Omskvorota.ru

Строим дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Доклады по химии цемент бетон

Доклады по химии цемент бетон

§ 58. Силикатная промышленность

В природе кремний встречается исключительно в виде кислородных соединений: кремнезема и силикатов. В составе силикатов часто встречается третий по распространенности элемент после кислорода и кремния — алюминий. Такие силикаты называются алюмосиликатами. Строение алюмосиликатов сложно, поэтому их состав обычно выражают через окислы, соединением которых минерал образован. Например, состав полевого шпата выражается формулой K2O*Al2O3*6SiO2. При выветривании алюмосиликатов под действием воздуха и воды они разрушаются и получаются продукты, в состав которых вместо щелочных металлов входит водород. Таков, например, каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O — главная составная часть глин. В природе встречаются белые, но еще чаще желтые глины, окраску которым придают примеси соединений железа.

Природные кремнезем, силикаты и глина служат сырьем для силикатной промышленности. Главными продуктами ее являются керамика, стекло и цемент.

Керамика (от греческого слова «керамон» — глина). Основным сырьем для производства керамики служит глина. Глины состоят из мельчайших и тончайших кристалликов (рис. 47).


Рис. 47. Кристаллы глины при увеличении в 15 000 раз

Благодаря пластинчатой форме, они тесно, без промежутков, примыкают друг к другу. Поэтому глинистые почвы, в отличие от песчаных, не пропускают воду. При смешивании глины с небольшим количеством воды получается пластичное, т. е. способное сохранять приданную ему форму, тесто. Приданная форма сохраняется после высыхания и закрепляется затем посредством обжига. Изделия из глины, обожженные до камневидного состояния, называются керамическими. Керамика представляет один из древнейших искусственных и сейчас наиболее распространенных материалов в строительстве, повседневном быту и искусстве. Из белой глины изготовляют фарфоровые и фаянсовые изделия, глиняную посуду. Сформованные из глиняного теста изделия доводятся обжигом лишь до начала спекания, а не до плавления. Поэтому керамические изделия получаются пористые и влагопроницаемые. Для уничтожения пористости их покрывают глазурью — различными легкоплавкими составами, образующими на поверхности керамического изделия тонкий стекловидный слой.

Стекло. Стекло производится обычно из белого песка, известняка и соды посредством сплавления смеси их. При этом известняк и сода разлагаются с выделением двуокиси углерода, а образующиеся окислы металлов — натрия и кальция, соединяясь с двуокисью кремния, превращаются в силикаты:

Двуокись кремния берется в избытке. Поэтому готовое стекло представляет сплав силикатов натрия и кальция с кремнеземом. Примерный состав обычного оконного стекла можно выразить формулой Na2CaSi6O14, или как соединение окислов, Na2O*CaO*6SiO2.

Главное свойство всякого стекла-заключается в том, что оно переходит из жидкого в твердое состояние не скачком, а загустевает по мере остывания постепенно вплоть до полного затвердевания. На этом свойстве стекла основано стеклодувное дело, производство листового стекла и стеклянного волокна. Отбирая из ванны нужные порции остывающего, но еще полужидкого стекла, из него выдувают или прессуют всевозможные стеклянные изделия. Из стеклянной массы вытягивают с помощью машин листовое стекло (рис. 48) и стеклянные трубки.


Рис. 48. Машина для вытягивания листового стекла

Вводя в стекло вместо окислов натрия и кальция окислы других одно- и двухвалентных металлов, окисел бора, можно в широких пределах изменять свойства стекла. Так, при замене соды поташом (т. е. карбонатом калия) получают более тугоплавкое, чем обыкновенное, стекло для химической посуды. Если одновременно и окись кальция заменяется окисью сталь — стекло, сильно преломляющее свет и применяемое в оптике для изготовления линз, призм, а также для изготовления художественной посуды. Цветные стекла получают, вводя в исходную смесь соединения таких металлов, ион которых обладает заданной окраской.

Читайте так же:
Как замешать цемент для заливки пола

Цемент. Важнейшим современным строительным материалом является цемент. Он производится путем прокаливания до начала спекания смеси из столь доступных природных материалов, как глина и известняк. Цемент получается в цилиндрических наклонных медленно вращающихся печах. Смесь загружается в верхний конец печи и, пересыпаясь, движется к нижнему концу навстречу потоку раскаленных газов — продуктов сгорания вдуваемого через форсунку топлива. При этом из известняка выделяется углекислый газ, из глины — вода, а остающиеся окислы кальция, алюминия и кремния образуют между собой соединения — силикаты и алюминаты кальция, составляющие цемент. Он перемалывается в порошок и упаковывается для изоляции от воды. При смешивании цемента с водой получается постепенно затвердевающее цементное тесто.

