18. Химический анализ строительных материалов

18.1. Научно-технический прогресс преображает нашу жизнь и окружающий мир и во всем этом решающую роль играет создание и использование новых строительных материалов, изготовляемых на основе вяжущих веществ.

Вяжущими материалами называют вещества минерального и органического происхождения, применяемые для изготовления бетона и растворов, соединения строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Сырьем для производства вяжущих материалов является природные минералы – известняк, доломит, гипс, глинистые соединения, кварцевый песо, мергели и т. п. материалы

Абсолютно преобладающим в количественном отношении вяжущим материалом, используемым в современном строительстве, является портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, в химическом составе которого преобладают силикаты кальция. Поэтому сырьевыми материалами для его производства являются кальцийсодержащие горные породы (известняк, мел, мрамор, известковый мергель) и кремнеземсодержащие породы (глина, глинистый сланец, глинистый мергель, опока, трепел и др.). Кроме силикатов кальция в портландцементном клинкере присутствуют в определенном количестве алюминаты и алюмоферриты кальция (до 25 %) для образования которых необходимо введение в сырьевую смесь кроме глинистых материалов еще и железосодержащих веществ (различные отходы металлургической и химической промышленности).

Строительная известь широко используется для выпуска готовых изделий гидротермального (автоклавного) твердения _ силикатного кирпича, силикатобетонных блоков, а также смешанных вяжущих.

Строительной известью называют воздушное вяжущее вещество, химически состоящее в основном из оксида кальция - СаО. Ее получают обжигом при температурах 1100-12000 С карбонатных пород (известняк, мел, доломит), состоящих преимущественно из карбоната кальция с примесями карбоната магния, глинистых и песчанистых веществ.

Разложение карбоната кальция (декарбонизация) идет по реакции:CaCO3 ⎯⎯→ CaO + CO2 с теоретическими затратами тепла 1780 кдж на 1 кг CaCO3 или 3178 кдж на 1 кг CaO.

Продукты обжига при недостаточной температуре процесса кроме CaO и MgO могут содержать неразложившийся CaCO3 и всегда в них присутствуют обожженные глинистые и песчанистые примеси. При чрезвычайно высоких температурах обжига может образоваться так называемая мертвообоженная известь, а также CaO, оплавленная золой топлива, характеризующаяся медленным взаимодействием с водой в процессе твердения известковых вяжущих.

Строительную воздушную известь в зависимости от содержания в ней MgO делят на кальциевую - (MgO не более 5 %), магнезиальную - (MgO 5-20%) и доломитовую (MgO 20-40 %).

Качество извести, как вяжущего вещества зависит, прежде всего от содержания активных CaO и MgO, методы определения которых излагаются ниже.

18.2.Задания для контрольной работы.

341.Какие три основных стадии включает технология производства цемента? Написать уравнения реакций.

342.Какими свойствами обладает железобетон, как основной конструкционный материал современного строительства. Какое свойство железобетона используют для изготовления тонкостенных куполов большого диаметра.

343.Написать формулы химических соединений характеризующих минералогический состав портландцемента. Написать химические реакции лежащие в основе схватывания цемента.

344.Что является основным сырьем промышленного производства строительных материалов. Дать характеристику и привести химические формулы соединений.

345. Основным компонентом глиноземистого цемента является алюмосиликат кальция. Написать формулу и дать характеристику этого соединения.

346.В чем отличие вяжущих воздушного и гидравлического твердения, каковы области их применения? Подтвердить формулами и уравнениями реакций.

347.Привести виды известковых вяжущих. Какие химические процессы лежат в основе приготовления строительных растворов.

348.Какова роль примесей карбоната магния в известняке при получении качественной строительной извести? Подтвердить химическими формулами и уравнениями.

349.Опишите химические процессы, определяющие затвердевание известковых вяжущих веществ.

350.Какой химический состав имеет природный и строительный гипс и в чем состоят процессы их взаимного перехода?

351.Дайте характеристику химического состава стекла и выразите процесс получения химическими уравнениями.

352.Для получения цветного стекла в исходную шихту вводят добавки. Написать формулы, и указать в какой цвет они окрашивают стекло.

353. Что является основной причиной коррозии бетонных изделий? Поясните сущность углекислотной, магнезиальной, сульфатной коррозии бетона.

354. Что представляют собой шлакопортландцемент и глиноземистый портландцемент, и каковы области их применения.

355. Объяснить, почему гидроксид натрия нельзя хранить в стеклянной посуде и с каким компонентом стекла, он взаимодействует. Подтвердить химическими формулами и уравнениями.

356. Что называют растворимым стеклом, какие компоненты его образуют и где применяется в строительстве?

357. Приведите химический состав природных силикатов и алюмосиликатов и укажите их применения в строительстве.

358. Какими свойствами обладают фототропные стекла, и что происходит с коллоидной взвесью хлоридом серебра и бромидом серебра на свету и в темноте? Написать уравнения реакций.

359. Какие коллоидные новообразования присутствуют в цементном тесте? В чем проявляется их роль в затвердевании вяжущей смеси?

360. Применение полимеров в производстве цементов. Перспективы развития технологии получения вяжущих материалов, какие факторы лежат в его основе?

ПРИЛОЖЕНИЯ.

Таблица растворимости.

Катионы	Анионы
	OH-	F-	Cl-	Br-	I-	S2-	NO3-	CO32-	SiO32-	SO42-	PO43-
H+	Р	Р	Р	Р	Р	М	Р	-	Н	Р	Р
Na+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
K+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
NH4+	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
Mg2+	Н	РК	Р	Р	Р	М	Р	Н	РК	Р	РК
Ca2+	М	НК	Р	Р	Р	М	Р	Н	РК	М	РК
Sr2+	М	НК	Р	Р	Р	Р	Р	Н	РК	РК	РК
Ba2+	Р	РК	Р	Р	Р	Р	Р	Н	РК	НК	РК
Sn2+	Н	Р	Р	Р	М	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Pb2+	Н	Н	М	М	М	РК	Р	Н	Н	Н	Н
Al3+	Н	М	Р	Р	Р	Г	Р	Г	НК	Р	РК
Cr3+	Н	Р	Р	Р	Р	Г	Р	Г	Н	Р	РК
Mn2+	Н	Р	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Fe2+	Н	М	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Fe3+	Н	Р	Р	Р	-	-	Р	Г	Н	Р	РК
Co2+	Н	М	Р	Р	Р	Н	Р	Н	Н	Р	Н
Ni2+	Н	М	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Cu2+	Н	М	Р	Р	-	Н	Р	Г	Н	Р	Н
Zn2+	Н	М	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Cd2+	Н	Р	Р	Р	Р	РК	Р	Н	Н	Р	Н
Hg2+	Н	Р	Р	М	НК	НК	Р	Н	Н	Р	Н
Hg22+	Н	Р	НК	НК	НК	РК	Р	Н	Н	М	Н
Ag+	Н	Р	НК	НК	НК	НК	Р	Н	Н	М	Н

Условные обозначения:

Р	вещество хорошо растворимо в воде
М -			малорастворимо
Н -		практически нерастворимо в воде, но легко растворяется в слабых или разбавленных кислотах
РК-		нерастворимо в воде и растворяется только в сильных неорганических кислотах
НК		- нерастворимо ни в воде, ни в кислотах
Г		- полностью гидролизуется при растворении и не существует в контакте с водой