Деформативность: усадка зависит от расхода цемента,условий эксплуатации,наличия минер.добавок.
50. ПР-ВО АЦИ ПО МОКРОМУ СПОСОБУ ПР-ВА.
АЦИ – искусив. камен. матер., получ. в рез-те твердения массы, сод-ей цемент, воду и распушенный асбест в строго опред. соотнош.
АЦИ выпускаются: стеновые, кровельные, трубы, короба, декорат. изд. эл. изол…
Декоративн. АЦИ окрашив. с помощью красителя, либо по пов-ти, либо по всему объему.
Осн. сырьем д/пр-ва АЦИ кроме цем. явл. природн. минерал – хризотил-асбест – ЗMgO∙2SiO2∙2H2O. Минерал отличается высокой прочн. на разрыв нераспушенного волокна до 5000 МПа, что превышает прочн. стали. У распушенного волокна прочн. 700-800 МПа.
Асбест легко адсорбир. влагу и легко образ. подвижн. суспензии. Матер. явл. несгораемым, однако при 550°С полностью теряет кристаллизац. воду в рез-те чего резко падает прочн. и гибкость волокна. Асбест имеет небольшую тепло- и электропроводность, высокую щелочестойкость, но низкую кислотостойкость.
Кач-во асбеста хар-ся степенью распушки и длиной волокна. В зав-сти от длины волокна асбест делится на 8 сортов: от 0 до 7. Если длина волокна больше 18 мм – 0-ой сорт, менее 1 мм – 7-ой. Д/изгот. АЦИ использ. 3,4,5,6 сорта.
Цемент д/пр-ва АЦИ д. соотв. след. требов.: 1) д. быстро твердеть, но медленно схватываться. Начало схватывания – не ранее 1,5 ч., конец – не более 10 ч.; 2) марка цем. 400 либо 500. Цем. д.б. бездобавочный. Исключ. составл. песчанистый ПЦ, котор. содерж до 40% молотого кварц. песка. Песчанистые цем. нуждаются в запаривании в автоклаве. Ограничение по добавкам связано с тем, что они ухудшают фильтрац. св-ва суспензии, т.к. они разбухают и забивают ячейки сетки фильтров. барабана; 3) уд. пов-ть 2800-3200, сод. алита в цементе – не менее 52%. Содерж. С3А не более 8%. Вода д/пр-ва АЦИ д.б. подогретой до 40-50°С.
Получ. АЦИ в осн. 3-я способами: 1) мокрым, когда содерж. тверд. в-ва в суспензии не более 20%; 2) полусухим (пластическим) при содерж. тверд. более 20%; 3) сухим, когда влажн. АЦИ смеси не более 16%.
По мокрому способу получ. в осн. АЦИ листы и трубы.
Расщепление частиц асбеста на волокна меньшей толщины – распушка. В прир. асбесте кажд. волокно состоит из тонких сост-щих, котор. назыв. фибриллы.
Распушка происходит в 2 стадии: 1) асбест подвергается сжимающему усилию в бегунах или валковых мешалках. Обработка асбеста в бегунах произв. совместно с его увлажнением, чтобы ускорить пр-сс распушки. Влажн. асбеста на нач. стадии распушки составл. 30-35%; 2) частицы разделяются на волокна в вихревых турбулентных потоках воды, либо воздуха. Обычно – это гидпропушители, голлендоры и дезинтеграторы.
Получ. АЦ суспенз. осущ. в голлендерах, либо турбосмесителях. На частицы асбеста хорошо прикрепляются частицы гидратирующ. цемента, что обеспеч. хорошую сцепляемость или адгезию. После второй стадии распушки и пригот. АЦ суспенз. с концентр. 10-14% суспензия передается в ковшов. мешалку, котор. выполн. роль гомогениз. и накопительной емкости. Сюда же подается перераб. бракованный полуфабрикат.
