Фізико-хімічні основи процесу гасіння вапна

Випалене вапно, або грудкове, або вапно-кипілка є лише напівпродуктом. Для застосування у будівництві його потрібно перевести у порошкоподібний стан. Для цього грудкове вапно піддають гашенню, переводячи його в гідратне, або помелу для добування негашеного меленого вапна.

Гашенням вапна називається процес взаємодії його з водою при якому вапно перетворюється на гідрат: . Як показує практика, вапно, що тривалий час зберігалося складі, гаситься дуже повільно. Це пояснюється самовільним гашенням його за рахунок вологи повітря і карбонізацією гідратованого шару, який стає малопроникним для води.

Теоретично для гашення вапна необхідна кількість води 32,13% маси СаО. На практиці для гашення вапна потрібно знач­но більше води, оскільки частина її випаровується. Залежно від

того, скільки води витрачено для гашення, дістають три різні кінцеві продукти. Якщо кількість води становить близько 70% маси вапна, дістають гашене, або гідратне, вапно. Гідратне вап­но — це дрібний порошок з розміром зерен 0,01 мм і менше.

Якщо води для гашення взято (200...250)%, то утворюється пластичне вапняне тісто, в якому міститься близько 50% води. При використанні ще більшої кількості води добувають вапняне молоко.

На процес гашення вапна впливають домішки. Силікати та алюмінати, що утворилися в процесі випалювання, під час га­шення поступово гідратуються. Однак у зв'язку з тим, що гідра­тація відбувається ще до застосування вапна, вони не надають го­товому продукту водостійкості. Частина ошлакованих кусків, так званий перепал, а також , що не розклався, — недопал, не гасяться і залишаються у вигляді баласту. MgO, особливо ко­ли вапно випалювали при високих температурах, гаситься знач­но повільніше, ніж СаО, а в окремих випадках він гаситься вже у будівельних розчинах, викликаючи їх розтріскування.

Крихке, м'яковипалене вапно, що містить мало домішок, га­ситься швидше і дає жирне високопластичне тісто. Щільне вапно з великою кількістю домішок гаситься повільно і дає пісне малопла-стичне тісто. 31 грудкового вапна добувають (1,5...2,4) тіста.

Гашене вапно твердне внаслідок випаровування води та кри­сталізації

Са (ОН). Водночас поглинається з повітря .

Добувають гідратне вапно, як правило, на спеціальних підприємствах, хоч його можна добувати й безпосередньо на будівельному майданчику.

Заводське виробництво дає змогу механізувати процес. Од­нак для транспортування гашеного вапна потрібна спеціальна упаковка його в паперові мішки. Гашене вапно зручніше зберіга­ти на будівництві. Воно менше здатне до карбонізації.

Гашення вапна складається з таких процесів.

1. Подрібнення в молоткових або ударно-відцентрових дро­барках, де куски кипілки подрібнюються до часточок розміром (5... 10) мм, що скорочує тривалість гашення.

2. Гашення вапна в гідраторах періодичної або безперервної дії. Чашковий гідратор є обертовою чашею, всередині якої знахо­дяться нерухомі лопатки. Якщо вапно жирне, то перед його за-

вантажуванням у гідратор наливають воду, якщо пісне, то його спочатку завантажують у гідратор, а потім змочують водою. Надлишок води поступово випаровується. Процес гасіння у гідраторі триває (15...20) хв, а разом з вивантаженням — 35 хв. Потужність гідратора (4...5) т/год.

Для безперервного механізованого гасіння вапна розроблено багатобарабанний лопатевий гідратор, що складається з семи ба­рабанів, розміщених один над одним і сполучених патрубками. У кожному барабані є вал з лопатями, які перемішують вапно. Вап­но зволожується у верхньому барабані, потім, перемішуючись лопатями, надходить через патрубок у наступний барабан і так переміщується зверху вниз через усі барабани і тим самим достат­ньою мірою гаситься. Потужність гідратора 5 т/год.

