Воздушные вяжущие вещества

Магнезнальный цемент – хлорид гидроксомагния MgOHCl. Технический продукт получается замешиванием оксида магния с концентрированным раствором хлорида магния. Смесь, затвердевая, превращается в плотную, белую, легко полирующуюся массу.

Затвердевание можно объяснить образованием основной соли:

MgO + MgCl₂ + H₂O → 2MgOHCl

и последующей её полимеризацией в цепи типа …Mg – O – Mg – O – Mg…. содержащие на концах атомы или гидроксогруппы.

Магнезиальный цемент в качестве вяжущего материала применяется при изготовлении мельничных жерновов, точильных камней, различных плит, смесь его с древесными опилками под названием ксилолит, используется для покрытия пола.

Строительный или полуводный гипс CaSO₄ • 0,5 H₂O – воздушное вяжущее вещество, быстро твердеющее на воздухе. Получают строительный гипс из природного двуводного гипса CaSO₄ • 2H₂O путем его нагревания до температуры 150 – 170^оС. При этом происходит частичная дегидратация природного гипса:

CaSO₄ • 2H₂O → CaSO₄ • 0,5H₂O + 1,5H₂O.

Полученный полуводный гипс, измельченный до порошкообразного состояния, при затворении водой образует пластическое, быстротвердеющее тесто. В основе его твердения лежит процесс гидратации:

CaSO₄ • 0,5H₂O + 1,5H₂O → CaSO₄ • 2H₂O.

Строительный гипс быстро схватывается (несколько минут), белого цвета, хорошо заполняет формы вследствие некоторого увеличения объёма во время твердения. К недостаткам следует отнести низкую водостойкость и плохую морозоустойчивость влажных гипсовых изделий. Для замедления схватывания полуводного гипса применяют раствор гашеной извести Ca(OH)₂ и органические клеи. Некоторые вещества еще более увеличивают скорость схватывания гипса, например сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, а также ряд других сернокислых и хлористых солей.

Воздушная известь – простейшее вяжущее вещество, состоящее главным образом из оксида кальция СаО. Получают известь обжигом природных материалов, содержащих карбонат кальция: известняка, мела, известкового туфа и др. Обжиг ведут при температуре 800 – 1200^оС. При этом происходит термическое разложение карбоната кальция и получается негашеная известь:

СаСО₃ → СаО + СО₂.

Реакция взаимодействия СаО с водой называется гашением извести:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

При этом выделяется большое количество тепла.

Смесь известкового теста с песком называется известковым раствором; её применяют для строительных работ. Твердение извести происходит медленно, обусловливается, в основном, кристаллизацией гидроксида кальция. Находящийся на поверхности Са(ОН)₂ поглощает из воздуха углекислый газ, при этом происходит медленное образование карбоната кальция СаСО₃, называемое реакцией карбонизации:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Образующийся СаСО₃ нерастворим в воде и выделяется вместе с Са(ОН)₂ сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии. За счет кристаллизации Са(ОН)₂ и СаСО₃ идет нарастание механической прочности известкового теста и превращение его в камневидное тело.

Гидравлические вяжущие вещества.

Портландцемент – медленнотвердеющее гидравлическое вяжущее, сохраняющее свою прочность как на воздухе, так и в воде. Портландцемент – важнейший современный вяжущий строительный материал, который применяют для изготовления бетона и железобетона. Получают портландцемент высокотемпературным (1500^оС) обжигом природных мерилей или готовят искусственную смесь из 75% известняка СаСО₃ и 25% глины, в состав которой входит каолин Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O.

Клинкер портландцемента состоит из следующих минералов: 3CaO • SiO₂ – трехкальциевый силикат 37-60%, 2CaO • SiO₂ – двухкальциевый силикат 15-37%, 3CaO • Al₂O₃ – трехкальциевый алюминат 7-16%, 4CaO • Al₂O₃ • Fe₂O₃ – четырехкальциевый алюмоферрит 10-18%. Цементный клинкер размалывается в тонкий серый порошок, называемый цементом.

Процессы схватывания и твердения силикатного цемента происходят в три стадии:

При затворении цемента водой происходит частичный гидролиз и гидратация составных его частей. Основное соединение цемента – трехкальциевый силикат подвергается гидролизу и гидратации:

3CaO • SiO₂ + (n + 1)H₂O = 2CaO • SiO₂ + Ca(OH)₂ • nH₂O.

Двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат не гидролизуются, а подвергаются гидратации. Например:

2CaO • SiO₂ + nH₂O = 2CaO • SiO₂ • nH₂O.

Образующиеся в результате гидролиза и гидратации продукты плохо растворимы в воде и выделяются в коллоидном состоянии в виде нестойких гелей. Гель склеивает частицы цемента и песка. Цементное тесто густеет, уплотняется, теряет пластичность, происходит схватывание.

В дальнейшем эти продукты переходят в более устойчивое кристаллическое состояние. Кристаллы, срастаясь друг с другом, образуют крупные агрегаты, цементное тесто твердеет, превращаясь в камневидное тело. Если процесс твердения цемента происходит на воздухе, то с поверхности происходит также карбонизация извести:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.