Описан. технолог. сх. Из ковшов. меш. суспенз. подается в ванну формовоч. машины, где непрер. перемеш. В ванне машины наход. полые цилиндры, котор. обтянуты латун. сетками. Суспенз. подается в ванну в таком кол-ве, чтобы цилиндр был погружен в суспенз. на ¾ своего диаметра. В рез-те давления суспенз. на цилиндр происх. фильтрац. ч/з ячейки сетки, отфильтров. вода поступает во внутр. полость цилиндра и сливаются ч/з торцы. Уровень воды в цилиндре всегда меньше уровня суспензии. На пов-ти цилиндра задержив. тверд. частицы из цемента и асбеста, котор. формир. пленку.
Пленочн. слой при вращен. цилиндров прижимается пов-тью сукна за счет этого отжимается часть воды. За счет того, что пов-ть сукна ворсистая АЦ слой переходит с сетки на сукно. Д/более полного обезвож. установл. вакуумная коробка. При этом влажн. сниж. до 42-45%.
Пленка прессуется, отжимается и переходитна форматный барабан. При вращен. форматн. барабана на нем постепенно образ. слой заданной толщины, котор. затем разрез. и сползает на конвейер, т.о. форм. листы.
Трубы формуются с помощью спец. валов, котор. прижимаются к сукну и в принципе пр-сс формован. такой же, только разрезки сукна не происх., а лист АЦ слоя наматывается на вал и образ. труба. Д/увеличен. плотности и прочн. листов произв. прессован. с помощью спец. пресса.
Волнирование листов произв. в пластичн. состоян. Отвалниров. лист вакуумн. устройств. укладыв. на тележки, затем листы поступают в камеру на конвейер твердения. Темпер. в камере вначале ок. 30°С, в конце 55-60. Тверден. длится в течен. 3-4ч. В камере происх. частичное испарен. воды. Д/того, чтобы восполнить ее недостаток листы погружаются в спец. увлажнитель. Это – предвар. тверден. листов.
Окончат. тверден. происх. на теплом складе при темпер. не ниже 15°С и относит. влажн. 70-80% в течен. 10 сут. Предварит. тверден. труб осущ. на роликов. конвейере. При движен. конвейера ролики вращаются, вращают вокруг своей оси трубу. После достижен. опред. прочности, котор. не допуск. деформац. свежесформ. труб вал из трубы извлекается, труба движется дальше также вращаясь. Освобожд. валы вновь поступают на формован. труб. На роликовый конвейер подается пар. Затем предварит. тверден. осущ. в бассейнах с водой в течен. до 8 сут. Окончат. тверден. также на теплом складу.Пр-сс изгот. АЦИ сопровожд. образ. большого кол-ва избыт. воды, котор. затем повторно использ. в цикле. Из-за цикличности использ. воды в ней накаплив. повыш. содерж. Са(ОН)2,СаSO4∙2Н2О, прод. гидратац. цемента, мелких частиц асбеста.
Технологическая схема производства АЦИ: 1 - ленточные конвейеры для подачи асбеста; 2 - дозаторы; 3 - сборный конвейер; 4 - бегуны; 5 – гидропушитель; 6 - дозатор воды; 7 - турбосмеситель; 8 - расходный бункер цемента; 9 -весовой дозатор; 10 - ковшовая мешалка; 11 - желоб; 12 - трубопровод воды для разжижения суспензии; 13 - листоформовочная машина; 14 - насос; 15 - приемник отфильтрованной воды; 16 - сетчатый цилиндр; 17 - сукно; 18 - пресс-вал; 19 - механический срезчик; 20 - транспортер; 21 -транспортер сырых обрезков; 22 -механизм резки; 23 - агрегат волнировки; 24 - укладчик; 25 - транспортер камеры тепловой обработки; 26 - складирование листов; 27 - трубопровод воды для промывки сукна; 28 - трубопровод отфильтрованной воды; 29 - мешалка обрезков; 30 - линия подачи труб от трубоформовочных машин; 31 - конвейер твердения труб; 32 - бассейн с водой; 33 - тепловой склад; 34 - рекуператор; 35 - рекуператор чистой воды; 36 - трубопровод осветленной воды; 37 - насос
51.ПУТИ СОВЕР-ИЯ ТЕХ-ГИИ АЦИ. ИСП-ИЕ АЛЬТЕР-ЫХ ВОЛОКНИСТ. МАТ-ОВ,УТИЛИЗ.ОТХОДОВ,ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ.
