Лекция № 6.

Неорганические вяжущие строительные материалы

Неорганические вяжущие строительные материалы.

Основные вопросы.

Классификация неорганических вяжущих материалов.

Основы твердения вяжущих материалов. Коррозия цементного камня и бетона

Неорганическими вяжущими материалами называются системы, состоящие из одного или нескольких неорганических веществ, превращающихся в реакциях с водой в камневидные тела.

Признаки неорганических вяжущих материалов:

1) Гидрофильность (хорошая смачиваемость водой);

2) способность образовывать вяжущее тесто;

3) Пластичность вяжущего теста (способность к деформации)

4) способность переходить в твердое состояние без постороннего воздействия.

Классификация неорганических вяжущих материалов:

1. По отношению к воде:

Неорганические вяжущие материалы воздушные гидравлические в реакциях с водой превращаются в камень, способны сохранять прочность только на воздухе в реакциях с водой превращаются в камневидные тела. Прочность камневидных тел сохраняется на воздухе, в воде и под водой (воздушная известь, строительный гипс, магнезиальный цемент, портландцемент, глиноземистый цемент)

Классификация неорганических вяжущих материалов:

2. По скорости твердения неорганические вяжущие материалы быстротвердеющие медленнотвердеющие, например, гипс (время его твердения составляет несколько десятков минут) например, портландцемент (время его твердения составляет несколько дней).

Физико-химические свойства неорганических вяжущих веществ:

Неорганические вяжущие должны обладать высокой степенью дисперсности (быть хорошо измельчены). Чем выше степень дисперсности вяжущего, тем больше общая площадь поверхности частиц.Поверхностные молекулы, обладая повышенной энергией, активно взаимодействуют с водой, поэтому материал быстрее набирает прочность. Для того чтобы облегчить процесс измельчения вяжущего, используют специальные поверхностно-активные добавки - диспергаторы.

Диспергаторы. На цементных заводах для интенсификации помола применяют мылонафт, асидол, кубовые остатки синтетических жирных кислот. Добавки вводят в мельницы в количестве 0,05 - 0,3 % от веса измельчаемого материала. Такие вещества адсорбируются на поверхности раздела, в результате ослабевают связи между молекулами твердого вещества, оно легче измельчается. Диспергаторы предотвращают повторное слипание мелких частиц друг с другом и налипание частиц на стенки мельниц и поверхности шаров в шаровых мельницах.

Неорганические вяжущие должны быть пластичными, т.е. способными изменять свою форму под действием усилия и сохранять её после снятия нагрузки. Чем выше пластичность вяжущего, тем более плотным, а значит прочным, водо-, коррозионно- и морозостойким будет затвердевший материал. Для повышения пластичности используют специальные пластифицирующие добавки:

- воздухововлекающие,

- гидрофилизующие

- гидрофобизующие.

Пластифицирующие добавки: воздухововлекающие, гидрофилизующие, гидрофобизующие, при перемешивании смеси вяжущего создают пену, вовлекая воздух в смесь. Вовлеченный воздух увеличивает объем вяжущего теста, снижает внутреннее трение смеси и ее структурную вязкость, повышает пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси улучшают смачивание частиц вяжущего водой. Например, лигносульфонаты. Молекулы лигносульфонатов адсорбируются на поверхности частиц вяжущего, при этом нарушается строгая ориентация молекул воды в тонких пленках и облегчается их взаимодействие со «свободной» водой. Это облегчает перемещение частиц вяжущего относительно друг друга и повышает пластичность смеси. Облегчают перемещение частиц вяжущего не только друг относительно друга, но и относительно частиц заполнителя, поэтому они эффективны для смесей с низким содержанием вяжущего и большой долей заполнителя. Эти добавки не только увеличивают пластичность смеси, они снижают количество воды, необходимое для приготовления цементного теста, а также несколько замедляют время схватывания. Например, мылонафт, асидол, натриевые мыла смоляных кислот

Химические процессы при получении вяжущих веществ:

Реакции разложения твердых веществ с удалением летучих продуктов. Это реакции дегидратации и декарбонизации. Например: получение извести, глиноземистого цемента.

