Cal
La cal es uno de los primeros materiales cementantes inorgánicos utilizados por el ser humano. Por su amplia distribución de materias primas. El proceso de producción es sencillo. De bajo coste y ampliamente utilizado en ingeniería civil.
1. Materias primas y producción de cal
Para su producción se pueden utilizar todas las rocas naturales que tengan carbonato cálcico como componente principal, como calizas, cretas, calizas dolomíticas, etc. cal.
La roca natural cuyo componente principal es el carbonato cálcico se calcina a una temperatura adecuada para eliminar el dióxido de carbono descompuesto. El producto resultante con óxido de calcio (CaC) como componente principal es la cal, también conocida como cal viva. .
En la producción real, para acelerar la descomposición, la temperatura de calcinación a menudo se aumenta a 1000 ~ 1100 ℃. Debido al gran tamaño de las materias primas de piedra caliza o a la distribución desigual de la temperatura en el horno durante la calcinación, la cal a menudo contiene cal poco cocida y cal demasiado cocida. El carbonato de calcio de la cal poco cocida no se descompone por completo y carece de cohesión cuando se utiliza. La estructura de la cal quemada es densa, la superficie suele estar cubierta por una capa de material fundido y madura muy lentamente. Dado que las materias primas de producción suelen contener carbonato de magnesio (MgCO3), la cal viva también contiene el componente secundario óxido de magnesio (MgO). Según el contenido de óxido de magnesio, la cal viva se divide en cal calcárea (MgO≤5%) y cal de magnesia (MgOgt); 5%).
La cal viva se presenta en forma de grumos blancos o grises. Para facilitar su uso, los grumos de cal viva a menudo deben procesarse para obtener cal viva en polvo, cal apagada en polvo o pasta de cal. La cal viva en polvo es un polvo fino que se obtiene triturando trozos de cal viva, y su componente principal es el CaO. La cal apagada es un polvo que se obtiene apagando trozos de cal viva con una cantidad adecuada de agua, también conocida como cal hidratada, y su componente principal es; Ca(OH)2; la pasta de cal es una pasta que se obtiene apagando trozos de cal viva con más agua (aproximadamente 3-4 veces el volumen de cal viva). También llamado mortero de cal. Su componente principal es también Ca(OH)2.
2. Apagado y endurecimiento de la cal
El proceso en el que la cal viva (CaO) reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio se denomina apagado o digestión de la cal. El producto de la reacción, el hidróxido de calcio, se llama cal hidratada o cal apagada.
La cal libera mucho calor al apagarse y su volumen aumenta entre 1 y 2,5 veces. La cal que está bien calcinada y tiene un alto contenido de óxido de calcio se apaga más rápido y libera más calor y aumenta de volumen.
Dependiendo de la cantidad de agua añadida, la cal se puede apagar formando cal apagada en polvo o pasta de cal. El requerimiento teórico de agua para el apagado de la cal es del 32% del peso de la cal. En cal viva, agregue uniformemente entre un 60 % y un 80 % de agua para obtener cal apagada en polvo con partículas finas y una dispersión uniforme. Si se utiliza un exceso de agua para el apagado se obtendrá una pasta de cal de cierta consistencia. La cal generalmente contiene cal sobrecocida, y la cal sobrecocida se apaga lentamente. Si se apaga después de que la lechada de cal se haya endurecido, provocará abultamientos y grietas debido a la expansión causada por el apagado. Para eliminar los peligros de la cal demasiado cocida, la cal debe "envejecerse" durante aproximadamente 2 semanas después del apagado.
El endurecimiento de la lechada de cal incluye dos procesos simultáneos de secado, cristalización y carbonización. La lechada de cal se seca debido a la evaporación o absorción de agua y se genera presión capilar en la red de poros dentro de la lechada. Haz que las partículas de cal sean más compactas y ganen fuerza. Esta fuerza es similar a la fuerza que gana la arcilla al perder agua. Su valor no es grande y se perderá cuando encuentre agua. Al mismo tiempo, se pierde agua debido al secado. Hace que la solución de hidróxido de calcio en la suspensión se sobresature y los cristales de hidróxido de calcio cristalicen, produciendo resistencia; sin embargo, el número de cristales precipitados es pequeño y el aumento de resistencia no es grande; En el ambiente atmosférico, el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono del aire para formar carbonato de calcio en estado húmedo y libera humedad, que es la carbonización.
Los cristales de carbonato de calcio generados por la carbonización se cruzan entre sí o se combinan con hidróxido de calcio para formar una red cristalina estrechamente entrelazada, lo que mejora aún más la resistencia de la lechada de cal endurecida. Sin embargo, debido a que el contenido de dióxido de carbono en el aire es muy bajo, la capa de carbonato de calcio formada en la superficie tiene una estructura densa, lo que dificultará la penetración adicional de dióxido de carbono. Por lo tanto, el proceso de carbonización es muy lento.
