МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительно - технологический факультет

 Специальность 2906 « Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Кафедра технологии вяжущих веществ и бетонов

Отчет по лабораторной работе №2

на тему: «Исследование свойств смешанных вяжущих на основе извести»

Выполнили: студенты СТ 3-    Проверил

Москва 2000 год.

1.Теоретическая часть

Воздушная строительная известь, свойства, область применения.

Строительной воздушной известью называется продукт, получаемый из известковых и известково-магнезиальных карбонатных пород обжигом их при температуре 900-1250°С до возможно полного удаления углекислоты и состоящий преимущественно из оксида кальция и магния.                                              . СаСОз<-> СаО+СO2

                                                   МgСОз <-> МgО+С02

Содержание примесей глины, кварцевого песка и т.п. (Аl2Оз, Si02, Fe203) в карбо­натных породах не должно превышать 6-8%. При большем количестве этих примесей в ре­зультате обжига получают гидравлическую известь. При температуре 1200°С эти окислы взаимодействуют с оксидами кальция и магния и образуют 2CaOSi02, СаОАl2Оз и 2CaOFe203, которые при гидратации с водой образуют нерастворимые соли.

Различают следующие виды воздушной извести:

1) известь негашеная комовая;

2) известь негашеная молотая;

3) известь гидратная (пушенка);

4) известковое тесто.

Известь негашеная комовая представляет собой продует обжига в виде кусков раз­личной величины. По химическому составу она почти полностью состоит из свободных ок­сидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. В небольшом количестве в ней могут присутствовать неразложившиеся карбонат кальция, а также силикаты, алюми­наты и ферриты кальция и магния, образовавшиеся во время обжига при взаимодействии глины и кварцевого песка с оксидами кальция и магния.

Известь негашеная молотая - порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. По химическому составу она подобна комовой извести.

Гидратная известь - это продукт в виде высокодисперсного сухого порошка, получае­мый гашением комовой или молотой негашеной извести соответствующим количеством жидкой или парообразной воды, обеспечивающим переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Влажность гидратной извести не должна быть более 5%. Гидратная известь состо­ит преимущественно из гидроксида кальция Са(ОН)2 и небольшого количества примесей (как правило,карбоната кальция).

СаО+Н20 = Са(ОН)2 МgО+Н20 = Мg(ОН)2

Известковое тесто - продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в количестве, обеспечивающем переход оксидов кальция и магния в их гид­раты Са(ОН)2 и Мg(ОН)2 и образование пластичной тестообразной массы. Выдержанное тесто содержит обычно 50-55% гидроксидов кальция и магния и 50-45% механически адсорбционно связанной воды.

В зависимости от содержания оксида магния различают следующие виды воздушной извести:

1) кальциевую: МgО не более 5%;

2) магнезиальную: МgО от 5 до 20%;

3) доломитовую: МgО от 20 до 40%.

Качество воздушной извести оценивается по разным показателям, основным из ко­торых является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния (активность извес­ти). Чем выше их содержание, тем выше качество извести.

По ГОСТ 9179-77 в зависимости от суммарного количества оксидов кальция и магния известь делят на три сорта. В негашеной кальциевой извести 1-го сорта активных оксидов кальция и магния должно быть не менее 90%, 2-го сорта на менее 80%, 3-го сорта не менее 70%. В магнезиальной и доломитовой извести количество свободных оксидов кальция и магния должно быть в 1-м сорте не менее 85%, во 2-м сорте не менее 75% и в 3-м сорте не менее 65%.

Известь для автоклавного твердения не должна содержать более 5% МgО. Одним из важнейших свойств воздушной строительной извести является выход теста - это количество

известкового теста (в л), получаемого при гидратации 1кг комовой или молотой негашеной извести. Если обжиг производится при температуре 900°С, то известь называется мягко-обжиговая. Чем выше выход теста, тем оно пластичнее и тем больше его пескоемкость, т.е. тем больше песка оно может принять при изготовлении удобообрабатываемых пластичных растворов. Высококачественные сорта извести при правильном гашении характеризуются выходом теста в 2,5-3,5 л и больше. Такие извести называются жирными. Известь с меньшим выходом теста считают тощей.

Кроме того, в соответствии с ГОСТ 9179-77 извести различают по скорости гашения:

1) быстрогасящаяся - со скоростью гашения не более 8мин.;

2) среднегасящаяся - не более 25 мин.;

3) медленногасящаяся - более 25 мин.

