Строительство и жилье        30 января 2011        108         0

Применение извести

Строители древнейших времен довольствовались для своих низких жилищ в большинстве случаев глиняным раствором. Применение извести имело место уже в эпоху неолита, но только для побелки стен. Античные и средневековые строители употребляли огромное количество извести, ибо только известковый раствор (если не считать в совершенстве обработанные и идеально прилегающие друг к другу каменные квадры перуанских и других построек) позволял их великолепным проектам расти вверх и вширь.

Производство и применение извести основано на простых химических реакциях, которые стали известны довольно рано. Подходящим сырьем являются известняки и доломиты, сложенные из карбонатов. Путем обжига они превращаются в окислы, при этом выделяется углекислый газ. Тот, кто уверен в своих школьных знаниях по химии, может спокойно преодолеть следующие абзацы.

СаСО3 + обжиг —> СаО + С02 (кальцит) CaMg(C03)2 + обжига —> СаО + MgO + 2С02.

Молекулярная масса карбоната кальция (СаСО3) равна 100, так что, например, из 100 кг чистого кальцита путем обжига можно получить 56 кг окиси кальция (СаО) и 44 кг углекислого газа. Если учесть, что для обжига применялось недостаточно чистое сырье и что весь процесс проходил далеко не совершенно, выход равнялся примерно половине массы всей шихты. В случае доломита выход был еще ниже.

Во время гашения окислы принимают воду, и в результате происходит их превращение в гидроокись с выделением тепла. Так появляется гашеная известь: СаО + Н20 Са(ОН)2 + тепло. СаО + MgO + 2Н2О —> Са(ОН)2 + Mg(OH)2 + тепло.

Раствор твердеет в результате того, что гидроокиси принимают из воздуха углекислый газ и вновь превращаются в карбонаты: Са(ОН)2 + С02-+ СаСОэ + Н20. Са(ОН)2 + Mg(OH)2 + 2С02 -> CaMg(C03)2 + 2Н20.

Самым древним и простым способом производства извести было, очевидно, выжигание в костре. Эта производственная техника сохранилась наряду с более прогрессивными способами на протяжении всего средневековья. В период античности, когда известь стала очень важным и нужным сырьем, появились печи для обжига извести. Тип печи, существовавший в Древнем Риме, стал исходным в цепи развития печей, использовавшихся вплоть до XX века.

primenenie-izvesti

Печи по обжигу извести в римских провинциях имели в целом единую схему. В плане они были овальны, грушеобразны или круглые, размером 360 х 280 см при общей высоте 3-4 м. Нижняя часть печи была сужена встроенной стенкой толщиной около 50 см, которая ограничивала топку, открывавшуюся в пространство обслуживания каналом топки четырехугольного сечения (примерно 60 х45 см, но также и 90 х 60 см). Топку от шахты отделял свод. Одна из таких римских провинциальных печей найдена была во время археологических раскопок также и на территории Чехословакии, у села Русовца возле Братиславы. В месте производства извести сосредоточено было обычно несколько печей. Как правило, они были расположены вблизи военного лагеря или поселения.

В Иверсхайме (ФРГ) археологи исследовали известко обжиговый центр с шестью печами II-III веков н. э. Печи были выдолблены в склоне горы, над ними, выше по склону, возведено здание, у которого проходила подъездная дорога. По ней к печам подвозили шихту. У самих печей построены были кирпичные ниши для обслуживания. Такие объекты относятся к очень редким находкам. В этом районе археологи открыли уже четыре известко обжиговых центра, поставлявшие известь для Рейнской области в период римского владычества. Дешевой и надежной транспортной артерией была река Эрфт. Известь отсюда, очевидно, вывозили даже на территорию современной Голландии.

Римские архитекторы Катон и Витрувий упоминают известь как важный строительный материал, но у них нет описания ни производства ее, ни технологии. Поэтому на многие вопросы пока ответить не удается. Решению их должен был способствовать эксперимент в Иверсхайме.