3. Догашування в силосах. Оскільки вапно перебуває в гідра­торах відносно недовго, пісне і магнезіальне вапно не встигає в них погаситись і подається в силоси, де вилежується протягом (1... 2) діб. Тут відбувається догашування матеріалу. Надлишкова волога при цьому випаровується.

4. Відсіювання часточок, що не погасились, проводять у повітряному сепараторі або на ситах. Часточки, що не погаси­лись, подрібнюються і потрапляють знову в силос. Готове гаше­не вапно упаковують у багатошарові паперові мішки і в такому вигляді транспортують на будівництво або вузли розчинів.

Гашення вапна в тісто. Для добування вапняного тіста вапно гасять великою кількістю води. Потім добуте вапняне молоко відстоюється для відокремлення води і "визріває".

Тепер широко застосовують механізований спосіб добування вапняного тіста за такою технологічною схемою: складування грудкового вапна, подрібнення, гашення з добуванням вапняно­го молока, відстоювання молока для добування тіста.

Гашення проводять у барабанних, лопатевих, бігункових, фрезерних вапногасильних машинах. У багатьох таких машинах передбачено подавання гарячої води для прискорення процесу гідратації сортів вапна, що повільно гасяться. Потужність вапно-гасилок за негашеним вапном (2,0...2,5) т/год.

Мелене негашене вапно

За певних умов вапно може тверднути за реакцією гідратації, як і інші в'яжучі матеріали. Під час застосування вапна у вигляді гашеного вапна або тіста реакція гідратації в часі не співпадає з процесом тверднення. Якщо кількість води, взятої для гашення, буде більшою, ніж потрібно для добування гашеного вапна, і мен­шого, ніж потрібно для добування тіста, то безпосередньо за про­цесом гідратації відбуватимуться процеси тужавіння і тверднення.

Застосовуючи мелене негашене вапно, потрібно точно дотри­муватись певних правил. Вапно повинно бути досить тонко подрібнене. Залишок на ситі № 008 не повинен перевищувати 10%, а на ситі № 063 — 2%. Якщо вапно подрібнене крупніше, більші часточки в процесі гашення викликатимуть місцеве пе­регрівання, пароутворення і внутрішні напруги.

Слід дотримуватись певного водовапняного відношення. Кількість води звичайно повинна становити (100... 150)% маси вапна і підбиратися в кожному окремому випадку експеримен­тально з урахуванням температури навколишнього середовища і швидкості гідратації вапна. Якщо взято недостатню кількість во­ди, то внаслідок інтенсивного пароутворення маса розпушується, якщо надлишок — тісто не тужавіє.

Потрібно вживати заходи, що попереджують різке розігріван­ня і випаровування води. Оскільки процес гідратації вапна відбу­вається дуже швидко, вже протягом години на кожний кілограм вапна виділяється 1160 кДж теплоти. Тому при застосуванні не­гашеного вапна потрібно відводити теплоту або вводити сповільнювачі гасіння, які збільшують тривалість виділення теп­лоти, не змінюючи загальної її кількості.

На практиці широко застосовується сульфітно-дріжджова барда, що добавляється у воду замішування, в кількості (0,2...0,5)%, а також гіпс, який вводять під час помелу в кількості (3... 5)% маси вапна. Якщо вапно випалене нерівномірно і містить часточки перепалу, що гасяться як швидко, так і повільно, то крім сповільнювачів, вводять також прискорювачі гасіння, роз­бавлений розчин соляної кислоти. Прискорювачі сприяють гідратації силікатів, алюмінатів, оксиду магнію і підвищують міцність розчинів і бетонів.

Для рівномірного гасіння рекомендується також застосовува­ти двоступеневе замішування водою. При цьому спочатку вво-

дять (80...90)% води, перемішують і залишають розчин у стані спокою на 1 год. Потім добавляють решту води, необхідної для досягнення нормальної легкоукладальності, і вміщують розчин у форми, де він тужавіє і твердне. Тривалість процесів перемішу­вання і вібрування при укладанні вапняних розчинів у форми визначається експериментально. При тривалій механічній дії на розчин можуть порушитись процеси тужавіння та тверднення і міцність виробів знизиться. Мелене негашене вапно має певні пе­реваги перед гідратним вапном і вапняним тістом.