Снижение t-ры. АЦИ-суспензии. С повышением t-ры вязкость суспензии уменьш. и фильтруемость увелич. Можно уменьш. вязкость суспензии без существ. повыш.t-ры подав. воды, что позволяет добиться экономии теплоты. Эффект. способ регул-ия структурно-мех. св-в суспензии – исп-ие хим. реагентов( неорг., орг.). Неорг.: -щелоч. р-ция(щелочи, карбонаты, фосфаты); - нейтр. р-ция(сульфаты мет.); -кисл. р-ция(кислые соли); -комбинир. действия. Орг.: - SO3H лигносульф.разжижители; -OH фенолы,меласса;-совм. SO3H и OH; - добавки с мылосодерж. в-ми. Все добавки позволяют увелич. скорость фильтр-ции и способствуют высвобождению воды из коллоидных частичек.
Замена хризотил-асбеста на эколог. чистые волокна. Асбест явл. канцерогенным материалом. Направления замены асбеста: использование минеральных волокон. Используются волокна, химич. состав которых устойчив к воздействию щелочн. среды, либо на пов-ти котор. есть защитные покрытия (базальтовое волокно, стеклянное волокно с 20% ZrO2). Для защитного покрытия этих волокон использ. органические и кремний-органические лаки, воски. Технология промышл. изгот. ведется по 2-м направлениям: 1) производится стеклоцементный материал с использованием непрерывного стекловолокна во вращающемся барабане, на котор. послойно наносится цементное тесто и волокно, может производится пропитка стекловолокнистого мата цементным тестом; 2) технология цементно-волокнистых, армированных дискретными волокнами (фиброцемент). Замена хризотил-асбеста на бумажные целлюлозные волокна. Листы с полной или частичной заменой асбеста имеют большую прочность да 30 МПа в сильном направлении, в слабом – до 15. БНТУ разработало технологию целлюлозно-волокнистых листов с использованием целлюлозных волокон совместно с базальтовым и полипропиленовым. Морозостойкость – 50 циклов. Использ. синтетич. полимерных волокон. 1) полипропиленовое волокно – сетчатая структура, след-но хорошее сцепление с цементным камнем, повышенная прочность на разрыв, но обычная прочность снижена из-за небольшого модуля упругости; 2) винилон – высокие показатели прочности при растяжении, высокая щелочестойкость, с помощью этого волокна получают шифер мокрым способом (недостаток – использование специальных добавок для повышения огнестойкости).
Эти волокна не накапливаются в организме, не образуют пыли. Используются капрон, лавсан, быстротвердеющие, безусадочные, напрягающие цементы.
Пути снижения канцерогенности. Канцерогенные вещ-ва, попадая в органы дыхания вызывают образование злокачественных опухолей. За канцерогенность ответственны следующие факторы: размер волокна и наличие микроэлементов. Способы обработки: 1) термическая обработка при температуре до 900°С; 2) обработка хлористо-водородной кислотой; 3) обработка борной кислотой, либо оксихлоридом фосфора с термообработкой при 300°С. В некоторых случаях канцерогенность все равно восстанавливается.
Пути утилизации отходов. Вода является оборотной и в ней накапливаются щелочи, соли, токсичный Cr (VI). Способы удаления хрома: 1) реагентный (использ. 15% р-р железного купароса); 2) электрохимический (восстановление Cr (VI)→ Cr (III) (восстановительный агент – ионы Fe (II). Утилизация обрезков и совершенствование сис-мы рекуперации. Обрезки направляются обратно в ковшовую мешалку, бракованные трубы с достаточной прочностью дробятся и вводятся взамен 50% цемента при производстве экструзионных изделий, также используются в кач-ве сырья в пр-ве минеральной ваты и в составе стеновых блоков на основе керамзита. Используется спец. схема обеспечивающая периодическую очистку насоса. Для мойки машин и промывания сеток может использоваться осветленная вода из коллектора.