За скорость гашения принимается время от момента смешивания порошка извести с водой до момента достижения максимальной температуры в начале ее снижения.

К молотой негашеной извести предъявляют требования не только по суммарному содержанию свободных оксидов кальция и магния, но и по тонкости измельчения.

Основным показателем гидратной извести (пушонки), а также известкового теста яв­ляется содержание в них активных оксидов кальция и магния. По этому признаку эти виды извести делят на два сорта, минимально допустимое содержание активных СаО и МgО в высушенном продукте 1-го сорта - 67%, 2-го сорта - 60%.

В молотую негашеную известь, а также в гидратуную известь допускается вводить тонко измельченные добавки (доменные и топливные шлаки, золы, вулканические породы, кварцевые пески, трепел и т.п.) в таком количестве, чтобы содержание СаО+МдО и каль­циевой негашеной извести 1-го сорта было не менее 65%, а 2-го сорта - 55%. При введении тех же добавок в гидратную известь активность должна быть не менее 50% (1сорт) и 40% (2сорт).

Исходными материалами для производства воздушной извести являются

1) мелкозернистый кристаллический известняк- мрамор, из-за высоких декоративных свойств почти не применяется для производства извести

2) плотные известняки, преимущественно составляют до 90% СаСОз и небольшого количества МgСОз, примесей глины, чернозема, гипса и др.

3) известковый туф - это рыхлое ноздреватое вещество, которое применяется при производстве воздушной строительной извести. Также можно получить воздушную строительную известь из известняка-ракушечника

4) доломитизированный известняк, состоящий из СаСОз+СаСОз-МgСОз.

5) чистые известняки имеют объемный вес 2400-2800кг/м3, влажность 3-10%.

6) мел, плотностью р 1400-2400 кг/м3, влажностью 15-25%.

Свойства воздушной извести

Истинная плотность негашеной извести колеблется в пределах 3,1-З.Зг/см3 и зави­сит, главным образом, от температуры обжига, наличия примесей, недожога и пережога. Истинная плотность гидроксида зависит от степени ее кристаллизации и равна для Са(ОН)2, кристаллизованной в форме гексагональных пластинок, 2,23 и аморфной 2,08г/см3

Средняя плотность комовой негашеной извести в куске в большой мере зависит от температуры обжига и возрастает с 1,6 (известь, обожженная при 800°С) до 2,9г/см3 (длительный обжиг при 1300 С).

Насыпная плотность для извести других типов следующая: для молотой негашеной в рыхлом состоянии - 900-1100, в уплотненном - 1100-1300кг/м3; для гидратной извести (пушонки) в рыхлонасыпном состоянии 400-500, в уплотненном 600-700кг/м ; для известко­вого теста 1300-1400кг/м3.

Пластичность, обуславливающая способность вяжущего придавать растворам и бе­тонам удобообрабатываемость - важнейшее свойство извести. Пластичность извести свя­зана с ее высокой водоудерживающей способностью. Тонкодисперсные частички гидроксида кальция, адсорбционно удерживая на своей поверхности значительное количество воды, создают своеобразную маску для зерен заполнителей в растворной или бетонной смеси, уменьшая трение между ними. Вследствие этого известковые растворы обладают высокой удобообрабатываемостью, легко и равномерно распределяются тонким слоем на поверхно­сти кирпича или бетона, хорошо сцепляются с ними, отличаются водоудерживающей спо­собностью даже при нанесении на кирпичные или другие пористые основания.

Чем активнее известь и полнее она гасится, тем больше выход известкового теста из 1кг комовой извести; чем дисперсное частички извести, тем больше ее пластичность.

Водопотребность и водоудерживающая способность строительной извести вы­соки и зависят от вида извести и дисперсности ее частиц. Повышенной водопотребностью и водоудерживающей способностью обладает гашеная известь в виде порошка или теста, пониженной - молотая негашеная.

Сроки схватывания. Растворы из гашеной извести схватываются очень медленно. Схватывание несколько ускоряется при сушке образцов. Растворы из молотой негашеной извести схватываются через 15-бОмин после затворения. Скорость их схватывания зависит от скорости гидратации оксида кальция и условий твердения.

Объемные изменения. При твердении растворов и бетонов, изготовленных на строи­тельной воздушной извести, возможны объемные изменения, в основном трех видов: не­равномерное изменение объема, обусловленное замедленной гидратацией частичек пере­жога, усадка и набухание, температурные коэффициенты.

