Известков в инженерии: источники, состав, производство, применение

Историческая справка

Известков как связующее известен с древности. Египтяне и римляне широко использовали его в строительстве. В Индии дворцы, мосты, храмы, крепости, памятники на известковой основе стоят веками. Сейчас цемент вытеснил известков, но при местном наличии и дефиците цемента — дешёвая и надёжная альтернатива.

Источники известкова

В свободном виде в природе не встречается. Получают обжигом:

• Известняков с каменных холмов;
• Валунов известняка из русёл старых рек;
• Канкара (подземные нодулы);
• Ракушек морских животных.

Белый мёрок — чистый известняк, канкар — примесистый.

Состав известняков и влияние на свойства

1. Глина (8–30%): даёт гидравличность, делает нерастворимым в воде. Избыток затормаживает гашение, малое — замедляет. Оптимум 8–30% для хорошего известкова.
2. Растворимая кремнезем: силикаты Ca, Mg, Al дают гидравличность. Инертны при низких t°, активны при высоких — связывают известков.
3. Карбонат магнезия (~30%): замедляет гашение и схватывание, повышает прочность, меньше тепло и расширение. При ~30% даёт гидравличность даже без глины.
4. Щёлочи и оксиды металлов (до 5%): растворимые силикаты при низких t° дают гидравличность.
5. Сульфаты (малые дозы): ускоряют схватывание, снижают гашение.
6. Железо (малые дозы): сложные силикаты при высоких t°. Избыток нежелателен.
7. Пириты: нежелательны — такие известняки отбраковывают.

Классификация известков

Традиционная (по результатам обжига)

1. Маслый (тустой, жирный) известков — high calcium, pure, rich, white: гасится бурно, объём увеличивается в 2–2,5 раза. Из чистого карбоната Ca (~95% CaO), примеси <5%. Свойства: медленно твердеет, высокая пластичность, растворим в часто меняемой воде, идеально белый, схватывается на воздухе медленно. Употребление: беление, штукатурка, растворы с песком (тонкие швы) или шламом (surkhi — порошок из обожжённых кирпичей) для толстых стен/фундаментов.
2. Гидравлический известков (водяной): схватывается под водой. Содержит глину и FeO. По содержанию глины: слабогидравлический, среднегидравлический, высокогидравлический (при ~30% глины — как натуральный цемент). Схватывается под водой и в толстых стенах без доступа воздуха. Цвет не идеально белый. Тонкая паста с водой, не растворяется. Для штукатурки — помол в порошок, перемешивание с песком, выдержка недели, повторный помол.
3. Бедный (примесистый, lean) известков: >30% глины. Медленно гасится, жидкая паста, не растворяется, очень медленно твердеет, слабые связующие свойства, грязно-белый цвет. Только для второстепенных работ или при отсутствии лучшего.

Классификация БИС (IS 712-1984) — 6 классов

Класс	Тип	Применение	Форма поставки	Мин. прочность на сжатие (Н/мм²) 14/28 дн (раствор 1:3)
A	Высокогидравлический	Конструктивные цели	Только гашеная	1,75 / 2,80
B	Полугидравлический	Растворы для кладки	Негашеная или гашеная	1,25 / 1,75
C	Маслый (жирный)	Наслоение штукатурки, беление, с пуццоланами (шлам) для гидравлических растворов	Гашеная или негашеная	—
D	Магнезийный/доломитный	Наслоение, беление	Гашеная или негашеная	—
E	Канкарный	Кладочные растворы	Только гашеная	—
F	Кремнезисто-доломитный	Подшпаклевка и наслоение штукатурки	Гашеная или негашеная	—

Применения рекомендательные. Химико-физические требования и методы испытаний — БИС 6932-1973.

Производство натурального гидравлического известкова

Три стадии: (1) добыча канкара, (2) обжиг, (3) гашение и помол.

1. Добыча канкара: нодули (на поверхности/неглубоко) и блоки (подземные пласты 50–300 мм, у рек). Нодули лучше: выдерживают жару/дождь, больше глины → выше гидравличность. Добывают кирками/ломом, очищают, дробят.
2. Обжиг канкара: до ярко-красного тепла в свищах или печах (как для жирного известкова).
3. Гашение и помол: гидравлический гасится медленно. Сначала сухой помол негашеного, потом вода. Помол: (i) вручную деревянными клещами, (ii) мельницы на бычьей/паровой тяге, (iii) спецмашины. Отличия от жирного: вода вливается постепенно; 1 ч. негашеного → 1 ч. пасты / 1,5 ч. порошка (жирный: 1,5 / 2); воды меньше; время гашения 12–48 ч (жирный 3–4 ч).

Производство искусственного гидравлического известкова

Если натуральное сырьё не подходит, жирный известков превращают в гидравлический добавлением глины. Два способа:

1. Мягкий известняк (мёрок): помол в порошок, смешение с глиной в пропорции, обжиг в печи, гашение как натурального.
2. Твёрдый известняк: обжиг → гашение → добавление глины → формовка шаров → сушка → повторный обжиг в печи → гашение. Называется «двойной печной» (twice-kilned) известков.

Меры предосторожности при работе с известковом

1. Контакт с водой: негашёный не должен соприкасаться с водой до гашения.
2. Защита рабочих: пыль раздражает — очки, респираторы; кожа — резиновые перчатки, сапоги, защитный крем (особенно на влажной коже).
3. Пожарная опасность: при гашении выделяется много тепла — меры против пожара.
4. Инструктаж: после работы — обмывание открытых участков обильным водой; работа с известковой мутью (горячей) — ежедневное смазывание кожи маслом.

Применение известкова (11 направлений)

1. Химическое сырьё: очистка воды, очистка сточных вод;
2. Флюс в металлургии;
3. Основа для бетона и растворов;
4. Огнеупор для обкладки мартеновских печей;
5. Производство стекла;
6. Кладочные растворы;
7. Штукатурка стен и потолков;
8. Искусственный камень, силикатный кирпич, пеносиликатные изделия;
9. Стабилизация грунтов, улучшение почв в сельском хозяйстве;
10. Беление, грунт для ди스템пера;
11. Смесь с портландцементом — ценные свойства, замена дорогому цементному раствору.

Практическое определение качества известняка (4 теста)

1. Физические свойства: чистый — белый; гидравлический — синевато-серый, коричневый, тёмный; вкус глинистый, земляной запах; блёстки на поверхности — свободный песок; куски — негашёный известков или необожжённый известняк.
2. Тепловой тест: сухой кусок взвешивают, обжигают в открытом огне часы, взвешивают снова. Потеря массы = CO₂ → расчёт CaCO₃.
3. Кислотный тест: ч.л. порошка в пробирке, разб. HCl, перемешивание, 24 ч стояния. Бурное выделение газа + мало осадка = чистый известняк. Слабое выделение + много осадка = примесистый/гидравлический. Гель не течёт при перевороте = класс А; течёт при наклоне = класс Б; геля нет = класс С.
4. Шаровой тест: шары ~40 мм из жёсткой пасты (вода), 6 ч покоя, в таз с водой. Медленное расширение и распад за минуты = класс С. Мало/нет расширения, множество трещин = класс Б.