По-перше, в процесі його тверднення використовуються силікати, алюмінати і ферити, які під час добування гідратного вапна або тіста або йдуть у відхід, або залишаються баластом. По-друге, створюються сприятливіші умови для гасіння MgO. По-третє, вироби з негашеного меленого вапна можуть твердну­ти при температурах, нижчих за 0 °С, оскільки в процесі тверд­нення виділяється багато теплоти.

Оскільки часточки меленого вапна порівняно з гашеним вап­ном або тістом мають меншу площу питомої поверхні, для замішування розчинів і бетонів на меленому вапні потрібно мен­ше води. А завдяки меншій водопотребі збільшується міцність виробів. Крім того, вапно під час гідратації зв'язує 32,13% води. Тому вироби на меленому вапні швидше висихають і мають більшу щільність, ніж вироби на вапняному тісті.

Для виробництва меленого вапна доцільно застосовувати вапняки з підвищеним вмістом MgO і глинистих домішок. Особ­ливо ефективне застосування негашеного вапна у вапновмісних в'яжучих (вапняно-шлакових, вапняно-зольних тощо), а також у бетонах автоклавного тверднення.

До недоліків меленого вапна належить те, що під час його по­мелу виділяється багато їдкого пилу, в зв'язку з чим погіршують­ся умови праці. Крім того, мелене негашене вапно потрібно ви­користовувати відразу ж після помелу. Припустимий термін його зберігання на складах з механізованим завантажуванням і виван­тажуванням становить лише (5... 10) діб. Транспортувати мелене негашене вапно потрібно в бітумінізованих мішках, контейнерах, автоцементовозах. Термін зберігання вапна в мішках не повинен перевищувати 15 діб. При тривалішому зберіганні мішки розри­ваються через гідратацію вапна.

Крім меленого негашеного вапна випускається ще карбонат­не вапно, тобто продукт, що добувається або сумісним помелом

вапна з карбонатною породою (крейдою, вапняком), або поме­лом не повністю випаленого вапна.

Помел вапна виконують у різних агрегатах залежно від влас­тивостей продукту, що подрібнюється. Перед помелом грудкове вапно потрібно дробити. М'яковипалене вапно без перепалу, не­допалу і кварцових домішок добре подрібнюється у валкових, роликових, бігункових і маятникових млинах, що працюють за принципом роздавлювання. Ці млини споживають значну кількість електроенергії.

Найчастіше вапно подрібнюють у кульових млинах. У зв'язку з тим що вапно має здатність агрегатуватися і прилипати до куль і стінок млина, застосовують короткі млини з відношенням діаметра до довжини від 1: 1 до 1: 2, а високодисперсні часточ­ки намагаються по можливості видалити з агрегату, в якому ви­конується помел. Тому млини працюють у замкнутому циклі з одним або навіть двома сепараторами. В сепараторі відокремлю­ються крупніші часточки, які повертаються у млин на домелю­вання, а готова фракція видаляється з сепаратора повітрям і оса­джується в циклонах.

Причини агрегації часточок вапна остаточно не з'ясовані, але встановлено, що попереднє зберігання грудкового вапна на складі протягом кількох діб знижує здатність до агрегації.

У млин під час помелу рекомендується вводити дозовану кількість води в пароподібному або крапельно-рідкому стані, інакше відбудеться грудкування матеріалу.

В процесі помелу в мелене негашепе ванно можна вводити мінеральні добавки, більшість з яких підвищують водостійкість виробів, не погіршуючи решти властивостей. Як мінеральні до­бавки застосовують домновий і паливний шлаки, золи, вул­канічну пемзу, туф і попіл, трепел і кварцовий пісок. Кількість введених добавок повинна бути такою, щоб вміст активних СаО + MgO був не нижчий від вимог стандарту. При сумісному по­мелі вапна з мінеральними добавками найдоцільніше виконувати помел за відкритим циклом, оскільки в сепараторному млині че­рез різну розмелюваність вапна і добавки важко добитися стало­го складу готового продукту.