Неравномерное изменение объемов весьма опасно для сохранности растворов и бе­тонов или изделий из них, так как пережженные частицы СаО и МgО гидратируются с уве­личением объема в уже затвердевшем известковом камне. Возникающие при этом напря­жения достигают критических значений и вызывают растрескивание изделий, деформацию кладки и т.п. ГОСТ 9179-77 ограничивает содержание в извести негасящихся зерен, среди которых присутствуют и частицы пережога. При значительном содержании в извести негасящихся зерен ее целесообразно перед употреблением тонко измельчить.

При испарении воды уплотняется известковый раствор, что дает усадку. Чем выше содержание вяжущего и воды в растворах и бетонах, тем больше их усадка при высыхании во время твердения в воздушной среде. При длительном действии воды растворы и бетоны из извести теряют прочность.

Температурные деформации в начальный период схватывания и твердения наибо­лее характерны для бетонов и растворов на молотой негашеной извести. При ее взаимо­действии с водой происходит интенсивное тепловыделение, в результате которого в ряде случаев изделия разогреваются до 60-70°С и более. Так как при этом условия для рассеи­вания теплоты на наружных поверхностях почти всегда лучше, чем внутри, то в изделии не­избежно возникают перепады температуры, а следовательно, и неравномерные темпера­турные деформации. В результате более холодные поверхностные слои изделия оказыва­ются в растянутом состоянии, что сопровождается зачастую появлением трещин.

Интенсивность тепловыделения и температурных деформаций возрастает с увели­чением тонкости помола извести, снижением водо-известкового отношения и, наоборот, уменьшается при введении в смесь добавок, замедляющих скорость гидротации оксида кальция.

При твердении извести зимой желательно интенсивное тепловыделение. Высокая экзотермичность молотой негашеной извести предотвращает быстрое замерзание раство­ров и бетонов и ускоряет их высыхание.

Прочность растворов и бетонов на строительной воздушной извести прежде всего зависит от условий ее твердения. Медленно твердеют при обычных температурах (10-20 С) и-через месяц приобретают небольшую прочность (0,5-1,5МПа) растворы на гашеной извес­ти. Гидратное твердение растворов на молотой негашеной извести дает возможность через 28 суток воздушного твердения достичь прочности при сжатии до 2-ЗМПа. При автоклавном твердении можно легко изготовлять плотные известково-песчаные бетоны с прочностью при сжатии до 30-40МПа и более. Прочность растворов и бетонов на строительной извести воз­растает также с увеличением ее активности и уменьшением до, некоторого предела водоизвесткового отношения.

Долговечность известковых растворов и бетонов зависит от вида извести и условий ее твердения.

Известковые растворы и бетоны - вполне воздухостойкие материалы. В воздушно-сухих условиях создаются наиболее благоприятные условия для их упрочнения вследствие карбонизации гидроксида кальция углекислотой воздуха. Чем активнее в растворах и бето­нах прошли процессы карбонизации извести, тем они водостойки и морозостойки (так же и для изделий автоклавного твердения). Изделия, отвердевшие в обычных температурных условиях, теряют прочность во влажных условиях, особенно быстро при попеременном от­таивании и замораживании.

Область применения.

Из строительной воздушной извести изготавливают растворы, предназначенные для наземной кладки частей здания и штукатурок, работающих в воздушно-сухих условиях: бе4

тоны низких марок для конструкций, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях; плотные ячеистые и силикатные (автоклавные) изделия, в том числе крупные блоки и панели; легко-бетонные камни, теплоизоляционные и другие материалы автоклавного твердения; сме­шанные гидравлические вяжущие (известково-шлаковые и известково-пуццолановые цементы); известковые красочно составы.

За счет пониженой водопотребности и водоудерживающей способности из молотой негашеной извести делают растворы и бетоны с пониженым водосодержанием, более вы­сокой плотностью, и следовательно прочностью.

ИЗВЕСТКОВО-ПУЦЦОЛАНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ. СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

Известково-пуццолановым вяжущим называется гидравлическое вещество, полу­чаемое путем совместного помола, высушенных активных минеральных добавок с известью (негашеной или гашеной - пушенкой) или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов. Наряду с воздушной можно использовать и гидрав­лическую известь. Обычно содержание извести в известково-пуццолановом вяжущем (по массе) колеблется от 15 до 30%. Наилучшую (оптимальную) дозировку извести и добавки устанавливают опытным путем в зависимости от прочности полученных растворов. При из­готовлении известково-пуццолановых вяжущих для регулирования их свойств добавляют гипс (не более 5% от массы всей смеси).

