Гидравлическая известь: определение состав свойства применение формула

Гидравлическая известь: определение состав свойства применение формула

Гидравлическая (гидратная) известь рассматривалась основным цементирующим материалом до момента появления портландцемента. На текущий момент времени этот вид строительного связывающего используется редко. Исключение составляет лишь производство консервационных работ. Производство качественной гидравлической извести — это достаточно высокотехнологичное ремесло. Тем не менее, сокращение потребительского спроса на продукт такого рода отметилось резким сокращением опытных производителей. Новым же производителям часто приходится приобретать необходимые навыки производства практически «с нуля».

Гидравлическая известь – свойства и характеристики

Гидравлическая известь отвердевает частично в результате реакции с водой. Это один из факторов, отличающий создаваемый продукт от других видов извести, затвердевающих в результате химической реакции углекислого газа и воздуха. Гидравлическая известь обладает промежуточными свойствами между обычной известью и портландцементом. Тем не менее, производство фактически повторяет стандартные подходы.

Помимо содержания оксида кальция — химического вещества, из которого преимущественно состоит обычный материал, гидравлическая известь также содержит силикаты кальция, аналогичные основным компонентам портландцемента. Цемент, обладающий свойствами, похожими на гидравлическую известь, можно получить, смешивая обычный оксид кальция с пуццолановым материалом.

ТЕСТ-МОЛОТОК

Гидравлическая известь - натуральный продукт промышленного производства
Натуральное связывающее в соответствии с требованиями стандарта EN 459-1, которое может применяться для строительных целей – например, для архитектурной реставрации или стабилизации дорожного основания

Гидравлическую известь допустимо сделать более прочной по сравнению с обычным материалом. Поэтому такой продукт может использоваться в некоторых областях применения, где обычная известь не подходит, особенно в условиях присутствия воды.

Промышленная сфера развивающихся стран редко производит гидравлическую известь. Вместе с тем всегда существует значительный потенциал для увеличения производства такого стройматериала в ситуациях, когда портландцемент рассматривается дефицитным или очень дорогим компонентом.

Сырьё под изготовление гидравлической извести

Основными сырьевыми компонентами изготовления выступает известняк, содержащий карбонат кальция, и определённая доля глины (глинистый известняк). Существенная доля известняков, пригодных под производство гидравлической извести, характерна содержанием 15-35% кремнезёма вместе с глинозёмом — двумя важными составляющими глин.

Как правило, глинистые известняки отличаются выраженным присутствием в структуре серых или синих оттенков. Также порода отличается матовой поверхностью разломов, которая не отражает лучи солнца. Как с другими типами известняков, глинистые известняки реагируют от нескольких капель  наносимой разбавленной соляной или серной кислоты.

«Marlstone» — мягкий известняк, достаточно распространённый, видится наиболее подходящей сырьевой составляющей под производственный цикл гидравлической извести.

УСАДОЧНАЯ

Гидравлическая известь и мягкий известняк Marlstone
Таким выглядит мягкий известняк «Marlstone», который широко используется в технологическом цикле изготовления такого стройматериала, как гидравлическая известь

Львиная доля известняков различаются по содержанию глины и типу глинистых минералов, присутствующих в одном месторождении. Этот момент сопровождается производством продукта, обладающего значительными различиями прочности и времени схватывания, даже при высоком уровне контроля качества в процессе изготовления.

Гидравлическая известь и обжиг производственного сырья

Обжиг глинистых известняков осуществляется с той целью, чтобы:

  1. Отвести газообразный диоксид углерода для производства негашеной формы продукта (CaO), как при производстве обычной извести.
  2. Стимулировать химическую реакцию между негашёным продуктом и минералами в глинистом компоненте с образованием соединений силиката кальция.

Последняя реакция активируется, если обжиг проводится при температуре на 50-100°C выше, чем при обжиге обычного известняка. Температура печи на производстве гидравлической извести может достигать 1200°C. Между тем, большинство конструкций печей вполне подходят под производство гидравлической извести.

Однако время обжига в печи при таком варианте производства будет короче, потому что требуется удалять меньше углекислого газа. При использовании древесины в качестве топлива, определённые хвойные породы не дают при горении достаточно тепла на достижение требуемых температур. В этом случае логично использовать другое топливо:

  • уголь,
  • древесину других пород,
  • древесный уголь.

