14.2. Гіпсові в'яжучі речовини
Сировина: природний гіпс CaSO4∙2H2O, природний ангідрит CaSO4.
Одержання. У залежності від виду сировини та умов випалу одержують різні види гіпсових в'яжучих:
1. Будівельний гіпс CaSO4О∙5H2O одержують випалюванням природного гіпсу в печах або варочних котлах при температурі 120 - 180° С:
CaSO4∙2Н2О → CaSO4 ∙0,5H2O + 1,5Н2О.
2. Ангідритове в'яжуче CaSO4 одержують:
а) випалюванням природного гіпсу при температурі 600 - 800 С
CaSO4-2H2O → CaSO4 + 2H2O;
б) шляхом подрібнення природного ангідриту CaSO4 до високого ступеня дисперсності.
3. Високовипалювальний або естріх-гіпс CaSO4 (CaO) одержують випалюванням природного гіпсу при температурі 900-1100 ºС. За таких умов поряд з процесом дегідратації природного гіпсу відбуваєгься часткове розкладання CaSO4
CaSO4-2H2O → CaSO4 + 2H2O;
CaSO4 → CaO + SO3.
Твердіння гіпсових в'яжучих. При твердінні гіпсових в'яжучих відбувається процес гідратації з утворенням природного гіпсу
CaSO4∙0,5H2O+1,5H2O → CaSO4∙2H2O;
CaSO4+ 2Н2О → CaSO4∙2H2O.
Численні дослідження показали, що гідратація та твердіння будівельного гіпсу відбуваються за кристалізаційним механізмом, тобто через розчинення CaSO4∙0,5H2O.
Будівельний гіпс характеризується здатністю швидко тужавіти і твердіти. Щоб сповільнити процес тужавлення при замішуванні у воду додають речовини (тваринний клей, сульфітно-спиртову барду), які адсорбуються на часточках гіпсу і зменшують швидкість його розчинення й тим самим швидкість тужавлення. Ангідритове в'яжуче реагує з водою повільно, тому в воду при замішуванні додають домішки деяких солей для прискорення процесу гідратації (наприклад, NaHSO4 a6o Na2SO4).
Використання. Гіпсові в'яжучі застосовують у виробництві сухої штукатурки, панелей, а також для виготовлення різноманітних архітектурних, вогнезахисних та звукопоглинаючих виробів. Естріх-гіпс використовують для виготовлення штучного мармуру > для підготовки .під лінолеум.
14.3. Вапняні в'яжучі речовини
Сировина: Кальцієво-магнієві карбонатні породи: вапняки (головна складова - мінерал кальцит СаСО3), доломітизовані вапняки (домішки доломіту MgCO3), мергелисті вапняки (до 25 % домішок глин групи монтморилоніту Al2(Si4O10)(OH)2 ∙nH2O та каолініту Al2O3∙2SiO2∙2H2O).
Одержання. Сировину випалюють при температурі 1000 - 1200°С. За таких у мов відбувається процес декарбонізації кальциту та доломіту
СаСОз → CaO + CO2↑;
MgCO3 → MgO + CO2↑
Домішки глини, що містяться в сировині при цьому дегідратуються з утворенням оксидів А12О3 та SiO2.
У процесі випалювання утворюються речовини з розпушеною структурою, завдяки чому вони мають великий запас внутрішньої енергії і відповідно підвищену реакційну здатність. Тому навіть в твердому стані за високих температур відбуваються реакції між основними (СаО), кислотними (SiO2) та амфотерними (А12О3) оксидами з утворенням низькоосновних силікатів та алюмінатів кальцію (2CaO∙SiО2, СаО∙А12О3).
Після випалювання вапно виходить з печі у вигляді грудок. У залежності від кількості глинистих домішок в сировині і відповідно до кількості силікатів та алюмінатів кальцію, що утворюються у вапні, з нього одержують повітряне або гідравлічне в'яжуче
З гідравлічного вапна будівельний матеріал одержують диспергуванням (подрібненням) у спеціальних млинах. А з повітряного вапна – додаючи до нього воду (процес гашення):
Ця реакція супроводжується значним збільшенням ступеня дисперсності речовини — вона розпушується, збільшується за об’ємом. Тому гашене вапно називають пушонкою. Оксид магнію також гідратуєгься:
MgO + H2O → Mg(OH)2.
Повітряне вапно — це єдина речовина, яку переводять в високодисперсний стан не шляхом подрібнення, а за допомогою хімічної реакції
Са(ОН)2 — сильна основа. Попадання її на шкіру, а особливо в очі та легені, дуже шкідливе.
При роботі з вапном необхідна максимальна герметизація, вентиляція та автоматизація всіх виробничих процесів.
Твердіння вапняних в'яжучих. Вапняні в'яжучі в чистому вигляді в будівництві застосовуються дуже рідко. В основному використовують вапнянопіщані суміші. Наявність піску в суміші полегшує доступ вуглекислого газу в товщу в'яжучого. При твердінні вапняних в'яжучих відбувається ряд процесів:
1. Гідратація оксиду кальцію:
СаО+Н2О → Са(ОН)2.
2. Процес карбонізації — взаємодія гідроксиду кальцію з вуглекислим газом, що міститься в повітрі:
Ca(OH)2 + СО2 + Н2О → СаСО3 + 2Н2О.
3. Перекристалізація гідроксиду кальцію з утворенням кристалічних зростків, які зміцнюють матеріал.
4. Гідратація низькоосновних силікатів та алюмінатів кальцію
2CaO-SiO2 + nH2O → 2CaO∙SiO2 ∙nH2O;
CaО∙Al2O3 + mH2O → СаО∙А12О3 ∙mН2О.
5. Взаємодія гідроксиду кальцію з піском з утворенням гідросилікатів кальцію
Са(ОН)2 + SiO2 + nH2O → CaO:SiO2(n + 1)Н2О.
Використання. Вапно в суміші з пібком використовують для виготовлення будівельних розчинів. З вапняно-піщаних мас автоклавним методом виготовляють будівельні конструкції та деталі. На основі гідравлічного вапна виготовляю^ вапняно-шлакові та вапняно-пуцоланові цементи.