книги из ГПНТБ / Александровский А.В. Материаловедение для штукатуров, плиточников, мозаичников учебник

взаимодействия гидрата окиси кальция с кремнеземом с образо­ ванием нерастворимого в воде гидросиликата кальция:

Са (ОН),+ SiOa + (п - 1) Н20-*СаО • Si02 • яН20.

Характер твердения в значительной мере определяет свойства растворов на известково-пуццолановых вяжущих материалах:

творяется в воде; чем больше в растворе гидросиликата кальция, тем выше его водостойкость, а увеличение количества гидрата оки­ си кальция уменьшает ее;

способность гидросиликата кальция связывать в кристалличе­ ской решетке несколько молекул воды обусловливает повышенную водопотребность растворной смеси, но одновременно повышенное водосодержание снижает морозостойкость растворов;

так как для реакции образования гидросиликата кальция необ­ ходимо наличие воды, в том числе и на растворение окиси кальция, то при твердении растворов необходимо обеспечить влажные усло­ вия, особенно в начале твердения.

В, этом случае получаются более плотные растворы. При твер­ дении на воздухе раствор уменьшается в объеме или, как говорят, обладает большой усадкой, что может привести к образованию трещин в затвердевшем растворе.

Кроме того, растворы на этих вяжущих материалах для успеш­ ного твердения требуют положительной температуры; практически уже при температуре ,+ 10° С твердение их прекращается. Воздухостойкость растворов на известково-пуццолановых вяжущих мате­ риалах невысокая из-за реакции гидросиликата кальция с газами, находящимися в воздухе.

Эти свойства известково-пуццолановых вяжущих материалов определяют их применение для растворов в подземных частях зда­ ния, находящихся во влажных условиях, и подводной части соору­ жений, когда нет резкой смены температуры. Применение этих растворов в надземных частях здания и сооружений допускается лишь при условии систематического увлажнения в первые сроки твердения.

Известково-пуццолановые вяжущие материалы перевозят нава­ лом в специализированных вагонах, контейнерах или бумажных мешках. Хранить их надо в условиях, исключающих возможность увлажнения. Применять после хранения более месяца их можно только после проверки в лаборатории, так как возможна карбони­ зация извести с углекислым газом, находящимся в воздухе.

И з в е с т к о в о - ш л а к о в ы е в я ж у щ и е материалы (ГОСТ 2544—44) получают совместным измельчением воздушной или гид­ равлической извести с высушенными гранулированными доменными

40

виде соединений, способных к гидратации и твердению. Количество извести зависит от вида шлака и находится в пределах от 10 до 30%.

Для регулирования сроков схватывания в вяжущее вещество добавляют до 5%1гипса, для повышения морозостойкости раство­ ров в них вводят 15—25% портландцемента.

Известково-шлаковые вяжущие материалы выпускаются четы­ рех марок: 50, 100, 150 и 200. Тонкость помола должна быть тако­ ва, чтобы на сите № 008 остаток не превышал 15%.

Известково-шлаковые вяжущие материалы схватываются и твердеют относительно медленно и для получения необходимой прочности требуют во время твердения влажных условий. Воздухостойкость их невысокая из-за взаимодействия с газами, содержащи­ мися в воздухе, главным образом с углекислым газом, но выше, чем известково-луццолановых вяжущих материалов.

Применяют их в тех же конструкциях, что и нзвестково-пуццо- лановые вяжущие вещества. Такие же требования к их перевозке и хранению.

Романцемент

Романцемент (РТУ Лат. ССР 070—64 или ТУ УССР 23-58—66) — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое измельчением в тонкий порошок известковых или магнезиальных мергелей, а также искусственных смесей из известняков и глин, предварительно обо­ жженных при температурах, не вызывающих спекания материала.

Обжиг производится в шахтных печах, температура обжига около 900° С. При этой температуре происходит полное разложение углекислого магния (MgCOe), а также большей части углекислого кальция (СаСОз) и образуются силикаты и алюминаты кальция, придающие романцементу, как и гидравлической извести, способ­ ность твердеть в воде.

Помол романцемента производится в шаровых и трубных мель­ ницах. Для регулирования его свойств в романцемент перед помо­ лом добавляют гипс в количестве до 5% или вводят гидравличе­ ские добавки в количестве до 15%'. Чтобы погасить в цементе оставшиеся частицы окиси кальция, его выдерживают несколько недель в бункерах.

Романцемент — порошок желтоватоили красновато-бурого цве­

Его сроки схватывания зависят от состава исходной шихты. Нача­ ло схватывания должно наступить не ранее чем через 20 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 24 ч после начала за-

творения.

Романцемент применяют как местное вяжущее вещество в рас­ творах для оштукатуривания поверхностей, которые будут эксплуа­ тироваться во влажных условиях, например фасадов зданий.

41

§ 9. ГИПСОВЫЕ И АНГИДРИТОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Наряду с известью в отделочных работах применяют гипсовые и ангидритовые вяжущие материалы. Исходным сырьем для их по­ лучения служит природный гипсовый камень.

Гипсовый камень состоит в основном из кристаллов двуводной сернокислой соли кальция (CaS0 4-2 H2 0 ) и различных механиче­ ских примесей (глины, песка).

Взависимости от исходного сырья и технологии его переработ­ ки получают следующие вяжущие материалы:

гипс строительный, гипс формовочный, гипс высокопрочный,

ангидритовое вяжущее вещество, высокообжиговый гипс,

гипсовые вяжущие вещества из гипсосодержащих пород.

Впоследнее время при отделке зданий широко применяется по­ лучаемое на основе гипса гидравлическое гипсоцементнопуццола-

новое вяжущее (ГПЦВ).

Строительный гипс

Получение гипса. Для получения строительного гипса (ГОСТ 125—70) природный гипсовый камень подвергают тепловой обра­ ботке в гипсоварочных котлах, в шахтных печах, сушильных бара­ банах и специальных аппаратах в струе горячего воздуха во взве­ шенном состоянии (обжиг в «кипящем слое»).

При нагревании гипсовый камень разлагается. При температуре 130—170° С двуводный гипс теряет часть химически связанной с ним воды и превращается в «полуводный» гипс1:

CaS04 • 2НаО= CaS04 • 0,5НаО + 1 ,5Н20

Если двуводный гипс нагреть выше 170° С, то он превратится в растворимый ангидрит, по своим свойствам близкий к извести, но обладающий большей скоростью схватывания. Наибольшее рас­ пространение имеет способ получения строительного гипса в гипсо­ варочных котлах, который обеспечивает получение гипса более высокого качества.

Согласно ГОСТ 125—70 гипс выпускают трех сортов (табл. 8). Твердение гипса. Порошок гипса, затворенный водой, образует пластичное тесто, которое быстро твердеет. При этом происходит

42

Т абли ца 8

Строительный гипс

примерно в б раз меньше предела прочности при сжатии.

Эта реакция экзотермическая, т. е. происходит с выделением тепла в количестве 27 ккал на 1 кг полуводного гипса, вследствие чего температура водогипсовой смеси несколько повышается.

Процесс твердения полуводного гипса протекает в три стадии: растворение, коллоидация, кристаллизация.

На первой стадии полуводный гипс растворяется и переходит в двуводный гипс с образованием насыщенного раствора.

На второй стадии выпадает хлопьевидный осадок двуводного гипса (коллоидация).

На третьей стадии раствор из коллоидного состояния переходит в кристаллическое. Вначале образуются отдельные кристалличе­ ские центры. Пространственная ориентировка каждого кристаллика носит случайный характер. При дальнейшем увеличении размеров кристаллы соединяются друг с другом, образуя жесткий кристал­ лический структурный каркас. Одновременно упрочняются контак­ ты между отдельными кристаллами. При комнатной температуре процесс твердения протекает не менее 12 мин. В противополож­ ность многим другим вяжущим веществам гипс при твердении не­ сколько увеличивается в объеме (до 1%).

Для затворения гипса воды обычно берут несколько больше, чем это нужно для указанной реакции. Прочность гипса значи­ тельно увеличивается, если избыток воды потом удаляют высуши­ ванием при температуре не выше 70° С. Более высокая температура допускается лишь в самом начале сушки: в дальнейшем она приве­ дет к разложению двуводного гипса.

Свойства гипса. Гипс обладает большим водопоглощением и низким коэффициентом размягчения, что является его недостатком. Высушенный гипс снова приобретает прочность, но меньшую, чем до водонасыщения. Поэтому гипс применяют для отделочных работ только в сухих помещениях.

Согласно ГОСТ 125—70 схватывание гипса должно начинаться не ранее чем через 4 мин после начала затворения гипсового теста, а заканчиваться не ранее чем через б мин и не позднее чем через 30 мин. Схватывающуюся водогипсовую смесь нельзя уплотнять трамбованием или перемешивать, так как это вызывает разрушение кристаллического каркаса в местах контактов и рас­ твор теряет вяжущие свойства (размолаживается). Следовательно,

43

гипс надо использовать до начала кристаллизации, Схватывание водогипсовой смеси можно ускорить или замедлить, вводя в нее добавки. Для замедления схватывания можно вводить добавки, повышающие пластичность водогипсовой смеси (например, извест­ ково-клеевую эмульсию, сульфитно-спиртовую барду, хвойный на­ стой), или добавки, образующие на зернах полуводного гипса защитные пленки, которые препятствуют росту кристаллов. К до­ бавкам второго типа относятся фосфаты и бораты щелочных ме­ таллов.

Добавки, замедляющие схватывание, следует вводить в количе­

точки и соединяют их прямой линией.

Между временем схватывания и количеством введенной добав­ ки существует линейная зависимость. Если нужно замедлить время схватывания, например до 20 мин, то против деления 20 мин на вертикальной оси проводят горизонтальную линию до пересечения с наклонной прямой. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на горизонтальную ось, получают искомый ответ — 0,75%. Следо­ вательно, в данном случае надо ввести добавки 0,75% от массы воды.

Начало схватывания гипса можно замедлить, добавляя в рас­ твор известковое тесто (около 20%) или затворяя гипс горячей водой.

Ускорить схватывание можно при помощи добавок двух видов. Для повышения растворимости полуводного гипса в воде в него добавляют поваренную соль NaCl, сернокислый натрий Na2S 0 4 и сернокислый калий. Добавки второй группы играют роль центров кристаллизации, поэтому схватывание начинается в большем коли­ честве точек. Такими добавками могут служить тонко измельчен­

44

ные соли некоторых кислот, в частности двуводный гипс СаБО-гНгО или кальциевая соль фосфорной кислоты СаНРО^-НгО.

Ускорители следует вводить в определенной дозе, так как избы­ ток их снижает механическую прочность гипса. Иногда применяют комплексные добавки — замедлитель схватывания и ускоритель. Такими добавками можно регулировать в необходимых пределах процессы схватывания и твердения. Например, замедлять начало схватывания и одновременно интенсифицировать процесс твер­ дения.

При штукатурных работах гипс добавляют в известково-песча­ ные растворы, чтобы увеличить их прочность и ускорить срок схва­ тывания. Добавка гипса придает поверхности штукатурного слоя большую гладкость и белизну; его применяют и как основное вяжу­ щее вещество в мастиках, которыми приклеивают листы сухой штукатурки. Употребляют гипс также для изготовления архитек­ турно-художественных деталей. В гипсовом растворе смачивают паклю при конопатке оконных и дверных проемов и перегородок.

В последние годы при изготовлении гипсовых изделий все чаще затворяют гипс водными растворами синтетических смол, получая полимер-гипс. Он обладает большей плотностью, чем обычный гипс, высокой механической прочностью (до 300 кгс/см2), малой водо­ непроницаемостью, постоянством объема, повышенным сопротивле­ нием истиранию, а иногда (при определенных типах смол) высоки­ ми электроизоляционными свойствами.

Строительный гипс транспортируют навалом. Во время пере­ возки и хранения его нужно оберегать от увлажнения и посторон­ них примесей. Гипс не рекомендуется долго хранить. Даже при хранении в сухих условиях он через три месяца теряет активность примерно на 30%.

Формовочный гипс

Формовочный гипс (МРТУ 21-31—67) предназначается для про­ изводства архитектурных изделий. Для изготовления формовочно­ го гипса сырье должно содержать не менее 96% CaSO4-2H20. Его измельчают значительно тоньше, чем при получении строительного гипса, поэтому формовочный гипс схватывается быстрее, обладает большей прочностью — 300—500 кгс/см2.

Применяют его в основном для отливки разных форм в фарфо­ ро-фаянсовой промышленности и изготовления архитектурных и скульптурных изделий. В штукатурных растворах его используют только для внутренней отделки зданий.

Транспортируют формовочный гипс в бумажной таре. В осталь­ ном при перевозке и хранении этого материала необходимо соблю­ дать те же правила, что и для строительного гипса.

Высокопрочный гипс

Высокопрочный (технический) гипс получают обработкой гип­ сового камня паром при давлении до 1,3 ат и температуре 124° С и последующей сушке при температуре 140—160° С. При этом полу­

45

чаются более крупные кристаллы СаЭО-сО.бНгО, чем у строитель­ ного гипса. Такая структура полуводного гипса обладает меньшей водопотребностью (40—45%), что позволяет получать более плот­ ные и прочные растворы. Так, их прочность через 7 суток достигает 150—400 кгс]см2. Выпускается он в основном для нужд металлур­ гической промышленности; в отделочных работах его целесообраз­ нее применять при изготовлении гипсовых изделий.

Ангидритовое вяжущее вещество

При обжиге природного гипсового камня и гипсосодержащих отходов химической промышленности при температуре 600—800° С получают нерастворимый ангидрит (CaS04), лишенный способно­ сти схватываться. Для придания ему вяжущих свойств его измель­ чают вместе с добавками — катализаторами твердения. В качестве добавок при изготовлении ангидритового вяжущего вещества при­ меняют бисульфат или сульфат натрия в смеси с железным или медным купоросом, известь, обожженный при температуре около

став добавки, образовывать неустойчивые сложные соединения, из которых при распаде образуется CaS0 4-2 H2 0 .

Медный и железный купорос уплотняют гипсовый камень, чем препятствуют выделению на поверхности катализаторов и этим предотвращают появление пятен — высолов.

Ангидритовое вяжущее вещество можно получить, размалывая вместе с добавками и природный ангидрит. Твердеют эти вяжущие вещества медленно. Начало схватывания наступает не ранее 30 мин после затворения водой и заканчивается не позднее 24 ч. По проч­ ности на сжатие ангидритовые вяжущие выпускаются четырех ма­ рок: 50, 100, 150 и 200. Применяют их для устройства бесшовных полов, подготовительных стяжек под рулонные покрытия полов, для штукатурных растворов и изготовления изделий из искусствен­ ного мрамора.

Высокообжиговый гипс

Обжигом природного гипсового камня (иногда природного ан­ гидрита) при температуре 800—1000° С во вращающихся или шахт­ ных печах и последующим тонким помолом продуктов обжига по­ лучают высокообжиговый гипс. Иногда его называют эстрих-гипс или эштрих-гипс.

По своим свойствам высокообжиговый гипс значительно отли­ чается от строительного гипса, так как при такой температуре об­ жига двуводный гипс не только полностью переходит в безводный, но и часть последнего разлагается с образованием свободной извести.

46

Высокообжиговый гипс схватывается значительно медленнее; начало его схватывания должно наступать не ранее чем через 2 ч после начала затворения. В процессе твердения, которое длится в течение нескольких месяцев, безводный гипс переходит в дву­ водный, минуя стадию полуводного гипса. Одновременно происхо­ дит гидратация извести с образованием гидрата окиси кальция Са(ОН)2, который под воздействием углекислого газа, находяще­ гося в воздухе, превращается в углекислый кальций СаСОз. Выпус­ кается он трех марок: 100, 150 и 200.

Высокообжиговый гипс в затвердевшем состоянии обладает повышенной водостойкостью (поэтому его иногда называют гидрав­ лическим) и высоким сопротивлением истиранию. Эти свойства позволяют использовать его при устройстве мозаичных полов и подготовке под линолеумные полы.

Кроме того, его применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а также для изготовления искусственного мрамора.

Вяжущие материалы из гипсосодержащих пород

В районах Средней Азии и Закавказья широко применяют ме­ стные вяжущие материалы — гажу, ганг (глиногипс), близкие по своим свойствам к чистому гипсу. Они являются продуктом обжига при температуре до 170 °С с последующим помолом смеси гипсо­ вого камня (20—80%) и глины (80—20%) или обжига при темпе­

760—950 кг/м5, в уплотненном— 1000—1200 кг/м3. Сроки схваты­ вания: начало — от 5 мин до 4 ч, конец — от 7 мин до 4 ч 30 мин. Можно регулировать эти сроки введением различных добавок. Если в гаже содержится более 30% глины, то гажевые растворы приготовляют без заполнителей.

§ 10. ГИПСОЦЕМЕНТНОПУЦЦОЛАНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ ВЕЩЕСТВО

Гипсоцементнопуццолановое вяжущее вещество (ГПЦВ) (МРТУ 21-8—65) получают путем тщательного смешения в надлежащем соотношении строительного гипса 1-го сорта, пуццоланового порт­ ландцемента, шлакопортландцемента или портландцемента марки не ниже 300 с активной минеральной добавкой — трепелом, опокой, диатомитом и др. Степень измельчения добавки должна быть та­ кова, чтобы остаток на сите № 008 не превышал 20%. По прочно­ сти на сжатие предусмотрен выпуск ГПЦВ двух марок: 150 и 200. Тонкость помола должна обеспечивать прохождение через сито № 02 для ГПЦВ марки 100 не менее 85% и для марки 150 — 90%. Схватывание вяжущего вещества должно наступать не ранее 4 мин и заканчиваться не позднее 20 мин после затворения. Сро­ ки схватывания регулируют добавками. В частности, применяя клееизвестковый и каротиновый замедлители, можно удлинить

47

сроки схватывания до 80 мин. Используя добавки-замедлители, надо иметь в виду, что они наряду с пластифицирующим действием на растворную смесь при постоянном водовяжущем отношении мо­ гут значительно снизить (до 20—30%) прочность раствора. Поэто­ му, применяя замедлители, нужно уменьшить на 5—10%) водовяжу­ щее отношение, что не только компенсирует отрицательное влияние замедлителя, но и способствует упрочнению раствора на 5—20%. Уменьшение пластичности смеси при этом будет компенсироваться пластифицирующим действием замедлителя. Так же как и для гип­ са, наилучшие результаты регулирования сроков схватывания ГПЦВ достигаются применением комплексных добавок.

Большим преимуществом ГПЦВ является быстрый набор проч­ ности, в частности возможно получение растворов, которые через 2—3 ч набирают до 30—40% марочной прочности. Конструкции и изделия в процессе твердения для получения надлежащей проч­ ности требуют систематического увлажнения.

Морозостойкость растворов и бетонов на ГПЦВ соответствует 20—50 циклам замораживания и оттаивания.

Водостойкость растворов на ГПЦВ ниже, чем растворов на портландцементе, но при воздействии воды, в которой растворены кислоты, их коррозия значительно меньше цементных.

Морозо- и водостойкость растворов на ГПЦВ значительно по­ вышается при введении в растворные смеси полимерной добавки (ССБ, латекс), что дает возможность использовать их для отделки фасадов.

Если в качестве пуццолановой добавки применены золы белого цвета, то ГПЦВ позволяет получать штукатурки светлых тонов, не требующие применения дорогих пигментов, например, цинковых белил, литапона и др.

При оштукатуривании по металлической сетке, во избежание ее коррозии под действием сернистых соединений, присутствующих в ГПЦВ, обрызг, а также и грунт надо наносить обязательно це­ ментным раствором.

Перевозят и хранят ГПЦВ в контейнерах или бумажных меш­ ках. Перевозить его навалом разрешается только в специальных вагонах с разгрузкой в бункеры. Сроки хранения при условии ис­ ключения воздействия влаги не ограничиваются.

§ 11. ГЛИНА

Глиной называют осадочные породы в виде смеси частиц песка размером 0,15—5 мм, пылевидных частиц — 0,005—0,15 мм и соб­ ственно глинистых частиц — менее 0,005 мм. Собственно глинистые частицы имеют чешуйчатую форму и размер менее 0,005 мм.

Глина обладает способностью во влажном состоянии образо­ вывать пластичное тесто, легко принимать заданную форму и со­ хранять эту форму после высыхания. При обжиге глина превра­ щается в камневидное тело. В сельском строительстве глину используют как воздушное вяжущее вещество в штукатурных рас­

48

творах, из нее изготовляют саман, кирпич-сырец. Глину часто применяют в качестве пластифицирующей добавки в штукатурных и кладочных растворах.

Глинистые частицы — это в основном минерал каолинит (Al20 3-2Si02-2H20 ). Глина, содержащая значительное количество каолинита, называется каолином. Каолин — очень ценное сырье; его используют при изготовлении фарфоровых и фаянсовых изделий.

Широко распространены- в природе глины, в которых, кроме каолина, содержатся различные примеси: кварцевый и полевошпа­ товый песок, карбонаты и пр. Примеси определяют цвет глины. Каолин, например, обычно белого цвета. Окислы железа, иногда окислы марганца, придают глине желтый, красный или бурый цвет. Если в глине много гумусовых (органических) примесей, она в сыром состоянии может приобрести черный цвет.

Глины в зависимости от температуры плавления подразделяют­ ся на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

К огнеупорным относятся наиболее чистые, свободные от меха­ нических примесей глины, выдерживающие температуру выше 1580° С. Из них изготовляют специальные сорта кирпича для обли­ цовки (футеровки) внутренней части промышленных печей. Неко­ торые из этих глин применяют для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток для стен.

Тугоплавкие глины содержат примеси (окислы железа, квар­ цевый песок, слюду и др.). Эти глины могут выдерживать темпе­ ратуру от 1350 до 1580° С, Они идут на изготовление тугоплавкого кирпича для кладки печей в жилых зданиях, облицовочного и лице­ вого кирпича, облицовочных плиток для полов, керамических труб.

Наибольшее количество примесей встречается в легкоплавких глинах. Из этих глин, плавящихся при температуре ниже 1350° С, изготовляют обыкновенный глиняный кирпич, гончарную черепицу, пустотелые керамические камни и другие строительные материалы.

§ 12. ЖИДКОЕ СТЕКЛО

Жидкое стекло применяют в виде водного раствора в качестве вяжущего вещества.

В зависимости от исходного материала жидкое стекло подраз­ деляется на натриевое (ГОСТ 13078—67) и калиевое. Получают жидкое стекло в автоклавах, растворяя под давлением пара 3—5аг натриевый (Na20 -n S i0 2) и калиевый (КгО-пЭЮг) силикат.

Качество жидкого стекла характеризуется модулем, показываю­ щим отношение содержащейся в жидком стекле окиси кремния к окиси натрия или окиси калия. Определяют модуль по формуле

Чем больше модуль, тем выше качество стекла. Модуль жидко­ го стекла указывают в паспорте каждой партии.