Лекция 11 Минеральные вяжущие вещества
Минеральными (неорганическими) вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зерна песка, щебня.
Вяжущие вещества делятся на 2 группы: минеральные и органические. Минеральные вяжущие делятся на 2 основные группы:
- Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. К этой группе относятся гипсовые вяжущие, жидкое стекло, магнезиальные и известковые вяжущие.
- Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают её) не только на воздухе, но и в воде. Выделяют три группы гидравлических вяжущих: силикатные цементы, глиноземистые цементы, гидравлическая известь.
В отдельную группу входят вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные в процессе автоклавной обработки затвердевать с образованием прочного камня. Это известково-зольные, известково-кремнеземистые, известково-шлаковые вяжущие.
Воздушные вяжущие
Гипсовые вяжущие вещества - это воздушные вяжущие, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрита. Сырьем для производства служит горная порода гипс (двуводный гипс).
CaSO4 2H2O = CaSO40,5 H2O + 1,5 H2O
При тепловой обработке природный гипс постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.
Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является их низкие сроки схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ.
Преимущества гипсовых изделий:
невысокая плотность,
несгораемость,
хорошая звукоизоляция.
Недостатки:
значительное понижение прочности при увлажнении,
высокая ползучесть изделий под действием нагрузок.
Гипсовые вяжущие вещества используются при производстве гипсовых перегородочных панелей, сухой штукатурки, гипсолитных деталей, вентиляционных коробов, огнезащитных и звукопоглощающих изделий. Широкое использование всех этих изделий обусловливается относительной влажностью воздуха - не более 60%, так как увлажнение гипсового изделия всегда связано с понижением прочности и ростом необратимых пластических деформаций (ползучести).
Гипсокартон —отделочный строительный материал, представляющий собой лист, состоящий из двух слоёв строительной бумаги (картона) и сердечника из слоя затвердевшего гипсового теста с наполнителями. Гипсокартон предназначается для отделки и устройства ненесущих стен и перегородок, подвесных потолков, в зданиях с сухим и нормальным влажностным режимом, огнезащиты конструкций, а также для изготовления декоративных и звукопоглощающих изделий. Стандартная ширина листа - 120 см.
Гипсокартонные листы приклеивают к облицовочным поверхностям гипсовыми мастиками, либо крепят на обрешётку (деревянный или металлический оцинкованный каркас) шурупами через каждые 15-20 см.
Различают обычный гипсокартон (ГКЛ) и влагостойкий гипсокартон (ГКЛВ), а также пожаростойкие соответственно ГКЛО и ГКЛВО. Влагостойкий гипсокартон предназначен для работ во влажных помещениях (например, в ванных комнатах).
Плиты гипсовые для перегородок (гипсоблоки). Изготавливаются из гипса с минеральным заполнителем в виде прямоугольного параллелепипеда с пазом и гребнем 600*500*80÷100 мм. Лицевые поверхности ровные и гладкие не требуют выравнивания. Применяются для монтажа ненесущих перегородок. Предел прочности на сжатие - 50 кгс/см2, при изгибе – 20 кгс/см2. Плотность - 1100-1300 кг/м3.
Гипсоволокнистый лист (ГВЛ) представляет собой листовой отделочный материал, подобный гипсокартону. Он изготавливается из строительного гипса, армированного распущенной целлюлозной макулатурой и различными технологическими добавками. В отличие от ГКЛ гипсоволокнистые листы являются однородным материалом, не имеющим картонного покрытия. Плотность ГВЛ значительно выше, чем у ГКЛ, и составляет 1250 кг/м3, при этом значительно выше и прочностные характеристики.
ГВЛ предназначен для внутренней отделки помещений и используется как материал с более высокой твёрдостью. За счёт более высокой пожаробезопасности, чем у ГКЛ, гипсоволокнистые листы рекомендуются для облицовки мансардных помещений.
Воздушная известь – продукт умеренного обжига кальциевомагниевых карбонатных пород: мела, известняка, доломита.
Обжигают известняк в шахтных печах при Т=900-12000 С до возможно более полного удаления СО2. При этом происходит получение комовой извести.
СаСО3 = СаО + СО2
При обжиге известняка удаляется углекислый газ, составляющий 44% от массы СаСО3.
Превращение комовой извести в рабочее состояние достигается ее диспергированием: помолом или гашением. В результате различают известь комовую и гашеную. Воздушная известь – это единственное вяжущее вещество, которое можно перевести в тонкодисперсное состояние химическим диспергированием при действии воды.
Вода, соприкасающаяся с кусками негашеной извести, поглощается ею, всасываясь в поры, и одновременно химически взаимодействует с окисью кальция, образуя гидрат окиси кальция и выделяя тепло:
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 63,7 КДж
В зависимости от количества добавляемой воды можно получить известковое тесто или гидратную известь.
Известь применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов. Большое количество извести идет на изготовление строительных материалов: силикатный кирпич, ячеистый бетон, смешанные вяжущие.
Известковые растворы имеют невысокую прочность 04-1,0 МПа при твердении в обычных условиях. Более высокие показатели достигаются при автоклавной обработке.
Этот вид обработки используется в технологии силикатного кирпича. Смесь песка (92-94 %), извести (6%) и красителя подвергается прессованию с последующей автоклавной обработкой при Т-170-2000 С и Р=8-12 атм. Размер кирпича - 250×120×88 (65) мм. Кирпич бывает полнотелый и пустотелый, лицевой и рядовой. Плотность кирпича - 1400-1900 кг/м3, марки по прочности - 100-250. Морозостойкость - от 25-50 циклов. Водопоглощение - 9-13 % Теплопроводность - 0,56-0,75 Вт/м 0К. В сравнении с керамическим кирпичом: хуже соотношение плотность-прочность, выше - водопоглощение. Также недостатком является сложность получения одинакового цвета изделий.
Жидкое стекло представляет собой водный раствор щелочных силикатов, имеющих состав R2O∙SiO2. Силикаты, в свою очередь, получаются плавлением щелочного компонента (сода, поташ) и кварцевого песка при температуре 14000 С. Далее силикаты подвергаются растворению в воде, в результате которого получается жидкое стекло. Для повышения скорости растворения процесс ведут в автоклаве при температуре 140-1600 С и давлении 0,6-0,7 МПа.
Жидкое стекло применяется как вяжущий материал в производстве силикатных красок, мастик, клеев, сварочных электродов. Также жидкое стекло используется для получения кислотоупорных и жаростойких бетонов в качестве добавки, позволяющей уплотнить структуру и повысить её жаростойкость. В обычных бетонах стекло выступает ускорителем схватывания.