6.4. Вяжущие материалы

Вяжущие материалы – минеральные или органические строительные материалы, применяемые для изготовления бетонов, скрепления отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Минеральные вяжущие материалы (МВМ)– тонкоизмельченные порошкообразные материалы (цементы, гипс, известь и др.), образущие при смешивании с водой (в отдельных случаях – с растворами солей, кислот, щелочей) пластичную удобоукладываемую массу, затвердевающую в прочное камневидное тело и связывающую частицы твердых заполнителей и арматуру в монолитное целое.

Твердение МВМ осуществляется вследствие процессов растворения, образования пересыщенного раствора и коллоидной массы; последняя частично или полностью кристаллизуется.

Классификация МВМ:

1. гидравлические вяжущие материалы:

При смешивании с водой (затворении) твердеют и продолжают сохранять или наращивать свою прочность в воде. К ним относятся различные цементы и гидравлическая известь. При твердении гидравлической извести происходит взаимодействие СаО с водой и углекислым газом воздуха и кристаллизация образующегося продукта. Применяют в строительстве наземных, подземных и гидротехнических сооружений, подвергающихся постоянному воздействию воды.

2. воздушные вяжущие материалы:

При смешивании с водой твердеют и сохраняют прочность только на воздухе. К ним относятся воздушная известь, гипсово-ангидритные и магнезиальные воздушные вяжущие.

3. кислотоупорные вяжущие материалы:

Состоят в основном из кислотоупорного цемента, содержащего тонкоизмельченную смесь кварцевого песка и ; их затворяют, как правило, водными растворами силиката натрия или калия, они длительно сохраняют свою прочность при воздействии кислот. При твердении осуществляется реакция . Применяют для производства кислотоупорных замазок, строительных растворов и бетонов при строительстве химических предприятий.

4. вяжущие материалы автоклавного твердения:

Состоят из известково-кремнеземистых и известково-нефелиновых вяжущих (известь, кварцевый песок, нефелиновый шлам) и твердеют при обработке в автоклаве (6-10 ч, давление пара 0,9-1,3 МПа). К ним относят также песчанистые портландцементы и другие вяжущие на основе извести, зол и малоактивных шламов. Применяют в производстве изделий из силикатных бетонов (блоки, силикатный кирпич и др.).

5. фосфатные вяжущие материалы:

Состоят из специальных цементов; их затворяют фосфорной кислотой с образованием пластичной массы, постепенно затвердевающей в монолитное тело, и сохраняющей свою прочность при температурах выше 1000 С. Обычно используют титанофосфатный, цинкофосфатный, алюмофосфатный и др. цементы. Применяют для изготовления огнеупорной футеровочной массы и герметиков для высокотемпературной защиты металлических деталей и конструкций в производстве огнеупорных бетонов и др.

Органические вяжущие материалы (ОВМ)– вещества органического происхождения, способные переходить из пластичного состояния в твердое или малопластичное в результате полимеризации или поликонденсации.

По сравнению с МВМ они менее хрупки, имеют большую прочность при растяжении. К ним относятся продукты, образующиеся при переработке нефти (асфальт, битум), продукты термического разложения древесины (деготь), а также синтетические термореактивные полиэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные смолы. Применяют в строительстве дорог, мостов, полов производственных помещений, рулонных кровельных материалов, асфальтополимерныбетонов и др.

Характеристики некоторых вяжущих материалов

Цементы, порошкообразные МВМ, образующие при взаимодействие с водой и водными растворами солей пластичную массу, превращающуюся со временем в твердое камневидное тело; основной строительный материал.

Наиболее распространены портландцементы (от назв. г. Портленд в Великобритании) содержащие, главным образом высокоосновные силикаты кальция. Химический состав портландцемента (без добавок), в % по массе: 62-76% , 20-23% , 4-7% , 2-5% , 1-5% . Известны отличающиеся составом и назначением различные виды портландцемента – высокопрочный, быстродействующий, гидрофобный и др., его смеси с гранулированным шлаком (шлакопортландцемент) и горными породами – пуццоланами – трепелом, туфом, пемзой (пуццолановый портландцемент). Другие распространенные виды цемента – глиноземистый, гипсоглиноземистый расширяющийся.

Гипс (от греч. gypsos – мел, известь) , минерал подкласса водных сульфатов.

Встречается часто в виде сплошных масс: зернистых (алебастр) и параллельно-шестоватых, или волокнистых (селенит).

Гипс осаждается из водных растворов, богатых сульфатными солями (при усыхании морских лагун и соленых озер).

Алебастр – вяжущий материал, применяется в медицине (для наложения повязок), в сельском хозяйстве для гипсования почв. Селенит – ценный отделочный материал.

Бетон (франц. beton, от лат.bitumen – горная смола), искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания уплотненной смеси вяжущего материала, воды и инертных заполнителей. Вяжущим в бетоне чаще всего является цемент, содержание которого составляет 10-15% от массы бетона. Используют также гипс, шлаковые и известково-песчаные вяжущие, растворимое стекло, цементы с добавлением полимерных материалов или битумно-дегтевых вяжущих. Вводят также добавки пластификаторов, пенообразователей, ускорителей или замедлителей схватывания и т.д.

Состав бетонной смеси подбирают в зависимости от требуемых свойств изделий.

По назначению бетон подразделяют на:

• общестроительный – к нему относятся тяжелый и легкий бетон

• специальный:

а) гидротехнический,

б) дорожный – отличается повышенной прочностью, морозо- и износостойкостью,

в) химически стойкий – содержит различные вяжущие и заполнители в зависимости от агрессивности среды,

г) жаростойкий – в качестве заполнителей используют огнеупорные материалы,

д) декоративный – содержит большое количество заполнителя (гранитная и мраморная крошка и др.), вяжущее – портландцемент с пигментами.

В зависимости от размера заполнителя различают крупнозернистый (содержит щебень или гравий с частицами размером 10-150 мм) и мелкозернистый (содержит кварцевый песок или мелкий щебень с крупностью зерен 0,15-10 мм) бетоны.

Битумы (от лат. bitumen – горная смола) – твердые или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородных, сернистых и металлсодержащих производных.

Битумные материалы – материалы на основе природных асфальтов или нефтяных битумов.

Содержат:

• заполнители: щебень, песок, тальк, золу, молотую резину и др.;

• полимерные модифицирующие добавки: натуральный, хлоропреновый, бутадиен-стирольный каучуки;

• специальные добавки: антистатики, пластификаторы, разжижители, эмульгаторы и др.

Широкое распространение битумных материалов обусловлено их гидрофобностью, высокой радиационной стойкостью, легкостью переработки, а также доступностью нефтяных битумов.

Известь – вяжущий материал, получаемый обжигом и последовательной переработкой известняка, мела и др. известково-магнезиальных горных пород.

В зависимости от химического состава и условий твердения известь подразделяют на:

• воздушную – получают обжигом главным образом известняка с малым содержанием глины (до 80%) при 110-1300 С в шахтных или вращающихся обжиговых печах. В зависимости от способа обработки обожженного продукта получают негашеную комовую (кипелка), негашеную молотую и гашеную (гидратную) известь, или пушонку, а также известковое тесто. Применяют для изготовления вяжущих строительных растворов, предназначенных для наземной кладки кирпича, искусственных камней и штукатурки, а также для получения известково-шлаковых, известково-пуццолановых и др. смешанных вяжущих;

• гидравлическую – тонкомолотый порошок, получаемый обжигом при 900-1100 С известняков, содержащих 6-20% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Используется для изготовления штукатурных и кладочных растворов, пригодных для эксплуатации в сухих и влажных средах, легких и тяжелых бетонов низких марок, фундаментов и сооружений, подвергающихся действию воды.

Все виды извести применяют также: в химической промышленности (для получения хлорной извести, соды, нейтрализации кислот и кислых газов в промышленных сбросах и др.), металлургии (флюсы при выплавке чугуна из железных руд), сахарном производстве (для очистки сахарных соков), в сельском хозяйстве (для известкования почв). Кроме того, известь широко используется для производства силикатного кирпича и силикатных автоклавных изделий.