Глава 8 Минеральные вяжущие и материалы на их основе

1. Определение, краткие исторические сведения

Минеральные вяжущие — это тонко измельченные минеральные порошки, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая с течением вре­мени под влиянием физико-химических процессов переходит в камневидное со­стояние (рис. 111). Соответственно материалы на их основе — искусственные камни. В данном случае механические процессы обработки природного сырья (например, природного камня) в большей мере заменены химическими — более простыми, производительными и экономически выгодными.

Определенные минеральные вяжущие используют и для изготовления мине­ральных красок.

Различают две группы минеральных вяжущих: воздушные, которые после пе­ремешивания с водой способны твердеть, сохранять и повышать свою прочность

1 2

Рис. 111. Принципиальная схема получения искусственного камня на основе минераль­ного вяжущего: 1 — минеральное вяжущее, 2 — вода, 3 — пластично-вязкая масса, 4 — искусственный камень

только на воздухе (гипсовые, воздушная известь, магнезиальные), и гидравли­ческие, которые после затворения водой способны твердеть, сохраняя и повы­шая свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжу­щим относятся цементы, гидравлическая известь.

Уже в глубокой древности использовали такие воздушные вяжущие, как гипс и известь.

Пять тысяч лет тому назад в Египте гипс широко применяли для кладочных и штукатурных растворов при строительстве пирамид, например при возведении пирамиды Хеопса, или Великой пирамиды, близ Гизы. Это величественное соору­жение имеет высоту более 140 м со стороной квадратного основания 233 м. Рядом с пирамидой покоится Большой сфинкс — гигантская скульптура фараона с туло­вищем льва, закрепленная на основании при помощи гипсового раствора. Гипсо­вая штукатурка получила распространение и при строительстве домов и храмов.

Впервые известь стала использоваться сравнительно широко в Греции, преж­де всего, для штукатурных и облицовочных работ и в качестве грунта для стен­ной росписи.

Римляне, переняв у греков принципы возведения прекрасной архитектуры, развили строительное искусство и начали массовое применение извести для кла­дочных растворов. Римские архитекторы и строители оставили после себя не только памятники зодчества, но и трактаты, где говорилось о технологии изго­товления известковых растворив.

* К одному из самых значимых изобретений в Древнем Риме относится созда­ние искусственного каменного конгломерата — бетона на основе минерального вяжущего (воздушной извести). Сводами из бетона перекрывались термы, акве­дуки, мосты. Для стен и купола диаметром 43,5 м здания Пантеона в Риме (115—125 гг. н.э.) применен бетон с легкими заполнителями из пемзы и туфа.

Русские зодчие творчески осваивали опыт древних. В Киевской Руси, начи­ная с X в., известковые растворы с успехом применяли при строительстве ка­менных сооружений.

Известь приготавливали заранее и начинали с ее гашения в специальных ямах, которые устраивали на месте работ. Большое значение имело качество песка. Иног­да при реставрации кладки сводов, арок и т.д. для большей прочности применяется известковый раствор с добавкой портландцемента. Пропорция компонентов зави­сит от назначения раствора и качества извести. Известковая обмазка (по кирпич­ной кладке) представляет собой раствор чистой, жирной и хорошо выдержанной извести. Перед обмазкой необходима тщательная подготовка поверхности.

Декоративные штукатурные растворы на фасадах исторических, в т.ч. москов­ских, зданий отличались своеобразием с эстетической точки зрения (рис. 112).

Необходимо учитывать, что часто в состав отделочных и кладочных раство­ров вводились добавки, которые в свете современных представлений относятся к гидрофобно-пластифицирующим поверхностно-активным веществам (ПАВ). Древнерусские мастера практиковали введение куриных яиц, коровьего молока, ячменной мякины, отвара еловой коры и других природных веществ для улуч­шения свойств растворов. Имеющиеся исторические сведения служат подтверж­дением долговечности эффекта гидрофобизации рассматриваемых материалов. Так известково-карбонатный раствор, содержащий добавки природных органи­ческих веществ, был применен при строительстве в конце XII в. Дмитриевского собора в г. Владимире. Это сооружение на протяжении столетий находилось в тяжелых эксплуатационных условиях, особенно в XIV—XV вв., т.е. в период та­тарского ига и после него. Кровля была разрушена, в стенах были трещины, зда­ние стояло без окон. Несмотря на это раствор даже через 750 лет имел сравни­тельно большую прочность — 8 МПа. Кроме того, исследованные образцы ста­ринного известкового раствора из стен Дмитриевского собора обнаруживали признаки гидрофобности — в измельченном состоянии они плохо смачивались, а порошок плавал на поверхности воды.

Природные органические добавки, применявшиеся зодчими в старину, впос­ледствии, когда появились гидравлические минеральные вяжущие, были забы­ты. В наше время целесообразность использования гидрофобно-пластифициру- ющих добавок (ПАВ) для строительных растворов при реставрации не вызыва­ет сомнений. Выбор соответствующих добавок, в основном попутных продуктов и отходов химической и нефтехимической промышленности, может осущест­вляться, например, на основе результатов научных исследований.

Изобретение гидравлического вяжущего — цемента, близкого по своим харак­теристикам к современному, — принадлежит русскому строителю Е.Г. Челиеву. После войны 1812 г. встал вопрос о строительстве в Москве каменных зданий вза­мен многочисленных деревянных строений, уничтоженных пожаром. Соответ-

|Ц "?

Рис. 112 Декоративные растворы на фрагментах фасадов исторических московских зда­ний (1, 2, 3 — Яузская больница, XVIII в; 4 — Дом Трубецких на Покровке, XVIII в.). Фото — О.И. Пруцына

ственно потребовалось значительное количество вяжущих высокого качества. Не­сколько лет спустя в Англии был получен патент на изготовление гидравлическо­го вяжущего — портландцемента, разновидности которого можно отнести к основ­ным при изготовлении современных искусственных каменных материалов. Среди последних один из самых широко применяемых — бетон. Его массовое использо­вание при строительстве зданий и сооружений различного функционального на­значения обусловлено трудами русских ученых в конце XIX в. К этому времени относится и начало применения армированного бетона (рис. 113)*

Рис. 113. Пешеходный мост из железобетона на ^Нижегородской ярмарке (1896)