных известняков или кальциево-магниевых пород при обжиге одновременно происходит разложение карбонатов кальция и магния с образованием оксидов CaO, MgO.

Реакция (14) обратима, поэтому в заводских условиях обжиг проводят при 1100–1200 °С не до спе­кания, с удалением углекислого газа. При температурах обжига ниже требуемой говорят о явлении недожога (в продукте содержатся частицы неразложившегося CaCO₃, что снижает активность и качество извести, известь при наличии недожога плохо гасится, дает менее пластичное тесто), при температурах обжига выше требуемой получается пережог (частицы извести-пережога гасятся значительно медленнее нормально обожженной извести; гашение частиц пережога может произойти в уже затвердевшем изделии, что сопровождается выделением тепла и увеличе­нием в объеме и приводит к образованию трещин в изделии).

На практике декарбонизация известняка протекает не полностью; небольшая часть СО₂ остается в составе извести, и его содержание нормируется стандартами. Обожженный продукт, как правило, содержит некоторое количество оксида магния, образовавшегося при диссоциации карбоната маг­ния. В зависимости от температуры и длительности обжига воздушная известь может быть «мягкообожженной» и «жесткообожженной». Первая отличается от второй меньшими размерами кристаллов образующегося СаО, меньшей плотностью и твердостью; она имеет повышенную пористость и активность (быстрое гашение).

3.3.         Виды воздушной извести

Воздушную известь поставляют на предприятия и строительные площадки в различных видах. В зависимости от вида используемой извести различают:

-       негашеную известь – воздушную известь до  гашения;

-       гашенную известь – после гашения.

Комовая негашенная известь (известь-кипелка) – куски обожженной извести состава CaO. Продукт измельчения комовой негашенной извести называют негашеной молотой известью.

При действии на комовую известь воды происходит активная реакция гидратации – гашение извести. Данный процесс сопровождается выделением большого количе­ства тепла, при этом известь распадается на мельчайшие тонкие частицы гидроксида кальция:

Продукт гашения извести (тонкодисперсный гидратный порошок) называют гашенной известью или известью-пушонкой. Теоретически для гашения извести в порошок необходимо 32 % воды. На практике берут 70–100 % воды от массы негашеной извести. Это объясняется тем, что при гашении выделяется значи­тельное количество тепла, избыточная вода кипит и испа­ряется (отсюда другое название негашеной извести – известь-кипелка). Гашение извести в известь-пушонку (в гидратный порошок) производится главным образом на заводах в специальных машинах-гидраторах.

Большая дисперсность гашеной извести, высокая удельная поверхность обусловливают большую водопотребностъ и пластичность известкового теста. При добавлении воды в 3–4 раза больше, чем масса нега­шеной извести, получается известковое тесто. Гашение извести в тесто производится на строительных площадках. При дальнейшем до­бавлении воды получается известковое молоко.

Таким образом, воздушная известь может быть в виде:

-       негашеной комовой (в кусках) извести-кипелки, состоящей из оксида кальция СаО (и некоторого количества МgО);

-       негашеной молотой извести того же состава;

-       гашеной извести-пушонки в виде по­рошка, состоящего из Са(ОН)₂;

-       известкового теста, состоящего из гашеной извести и воды;

-       известкового молока.

3.4.         Свойства воздушной извести

В процессе помола комовой извести допускается ввод в известь активных минеральных добавок (гранулированный доменный, электротермофосфорный шлак, природные активные минеральные добавки) и гипсового камня. Допускается введение до 5 мас. % хлоридов кальция или магния и натрия.

Воздушную негашеную известь без добавок подразделяют на три сорта: 1, 2 и 3; негашеную порошкообразную с добавками – на два сорта: 1 и 2; гидратную (гашеную) без добавок и с добавками – на два сорта: 1 и 2.  Воздушная известь должна удовлетворять требованиям ГОСТ 9179-77. «Известь строительная. Технические условия» (табл. 18).

