Раздел 1 Минеральные вяжущие вещества

БИЛЕТ №1.1. Вяжущие вещества – это материалы, которые на определенной стадии переработки обладают вязко-пластичными свойствами, при этом способны связывать рыхлые сыпучие массы (минеральные порошки, песок, щебень, гравий) и постепенно переходить в камневидное состояние.

Роль вяжущих в создание тонких прослоек между частицами, образуя непрерывную матрицу в объеме материала.

Вяжущие:

-минеральные (строительный гипс, известь, портландцемент (ПЦ) и др.)

-органические (битум, деготь, полимеры)

Неорганические вяжущие - это минеральные порошки, которые при смешивание с водой или водными растворами солей образую пластичное тесто, способное со временем отвердевать, превращаясь в камнеподобное тело.

Классификация минеральных вяжущих

По условиям твердения:

-Вяжущие воздушного твердения - способные твердеть и сохранять прочность только в воздушно-сухих условиях (гипсовые вяжущие, воздушная известь, жидкое стекло, каустический магнезит и доломит)

-Вяжущие гидравлического твердения - способны после начального твердения в воздушно-влажных условиях твердеть набирать прочность и сохраняться не только на воздухе но и в воде (гидравлическая известь, цементы на основе ПЦ клинкера, цементы на основе глиноземистого клинкера)

-Вяжущие автоклавного твердения - способны эффективно твердеть только при повышении давления и температуре в среде водяного пара Р=0,8-1,2 МПа, t=175-210ºС (известково-кремнеземистые вяжущие)

БИЛЕТ №1.2.Особенности неорганических вяжущих

Они являются продуктом обжига минерального сырья с последующим помолом в тонкий порошок

Мин. Сырье -> обжиг -> помол = минеральное вяжущее

При обжиге меняется химический и фазовый состав сырья и образуется новые минералы, способные к химическому взаимодействию с водой:

Обжиг известняка t=1000-1200ºC

Обжиг гипсового камня

Все продукты обжига способны взаимодействовать с водой.

Помол обожженного сырья – многократно увеличивает поверхность материала и взаимодействие с водой

Количество воды в смеси (водовяжущее отношение В/В) определяет реалогические свойства вяжущего теста, растворной и бетонной смеси (подвижность, жесткость, вязкость и т.д.).

С течением времени тесто загустевает, схватывается, но прочность еще низкая.

Химические процессы приводят к образованию новых фаз, содержащих химически-связанную воду. Поэтому процесс твердения минеральных вяжущих называется гидратным твердением, а возникающие новообразования называются гидратными.

Мин. Вяжущее +H₂O =гидратные новообразования

Обычно чем выше растворимость минеральных вяжущих в воде, тем выше скорость химической реакции.

Растворимость гидратных новообразований обычно меньше чем исходных веществ, поэтому они выделяются из жидкой фазы в виде частиц коллоидных растворов.

По мере увеличения количества частиц новообразований тесто вяжущего постепенно загустевает и переходит в камневидное состояние, т.е. схватывается.

С течением времени частицы новообразований укрупняются и кристаллизуются. Кристаллы растут образуя кристаллические сростки.

Пространство между кристаллами заполняется вновь образующимися новыми частицами. Так постепенно уплотняется структура и растет прочность искусственного камня.

Способность мин. вяжущих «склеивать» зерна заполнителей и порошков связана на стадии вязкопластичного состояния с действием сил поверхностного натяжения на границе раздела: твердое тело, жидкость и газ.

По мере твердения вяжущего адгезия связана со способность гидратных новообразований сцепляться с поверхностью заполнителей

Чем выше химическое сродство новообразований и поверхности заполнителей, тем выше прочность сцепления меду ними.

Поэтому прочность сцепления мин. вяжущих с минеральными наполнителями и заполнителями выше чем с органическими.

Итак особенности мин. вяжущих зависят от их состава, а вяжущие свойства связаны химическими и физико-химическими процессами взаимодействия с водой.

БИЛЕТ №1.3. Воздушные вяжущие вещества

1. Гипсовые вяжущие:

А) Низкообжиговые:

-строительный гипс

В возрасте 2 часа определяют марку, при этом оценивают В/Г нормальное 0,55-0,75

R_сж =2-25 МПа

R_изг =1,2-8 МПа

-высокопрочный гипс:

Получают из чистого гипсового камня, при герметически закрытых сосудах р=0,2-0,3 МПа. При этом образуются крупные кристаллы:

α -

В/Г нормальное=0,4-0,45

R_сж =40-50 МПа

Твердение заключается в том, что взаимодействие с водой:

Применение:

Для получения штукатурных растворов, архитектурных деталей, СГШ (сухая гипсовая штукатурка), перегородочные плиты.

Б) Высокообжиговые

-ангидритовый цемент

Самостоятельно твердеет очень медленно, в качестве активизатора твердения добавляют 3-5% извести

-высокообжиговый гипс(эстрих гипс)

Реакция та же, только t=900-1000ºС, при этом часть разлагается

Твердеет вяжущее без введения активизатора

Твердение

Вяжущее медленно схватываются и медленно твердеют. Марки определяются через 28 суток из смеси 1:3 с песком.