Гидравлическая известь, обладающая различными свойствами, получается путём обжига в печи при разных температурах. Следовательно, невозможно дать конкретную информацию о количестве необходимого топлива или времени обжига. Эти значения также будут зависеть от типа используемого сырья и производительности печи. Для конкретного проекта, параметры определяются только путём испытаний или исходя из опыта практики.

Увлажнение гидравлической извести

Следует использовать достаточное количество воды для увлажнения имеющейся негашеной извести, но не для того, чтобы компоненты силиката кальция начали схватываться. В идеале процесс гидратации должен просто превращать куски негашёной извести в мелкий сухой порошок.

ТЕСТ ВЛАГИ

Гидравлическая известь и механические гидраторы
Одна из многочисленных конструкций механического гидратора – устройства, используемого в процессе гидратации для технологического увлажнения сырьевых компонентов

Увлажнение допускается проводить вручную на твёрдой ровной поверхности или внутри механического гидратора. Реакция гидратации, как правило, менее бурная и несколько замедленная, чем с обычной негашёной известью. В некоторых случаях, необходимо использовать горячую воду или, в случаях с высокой степени гидравлической известью, измельчение CaO непосредственно перед гидратацией.

Оксид кальция, содержащий 10-15% негашёной извести, допускается превратить в порошок при гидратации. Нередко остаются куски, похожие на клинкер – так называемые грейпферы, особенно, если известняк обожжён вблизи верхнего предела температурного диапазона и сырьё имеет высокое содержание глины. Эти куски следует удалять экраном с последующим измельчением отдельно.

Затем продукт можно использовать в качестве цемента (натуральный цемент или римский цемент). В этом случае продукт имеет свойства, приближающиеся к свойствам портландцемента. Продукт можно смешать с гидравлической известью, чтобы получить более высокую силу и короткое время схватывания.

Этот процесс смешивания позволяет производителю соответствовать стандартам прочности даже с различным сырьём. Полученный продукт следует хранить в сухом месте, предпочтительно в запечатанных мешках, если не предполагается использовать немедленно.

При производстве портландцемента весь клинкер, производимый на стадии обжига, измельчается до тонкого порошка на дорогих шаровых или трубных мельницах. Напротив, гидравлическая известь не требует использования мельниц за исключением измельчения грейферов или продукта негашеной формы для гидратации. По этим и другим причинам предъявлений менее сложных требований к оборудованию, гидравлическая известь более подходит для мелкого производства, чем портландцемент.

Возможности для применения в строительном деле

Основное использование гидравлической извести видится в качестве строительного раствора. Однако такое связывающее также допустимо использовать:

  • в качестве штукатурки для полов и потолков,
  • в качестве цемента для изготовления блоков неармированного известнякового бетона.

Как правило, не рекомендуется применение для железобетона или ферроцемента, если не проведены предварительные испытания и / или не потребовался совет специалиста. Когда готовится растворная смесь, следует принимать во внимание любой песчаный материал, уже содержащийся в составе сырья, и добавлять только достаточное количество песка, чтобы получить требуемые свойства растворной смеси.

АРМ-ТЕСТЕР

Гидравлическая известь - фирменный готовый продукт
Продукт гидравлический CaO промышленного изготовления, упакованный в бумажные мешки – гидравлическая известь, предназначенная для обширного использования в строительных целях

Обычно 1 часть гидравлической извести добавляют к 2,5,3 или 4 частям песка по объёму, в зависимости от требуемых характеристик. Четыре часа — это типичное время, в течение которого используется приготовленный строительный раствор. Однако «мягкие» растворы могут использоваться при более продолжительном периоде.

Допускается добавление пуццолана, если требуется увеличение прочности, при условии, что пуццолан хорошо смешивается с известью перед добавлением песка и воды. Пластичность полученного строительного раствора является промежуточной между пластичностью обычной извести и портландцемента.

Следующие критерии технологии приготовления, как:

  • химический состав,
  • тонкость,
  • время схватывания,
  • прочность на сжатие,
  • прочность в целом,

являются важными свойствами цементных материалов. Сравнение значений этих свойств для гидравлической извести, взятой из американских (ASTM) и индийских стандартов, представлено ниже в таблице.

