2 Определение скорости гашения извести

Гашение извести сопровождается выделением значительного количества тепла. При этом температура гасящейся извести повышается до определенного максимума. С окончанием реакции прекращается выделение тепла, и температура смеси падает. Момент начала снижения температуры смеси является признаком прекращения реакции гашения извести.

Для определения скорости гашения извести используют прибор (рисунок 25), который состоит из термосной колбы 1, термометра со шкалой на 150 °С 2 и пробки 3,

Рисунок 25 − Прибор для определения скорости гашения извести

От измельченного порошка воздушной извести, хранившейся до испытания в герметичном сосуде, берут навеску извести, масса которой определяется на основании определения активных СаО+MgO по формуле

M = 1000/А. (15)

где А - содержание (СаО+MgO), %.

В условиях учебной лаборатории (не проводя испытаний на содержание активных СаО+MgO) можно принять размер навески 12 г. Навеску засыпают в сосуд прибора, вливают 25 мл воды температурой 20 °С и закрывают пробкой, в которой плотно установлен термометр. При этом следят, чтобы ртутный шарик термометра был погружен в реагирующую смесь 4. Через каждые 30 с фиксируют показания термометра и делают соответствующую запись в журнале для лабораторных работ. Температура смеси сначала возрастает, а затем начина­ет снижаться. Запись наблюдений прекращают с момента начала падения температуры. Время, прошедшее с момента затворения извести водой до начала падения температуры, характеризует скорость гашения извести. На основании полученных данных в журнале для лабораторных работ учащиеся строят графики, откладывая по оси абсцисс время от начала опыта, по оси ординат температуру, а по максимуму устанавливают скорость гашения извести. По результатам испытания делается вывод о скорости гашения извести, на основании которой определяют группу извести (таблица 24).

Таблица 24 – Технические требования к строительной извести

Показатель			Значения показателя извести
			кальциевой			магнезиальной			доломитовой
			Сорт
			1	2	3	1	2	3	1	2	3
Содержание СаО+ MgO, счи­тая на сухое веще­ство, % не менее:		- в негашеной извести без добавок	90	80	70	85	75	65	85	75	65
		То же, с добавками	65	55	-	60	50	-	60	50	-
Скорость гашения, мин	быстрогасящаяся, менее		8	8	8	8	8	8	8	8	8
	средне гасящаяся, не более		25	25	25	25	25	25	25	25	25
	медленногасящаяся, более		25	25	25	25	25	25	25	25	25

Контрольные вопросы

1 Что представляет собой воздушная известь?

1 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей до 6 %.

2 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей от 6 до 20 %.

3 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей более 25 %

4 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей от 20 до 25 %

2 Как определяется время и температура гашения извести?

1 Время поднятия температуры при гашении до максимума.

2 Время начала снижения максимальной температуры при гашении извести.

3 Время и температура максимально развивающиеся при гашении извести.

4 Время и начало снижение температуры при гашении извести.

3 Какая известь относится к быстрогасящейся?

1 Если время гашения составляет не более 25 минут.

2 Если время гашения составляет более 25 минут.

3 Если время гашения составляет не более 8 минут.

4 Если время гашения составляет от 8 до 25 минут.

4 Чем определяется качество воздушной извести после обжига?

1 Количеством СаО+MgO

2 Размерами кристаллов СаО+MgO

3 Пористостью сухой смеси.

4 Количеством СаО+MgO, размерами кристаллов и пористостью.

5 Каково содержание активных СаО+MgO в извести 1 сорта?

1 Не менее 65 %

2 Не менее 75 %.

3 Не менее 85 %.

4 Не менее 95 %.

6 Какая воздушная известь относится к высоко экзотермической?

1 Если температура гашения 70 ^оС.

2 Если температура гашения 80 ^оС.

3 Если температура гашения 90 ^оС.

4 Если температура гашения не менее 90 ^оС.

7 Какова химическая формула воздушной негашеной извести?

1 СаО.

2 СаО^.MgO.

3 Са(ОН)₂.

4 СаСО₃.

8 Какова химическая формула воздушной гашеной извести?

1 СаО.

2 СаО^.MgO.

3 Са(ОН)₂.

4 СаСО₃.

Лабораторная работа № 7

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Общие сведения

Цемент – обобщенное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются высокоосновные силикаты кальция (70…80 %), образовавшиеся при высокотемпературном обжиге (до спекания) природной ил специально подготовленной сырьевой смеси.

Портландцемент получается совместным помолом портландцементного клинкера и необходимого количества природного гипса. Гипс вводится для регулирования сроков схватывания (замедления) и для повышения коррозионной стойкости. Количество гипса не менее 3,5 % в пересчете на SO₃.

Клинкер получается в результате обжига до спекания дисперсной смеси глины (30…25 %) и известняка (75…80 %) или природного мергеля. Кроме того, в состав шихты вводятся мел и корректирующие добавки.

Для получения портландцемента химический состав клинкера должен содержать, масс. %: СаО = 63…66, SiО₂ = 21…24, AL₂O₃ = 4…8, Fe₂O₃ = 2…4. Из этого следует, что для получения портландцементного клинкера необходимо сырье, содержащее большое количество оксидов кальция, алюмосиликатов, а также некоторое количество оксидов железа. Этому условию отвечают широко распространенные осадочные горные породы – известняки глины, а также известковые мергели. В результате обжига сырьевой смеси образуются различные искусственные минералы.

Основные клинкерные минералы: силикаты 3CaO· SiO₂ − C₃S (алит) и 2CaOSiO₂ − С₂S (белит) и плавни (целит) − 3CaO· AL₂О₃ − С₃А и 4CaO· AL₂О₃ · Fe₂О₃ − C₄АF. Кроме того, в состав клинкера входят клинкерное стекло и инертные минералы CaO· SiO₂ − СS, 3CaO· AL₂О₃·2SiO₂ − С₃АS₂, периклаз MgO, свободная известь СаО _св, оксиды щелочных металлов и др.