Для увеличения объема цемент смешивают непосредственно перед употреблением с песком или щебнем. Такая смесь называется бетоном, Прочность бетонных сооружений еще более возрастает, если в бетон вводится каркас из железных стержней. Железобетон широко применяется в капитальном строительстве для возведения заводских корпусов, плотин и других сооружений. В Программе Коммунистической партии Советского Союза записано: «Огромные масштабы капитального строительства требуют быстрого развития и технического совершенствования строительной индустрии и промышленности строительных материалов». Основу ее и составляют цемент, бетон и железобетон.

  1. Что такое силикатная промышленность, каковы ее сырье и основные продукты?
  2. На каких свойствах глины основано производство керамических изделий?
  3. Какие свойства цемента лежат в основе его применения?
  4. Изложите сущность производства: а) стекла, б) цемента.
  5. Что такое: а) бетон, б) железобетон?
  6. Напишите уравнения реакций, происходящих при варке стекла, когда в качестве исходных материалов берутся поташ К2СО3, окись свинца РbО и белый песок.
  7. В производстве строительного кирпича в СССР на втором месте после глиняного стоит силикатный кирпич, который готовится из белого песка и гашеной извести и представляет собой зерна кварца, сцементированные силикатом кальция. Напишите уравнение реакции, происходящей при изготовлении силикатного кирпича. Сильно прокалите в пробирке сухую глину. На основании проделанных при этом наблюдений составьте уравнение реакции, происходящей при обжиге керамических изделий.

Доклады по химии цемент бетон

Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 11. ПОДГРУППА КАРБОНА

§ 11.9. Производство стекла и цемента

Из искусственных силикатов больше значение имеют стекло, цемент и керамика .

Стекло. Состав обычного оконного стекла приближенно выражается формулой Na 2 O СаО ∙ 6 SiO 2 .

Стекло добывают сплавлянням в специальных печах смеси соды Nа2СО3, известняка СаСО3 и белого песка SiO 2 . Химизм процесса можно представить так: при сплава образуются силикаты натрия и кальция:

Эти силикаты и кремнезем (его берут в избытке) сплавляют в массу, которая постепенно охлаждается:

Часто в производстве стекла соду заменяют сульфатом натрия и углем. В этом случае силикат натрия образуется по уравнению реакции:

Для изготовления специального стекла меняют состав исходной смеси. Заменяя соду Nа2СО3 поташом К2СО3, получают тугоплавкое стекло (для химического посуды). Заменяя мел СаСО3 оксидом свинца(II) Г b О, а соду — поташом, добывают хрустальное стекло. Оно имеет большую променезалом — лювальну способность и применяется для изготовления художественной посуды.

Добавки оксидов металлов в исходной смеси придают стеклу различной окраски: оксид хрома(III) С r 2 О3 — зеленого, оксид кобальта(II) СоО — синего, оксид марганца(И V ) М n О2 — красновато-лилового и т. д. Стекло при повышении температуры постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние. Обратный процесс также осуществляется постепенно — стеклянная масса загустевает по мере остывания. На этом свойстве стекла основывается формирование с него различных изделий. С помощью машин из стеклянной массы извлекают листовое стекло (рис. 11.4).

Читайте так же:
Какое сырье используется при производстве цемента

Из стекла изготавливают волокна и ткани для технических нужд. Освоен выпуск склокристалічних материалов — ситаллов, которые по сравнению со стеклом имеют большую прочность. Из них изготавливают электрические изоляторы, посуду и др. Цемент. Обычный силикатный цемент, или портландцемент,- зеленовато-серый порошок, который при смешивании с водой затвердевает на воздухе (или в воде), превращаясь в каменеподібну массу. Конечно его добывают прокаливанием (1 400-1 600°С) до спекания сырьевой смеси, состоит из известняка и глины.

Прокаливание осуществляется в специальных цилиндрических вращающихся печах. Испеченная зернистая масса, образуется, называется клинкером. Это — полуфабрикат. Клинкер с соответствующими добавками размалывают до тонкого порошка в шаровых мельницах и получают окончательный продукт.

В природе встречаются породы, которые содержат известняк и глину в соотношениях, необходимых для добывания портландцементу. их называют мергелями. Значительные залежи мергеля в районе Новороссийска; на их основе работают крупные цементные заводы.