Марки М100, 150, 200 [КгС/см²]

Применение:

Для получения низкомарочных бетонных, кладочных и штукатурных растворов, искутсвенного мрамора

2. Воздушная известь

Это продукт, получаемый обжигом недоспекаемых карбонатных пород, содержащих не более 6% глинистых примесей.

Карбонатные породы обычно содержат:

CaO - комовая негашеная известь

В результате реакции уменьшение массы на 44%. П объему уменьшение на 10-14%.

Полученный продукт пористый

Перевод СаО в рабочее состояние:

А) Гашение извести:

На реакцию расход воды 32%, но из-за пара расход воды фактически больше

Б) Помол:

Молотая негашеная известь СаО

Преимущества:

-Нет отходов гашения

-Тепло от гашения не пропадает, и идет на испарение влаги из раствора

-Твердение происходит быстрее, чем гашеной извести

Недостатки:

-Необходимо хранить в закрытой таре

-Пыление при помоле

Твердение :

-Процессы физические: кристаллизация из насыщенного раствора – процесс медленный

-Химические процессы: – идет в начале на поверхности, а затем вглубь

Твердение :

, затем по указанной схеме

Свойства воздушной извести:

По госту известь делят на 3 сорта в зависимости от содержания активных и

Схватывание медленное:

-для - 5-7 суток

-для - 15-60 минут

Прочность в 28 суточном возрасте:

Растворы на R_сж =0,5-1,5 МПа

Растворы на R_сж=до 5 МПа

Применение:

1. Для штукатурных и кладочных растворов, часто в сочетании с ПЦ

2. Для изготовления силикатных изделий

3. Для получения смешанных вяжущих

4. Для известковых красочных составов

БИЛЕТ №1.3. Гидравлические вяжущие вещества

Цементы на основе ПЦ клинкера.

Вяжущие воздушного твердения получают при обжиге одного вида сырья, происходит термическое разложение с образованием простых соединений.

Отличительной особенностью клинкерных цементов:

1. Клинкер получают обжигом искусственной смеси, состоящей из нескольких компонентов

2. В процессе обжига происходит не только термическое разложение исходного сырья, но и химическое взаимодействие между продуктами разложения (оксидами) с образованием нескольких новых минералов сложного состава. Поэтому для получения клинкера требуется более высокие температуры, чем для получения воздушных вяжущих

3. В процессе обжига смесь частично расплавляется и получается продукт в виде плотных спекшихся гранул, называемых клинкером

ПЦ – это гидравлическое вяжущее вещество, полученное обжигом до спекания сырьевой смеси состоящей из известняка и глинистой породы при температуре 1450-1500ºС с последующим помолом в тонкий порошок

ПЦ клинкер – это продукт обжига

Сырьевая смесь для получения ПЦ:

Состоит из CaCO₃ – 75-78% и каменистая порода (глина, глинистый сланец)

1. Al₂O₃m·SiO₂·nH₂O

2. CaO 64-67%

3. MgO <5%

4. Al₂O₃ 4-8%

5. SiO₂ 21-25%

6. Fe₂O₃ 2-4%

Добавки 1-2% →тонкий помол (в сухом или мокром виде)→обжиг до спекания t=1450ºC→ПЦ клинкер

ВОПРОС №1.5. Обжиг портландцементного клинкера.

При обжиге происходит химические реакции в результате которых образуется клинкерные минералы

3CaO·SiO₂ C₃S – алит 40-65%

2CaO·SiO₂ C₂S – белит 15-40%

3CaO·Al₂O₃ C₃A – 3-15%

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ C₄AF – 10-20%

Чтобы из ПЦ клинкера получить цемент необходимо его тонко помолоть с добавкой природного гипса, иногда с другими добавками в результате этого получим ПЦ

ПЦ клинкер + гипс + добавки→помол=ПЦ

Гипс добавляют для регулирования сроков схватывания. Без него молотый клинкер схватится очень быстро. Содержание гипса в расчете на SO₃ не менее одного и неболее 4% от массы цемента. В расчете на гипс 5-7%. В зависимости от вида и количества добавок может изменяться название цемента на основе ПЦ клинкера.

ВОПРОС №1.6. Твердение портландцемента.

Эттрингит – это превая реакция которая протекает при затворении цемента водой.

Эттрингит кристаллизуется на поверхности C₃A и затрудняет взаимодействие его с водой, этим объясняется регулирование сроков схватывания за счет добавки гипса

4-х кальцевый аллюмофирит взаимодействует с водой:

Количество химически связанной воды при полной гидратации всех клинкерных минералов составляет 25% от массы цемента.

Однако, фактически к 1 году твердения количество химических связей воды составляет 12-14%. Это говорит о неполноте гидратации клинкерных минералов при твердении цемента.

Новообразования цементного камня различаются по составу, строению и крупности. Кроме этого в цементном камне в виде крупных зерен остаются остатки клинкерных минералов.

Еще одним элемент структуры цементного камня являются поры. Самые мелкие между частицами гидросиликатов Ca. Более крупные усадочные поры.

Клинкерные поры – самые крупные, образуются при испарении свободной воды.