К известково-пуццолановым вяжущим обычно относят вяжущие, изготовленные из смеси извести с активными минеральными добавками вулканического происхождения (трасс, пепел,пемза и др.) или гидравлическими добавками осадочного происхождения (трепел, опока, диатомит).

При твердении в водной среде прочность известково-пуццолановых вяжущих увели­чивается в течение длительного времени. В воздушно-сухой среде повышение прочности известково-пуццолановых вяжущих через определенный период прекращается, а достигну­тые значения придела прочности при сжатии и растяжении даже снижаются.

Для нормального хода процесса твердения известково-пуццолановых вяжущих в на­земных сооружениях необходимо, чтобы твердеющий цемент длительное время находится во влажной среде, для чего их периодически поливают водой.

Известково-пуццолановые вяжущие в обычных условиях твердеют весьма медленно. Прчность их нарастает в течении длительного времени. Процесс твердения изделий из из­вестково-пуццолановых вяжущих можно ускорить с помощью автоклавной обработки. Обра­зующиеся при запаривании под давлением в автоклавах кристаллические гидросиликаты значительно более стойки в воздушной среде. Таким образом запаривание под давлением наряду с повышением механической прочности увеличивает также воздухостойкость.

Остаток на сите с сеткой №008 должен быть не более 25%, а на сите №02 не бо­лее 5% просеиваемой пробы. Объемная масса известково-пуццолановых веществ невелика:

она колеблется в пределах б00-800кг/м3 - в рыхлом состоянии, 900-1200 кг/м3 - в уплотненном состоянии. Плотность также мала: в зависимости от используемой добавки она оставляет 2200-2800кг/м3

Известково-пуццолановые вяжущие представляют собой рыхлый очень подвижный порошок, поэтому в него легко проникает влага или углекислота воздуха, превращающие известь в углекислый кальций, что понижает прочность вяжущего.

Известково-пуццолановое вяжущее медленно схватывается: начало схватывания наступает не ранее 5-8 часов, а конец схватывания - через 20-30 часов. При использовании негашеной извести схватывание наступает быстрее.

Эти вяжущие должны равномерно изменяться в объеме. Если они изготовлены на кипелке, то нужно особенно тщательно наблюдать за изменением объема. При твердении известково-пуццолановых вяжущих на основе пушонки на воздухе, наблюдаются значитель­ные усадочные деформации, применение негашеной извести уменьшает величину усадки.

В зависимости от механической прочности известково-пуццолановые вяжущие де­лятся на 4 марки: 25, 50, 100, 150. Обозначение марок соответствует пределу прочности при сжатии образцов из раствора жесткой консистенции состава 1:3 по массе через 28 суток, причем образцы хранятся 7 суток во влажной среде и 21 сутки в воде. Предел прочности при сжатии через 7 суток после изготовления и хранения их при влажной среде должен быть не ниже 1, 2, 4,7 МПа соответственно для марок 25, 50, 100, 150. Особенностью известково-пуццолановых вяжущих является их высокая водопотребность. Наибольшая водо-потребность характерна для вяжущих осадочного происхождения. Водо-цементное отноше­ние в тесте нормальной гусотоы, для известково-пуццолановых вяжущих с диатомитом и трепелом колеблется в пределах 0,50-0,70, а для вяжущих с добавками вулканического

происхождения 0,30-0,45, тогда как для портландцемента эта величина составляет 0,25-0,30. Такая водопотребность известково-пуццоланового вяжущего объясняется большой гигроскопичностью и большой водоудерживающей способностью этих добавок. Это же обу­славливает быстрое снижение прочности при хранении.

Растворы и бетоны на известково-трепельном вяжущем характеризуются низкой морозостойкостью. Несколько выше морозостойкость известково-пуццолановых вяжущих на основе вулканических добавок.

Известково-пуццолановое вяжущее целесообразно применять преимущественно для растворов и бетонов низких марок, в подземных или подводных сооружениях и для изготов­ления изделий с применением тепловлажностной обработки. Использовать эти вяжущие в надземных сооружениях можно только при систематическом увлажнении в первые сроки твердения.

Не рекомендуется применять известково-пуццолановые вяжущие при пониженных температурах (ниже +10°С без искусственного подогрева), так как при этом сильно замора­живается и без того медленно идущий процесс твердения. Не рекомендуется также исполь­зовать известково-пуццолановые вяжущие для возведения конструкций, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высы­ханию.

