4.3. Минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие - это, как правило, тонкомолотые по­рошкообразные вещества, которые при смешивании с водой (затворении водой) образуют пластичное тесто, с течением времени затверде­вающее и переходящее в камневидное состояние. Загустевание и переход в камневидное состояние происходят в результате физико-химических процессов между водой (или растворами солей) и вяжу­щим.

По способности твердеть минеральные вяжущие вещества подраз­деляются на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохра­нять свою прочность только в воздушной среде.

Гидравлические вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять свою прочность на воздухе, во влажной среде и в воде.

4.3.1. Воздушные вяжущие вещества

Первым вяжущим веществом, которое применил человек, была обыкновенная глина.

Глина – это осадочная горная порода, состоящая в основном из глинообразующих минералов и примесей. Глинообразующие минера­лы являются водными алюмосиликатами, общая формула которых: ,(где коэффициенты п, т, р зависят от вида глинообразующего минерала).

В зависимости от преобладающего содержания глинистых минералов глины называют каолинитовыми, гидрослюдистыми (иллитовыми) и монтмориллонитовыми. Глины белого цвета, состоящие пре­имущественно из каолинита, называют каолинами. Каолины, кстати сказать, являются основным сырьем при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий.

Кроме глинообразующих минералов в глинах присутствуют примеси: кварцевый песок, карбонатные, железистые, органические соединения, растворимые соли.

По одним литератур­ным источникам глину как вяжущее человек стал применять за 5 тыс. лет, а по другим за 12 тыс. лет до нашей эры.

Глина как вяжущее со временем потеряла свое значение, но зато до настоящего времени является основным компонентом при изготов­лении керамических материалов и изделий. В качестве вяжущего глина применяется при устройстве бытовых печей, обмуровке тепло­вых агрегатов, строительстве промышленных труб.

Гипсовые вяжущие вещества. Можно предположить, что строительный гипс (гипсовое вяжущее) появился вслед за глиной, поскольку для его получения требуется сравнительно невысокая тем­пература. Существует предание: однажды корабль пристал к берегу и команда, устраивая костер, обложила место его разведения крупными кусками белого камня, которые были разбросаны вокруг. Под дейст­вием огня белые камни рассыпались на мелкие куски. После того, как на них попала вода, они снова затвердели.

В настоящее время гипсовые вяжущие получают термической обработкой природного двуводного гипса при температуре 97 180°С и последующего помола полученного продукта в тонкий порошок (иногда помол осуществляют в процессе тепловой обработки)

Процесс твердения заключается в присоединении полутора моле­кул воды и превращении полуводного гипса в двуводный.

В зависимости от прочности при сжатии и изгибе стандартных об­разцов, изготовляемых из гипсового теста, гипсовые вяжущие подраз­деляются на марки от Г-2 до Г-25, где цифра обозначает предел проч­ности при сжатии, МПа.

При твердении гипсовое вяжущее увеличивается в объеме пример­но на 1,0-1,5 %, это очень ценное свойство, которое широко использу­ется при отливке различных архитектурных деталей, для изготовления матриц в литейном производстве.

Гипсовые вяжущие широко применяют в строительной практике: для приготовления штукатурных растворов, для изготовления гипсо-картонных листов (сухая штукатурка), искусственного мрамора.

Следует помнить, что гипсовые вяжущие – быстросхватывающиеся и быстротвердеющие вещества, их способность твердеть находится в пре­делах 5-10 мин. В течение этого промежутка времени раствор, приго­товленный с применением гипсового вяжущего, должен быть израсхо­дован.

Тепловая обработка гипсового камня при повышенных температурах дает возможность получить другие гипсовые вяжущие с другими, более про­должительными сроками схватывания и твердения и более высокой конечной прочностью.

Воздушная известь. Воздушную известь получают умеренным обжигом карбонатного сырья - известняков, мела, доломитизированных известняков и доломитов, содержащих не более 6 % глины.

Обжиг осуществляют в печах различного типа при максимальной температуре в зоне обжига 1000-1200°С. При такой температуре проис­ходит термическая диссоциация СаСО₄ по схеме:

,

(где q - количество теплоты, необходимой на разложение 1 моля СaСО₃ , равное 180 кДж).

Куски извести имеют пористую структу­ру вследствие удаления из известняков СО₂ (около 40 % по массе). Из­весть подразделяется на гашеную и негашеную. Негашеная известь, в свою очередь, подразделяется на комовую и молотую. Гашеную известь получают путем ее гашения водой:

Гашеная известь подразделяется на гидратную известь (пушон­ку), когда для гашения воды берут 70-100 % по массе; для получения известкового теста воды берут около 300 %, при большем количестве воды образуется известковое молоко.

Следует помнить, что при гашении извести выделяется большое количество тепла и нужно соблюдать осторожность. Кроме того, из­весть раздражающе действует на мокрую кожу, слизистые оболочки носа, глаз, дыхательных путей. Воздушная известь по виду содержа­щегося в ней основного оксида подразделяется на кальциевую, магне­зиальную и доломитовую.

Воздушная известь широко применяется для приготовления известково-песчаных и смешанных (сложных) растворов, которые, в свою очередь, используются при кирпичной кладке и выполнении штукатурных работ. Кроме того, известь применяется в металлургическом производстве, в химической промышленности, при выделке кож, для очистки свекольного сока при изготовлении сахара. Воздушную известь применяют при производстве малярных работ, особенно при побелке животноводческих помещений, овощехрани­лищ, погребов; кроме чисто декоративного назначения известь явля­ется хорошим дезинфицирующим средством. Из молотой извести и кварцевого песка приготовляют известково-кремнеземистое вяжущее, применяемое для изготовления силикатного кирпича, силикатных и ячеистых бетонов, о чем более подробно будет рассказано дальше.

Магнезиальные вяжущие вещества. К ним относятся каусти­ческий магнезит - продукт разложения при температуре 650-850°С природного магнезита:

В строительных целях чаще используют каустический доломит – продукт разложения природного доломита:

При затворении водой эти вяжущие твердеют медленно и их ко­нечная прочность невелика, поэтому их затворяют растворами хлори­стого или сернокислого магния. В этом случае процесс твердения протекает значительно быстрее, а конечная прочность значительно выше.

Каустический магнезит имеет марки по прочности при сжатии 400, 500, и 600 , а каустический доломит - 100, 150, 200 и 300 (цифра обозначает предел прочности при сжатии стандартных образцов, кгс/см²).

Эти вяжущие используют при устройстве ксилолитовых полов (смесь магнезиального вяжущего с древесными опилками), для изго­товления фибролита (смесь этого вяжущего с древесной шерстью) и в некоторых других областях. Транспортируют магнезиальные вяжущие и хранят в условиях, предохраняющих их от увлажнения.

Жидкое стекло. Так называют растворимые соли кремниевой ки­слоты - и . n – силикат­ный модуль (его значения изменяются от 2,1 до 3,5).

Жидкое стекло получают расплавлением в стекловаренных печах при температуре 1350-1400°С тщательно перемешанной смеси молотых кварцевого песка, кальцинированной соды (или поташа, или сульфата натрия). Полученная в результате силикат-глыба размалывается и обра­батывается в автоклаве водяным паром.

При затворении водой для ускорения протекания химических ре­акций в раствор добавляют кремнефтористый натрий, который одно­временно повышает водо- и кислотостойкость затвердевшего жидкого стекла. Жидкое стекло применяют при изготовлении огнезащитных красок, для предохранения каменных материалов от выветривания, для получения кислотоупорного и жаростойкого цементов, для уплотнения грунтов.

В быту жидкое стекло известно под названием силикатного клея.