52.ГИДРОЛИЗ И ТВ-ИЕ КЛИНК.МИНЕРАЛОВ И ПЦ:ПРИРОДА ВЯЖ-ИХ СВ-В,МЕХАНИЗМ ГИДР-ЦИИ И ЦЕМЕНТИР-ГО ДЕЙСТВИЯ,ПР-ТЫ ГИДР-ЦИИ,КИНЕТИКА ГИДРАТАЦИИ.
Под вяжущими свойствами следует понимать проявление в процессе работы дисперсной системы – цементного теста – способности к отвердеванию, сопровождающемуся адгезией. Вяжущие свойства проявляются вяжущей системой – дисперсной системой, состоящей из порошкового компонента (цемента) и жидкости затворения. Объяснением вяж. Св-в занимались В.А. Кинд и В.Ф. Журавлев(вяжущие свойства должны быть присущи не только кальциевым аналогам силикатов и алюминатов, но и соед-ям других эл-ов второй группы периодической системы), О.П. Мчедлов-Петросян(указывает на необх-сть у гидратов сп-сти давать пересыщение, Однако гидраты в принципе склонны к пересыщению, поэтому именно с возможностью существования гидрата в системе и следует связывать проявление вяжущих свойств), Ю.М. Бутт выдвинул теорию, по которой вяжущие свойства силикатов, алюминатов и ферритов кальция зависят от того, как в структуре соединяются атомы Si и Са. Так, например, для связи Si-Si разрыв сложен.
Механизм. При взаимодействии цемента с водой наблюдается тепловыделение. Оболочка гидратов быстро уплотняется, тормозя процесс гидратации (рост кристаллогидратов – индукционный период). При достижении кристаллами определенных размеров пленка разрушается и открывает доступ воды к негидратированной поверхности – процесс ускоряется. По мере накопления новых продуктов, разрушенный участок восстанавливается и процесс вновь затормаживается и т.д.
Гидратация C3S.Взаим-вие алита с водой приводит к образованию гидросил-ов Са разл основности. Это взаим-вие всегда идет с гидролизом.Степень гидролиза зависит от т-ры, В/Ц и конц-ии в р-ре Са(ОН)2.
В зав-ти от этих условий гидратация алита :
3СаО*SiO2+H2O=2CaO*SiO2*nH2O+Ca(OH)2 или 3CaO*2SiO2*3H2O или CaO*SiO2*nH2O
Гидратация С3S протекает в 4 стадии. 1-Быстрая-образ. на пов-ти ч-ц метастабильного соед-ия 3CaO*SiO2*nH2O,кот-е образует труднопроницаемую для воды пленку. 2-Индукционный период-медленная диффузия воды сквозь оболочку и постепенное разложение метастаб-го соединения до низкоосновного гидросил-та Са.Происх. разрушение оболочки за счет роста кр-лов. 3-Хар-ся увел-ем скор-ти гидрат-ии:
(0,8-1,5)CaO*SiO2*nH2O+Ca(OH)2=2CaO*SiO2*nH2O
4-Хар-ся образ-м крупных крис-в и новой оболочки на пов-ти частиц.По этой причине в течение долгих лет гидр-я алита проис-т не полностью.Ускорить пр-с можно введением добавок (сульфаты,нитриты,хлориды щел.и щел-земельных Ме).Эти соли увел-т раств-ть C3Sи сокращ-ют инд. период.
Гидратация белита.Имеет наименьшую гидравл. и гидратац. активность в ранние сроки твердения,но в поздние прочность продуктов гидратации C2S достиг-ет и превыш-ет прочность C3S.Низкая активность C2S в ранние сроки объясняется возникновением гелеобразной труднопроницаемой оболочки на пов-ти частиц. В зав-ти от условий твердения белит может гидрат-ся с гидролизом и без.