В общем случае количество клинкерных минералов колеблется в достаточно больших пределах: C₃S = 40…75 %, C₂S = 5…25 %, C₃А = 2…15 % и C₄АF = 5…20 %. Количество тех или клинкерных минералов определяет и название портландцементов: высокоалитовые цементы имеют C₃S > 60 %, алитовые цементы имеют C₃S = 50…60 % и C₃А не более 8 %, белитовые цементы имеют C₂S >35 %, алюминатные цементы имеют C₃А > 12 %.

Свойства клинкерных минералов представлены в таблице 25.

Тонкий порошок портландцемента при затворении водой образует пластичное тесто, которое постепенно густеет, превращаясь в камневидное тело. Твердение портландцемента обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде.

Таблица 25 – Основные свойства клинкерных минералов портландцемента

Минерал	Формула	Свойства минералов
		прочность	скорость твердения	Стойкость
Алит	C3S	1	2	-
Белит	C2S	2	4	+
Целит	C4АF	3	3	Не стоек к сульфатной коррозии
Целит	C3А	4	1

Уже в начальный период происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида кальция

2(3СаО·SiО₂) + 6Н₂О = 3СаО₂·SiО₂·3Н₂О + 3 Са(ОН)₂.

Белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше гидроксида кальция

2(2СаО·SiО₂) + 4Н₂О = 3СаО₂·SiО₂·3Н₂О + Са(ОН)₂.

Взаимодействие C₃А с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция

3СаО·AL₂О₃ + 6Н₂О = 3СаО·AL₂О₃·6Н₂О.

Для замедления сроков схватывания при помоле в состав смеси вводится гипсовый камень, который играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с C₃А и связывающий его в гидросульфоалюминат кальция (эттрингит) в начале гидратации портландцемента

3СаО·AL₂О₃ + 3(CaSO₄·2H₂O) + 26Н₂О = 3СаО·AL₂О₃·3CaSO₄·32H₂O.

В насыщенном растворе Са(ОН)₂ эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии. Осаждаясь на поверхности частиц 3СаОAL₂О₃, эттрингит замедляет их гидратацию и затягивает начало схватывания цемента. Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает прочность и стойкость. Структура цементного камня улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция.

C₄АF при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит

4СаО·AL₂О₃·Fe₂O₃ + 10Н₂О + 2Са(ОН)₂ = 3СаО·AL₂О₃·6Н₂О +3СаО·Fe₂O₃·6Н₂О.

Гидроалюминат связывается природным гипсом, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

В сформировавшемся цементном камне, даже после большого срока твердения, сохраняются не полностью гидратированные частицы клинкера, рассредоточенные среди гидратных новообразований.

К основным свойствам портландцемента относят:

− тонкость помола, характеризуемая остатком на сите 008 ≤ 15 %, что соответствует S_уд = 2500…3000 см²/г;

− водопотребность цементного теста, оцениваемая количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения цементного теста нормальной (стандартной) густоты: обычно бывает в пределах 21…28 %;

− сроки схватывания, определяемые на цементном тесте нормальной густоты; Н_схв ≥ 45 мин, К_схв ≤ 10 час;

− прочность, являющаяся главным показателем качества портландцемента и определяемая по показателям пределов прочности при изгибе и при сжатии через 28 суток нормального твердения. По этим показателям устанавливается марка портландцемента (таблица 26);

Таблица 26 – Требования к маркам портландцемента

Марка (класс) цемента	Предел прочности, МПа, не менее
	при изгибе	при сжатии
400	5,4	39,2
500	5,9	49,0
550	6,1	53,9
600	6,4	58,8

− цвет – серый с зеленоватым оттенком;

− плотность 3,0…3,2 г/см³.

Регулировать свойства портландцемента можно различными способами, одним из приоритетных направлений является введение добавок. Добавки по степени влияния на свойства портландцемента и по назначению подразделяются на:

− компоненты вещественного состава (активные минеральные добавки АМД);

− наполнители, улучшающие зерновой состав цемента и структуру затвердевшего камня;

− технологические добавки, интенсифицирующие процесс помола цемента;

− добавки, регулирующие основные свойства цемента;

− добавки, регулирующие специальные свойства цемента;

Особая роль среди всего многообразия используемых добавок отводится ПАВ, которые весьма эффективны при регулировании основных и специальных свойств вяжущих веществ. Теоретическое определение оптимального количества вводимых добавок пока еще затруднительно и поэтому в каждом конкретном случае требуется проводить соответствующие экспериментальные исследования для проверки их действия.

Цель работы

Изучить основные свойства портландцемента и исследовать возможность их регулирования с помощью добавок. Определить марку портландцемента по прочности.

Порядок выполнения работы

Для решения задач исследования, поставленных в работе, каждое звено студентов проводит следующие испытания:

− определяет нормальную густоту НГ цементного теста;

− подбирает стандартную консистенцию цементно-песчаной растворной смеси и изготовляет из нее 3 образца-балочки размером 4х4х16 см;

− испытывает образцы-балочки в возрасте 28 суток для определения пределов прочности при изгибе и сжатии;

− по результатам определения пределов прочности при изгибе и при сжатии определяет марку цемента по прочности.

При этом дежурное звено студентов проводит все испытания в стандартных условиях (без применения добавок), определяет тонкость помола и устанавливает марку цемента по прочности, а другие звенья студентов проводят определения, используя добавки. Добавка вводится в виде водного раствора известной концентрации.

Методы испытаний