Что такое индекс цементации (CI) + формула

Основным контролирующим фактором степени цементирующей способности продукта является отношение кремнезема к извести, то есть SiO2 / CaO или, более конкретное выражение — индекс цементации (CI). Так называемый индекс цементации учитывает другие минералы, которые могут присутствовать в составе продукта. На основании индекса цементации гидравлические извести классифицированы следующим образом:

  1. Мягкие (CI: 0,3-0,5).
  2. Умеренные (CI: 0,5-0,7).
  3. Высшей степени (CI: 0,7-1,1).

Коэффициент CI определяется следующей формулой:

CI = (2.8 * %SiO2+1.1 * %Al2O3+0.7 * %Fe2O3) / (%CaO+1.4 * %Mg)

Индийским стандартом признаются исключительно два типа гидравлической извести:

  1. Класс «А» — продукт высшей степени для структурных целей.
  2. Класс «В» — наполовину обработанный продукт для кладки.

Гидравлическая известь достигает уровня прочности на сжатие 0,5-1,0 МПа (Н/мм2) через семь дней после использования и 3-7 МПа (Н/мм2) через шесть месяцев для стандартной смеси в соотношении 1 : 3 с песком. Более точные значения будут зависеть от степени гидравлики и технологических характеристик. Для сравнения, портландцемент достигает прочности на сжатие 17 МПа через 7 дней и 28 МПа через шесть месяцев, соответственно.

Таблица параметров под стандарты гидравлической CaO

Свойства Индийский стандарт Американский стандарт
Класс «А» Класс «B»
Минимальное содержание оксида кальция и магния, % 60 70 65
Максимальное содержание оксида кальция и магния, % 75
Максимум оксида магния, % 5 5
Минимальное содержание кремнезема, глинозема и оксида железа, % 25 15 16
Максимальное значение цементации 0,6
Минимальное значение цементации 0,6 0,3
Крупность Без сита 2,36 мм, не более 5% на сите 850 мкм и не более 10% фракции, проходящей через сито 850 мкм на сите 300 мкм Аналогично классу «А» Остаток не более 0,5% на сите 600 мкм и не более 10% на сите 75 мкм
Время схватывания В течение 2 часов до первоначального набора и в течение 48 часов до окончательного набора В течение 2 часов до первоначального набора и в течение 24 часов до окончательного набора
Минимальная прочность на сжатие 1,75 МПа через 14 дней и 2,8 МПа через 28 дней 1,25 МПа через 14 дней и 1,75 МПа через 28 дней Среднее 1,7 МПа через 7 дней и 3,4 МПа через 28 дней
Устойчивость Максимальное расширение 10 мм по тесту Ле Шателье Аналогично классу «А» Строительные растворы не должны расширяться более чем на 1,0% согласно тестам ASTM

Тест на определение физических свойств для классификации

Простой тест, определяющий, является ли известь гидравлической, состоит в обработке кусочка материала путём сбрызгивания водой.

  1. Если реакция начинается в течение пяти минут и сопровождается шипящими звуками с выбросами частичек структуры, о какой-либо значительной гидравлической составляющей утверждать сложно.
  2. Если реакция начинается примерно через 15 минут и сопровождается относительно сильной активностью, речь может идти о слегка гидравлической составляющей.
  3. Если же комок извести крошится в порошок примерно через час, и при этом контейнер с продуктом стал чуть тёплым но не горячим, речь идёт об умеренно гидравлической составляющей.
  4. Наконец, когда комок крайне незначительно крошится в порошок или остаётся вовсе неповреждённым через час после воздействия воды, скорее всего, образован продукт высшей гидравлической составляющей.

При гидратации продукт с высоким содержанием кальция может показать трёхкратное увеличение объёма, в то время как гидравлическая известь показывает увеличение объема намного меньшее. После гидратации в порошок можно добавить немного воды, чтобы придать консистенцию гончарной глины, свернуть продукт в шарик и погрузить в воду.

Если продукт с высоким содержанием кальция или слегка гидравлический, шарик непременно разрушится. Для умеренно гидравлической извести шарик останется неповреждённым, и через месяц будет иметь консистенцию куска мягкого мыла. А в случае с высшей степени гидравлической известью шарик фактически приобретает окаменелую структуру, которую трудно поцарапать  даже острым инструментом.


При помощи информации: PracticalAction