3.5.4. Основы технологий промышленности строительных материалов

Все строительные материалы по техническим признакам подразделяются на следующие группы:

1. Природные каменные материалы: рыхлые (песок, щебень, глина); штучные (мрамор, туф);

2. Неорганические вяжущие материалы (полученные на основе минерального сырья – портландцемент, известь, гипс).

3. Строительные растворы и бетоны на основе неорганических вяжущих: кладочные растворы, штукатурные растворы и т.д.

4. Керамические материалы и изделия, полученные из глин и обожженные (черепица, керамический кирпич, керамзит)

5. Материалы из минеральных растворов (минеральная вата)

6. Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия как штучные, так и рыхлые (теплоизоляционный бетон, ячеистый - силакпор)

7. Битумные и дегтевые материалы и изделия на их основе для кровли и гидроизоляции (толь, рубероид)

8. Полимерные строительные материалы (лаки, краски, линолеум, плёнки)

Неорганические вяжущие материалы подразделяются на:

1. Воздушные – которые при затворении их водой образуют пластичное тесто, а со временем твердеют и набирают прочность только на воздухе.

2. Гидравлические – которые при затворении их водой образуют пластичное тесто и со временем твердеют и набирают прочность, как на воздухе, так и в воде.

Ярким представителем воздушных вяжущих веществ является воздушная известь и строительный гипс.

Строительная воздушная известь – это продукт обжига кальциево- магниевых пород (СаСО₃, MgСО₃), состоящих преимущественно из оксидов Са:

t = 1050 – 1250 ^оС

СаСО₃ СаО + СО₂

Температура выше обозначенной приводит к спеканию частиц и снижению качества извести. Оксид кальция (СаО) называется комовой известью-кипелкой (негашеная известь).

Другой вид извести — гашёную, получают путем взаимодействия оксида кальция с водой:

СаО + Н₂О= Са (ОН)₂ + Q

Гашённая (гидратная) известь бывает трёх видов:

1. Если СаО гасится малым количеством воды (например, парами воды), то получается гидратная известь в виде лёгких частиц – известь-пушенка.

2. Если СаО затворить водой до образования сметанообразной массы, то полученную массу называют известковое тесто.

3. При затворении водой СаО до получения литой массы, образовавшийся материал называют известковым молоком.

Основные технологические операции изготовления извести-кипелки следующие:

- добыча сырья;

- подготовка сырья и топлива к обжигу, состоящая в основном из его дробления и помола;

- обжиг – основная и самая дорогостоящая технологическая операция;

- охлаждение полученного материала.

Для получения гидратной (гашеной) извести добавляется операция гашения: затворение водой в соответствующем количестве или обработка паром. Известь широко применяется практически во всех отраслях народного хозяйства (табл. 3.1.)

Таблица 3.1.

Применение известняка и извести

Строительный гипс. Гипсовые вяжущие вещества – это тонко измельченные продукты тепловой обработки двуводного сульфата кальция. Гипс получают в основном из горной породы, которая называется природный гипсовый камень ( СаSО₄ · 2Н₂О).

В результате тепловой обработки при температуре 160 – 180 ^оС получается полуводный гипс:

160 – 180 ^оС

СаSО₄ · 2Н₂О СаSО₄ + 2Н₂О

Технология производства гипсовых вяжущих включает в себя следующие основные операции:

1. Подготовка сырья (измельчение гипсового камня).

2. Тепловая обработка (используются шахтные печи, варочные котлы и вращающиеся печи).

3. Охлаждение, расфасовка и складирование.

Строительный гипс используют как добавку в растворы, в бетоны, в качестве вяжущего материала, в гипсокартонных изделиях, при заливке полов, изготовлении сантехкабин.

Преимущества строительного гипса:

- простота технологического процесса;

- быстрое схватывание и твердение, способствующее сокращению производственного цикла;

- низкая себестоимость продукции.

К недостаткам следует отнести низкую его водостойкость и невысокую прочность.

Гидравлические вяжущие вещества — ценнейшая группа вяжущих материалов, основным представителем которой является портландцемент.

Портландцемент — это продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера и гипса (от 1,5-5% от массы клинкера). Гипс добавляют для регулирования сроков схватывания портландцемента.

Портландцементный клинкер — это продукт спекания(1450 оС) сырьевой смеси из карбонатных горных пород (СаСО3, MgСО3 ≈ 75%) и глины ( 25%). В качестве сырья может использоваться природный материал называемый мергель, вещественный состав которого близок требуемому соотношению сырьевых компонентов.

Наряду с природными сырьевыми материалами при производстве портландцемента широко использую отходы промышленности, самым распространенным из которых является доменный гранулированный шлак.

Кроме основных сырьевых материалов при производстве портландцемента используют так называемые корректирующие добавки, которые восполняют дефицит определенных химических элементов в сырьевой смеси: пиритные огарки, бокситы и т.д.

В результате рационально подобранной и обожженной смеси образуются минералы портландцементного клинкера, придающие портландцементу вяжущие свойства:

1. Алит (3CaO · SiO₂);

2. Белит (2CaO · SiO₂);

3. Трехкальциевый алюминат (3CaO · Al₂O₃)

4. Четырехкальциевый алюмоферрит (4СаО· Al₂O₃· Fe₂O₃)

При затворении водой эти минералы образуют нерастворимые соединения: