Раздел III. Материалы на основе минеральных вяжущих веществ

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-химических процессов, постепенно затвердевая, приобретает камневидное состояние.

3.1. Классификация минеральных вяжущих веществ

Минеральные вяжущие вещества в зависимости от условий твердения подразделяются на три группы: воздушные, гидравлические и вяжущие автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие вещества способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. Они обладают невысокой водостойкостью и могут эксплуатироваться только в сухих условиях. По химическому составу воздушные вяжущие вещества делятся на четыре группы:

1) известковые вяжущие вещества, состоящие преимущественно из оксида кальция СаО;

2) гипсовые вяжущие вещества, состоящие в основном из сульфатов кальция CaSO₄;

3. магнезиальные вяжущие вещества, содержащие оксид магния МgО;

4. вяжущие на основе жидкого стекла, состоящие из силикатов натрия или калия Na(K)₂O·mSiO₂.

Гидравлические вяжущие вещества твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. Они обладают высокой водостойкостью, позволяющей эксплуатировать их в любых условиях. По химическому составу гидравлические вяжущие представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: СаО – SiO₂ – Al₂O₃ – Fe₂O₃. Эти соединения образуют две основные группы гидравлических вяжущих веществ:

1) силикатные цементы, состоящие в основном из силикатов кальция. К ним относится портландцемент и его разновидности;

2. алюминатные цементы, содержащие алюминаты кальция. К ним

относится глиноземистый цемент и его разновидности.

Вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,8 – 1,3 МПа и температуре 175 - 200^о, затвердевать с образованием прочного камня. В эту группу входят известково-кремнеземистые, известково-шлаковые, известково-зольные и др. вяжущие вещества.

3.2. Воздушные вяжущие вещества

3.2.1. Известковые воздушные вяжущие

Их получают умеренным обжигом, не доводимым до спекания, карбонатных пород (известняка, мела, ракушечника и др.). Процесс производства извести заключается в подготовке (дроблении) и обжиге сырья при t^о = 900 …1200^о.

СаСо3  СаО  со2

Обжиг известняка чаще всего производят в шахтных печах. При обжиге удаляется углекислый газ, составляющий до 45% от массы известняка, поэтому в результате получается комовая известь (кипелка) в виде пористых кусков. Использовать ее в виде вяжущего можно после дополнительного измельчения или помолом (негашеная известь), или гашением (гашеная известь).

Негашеная известь. Известь негашеная молотая представляет собой тонкий порошок. Из-за высокой гигроскопичности время хранения ее ограничивается 10…15 сутками. Известь негашеная применяется для изготовления искусственных безобжиговых камней и строительных растворов в тонкомолотом виде без дополнительного гашения. Процесс гашения протекает непосредственно в материале и сопровождается выделением тепла. Это создает определенные преимущества перед гашеной известью – ускоряется процесс твердения, а материалы на основе негашеной извести обладают большей прочностью и водостойкостью.

Гашеная известь. Гашеная известь образуется при гашении негашеной извести водой. Процесс гашения извести протекает по реакции:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂  Q

Реакция протекает бурно, с большим выделением тепла. Вода, проникая в глубину известковых зерен, вступает в химическое взаимодействие с СаО, и выделяющееся тепло превращает воду в пар, который, стремясь вырваться на поверхность, разрывает зерна извести, размельчая их. Если количество воды составляет 60…80%, то комья негашеной извести рассыпаются в пух, поэтому эту известь называют известь-пушонка. При добавлении 200…300% воды образуется известковое тесто, которое используют для штукатурных и кладочных строительных растворов. При добавлении 400% воды образуется известковое молоко, которое применяют как лакокрасочный материал (водно-известковые краски).

Твердение извести. При твердении извести одновременно протекают два процесса:

1) гидратационное твердение, связанное с кристаллизацией Са(ОН)₂ и срастанием этих кристаллов между собой;

2. карбонизационное твердение, связанное с протеканием под действием

углекислого газа воздуха реакции:

Cа(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О

Образующиеся кристаллы СаСО₃ срастаются с кристаллами Са(ОН)₂ и упрочняют раствор. При карбонизации выделяется вода, поэтому штукатурку и стены, в которых используются известковые растворы, необходимо сушить.

Свойства извести. Средняя плотность _о = 400-600 кг/м³.

Скорость гашения извести различна. По скорости гашения известь подразделяется на быстрогасящуюся со скоростью гашения менее 8 минут, среднегасящуюся со скоростью гашения от 8 до 25 минут, медленногасящуюся со скоростью гашения более 25 минут.

Предел прочности при сжатии негашеной извести ~5 МПа, гашеной ~ 1 МПа.

Применение. Воздушная известь применяется для приготовления штукатурных и кладочных строительных растворов, водно-известковых красок и безобжиговых искусственных каменных материалов (силикатного кирпича и силикатного бетона).