Практическая часть

Цель работы: Исследовать влияние вида и количества активной минеральной добавки на прочностные характеристики вяжущих на основе извести. Исходные данные:

1. Известь молотая негашеная Кореневского з-да

2.Трепел молотый Брянский

3. Шлак молотый Магнитогорский

4. Гипс двуводный Новомосковский

5. Вода водопроводная.

Методика испытаний:

1. Определение суммарного содержания активных СаО+МдО при содержании в извести МgО до 5%.

От пробы извести отбирают 4-5г и растирают в течение мин в фарфоровой или ага­товой ступке. Навеску растертой извести, взятую на аналитических весах и равную для не­гашеной извести 1г, а для гашеной - 1-1,2г помещают в коническую колбу емкостью 250мл, наливают 150мл дистиллированной воды, добавляют 15-20 стеклянных бус или оплавлен­ных стеклянных палочек (длиной 5-7мм), закрывают стеклянной воронкой или часовым стек­лом и нагревают в течение 5мин, не доводя до кипения. По остывании смывают стенки кол­бы и стеклянную воронку кипяченой дистиллированной водой, добавляют 2-3 капли 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании 1н раство­ром соляной кислоты до полного обесцвечивания содержимого.

Титрование считают законченным, если по истечении 5мин содержимое колбы станет бесцветным.

Титрование следует проводить медленно, добавляя кислоту по'каплям.

Содержание СаО+МgО (X) в процентах по массе для комовой негашеной извести вычисляют по формуле:       Х =   • 2,804 K/G

где:   - количество 1н раствора соляной кислоты, израсходованное на титрование, в мл;

К - поправка к титру 1н раствора соляной кислоты;

2,804 - количество окиси кальция, соответствующее 1мл 1н раствора соляной кислоты, умноженное на 100;

G - навеска извести, в г.

Содержание СаО+МgО (X1) в процентах по массе для гидратной извести (пушенки) вычисляют по формуле:       X1 =   • 2,804 K/G (100-W)

где, W - влажность гидратной извести (пушенки) в %

2. Определение тонкости помола порошкообразной извести. Пробу порошкообразной извести в количестве 50г, предварительно высушенную при

6

105-1 WC до постоянной массы, просеивают сквозь сито с сетками №02 и №008 по ГОСТ 3584-53. Просеивание считают законченным, если при дополнительном просеивании в течение 1мин сквозь указанные сита проходит не более 0,1 г извести. Остаток на сите в граммах, умноженный на 2, соответствует содержанию в извести зерен данной крупности в процентах.

3. Определение времени гашения извести

Берут сосуд Дьюара емкостью 0,5л и помещают его в сосуд с размерами на 40-бОмм, превышающими размеры сосуда Дьюара.

Пространство между стенками и дном сосуда Дьюара и внешнего сосуда заполняют термоизоляционным материалом (асбестовой мелочью, минеральной ватой и т.п.)

Измельченную известь в количестве Юг помещают в сосуд Дьюара, вливают в него 20мл воды, имеющей температуру 20°С, и закрывают сосуд пробкой, в которой плотно уста­новлен термометр со шкалой до 150°С и длиной нижней части 100-150мм, наблюдая при этом, чтобы ртутный шарик термометра, был погружен в реагирующую смесь, которую затем взбалтывают и оставляют, в покое. Через каждые ЗОсек, начиная с момента добавления во­ды, отмечают температуру реагирующей смеси и до тех пор, пока она не начнет падать.

За время гашения принимают время от момента добавления воды в известь до на­чала снижения максимальной температуры.

4-Определение предела прочности образцов

Определение предела прочности образцов из гидравлической извести при сжатии производят по ГОСТ 310-60 со следующими изменениями.

Приготовленный раствор для изготовления образцов укладывают в форму 3х3х3 см. Уплотнение раствора производят путем вибрирования на виброплощадке или при отсутствии виброплощадки с помощью шпателя. Образцы обработать в автоклаве по режиму 2+6+ 2ч, при температуре 174.5° С, 0,8 Мпа и испытать образцы через неделю.

Частный вывод: Известково-пуццолановое вяжущее имеет остаток на сите №008 -6%, что удовлетворяет требованиям ГОСТ. Активность составляет 35%, что говорит о не большой пластичности известкового теста. Водовяжущее отношение равно   . Предел прочности на сжатие - 9,1 МПа.

Общий вывод: При повышении %-го содержания извести в вяжущем:

Известь: шлак: гипс с 10-40% прочность при сжатии повышается с 6,4 до 12,2 МПа Известь:трепел:гипс с 10-40% прочность при сжатии повышается с 4,4 до 9,1 МПа