Таблица 18. Требования к воздушной извести

Показатель	Норма для извести, мас. %
	негашенной						гидратной
	кальциевой			магнезиальной и доломитовой*
	сорт
	1	2	3	1	2	3	1	2
Активные CaO+MgO, не менее: - без добавок - с добавками	90 65	80 55	70 -	85 60	75 50	65 -	67 50	60 40
Активный MgO, не более:	5	5	5	20 (40)	20 (40)	20 (40)	-	-
CO2, не более**: - без добавок - с добавками	3 4	5 6	7 -	5 6	8 9	11 -	3 2	5 4
Непогасившиеся зерна, не более:	7	11	14	10	15	20	-	-

^* – в скобках указано содержание MgO в доломитовой извести;

^** – СО₂ в извести с добавками определяют газообъемным методом.

В зависимости от содержания в воздушной извести оксида магния она подразделяется: на кальциевую (МgО < 5%), магнезиальную (МgО – 5–20 %), высокомагнезиалъную (доломитовую) (МgО – 20–40 %).

Содержание в извести МgО влияет на активность гашения из­вести и ее качество. Оксид магния, полученный обжигом при тем­пературе 900–1000 °С, относительно быстро взаимодействует с водой, переходя в Мg(ОН)₂. Обожженный же при температуре 1100–1200 °С он становится пережогом и при обычных условиях гашения не гидратируется и остается в извести в виде нераспав­шихся зерен. На свойства воздушной извести влияют глинистые и песчаные примеси, содержащиеся в сырье. При обжиге образуются алюминаты и силикаты кальция, тем самым уменьшая содержание свободного оксида кальция, способного к гашению и образованию пластичного теста.

Чем ближе к оптимальной была температура обжига, тем вы­ше содержание в извести СаО, выше качество воздушной извести: выше скорость гашения, больше требуется воды для гашения, больше выход известкового теста.

Качество извести определяется активностью гашения – време­нем и температурой гашения, содержанием непогасившихся зерен в известковом тесте.

В зависимости от времени гашения известь делится на три вида:

-       быстрогасящаяся известь – время гашения менее 8 мин;

-       среднегасящаяся известь – время гашения 8–25 мин;

-       медленногасящаяся известь – время гашения более 25 мин.

По температуре гашения известь может быть:

-       высокоэкзотермической – температура гашения > 70 °С;

-       низкоэкзотермической – температура гашения < 70 °С.

Воздушная известь обладает высокой водопотребно­стью: для получения теста требуется 200–300% воды. Это объ­ясняется высокой дисперсностью гашеной извести, состоящей из образовавшихся при гашении частиц Са(ОН)₂, размер которых со­ставляет несколько микрометров. Этим же объясняется высокая пла­стичность известкового теста и его большая водоудерживающая способность: каждая частица гидроксида кальция окружена тонким слоем адсорбционной воды.

Понятие схватывание к известковому тесту не применяется. Твердение происходит очень медленно, тесто теряет пластичность в течение суток и более.

Прочность воздушной извести стандартом также не норми­руется. Известковые растворы на гидратной извести схватываются и твердеют очень медленно, через 28 сут их прочность не превышает 0,5–1,0 МПа; растворы на молотой комовой извести схватываются в течение 15–60 мин и через 28 сут имеют прочность до 2,0–3,0 МПа.

Плотность негашеной извести составляет 3,1–3,3 г/см^З, гидратной – 2,08–2,23 г/см^З.

Дисперсность молотой негашенной извести характеризуется прохождением через сита с размером ячеек 200 и 80 мкм, которое должно быть соответственно не менее 98,5 и 85 % от массы просеиваемой пробы.

Таким образом, качество воздушной извести определяется не прочностью, а содержанием активных СаО и МgО, температурой га­шения, долей непогасившихся зерен.