3. Propiedades técnicas, requisitos de calidad y aplicaciones de la cal
(1) Propiedades técnicas de la cal
En la lechada de cal formada tras el apagado de la cal viva, partículas de cal Forma una estructura coloidal de hidróxido de calcio con partículas extremadamente finas (el tamaño de partícula es de aproximadamente 1 μm) y una gran superficie específica (hasta 10-30 m2/g). Su superficie adsorbe una película espesa de agua, que puede absorber una. gran cantidad de agua, por lo que tiene una gran capacidad para retener la humedad, es decir, tiene buena retención de agua. Mezclarlo con mortero de cemento para formar un mortero mixto puede mejorar significativamente la trabajabilidad del mortero.
La cal se endurece por cristalización seca y carbonización ya que el contenido de dióxido de carbono en el aire es bajo, y la capa dura de carbonato cálcico que se forma después de la carbonización impide que el dióxido de carbono penetre en el interior y evita que el agua se evapore hacia el exterior. , se endurece lentamente, la resistencia después del endurecimiento no es alta. La resistencia a la compresión del mortero de cal 1:3 en 28 días es de solo 0,2 ~ 0,5 MPa. En un ambiente húmedo, el agua de la cal no se evapora y el dióxido de carbono no puede penetrar, por lo que el endurecimiento se detendrá. Además, el hidróxido de calcio es fácilmente soluble en agua y la cal endurecida se disolverá y colapsará cuando se exponga al agua. Por lo tanto, la cal no debe usarse en ambientes húmedos y empapados de agua durante mucho tiempo.
Durante el proceso de endurecimiento de la cal, se evapora una gran cantidad de agua, provocando una importante contracción volumétrica y grietas propensas a la contracción. Por lo tanto, la cal no debe usarse sola; generalmente se mezcla con arena, barras de papel, cáñamo y otros materiales para reducir la contracción, aumentar la resistencia a la tracción y ahorrar cal.
La cal es altamente alcalina y puede reaccionar con sílice vítrea activada o alúmina activada a temperatura ambiente para producir productos de endurecimiento hidráulico, lo que resulta en la cementación. Por lo tanto, la cal también es una materia prima importante en la industria de materiales de construcción.
(2) Requisitos de calidad de la cal
Los componentes cementantes de la cal son el óxido de calcio y el óxido de magnesio eficaces, y su contenido es el principal indicador para evaluar la calidad de la cal. El contenido de óxido de calcio y óxido de magnesio efectivos en la cal se puede medir directamente o puede reflejarse en la cantidad total de óxido de calcio y óxido de magnesio y el contenido de dióxido de carbono. Además de los principales indicadores de óxido de calcio y óxido de magnesio efectivos, la cal viva también tiene requisitos de contenido de residuos no digeridos; la cal viva en polvo tiene requisitos de finura, el polvo de cal apagada también tiene requisitos de estabilidad de volumen, finura y contenido de agua libre;
Los estándares nacionales de la industria de materiales de construcción dividen la cal viva para la construcción, la cal viva para la construcción y la cal apagada para la construcción en tres niveles: productos de alta calidad y productos calificados según indicadores relevantes. Sin embargo, en el departamento de transporte, JTJ 034-2000 "Especificaciones técnicas para la construcción de bases de pavimento de carreteras" todavía divide la cal viva y la cal apagada en tres grados de acuerdo con la norma nacional original (GB1594-79).
(3) Aplicación de la cal
La cal es muy utilizada en ingeniería civil, y sus principales usos son los siguientes
1. Lechada de cal y mortero Se mezcla cal apagada en polvo o pasta de cal con una gran cantidad de yeso.
Se puede preparar mortero de cal o mortero mixto cemento-cal con pasta de cal o cal apagada en polvo para proyectos de albañilería o revoque.
2． Suelo estabilizado con cal: La mezcla que se obtiene mezclando cal apagada en polvo o cal viva en polvo con diversos suelos triturados u originalmente sueltos, mezclando, compactando y curando se denomina suelo estabilizado con cal. Incluye suelo de cal, suelo de grava estabilizada con cal, suelo de grava de cal, etc. El suelo estabilizado con cal tiene cierta fuerza y resistencia al agua. Se utiliza ampliamente como cimiento de edificios, como colchón del suelo y como base de pavimento de carreteras.
3. Los productos de silicato utilizan cal (cal apagada en polvo o cal viva en polvo) y materiales silíceos (arena, cenizas volantes, cenizas volcánicas, escoria, etc.) como principales materias primas. Los ladrillos y bloques se pueden fabricar después de dosificarlos, mezclarlos, darles forma y curarlos. y otros productos diversos. Debido a que el material gelificante interno es principalmente silicato de calcio hidratado, se le llama productos de silicato. Los más utilizados incluyen ladrillos de arena caliza, ladrillos de cenizas volantes, etc.