Смесь сырья готовят и искусственным способом. Регулируя состав смеси, получают различные виды цемента — швидкотвердіючі, морозостойкие, коррозионностойкие и др.

Из смеси цемента, воды и наполнителей (песок, гравий, щебень, шлак) после их затвердевания получают искусственный камень — бетон. Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью. При затвердевании цементное тесто связывает зерна заполнителей. Твердение происходит даже в воде. Бетон со стальной арматурой (внутренним каркасом) называется железобетоном. Бетон и залізобетони в значительных количествах идут на сооружение гидроэлектростанций, дорог, несущих конструкций зданий.

Разработаны и изготавливаются также бетоны, в которых в качестве вяжущего используются органические полимеры или полимеры вместе с цементом. Это так называемые пластобетони, имеющие особые свойства.

Рис. 11.4. Машина для вытягивания листового стекла:

1 — расплавленное стекло; 2 — лодочка; 3 — вальцы; 4 — стеклянная лента

Производство стекла, цемента и керамики относится к силикатной промышленности, которая перерабатывает природные соединения кремния.

1 Керамикой называют материалы и различные изделия, которые изготавливают из природных глин путем формования, сушки и выжигание. Это кирпич, облицовочные плитки, черепица, трубы, глиняная посуда, фарфоровые и фаянсовые изделия.

Способы получения цемента

Известны два способа получения цемента: сухой и мокрый. В России, в основном, используют мокрый способ. В печь вводится суспензия тонко-измельченных компонентов сырьевой смеси (известняка и глины) в воде. Обычно используется в России вращающаяся печь, имеющая длину 185 м, диаметр – 5-7 м, частоту вращения печи – 0,8. 1,2 об/мин, угол наклона 2-5° (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема вращающейся печи

Добавление воды способствует борьбе с запылением. Используется принцип противотока. Сырьевая смесь загружается в верхний конец печи, а горячие газы за счет сгорания топлива (каменноугольная пыль, природный газ) поступают навстречу сырьевой смеси и обжигают ее.

Процессы, протекающие в печном пространстве, можно разделить на шесть зон.

В первой зоне происходит удаление свободной воды, суспензия высыхает. Обжигаемый материал нагревается до 200-250°С.

Вторая зона – зона дегидратации (500-800°С). В этой зоне происходит удаление химически связанной воды. Для одного из минералов (глины, каолинита) можно записать следующее уравнение реакции:

Третья зона – зона декарбонизации (900-1000°С). В этой зоне образуются оксиды кальция, алюминия, диоксид кремния по реакциям:

Читайте так же:
История развития цементного производства

В этой зоне начинаются реакции между оксидами, но скорость реакций еще недостаточно высока.

Четвертая зона – зона твердофазных реакций (1100-1300°С). В этой зоне протекают экзотермические реакции синтеза минералов из оксидов:

Часть СаО остается в свободном состоянии.

На скорость реакции в твердом состоянии большое влияние оказывают строение и дефекты кристаллических решеток исходных веществ, а также величина поверхности контактов реагирующих веществ, которая растет с увеличением степени дисперсности.

При повышении температуры возрастает колебательное движение элементарных частиц, составляющих кристаллическую решетку, и они получают возможность диффундировать.

Пятая зона – зона спекания (1300-1500°С). При 1300°С появляется жидкая фаза – продукт плавления 3СаО · Аl2О3 и 4СаО · Аl2О3 · Fe2O3. В результате сложных физико-химических процессов с участием жидкой фазы образуются мельчайшие кристаллы трехкальциевого силиката – алита:

В этой же зоне обжигаемый материал спекается в кусочки размером 4-20 мм, называемые клинкером. Клинкер – это продукт обжига цемента.

Шестая зона – зона охлаждения. Температура клинкера понижается до 1000°С. По выходе из печи клинкер необходимо быстро охладить в специальных холодильниках, чтобы не образовывались крупные куски. Без быстрого охлаждения клинкера цемент будет иметь пониженную реакционную способность по отношению к воде.

После выдержки (1-2 недели), клинкер измельчают в тонкий порошок, добавляя небольшое количество двуводного гипса (3,5-6%) с целью нормализации сроков схватывания (см. ниже) и другие добавки: минеральные и органические (ПАВ).