Печи в Иверсхайме были грушеобразной формы, длиной около 3 м. Высота печи была 4 м, нижнюю половину ее занимала топка, а верхнюю — шахта, заполнявшаяся сырьем. Эти две части отделены были друг от друга самонесущим сводом, который должен был выдерживать нагрузку 2500 кг доломита или известняка. Свод экспериментаторы построили из кусков доломита, которые тщательно укладывали на деревянную опалубку. Изготовление опалубки было трудным и долгим процессом. Но экспериментаторы установили, что после заполнения печи опалубку по частям можно было вынуть. После обжига ее опять можно было поставить под своды с находящейся на них шихтой. Таким образом печь можно было без риска разрушения свода разгрузить и вновь заполнить. Футеровку печи сделали из осадочной породы, обмазанной глиной. В центре находилось прямоугольное отверстие топки. Оно служило для зажигания огня, закладывания дров и закачивания воздуха.

Античные доломитовые каменоломни находились рядом. Здесь доломит добывали и экспериментаторы. В одну печь помещалось 2500 кг шихты. В качестве топлива античные мастера использовали дерево. В древности здесь росли в основном ива и тополь, их древесину и использовали в качестве топлива, как показал анализ. Работа известко обжигового центра была серьезным вторжением в естественную среду, так как только одна печь ежедневно поглощала 10 куб. м дров.

На своды экспериментаторы насыпали доломит, а в топке сложили дрова. Через вход топки бросили горящий факел и привели в действие печь. Внутри печи поместили на различной высоте чугунные трубы с термодатчиками, данные которых переносились на соответствующий график. Кроме того, регулярно проводились анализы выходящих газов.

Спустя час температура в печи достигла 600 °С. В первые сутки температура не превысила 800 °С, вверх уходили испарения и газы, возникающие при высыхании свежей кладки печи и обжигаемой породы. На второй день температура достигла 1050 °С. Именно такая температура необходима для обжига породы, поэтому ее нужно было поддерживать до окончания всего процесса обжига. Это обеспечивали шесть человек, по двое в трех сменах, шесть дней. В целом израсходовали 60 куб. м дров. Температура выходящих газов (углекислый газ) достигала 600 °С. Угарный газ не выделялся, так как процесс проходил без доступа воздуха. Через неделю углекислый газ уже не был обнаружен. Обжиг был, таким образом, закончен. После этого отверстие топки было заложено кусками породы и обмазано глиной, но вверху печь закрыли только глиной. В этом положении химическая реакция могла быть закончена. Весь этот процесс соответствовал данным археологии. Температура выходящих газов резко упала до 200 °С, но после полной закупорки печи вновь поднялась до 320 °С. С этого момента тепло равномерно распространялось по всему пространству печи. Через неделю температура всей шихты составляла 200 °С. Затем отверстие топки расчистили, устранили также глиняную обкладку вверху. Спустя несколько часов температура извести стала такой же, как и окружающего воздуха. Только через три недели экспериментаторы смогли отдохнуть.

Гашение полученного продукта водой показало (спустя 15 минут он превращался в горячий порошковый гидрат), что опыт был удачным. Он показал, что древнеримским мастерам обжига достаточно было для загрузки печи и охлаждения шихты 6-7 дней. За два-три дня они могли освободить печь и загрузить ее вновь. Иверсхаймский обжиговый центр мог перерабатывать при эффективном чередовании циклов обжига и загрузки ежемесячно 200 т доломита. Экспериментаторы рассчитали, что у пяти печей в сравнении с четырьмя можно в течение 30 дней повысить при эффективном рабочем ритме количество шихт с 10 до 16, а у шести — до 19. В последнем случае производительность возрастала на 90%. Если предположить, что здесь работало 10 печей, то иверсхаймский производственный центр мог ежемесячно производить 2000 т извести.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *