Минеральные вяжущие материалы

Минеральные вяжущие материалы представляют собой обычно порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны постепенно переходить из пастообразного состояния твердое, приобретая свойства камня.

Минеральные вяжущие по характеру твердения делят на две группы:

воздушного твердения, обладающие способностью после затворения водой твердеть в сухой среде (воздушная известь, гипсовые и магнезитовые вяжущие, жидкое стекло);

водного твердения (или гидравлические вяжущие материалы), после затворения их водой твердеющие на воздухе и в воде, причем во влажной среде вяжущие приобретают большую прочность. Представителями этой группы являются цементы.

Закрепление грунтов

Данный процесс основан на сильном изменении физико-механических свойств грунта, при этом не изменяя положение твердых частиц, которые входят в его состав. Но изменение происходит из-за уплотнения частиц грунта, то есть они сближаются, образуя при этом укладку, которая становиться намного плотнее, при этом такой показатель как деформативность уменьшается, увеличивая несущую способность грунтов.

Использование вяжущих материалов при улучшении/укреплении местных грунтов позволяет увеличить плотность, повысить водостойкость и морозостойкость. Стабилизация оснований играет важную роль при возведении объектов на нестабильных природных грунтах. Современное оборудование позволяет эффективно проводить улучшение/укрепление местных грунтов непосредственно на месте на большую глубину (до 40 см) за один рабочий проход с большой точностью дозировки вяжущих материалов. Существующее однопроходное смесительное оборудование позволяет получать однородную смесь даже при работе с грунтами повышенной влажности.

Благодаря использованию вяжущих материалов, при помощи которых происходит процесс установки еще более плотных связей между частицами, изменяются физико-механические свойства грунтов. А когда используется большое количество вяжущих материалов, может даже произойти такое, что грунты основания превратятся в скальную породу.

ГОСТ 23558. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства.

Классификация методов укрепления грунтов

Метод	Применяемые материалы и способы воздействия
Укрепление гранулометрическими добавками	Щебень, гравий, песок, шлаки, глины, суглинки
Укрепление органическими вяжущими	Битумы твёрдые и жидкие, дёгти, битумные и дегтевые эмульсии и пасты, синтетические смолы, древесные пески и др.
Укрепление минеральными вяжущими материалами	Цемент, известь, силикат натрия (жидкое стекло)
Термическая обработка	Местное топливо (дрова, уголь, электрический ток, газ)
Укрепление солевыми растворами	Хлористый кальций, хлористый натрий и др.
Электрохимические обработки	Электрический постоянный ток (с применением электролитов)
Комплексные методы	Органические и минеральные вяжущие с гранулометрическими добавками, органические вяжущие с активными добавками и т. д.

Для приготовления обработанных материалов и укрепленных грунтов применяют следующие неорганические вяжущие материалы:

I вид - портландцемент и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178, сульфатостойкий и пуццолановый цементы по ГОСТ 22266, а также цементы для строительных растворов по ГОСТ 25328 марок не ниже 400 для покрытий и 300 для оснований;

II вид - активные материалы с удельной поверхностью не менее 150 м²/кг (полный остаток на сите № 0071 не менее 20 % по массе) марок по прочности в 180-суточном возрасте, определяемой по ГОСТ 3344, не менее 50:

- молотые высокоактивные и активные шлаки черной, цветной металлургии и фосфорные шлаки по ГОСТ 3344;

- бокситовые и нефелиновые шламы с содержанием двухкальциевого силиката С₂S не менее 40 % по массе;

- золы-уноса с удельной поверхностью св. 150 м²/кг, содержанием сернистых и сернокислых соединений в пересчете на 80 не более 6 %, потери при прокаливании не более 5 % по массе;

III вид - комплексные вяжущие марок по прочности в 90-суточном возрасте, определяемой по ГОСТ 3344, не менее 100.

Комплексное вяжущее состоит из основного компонента и активатора твердения.

В качестве основного компонента следует использовать:

-молотые слабоактивные и активные шлаки черной металлургии и шлаки фосфорные по ГОСТ 3344,

- основные золы-уноса по ГОСТ 25818,

- бокситовые и нефелиновые шламы.

В качестве активаторов твердения

- портландцемент, шлакопортландцемент марок по прочности не ниже 400 по ГОСТ 10178,

известь строительная I и II сортов по ГОСТ 9179,

гипс строительный марок не ниже Г10 по ГОСТ 125,

содощелочной (содосульфатный) плав с содержанием Nа₂СО₃ не менее 95 % и NаОН не менее 2 % по массе,

жидкое стекло с кремнеземистым модулем 1,7 - 1,8 и плотностью от 1,15 до 1,25 г/см³.

Известь строительная

В дорожном строительстве известь используют для укрепления грунтов, а также в качестве активатора при приготовлении асфальтобетонных смесей.

Воздушную известь получают в результате обжига до возможно полного разложения чистых или доломитизированных известняков или мела, содержащих глинистого вещества не более 6...8 %. Полученную таким способом известь СаО в виде кусков белого или сероватого цвета называют негашеной (комковой или кипелкой).

Производство воздушной извести заключается в том, что вращающиеся печи загружают мелкодробленым известняком, который при медленном вращении печи подвергается равномерному обжигу. В процессе обжига известняк (или мел), нагреваясь до температуры 900...1200°С, диссоциирует с большим поглощением тепла по реакции СаСО3 + 180кДж — Са + СО2. Недожог и пережог отрицательно сказываются на качестве извести. Пережженные куски при затворении водой медленно гасятся. Поэтому наличие зерен пережига в строительном растворе приводит к тому, что при гидротации зерен связанное с этим увеличение объема вызывает растрескивание уже затвердевшего раствора.

Гашение извести протекает по реакции:

СаО + Н2О - Са(ОН)2 + 66,52 кДж,

т.е. при гашении выделяется значительное количество тепла. Полученная при гашении малым количеством воды гидратная известь, значительно разрыхленная за счет резкого увеличения пустотности, называется пушонкой.

По фракционному составу известь подразделяют на комовую, в том числе дробленую, и порошкообразную.

Порошкообразную известь, получаемую размолом или гашением (гидратацией) комовой извести, подразделяют на известь без добавок и с добавками.

Строительную негашеную известь по времени гашения подразделяют на:

быстрогасящуюся - не более 8 мин,

среднегасящуюся - не более 25 мин,

медленногасящуюся - более 25 мин.

Воздушная негашеная известь без добавок подразделяется на три сорта: 1, 2 и 3

Наименование показателя	Норма для извести, %, по массе
	негашеной							гидратной
	кальциевой			магнезиальной и доломитовой
	сорт
	1	2	3	1	2	3	1		2
Активные СаО + МgO, не менее:
без добавок	90	80	70	85	75	65	67		60
с добавками	65	55	-	60	50	-	50		40
Активный МgO, не более	5	5	5	20(40)	20(40)	20(40)	-		-
СО2, не более:
без добавок	3	5	7	5	8	11	3		5
с добавками	4	6	-	6	9	-	2		4
Непогасившиеся зерна, не более	7	11	14	10	15	20	-		-