Апрель 2008 года

ВЕЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Когда говорят о чем-нибудь скучном и неинтересном, то нередко сравнивают его с серым бетоном или железобетоном. Становится обидно за этот уникальный материал, без которого немыслимо строительство. В конце концов, и слово — тоже материал, из которого можно создать и скучный текст, и бессмертную поэму.

У бетона древняя и довольно интересная история. Из него люди строят сооружения уже несколько тысяч лет. По свидетельству Плиния Старшего, еще за 3600 лет до н. э. из бетона были построены галереи египетского лабиринта. В государстве Урарту в VII веке до н. э. строили крепости и храмы из бетона, его же использовали и при строительстве большей части Великой Китайской стены.

Более обстоятельные упоминания о бетоне относятся к 550 году до н. э. Именно тогда из бетона был построен знаменитый канализационный канал в Риме, известный под названием «клоака максима». Другие источники сообщают, что во II или III веке до н. э. греки, а затем и римляне начали изготавливать бетон из известняка, пуццолана (вулканической породы, добывавшейся близ Неаполя), песка и воды. Широко использовался в строительстве так называемый римский бетон. Он представлял собой смесь извести, особого пуццоланского песка и заполнителя. Причем римляне использовали эту смесь не в качестве связующего раствора, а как самостоятельный материал. Они заливали ею пространство между двумя стенками кирпича или тесаного камня. Вскоре раствор застывал, и стена превращалась в монолит.

Словом, бетон — материал вечный, но и проблемы у него тоже вечные. За 200 лет до н. э. римский ученый Катон обратил внимание на одну из них: «Главнейшая причина развалин нашего города есть та, что известь (при строении) крадут и составляют цемент без связующего вещества».

С падением Римской империи о бетоне забыли надолго — до 1756 года. Но откуда такая точная дата? Оказывается, именно в этом году английский инженер Джон Смитон получил очень трудный заказ. Он должен был построить маяк в море, причем в очень бурном месте. Смитон был широко образованным человеком и в свободные часы с интересом читал сочинения античных авторов. Особенно запомнилось ему описание архитектором Витрувием строительства гавани близ Неаполя, при котором использовали местные материалы. Смитон стал тщательно изучать вулканические пеплы и выяснил, что если смешать некоторые из них с водой, то получится похожий на камень, очень прочный строительный материал. Спустя сорок лет другой англичанин, Джеймс Паркер обнаружил, что совсем необязательно разыскивать вулканический пепел. Если смешать обычную глину с известью, а затем обжечь, то получится вполне пригодное связующее вещество — цемент, то есть фактически он изобрел то, что до него «придумал» вулкан.

Читайте так же:
Пластификатор упонор для цементного раствора

Однако как объяснить, откуда у цемента берутся связующие свойства? На заводах в медленно вращающихся печах при температуре около 1400 градусов обжигают сырье, в котором происходят различные химические процессы. Полученный материал размалывают, фасуют и везут на строительные площадки. Здесь цемент в определенных пропорциях смешивают с гравием и водой для получения бетона. Если бы мы понаблюдали под микроскопом, что при этом происходит, то заметили бы, что поверхность зерен песка и камня покрывается тонкой цементной кашицей. Буквально на наших глазах цементная кашица начинает расти, пухнуть. Промежутки между зернами заполняются с огромной быстротой игольчатыми кристаллами. Образовавшийся материал напоминает камень — бетон затвердел. Кстати, подобное происходит и при получении кирпичей.

Но подлинный триумф на долю бетона выпал лишь с изобретением железобетона. Дело в том, что бетон очень хорошо сопротивляется сжатию, но совершенно бессилен перед растяжением. И вот когда нагрузку на себя взяла стальная (железная) арматура — проволока, стержни, сетка — это сочетание двух столь разных материалов и родило неконкурентный железобетон.

Сегодня ни одна стройка не обходится без бетона или железобетона, будь то строительство жилого дома, плотины, моста или аэропорта.

Цементная бацилла – почему возникает и как ее предотвратить

Цемент — это самое популярное строительное сырье, входящее в состав разнообразных материалов, растворов, штукатурок. После соединения с водой он образует прочнейшее камневидное тело, обладающее твердостью, не боящееся влаги и отличающееся большим сроком службы. Но плотная цементная масса долго твердеет, поэтому монтажные или отделочные работы нередко затягиваются.

Порой у строителей возникает вопрос, а можно ли добавить к цементу гипс, ведь смесь должна получиться более легкой, эластичной и быстросохнущей? К сожалению, подобные эксперименты могут привести к печальным последствиям.

