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 (рис. 18), который состоит из термосной колбы 1, термометра со шкалой на 150 °С 2 и пробки 3.

Рис. 18. Прибор для определения скорости гашения извести

От измельченного порошка воздушной извести, хранившейся до испытания в герметичном сосуде, берут навеску извести.

Масса навески извести определяется на основании определения активных СаО+MgO по формуле

M = 1000/А. (16)

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 строятся 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 (приложение 2).

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 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. Каково содержание активных СаО+MgO в строительной 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 № 6

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 или 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. Гипса должно быть 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 (мас. %): СаО = 63…66, SiО₂ = 21…24, Al₂O₃ = 4…8, Fe₂O₃ = 2…4. Следовательно, сырье должно содержать 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. При обжиге сырьевой смеси образуются искусственные минералы. Основными клинкерными минералами являются: силикаты 3CaO· SiO₂ − C₃S (алит) и 2CaO∙SiO₂ − С₂S (белит) и плавни (алюминаты) − 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.

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

Свойства клинкерных минералов представлены в табл. 20.

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 20

Основные свойства клинкерных минералов портландцемента

Минерал	Формула	Свойства минералов
		Прочность	Скорость твердения	Стойкость
Алит	C3S	1	2	–
Белит	C2S	2	4	+
Алюминаты	C4АF	3	3	Не стоек к сульфатной коррозии
	C3А	4	1

Примечание. Номера в таблице означают место минерала в соответствующем свойстве.

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

2(3СаО·SiО₂) + 6Н₂О = 3СаО₂·SiО₂·3Н₂О + 3Са(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 3СаО·Al₂О₃, 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. Гидроалюминат связывается природным гипсом, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

4СаО·Al₂О₃·Fe₂O₃ + 10Н₂О + 2Са(ОН)₂ = 3СаО·Al₂О₃·6Н₂О +3СаО·Fe₂O₃·6Н₂О.

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 ч;

− 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 (класс) портландцемента (табл. 21);

− цвет – серый с зеленоватым оттенком;

− плотность 3,0…3,2 г/см³.

Таблица 21

Требования к портландцементу

Марка (класс) цемента	Предел прочности, МПа, не менее
	при изгибе	при сжатии
400 (22,5)	5,4	39,2
500 (32,5)	5,9	49,0
550 (42,5)	6,1	53,9
600 (52,5)	6,4	58,8

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 (по заданию преподавателя). Определить марку портландцемента по прочности.

Порядок выполнения работы

Вся подгруппа студентов определяет нормальную густоту цементного теста.

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

− подбирает стандартную консистенцию цементно-песчаной растворной смеси и изготовляет из нее 3 образца-балочки размером 4 4 16 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