Глава 1. Неорганічні в’яжучі матеріали, будівельні розчини та бетони

Масове використання бетону та залізобетону у промислових масшта- бах почалось наприкінці XIX ст. після отримання та організації промис- лового виробництва портландцементу. Поява залізобетону (1848 р.) ви- кликала справжню революцію у мистецтві конструювання. Перші параболічні покриття із склепінь-оболонок застосовані у 1910 р. (вокзал де Берсі у Парижі). Наступний етап значних змін у використанні залізо- бетону пов’язаний із появою попередньо напруженого бетону, ідея ство- рення якого належить Е.Л. Фрейсіне (будівництво у 1929 р. трипрогінно- го арочного моста, а у 1930 р. — морського вокзалу в Гаврі).

Серед найзначніших досягнень у технології бетону кінця XX ст. слід відмітити бетон «нульової енергії», здатний до самоущільнення, прозорий бетон, що містить оптичні волокна; бетон, що змінює колір у часі, та бе- тон, здатний до самоочищення та очищення повітря. Треба зазначити, що вдосконалення бетону йде не тільки шляхом зміни його рецептури, вико- ристання новітніх добавок і технологій, а й також широкого залучення комп’ютерних технологій як на стадії виготовлення виробів та конструк- цій, так і на стадії експлуатації споруджених об’єктів.

1. Неорганічні в’яжучі матеріали: класифікація, основні властивості

До неорганічних в’яжучих речовин належать переважно порошкоподібні матеріали, що утворюють при змішуванні з водою або іншою рідиною- наприклад, розчинами солей, лугів та кислот) пластичне тісто, яке вна- слідок певних фізико-хімічних процесів перетворюється у каменеподібне тіло.

205

Процес твердіння в’яжучих речовин починається із тужавіння (перехо- ду цементного тіста з пластичного стану в твердий без набору міцності) та пов’язаний із поступовим перетворенням тіста в штучний камінь, шо здат- ний з часом набирати міцність за рахунок протікання процесів структуро- утворення.

Найбільше визнання в світі має класифікація, що передбачає поділ не- органічних в’яжучих речовин, залежно від умов твердіння та зміни міцно- сті в часі, на повітряні, гідравлічні і автоклавні.

Повітряні в’яжучі речовини можуть тверднути та набирати міцності у повітряно-сухих умовах. До них належать гіпсо-ангідритові в’яжучі речо- вини, повітряне вапно і його різновиди, магнезіальні в’яжучі речовини та рідинне скло.

Гідравлічні в’яжучі речовини тверднуть і підвищують (або зберігають) міцність після тужавіння в повітряно-сухих умовах та наступного витри- мування у воді. До них нштежать гідравлічне вапно, романцемент; порт- ландцемент та його різновиди, пуцолановий цемент, шлакопортландце- мент, композиційний цемент; лужні в’яжучі системи, в тому числі шлаколужні, лужні алюмосилікатні в’яжучі (грунтоцементи); глиноземи- стий, високоглиноземистий і розширні цементи.

В’яжучі речовини автоклавного твердіння здатні тверднути й утворюва- ти міцний камінь в автоклавах (в умовах підвищених температур, тиску і вологості). До таких в’яжучих речовин належать вапняно-кремнеземисті, вапняно-шлакові та вапняно-зольні. Слід зазначити, що виділення цих в’яжучих в окрему ірупу не має достатніх підстав (як фізико-хімічних, так і технологічних), оскільки у формуванні новоутворень при гідротермаль- ному синтезі беруть участь усі компоненти сировинних сумішей — в’яжучі речовини та заповнювачі різної дисперсності.

Повітряні в’яжучі матеріали та вироби на їх основі. Гіпсові в’яжучі мате- ріали складаються переважно з напівводного гіпсу СаSO₄0,5Н,О або ангід- риту CaSO₄ їх отримують внаслідок теплової обробки вихідної сировини і її розмелювання.

Як вихідну сировину для виготовлення гіпсових в’яжучих речовин ви- користовують гірські породи — природний гіпс (гіпсовий камінь), що складається з мінералу гіпсу СаSO,, • 2Н,0, та ангідрит СаБО,,.

Твердіння гіпсових в’яжучих речовин відбувається з утворенням двовод- ного сульфату кальцію за реакцією СаSO₄-0,5 Н,O+ 1,5Н₂0 = СаSO₄- 2Н₂0.

Залежно від параметрів теплової обробки, гіпсові в’яжучі речовини поділяють на дві групи: низько- та високовипалювальні.

Пизьковипалювальні гіпсові в’яжучі речовини, що швидко тужавіють та тверднуть, отримують тепловою обробкою природного гіпсу при низьких

206

207

температурах (110...1600⁰С) або обробкою парою підтиском, і складаються вони в основному з напівводного гіпсу (СаSO₄- 0,5Н₂О). До низьковипа- лювальних гіпсових в’яжучих речовин належать: гіпс будівельний та ви­сокоміцний, різновидом якого є супергіпс. Низьковипалювальні гіпсові в’яжучі застосовують у будівництві для виготовлення панелей-перего- родок, блоків, тепло- і звукоізоляційних плит, декоративних плит, піно­бетонних виробів, гіпсокартонних листів.

Високовипалювсихьні гіпсові в’яжучі речовини, шо повільно тужавіють та тверднуть, виготовляють випалюванням гіпсового каменю при темпера­турі вище 600°С (600...950°С). Такі в’яжучі речовини складаються переваж­но з ангідриту СаSO₄ Основними з них є опоряджувальний гіпсовий цемент, високовипалювальний гіпс (естрих-гіпс).

Технічні характеристики гіпсових в’яжучих оцінюються визначенням тонкості помелу, водопотреби, строків тужавлення, міцності при згині та стиску, водостійкості.

Водопотреба визначається кількістю води, потрібної для приготування тіста стандартної консистенції (діаметр розпливу тіста, визначений за до­помогою стандартного циліндра, становить 180 ±5 мм) і становить для низьковипалювальних в’яжучих — 50...70% , а високовипалювальних — 30...40%.

Строки тужавлення. Гіпсові в’яжучі за строками тужавлення поділя­ють на види: швидкотверднучі (А) — з початком тужавлення не раніше 2 хв і кінцем — не пізніше 15 хв, нормальнотверднучі (Б) — з початком ту­жавлення не раніше 6 хв і кінцем — не пізніше 30 хв і повільнотверднучі ( В) — з початком тужавлення не раніше 20 хв.

Міцність гіпсових в’яжучих визначають випробуванням зразків-ба- лочок розмірами 40x40x160 мм із гіпсового тіста стандартної консистенції через 2 години після замішування; за міцністю мри стиску передбачено 12 марок гіпсових в’яжучих — від Г-2 до Г-25, де цифра означає нормовану границю міцності при стиску в МПа.

Гіпс є екологічно безпечним, негорючим та вогнестійким матеріалом. Гіпсові в’яжучі є повітряними, вони мають найбільшу міцність у сухому стані. При твердінні гіпс збільшується в об’ємі, що дозволяє використо­вувати його без заповнювачів.

В’яжучі речовини марок Г-2...Г-25 — для штукатурних робіт, зарівню­вання швів, виготовлення сухих сумішей і проведення спеціальних буді­вельних робіт, а Г-4...Г-7 — для отримання тонкостінних будівельних ви- робів і декоративних деталей.

Будівельний гіпс характеризується водопотребою 50...70%, міцністю

2. .16 МПа, початок тужавлення становить від 2 до 20 хвилин, кінець —

15. .30 хв.

Високоміцний гіпс одержують термічною обробкою гіпсового каменю в герметично закритих апаратах (автоклавах) у середовищі насиченої пари при тиску, вищому за атмосферний, із наступним помелом до отримання тонкодисперсного порошку. Такий гіпс характеризується меншою водо- потребою та міцністю у межах 25...60 МПа.

Супергіпс є високоміцною в’яжучою речовиною, водопотреба якої ста- новить 24...26%, початок тужавлення — 5...8 хв, кінець — 9... 12 хв, міц- ність при стиску в сухому стані — 60...70 МПа. Використовують супергіпс для виготовлення різних видів облицювальних плит, фігурних тонкостін- них будівельних виробів, а також для влаштування безшовних наливних підготовок для підлог.

Опоряджувальний гіпсовий цемент виготовляють одно- чи двократним випалюванням гіпсового каменю при температурі 600...750°С із наступ- ним тонким помелом продукту. Водопотреба такого матеріалу становить

37. .43%, міцність при стиску через 28 діб — 25...35 МПа, ступінь білизни в порошку — 90%. Із використанням цього цементу виготовляють штуч- ний мармур та опоряджувальні розчини.

Іноді для поліпшення експлуатаційних властивостей опоряджуваль- них матеріалів гіпсомісткі композиції модифікують полімерами. При вве- денні карбамідної смоли до складу будівельного гіпсу марки Г-5 одержу- ють матеріали з міцністю при стиску до 20 МПа. При модифікації гіпсу полімерами водопоглинання виробів знижується до 3%, коефіцієнт розм’якшення зростає до 0,96, морозостійкість підвищується до 100 цик- лів. Це дає змогу застосовувати полімергіпсові матеріали не тільки дія внутрішнього, а й для зовнішнього облицювання споруд різного призна- чення.

Високовипалювальний гіпс (естрих-гіпс) отримують випалюванням при- родного гіпсового каменю при температурі 800...1000°С із наступним по- мелом продукту. Естрих-гіпс характеризується повільнішими строками тужавлення, водопотреба його становить 28...32%, міцність при стиску —

10. .20 МПа. Порівняно з іншими гіпсовими в’яжучими речовинами, він відрізняється більш високими водо- та морозостійкістю, однак залиша- ється при цьому повітряною в’яжучою речовиною. Найчастіше естрих- гіпс використовують для безшовних підлог.

Гіпсоцементнопуцоланові в’яжучі (ГЦПВ)отримукпь змішуванням буді- вельного гіпсу або високоміцного гіпсу (в кількості 50...80%) із портланд-

208