Использование гипса для производства цемента

В состав цемента входит множество разных ингредиентов. Прежде всего, его основу составляют минеральные породы в форме мельчайшей крошки — мел, известняк, доломит, кальциты и другие вещества карбонатной группы. Также при производстве используются глина, суглинок, сланцы, лесс и прочие глинистые породы. С точки зрения химии в составе цемента можно выявить оксиды многих металлов и неметаллов — алюминия, магния, железа, кремния, кальция.

В процессе создания цемента все компоненты соединяются, сушатся, перемалываются в пыль, после прогреваются при высокой температуре. В результате получается клинкер, который опять дробится до мельчайших частиц. Далее в него вводятся синтетические модификаторы и улучшители свойств цемента.

В качестве добавок к материалу может выступать и гипс в объеме до 3-6% от общего веса (после приготовления цементной массы). В такой форме он прибавляет раствору прочности и не оказывает вредного воздействия.

Эттрингит, или «цементная бацилла»

Частные «специалисты», а также новички в сфере строительства и ремонта нередко вводят в бетонную смесь значительную долю гипса или алебастра с целью получения пластичного универсального раствора, который можно будет накладывать более толстым слоем. По их мнению, с помощью такого состава можно сразу избавиться от крупных дефектов и за один подход выровнять поверхность. Кроме того, время застывания раствора должно серьезно сократиться, что повысит общую скорость ремонтных работ в разы.

Читайте так же:
Проливка слоя керамзита цементным молоком

Что происходит в ходе таких действий внутри цементного раствора на химическом уровне? После введения воды начинается реакция входящих в состав цемента алюминатов с полуводным гипсом. В итоге формируется гидросульфоалюминат кальция, или эттрингит — минерал с беловатым или желтоватым цветом, производное алюминия и кальция, сульфат.

Данный камень раньше называли «цементной бациллой». Он имеет кристаллическую структуру, причем отдельные кристаллы сильно растут при наборе прочности и разрушают сам цемент.

Последствия соединения гипса и цемента

После введения гипса в цементную смесь уже спустя 1-5 суток на камне начинают формироваться целые россыпи микротрещин. Противостоять появлению эттрингита в ходе гидратации невозможно. Более того, процесс постоянно нарастает по мере воздействия на материал влаги из осадков, воздуха.

Цементный камень все равно разрушится в ближайшем будущем. Кроме того, при использовании металлической сетки для армирования стен она заржавеет, так как из-за присутствия гипса смесь станет аккумулировать влагу. На поверхности отделки выступят некрасивые пятна ржавчины.

Предотвращение проблем и применение гипсово-цементной смеси

При нанесении цементного раствора с добавлением гипса на кирпичную стену, которая располагается внутри здания, можно спасти ситуацию довольно просто. Достаточно наложить слой стандартной цементной финишной штукатурки или шпаклевки. Это защитит материал от контакта с влагой и предотвратит появление эттрингита. Если стена бетонная или выходит наружу, такой подход не будет результативным.

Химическая реакция неизбежна, и даже при ее медленном развитии отделка прослужит максимум 5 лет, да и то при условии неподверженности покрытия регулярному воздействию влаги. В качестве фасадного оформления цемент полностью разрушится после первой же зимы.

Чтобы устранить риск появления эттрингита, в композицию «гипс плюс цемент» вводят специальные пуццолановые добавки с кремнеземом в активной форме. Они могут быть природными (диатомит, трепел, опока) или синтетическими по происхождению (кислые доменные шлаки, метакаолин, белая сажа, микрокремнезем).

При добавлении этих веществ падает концентрация гидрооксида кальция в растворе, поэтому цементная бацилла не появляется. При изготовлении раствора с таким составом получается ГЦПВ — гипсо-цементно-пуццолановое вяжущее.

ГЦПВ активно применяется при производстве бетонов, прочность которых составляет 15-80 МПа, морозостойкость — 25-300 циклов и даже более. В таких бетонах тщательно подобраны пропорции основных компонентов, а также пуццолановых добавок, пластификаторов, наполнителей. Подобный бетон отверждается уже за 60 минут, а прочен настолько, что может служить сырьем для изготовления искусственного камня для фасадов.

При самостоятельном заведении ГЦПВ тоже возможно пользоваться кремнеземными добавками, но результат часто бывает непредсказуемым. Во избежание последствий лучше применять заводские смеси и строго соблюдать технологию, что напрямую влияет на качество и долговечность результата.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector