Добавь воды Экология

Известково-зольный цемент, производство и применение известково-зольного цемента.

Известково-зольным цементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое либо совместным помолом сухой топливной золы или шлака с известью (негашеной, гашеной или гидравлической), либо тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов.

Весовое содержание извести в известково-зольном цементе колеблется примерно в таких же пределах, что и в известково-пуццолановых цементах. Для улучшения свойств известково-зольного цемента допускается добавка до 5% гипса.

Каменные угли ряда месторождений представляют собой тесную смесь горючих веществ, глины и некоторых примесей. Топливные шлаки и золы значительно отличаются друг от друга по составу и структуре в зависимости от вида сжигаемого топлива, степени его дисперсности, конструкции сжигающих устройств, скорости охлаждения и ряда других факторов. Главнейшими составными частями топливных шлаков и зол являются обожженное глинистое вещество, стекловидная составляющая, кварц, оплавленные шарики, содержащие кристаллы магнетита, несгоревший уголь и органическое вещество, пропитывающие пористые зерна. Качество золы как активной минеральной добавки снижает примесь несгоревшего угля.

Известково-зольный цемент выгодно отличается от известково-глинитного тем, что зола не требует специального обжига и нуждается лишь в помоле.

Зола-унос, получаемая при сжигании угля в пылееугольных топках в условиях высоких температур, почти не обладает свойствами активной минеральной добавки. Поэтому вяжущее на ее основе при обычных температурах, твердения отличается малой активностью. Однако зола-унос — эффективный материал для изготовления изделий, подвергающихся тепловлажностной обработке, в особенности автоклавной.

Известково-зольный цемент — медленно схватывающееся и медленно твердеющее вяжущее вещество. Он содержит больше глинозема, чем известково-пуццолановые цементы, а потому сравнительно более стоек при хранении на воздухе. Однако и его прочность при этом постепенно уменьшается.  Для достижения воздухостойкости извести в известково-зольном вяжущем должно быть не менее 30%.

В зависимости от механической прочности известково-зольный цемент делится по стандарту на две марки: 25 и 50. Цементы этих марок через 7 суток должны иметь прочность при сжатии не ниже 10 и 20 кг/см2, а при растяжении -2 и 4 кг/см2 соответственно для марок 25 и 50. Остальные требования стандарта на известково-зольный цемент аналогичны требованиям на известково-пуццолановый цемент. Полученные при испытании известково-зольного цемента в трамбованных образцах из растворов жесткой консистенции марки 25 и 50 соответствуют примерно маркам 15 и 25 при испытании образцов из растворов пластичной консистенции.

Удельный вес известково-зольного цемента колеблется в пределах 2,4-2,8. цвет этого цемента из-за наличия остатков несгоревшего угля темно-серый.

Известково-зольный цемент применяют в тех же случаях, что и другие цементы, получаемые на основе извести и гидравлических добавок.

Более эффективно вяжущее, получаемое на основе топливных зол и шлаков, содержащих не менее 15% СаО, например сланцевая зола. Такая зола, измельченная в порошок, обладает способностью самостоятельно затвердевать.

На основе золы эстонского сланца-кукерсита в зависимости от условий сжигания можно получить различные вяжущие вещества-кукермиты. В состав неорганической части сланца (кукерсита) входят 50-70% углекислого кальция; 25-35% глинистых включений и мелкозернистого кварца примерно 3% углекислого магния; 3-4% пирита, гипса и других материалов. При сгорании сланцев их неорганическая часть обжигается, образуя двухкальциевый силикат и однокальциевый алюминат. К сланцевым золам добавляют 20-30% активных минеральных добавок, положительное действие которых вызвано тем, что кукермиты содержат свободную известь, которая вступает во взаимодействие с гидравлическими добавками, в результате чего образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Для ускорения твердения и повышения морозостойкости к гидравлическим кукермитам добавляют 25 или 50% цемента.

Вяжущие свойства могут приобрести и золы других видов топлив, если их смешивают до сжигания с известняком, причем оба материала должны быть тонко измельчены. Сжигая уголь с добавкой известняка, можно таким образом получать на теплоэлектроцентралях вяжущее вещество, называемое ТЕЦ-цементом. Способ изготовления последнего был разработан Э. З. Юдовичем и П. Д. Кевешем. В состав этого вяжущего входят частицы золы, свободная СаО, силикаты, алюминаты и ферриты кальция, образовавшиеся при сжигании пылевидной смеси угля и. известняка в результате взаимодействия между известью и составными частями золы. Этот цемент отличается неравномерностью изменения объема при обычных условиях твердения из-за значительного содержания свободной окиси кальция.

Вяжущий материал, аналогичный известково-зольному цементу, можно получить, используя очажные остатки кирпичеобжигательных кольцевых печей, представляющие собой золу, полученную от сжигания топлива, с некоторым количеством боя кирпича. Как показали работы ВНИИ Строма, после измельчения очажных остатков совместно с известью получается известково-очажный цемент с более высокой прочностью, чем обычный известково-зольный цемент, особенно при тонком помоле. Из очажных остатков известеобжигательных кольцевых печей можно путем измельчения без добавки извести получить цемент удовлетворительного качества.

Исследовать процесс твердения известково-зольных вяжущих затруднительно. Это объясняется их принадлежностью к сложной системе: СаО-Аl2О3-Fе2О3-SiO2-SО3 – H2O, в которой образуются различные стабильные и метастабильные соединения.

В начальном периоде твердения известково-зольных вяжущих при обычных температурах (20 0С) в случае добавки или наличия гипса образуется гидросульфоалюминат кальция (3СаО*Аl2О3*3CaSO4*31H2O), а при отсутствии гипса — гидроалюминат кальция (4СаО*Аl2О3*13H2O).  В процессе дальнейшего твердения возникают гидросиликаты кальция и карбонат кальция.

Пропаривание (при 95 0С) приводит к образованию гидроалюмината кальция 3СаО*Аl2О3*6Н2О или (при наличии гипса) твердого раствора 4СаО*АI2О3*13Н2О и 3СаО*АI2О3*CaS04*12Н2О. Наряду с этими соединениями образуются также гидросиликаты кальция.

При автоклавной обработке (175 0С и выше) образуются гидроалюмосиликаты кальция-гидрогранаты типа 3СаО*Аl2О3 *nSi02 (6-2 n) Н2О и гидросиликаты тоберморитовой группы с частичным замещением Si02 на АI2О3. Количество связанного в гидрогранатах кремнезема увеличивается с повышением температуры и увеличением времени автоклавной обработки.

Воздухостойкость изделий, полученных на основе известково-зольных вяжущих, определяется стойкостью возникающих при их твердении гидратных новообразований по отношению к воздействию углекислого газа. Гидросульфоалюминаты и гидроалюминаты кальция сравнительно быстро разлагаются влажным углекислым газом. Гидрогранаты же являются соединениями, устойчивыми против воздействия влажного углекислого газа, причем стойкость, гидрогранатов возрастает с увеличением содержания в них кремнезема. Автоклавные изделия, в которых образуются гидрогранаты и гидросиликаты типа тоберморита с частичным замещением Si02 на Аl2О3, являются полностью воздухостойкими.