Без гидролиза 2CaO*SiO2+nH2O=2CaO*SiO2*nH2O
Если ц-т явл-ся низкоосновным или белитовым- с гидролизом из-за уменьшения конц-ии Са(ОН)2.
2CaO*SiO2+nH2O=CaO*siO2*nH2O+Ca(OH)2
Ускорить гидр-ю белита можно с помощью хим. добавок: 1)Повышающие раств-ть белита в воде(нитриты,сульфаты) 2)Кристаллизационные,кот. способствуют более быстрой кр-ии гелеобразных прод-в новообразований.
Гидратация C3A С3А имеет наибольшую гидрат. ,но небольшую гидравл. активность.В завис-ти от т-ры С3А гидрат-ся по-разному.До 25ºС:
3CaO*AL2O3+H2O=2CaO*AL2O3*8H2O+4CaO*AL2O3*19H2O
либо с гидролизом =4CaO*AL2O3*19H2O+AL(OH)3
Прод-ты гидр-ии обр-т рыхлый слой на непрореагир. пов-ти,поэтому Н2О легко диффундирует с зерном и х/р не замедляется(степень гидр-ии к 1 суткам составляет до 80 процентов).Кристаллы прод-в гидр-ии представляют собой гексагональные пластинки.При т-ре больше 25образ-ся кубические пластинки 3CaO*AL2O3+6H2O=3CaO*AL2O3*6H2O
При пропаривании бетонов в начальный период образ-ся прод-ты по первым 2 реакциям.При т-ре больше 25 пр-ты 2 первых реакций переходят в 3CaO*AL2O3*6H2O.Явление нежелательно т.к. система приобрела достаточную жесткость и переход сопровожд-ся нарушением стр-ры с выделением физ воды.
При затворении ц-та водой происходит след-ие взаим-ия:
3CaO*AL2O3+3(CaSO4*2H2O)+26H2O=3CaO*AL2O3*3CaSo4*32H2O(эттр-т) Если С3А прогидратирован:
3CaO*AL2O3*6H2O+3(CaSO4*2H2O)+20H2O=3CaO*AL2O3* *3CaSO4*32H2O
Кристаллы эттрингита имеют форму иголок длинной 100 мкм и в поперечнике 1-2 мкм.Если он обрз-ся в ранние сроки твердения(7 суток),когда твердеющ. система не набрала определенную прочность и жесткость,кр-лы эттрингита как бы пронизывают структуру и вып-т функцию микроарматуры. Если эт-т обрз-ся в более поздние сроки рост его кр-в способствует разрушению стр-ры цем камня.Устойчивость эт-та зависит от конц-ии в р-ре ионов SO4 и Ca(OH)2.При недостточной конц-ии этих комп-в проиходит разложение эт-та:
3CaO*AL2O3*6H2O+3CaO*AL2O3*CaSO4*32H2O+H2O=3CaO*AL2O3*CaSO4*(12-18)H2O. Получаемая односульфатная форма имеет пластинчатое стрение и кр-лы меньших размеров.Такой переход происходит к 28 сут. твердения.Гидратация C4AF В большинстве случаев с гидролизом
4CaO*AL2O3*Fe2O3+H2O=4CaO*AL2O3*Fe2O3*13H2O или
3CaO*AL2O3*6H2O+CaO*AL2O3*Fe2O3*H2O C гидролизом
4CaO*AL2O3*Fe2O3+H2O=3CaO*AL2O3*6H2O+Ca(OH)2+Fe(OH)3 или 4CaO*AL2O3*29H2O+Fe(OH)3
Гидратация C4AF происходит наиболее медленнее и прочность пр-в ее гидратации явл-ся самой маленькой.Образовавшийся гидроалюмоферрит Са также м. взаим-ть с CaSO4 с образ-м соед-я аналогич. этт-ту.