2. Гетерогенные реакции твердого вещества с жидкой фазой (расплавом). Например: реакции образования силикатов и алюминатов, протекающие при производстве щелочносиликатных вяжущих веществ.

3. Гетерогенные реакции между частицами твердых веществ в отсутствие жидкой фазы. Например: реакции образования силикатов, алюминатов и ферритов кальция, протекающих при производстве портландцемента.

Основы твердения неорганических вяжущих материалов:

Основные стадии твердения вяжущих материалов, по теории А. Байкова твердение вяжущих веществ идет в три стадии:

1) Стадия затворения (насыщения) соответствует замешиванию порошкообразного вяжущего с водой. Здесь идут процессы растворения вяжущего и образование насыщенного раствора, процессы гидролиза и гидратации. Для затворения берут ограниченное количество воды, необходимое для образования пластичной массы. Прочности пока нет.

2) Стадия схватывания (коллоидации) соответствует потере пластичности тестом, характеризуется выделением малорастворимых веществ из насыщенных растворов в коллоидном состоянии в виде гелей. Конец схватывания характеризуется полной потерей эластичности. Нарастает прочность, т.к. между веществами образуются кристаллические сростки.

3) Стадия твердения (кристаллизации) соответствует нарастанию механической прочности и образованию камневидного тела, что происходит за счет кристаллизации коллоидных частиц из очень мелких в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой, образуя твердый материал.

Воздушные вяжущие.

Воздушные вяжущие известковые вяжущие вещества гипсовые вяжущие вещества.

Магнезиальные вяжущие.

Щелочносиликатные вяжущие (жидкое стекло), негашеная молотая, гашеная известь, известковое тесто, строительный, формовочный, высокопрочный гипс, эстрих-гипс, каустический магнезит, каустический доломит.

Известковые вяжущие.

Воздушную известь получают из известняка, доломита путем проведения реакции декарбонизации при температуре 900-1200ºС. Негашеную известь гасят водой, получается рыхлый сухой порошок, называемый пушонкой, который легко растворяется в воде. Реакция гашения воздушной извести:

При замешивании пушонки с водой получается:

Известковое тесто, смешанное с песком представляет собой известковый раствор. Известковый раствор на воздухе постепенно твердеет за счет:

а) высыхания раствора и кристаллизации гидроксида кальция;

б) карбонизации (под действием углекислого газа воздуха).

Таким образом, твердение извести называется реакцией карбонизации:

В этом случае гидроксид кальция медленно кристаллизуется в карбонат кальция.

Гипсовые вяжущие.

Гипс относится к быстротвердеющим воздушным вяжущим.

Гипс природный, строительный, двуводный, полуводный гипс получают дегидратацией природного гипса при температуре до 180ºС:

Гипс быстро схватывается (в течение нескольких минут), а также увеличивается в объеме во время твердения, быстро заполняя формы. Для замедления схватывания применяют раствор гидроксида кальция и органические клеи. Недостатками гипса являются низкие показатели водостойкости и морозоустойчивости.

Эстрих-гипс (высокообжиговый гипс) получают при температуре 800-1000°С из природного гипса. В этом случае протекает реакция полного обезвоживания дигидрата и частично реакция десульфуризации. Существует способ получения эстрих-гипса путем обжига природного гипса. В этом случае с целью ускорения процесса реакцию проводят с углем или коксом. Эстрих-гипс состоит в основном из β-CaSO₄ с добавкой CaO и близок по составу к ангидритовому цементу. Он схватывается и твердеет довольно медленно с образованием прочного каменного монолита. От других вяжущих он отличается повышенной водостойкостью (поэтому его еще называют гидравлическим гипсом) и морозостойкостью. Эстрих-гипс применяют для изготовления полов с пониженной тепло- и звукопроводностью, облицовочных плиток и т. п.