3.5.         Твердение воздушной извести

После гашения извести образуется известковое тесто, со­стоящее из частиц Са(ОН)₂ и большого количества воды. Твердение извести в обычных условиях складывается из двух одновременно протекающих процессов:

-       испарения механически примешанной воды и постепенной кристаллизации Са(ОН)₂ из насыщенного водного раствора;

-       карбонизации – процесса взаимодействия гидроксида каль­ция в присутствии влаги с углекислым газом воздуха, который все­гда содержится в воздухе в небольших количествах (около 0,03%).

Процесс кристаллизации Са(ОН)₂ протекает очень медленно. Испарение воды вызывает сближение между собой мельчайших частиц гидроксида кальция и формирование кристаллического сростка.

Карбонизация – образование СаСО₃ – протекает достаточно интенсивно:

Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период на поверхности раствора, затрудняет попадание углекислоты во внутренние слои, замедляя процесс карбонизации, и затрудняет испарение воды из раствора, тем самым замедляя и процесс кристаллизации гидроксида кальция. Карбонизация сопровож­дается выделением воды, что также замедляет высыхание раство­ра. Поэтому для твердения известкового раствора нужна положи­тельная температура и низкая влажность окружающей среды.

При твердении известковое тесто из-за боль­шого содержания воды в нем дает большую усадку с образовани­ем трещин. Поэтому воздушную известь применяют без заполнителя – песка, который образует остов, скелет раствора и препятствует усадочным деформациям.

Молотую негашеную известь обычно используют сразу же по­сле помола, так как даже при правильном хранении она постепенно гасится влагой воздуха и теряет активность.

Автоклавное твердение гидросиликатов кальция. При смешивании воздушной извести с кварцевым песком и водой получают строительный раствор, который при обычных ус­ловиях твердеет очень медленно и имеет низкую прочность. Однако при обработке известково-песчаных изделий в автоклаве паром при давлении 0,8 атм и более при температуре выше     170 °С химические процессы протекают на поверхности зе­рен заполнителя, что обеспечивает хороший контакт заполнителя с цементирующим веществом и тем самым повышается прочность из­делий,  их водостойкость и долговечность. На этом принципе основано приготовление вяжущих автоклавного твердения: известково-кремнеземистого, известково-шлакового, известково-зольного, известково-пуццоланового. Методом автоклавного твердения изделий, состоящих из песка, гипса, строительной извести, портландцемента и газообразователя – суспензии гидроксида алюминия, получают высокопористые, прочные легкие газосиликатные блоки, используемые в строительстве зданий и сооружений при утеплении и возведении межкомнатных перегородок.

3.6.         Применение воздушной извести

Воздушная известь, используемая при производстве строительных материалов и изделий, должна удовлетворять следующим нормативным документам:

-       ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия»;

-       ГОСТ 22688-77 «Известь строительная. Методы испытаний»;

-       ИТС 7-2015 «Производство извести».

Известь в чистом виде или в смеси с мелом и другими краси­телями применяют для побелки и других отделочных работ.

Воздушная известь широко применяется для приготовления строительных растворов – кладочных и штукатурных. При исполь­зовании в растворе других вяжущих (цемента, гипса) она является пластификатором, придавая растворным смесям пластичность, удобоукладываемость и водоудерживающую способность. Воздушную известь также вводят в состав сухих строительных смесей.

Широкое применение получила воздушная известь для приго­товления вяжущих автоклавного      твердения: известково-шлакового, известково-кремнеземистого, известково-зольного, известково-пуццоланового. На основе этих вяжущих изготовляют различные строительные изделия автоклавного твер­дения: силикатный кирпич; силикатный бетон; несущие конструкции: панели внутренних стен и перекрытий, лестничные марши и площадки, балки и др.; пеносиликатные и газосиликатные изделия: блоки для внутренних и наружных стен и перегородок, плиты для теплоизоляции, скорлупы для тепло­изоляции труб; известково-шлаковые и известково-зольные кирпи­чи.