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.