4. Получение минеральных вяжущих.

Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности.

В наибольших объемах используются карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит), сульфатные (гипс, ангидрит), кремнеземистые (диатомит, трепел, опока), глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы.

Расширяется применение многотоннажных промышленных отходов: доменных и других металлургических шлаков, шлаков и зол от пылевидного сжигания твердого топлива, нефелинового шлама. При этом отпадает необходимость организации карьеров по добыче природного сырья, сокращаются расходы топлива и электроэнергии на обжиг и помол. Кроме того, использование отходов способствует охране природы и среды обитания человека.

Подготовка сырьевой смеси при производстве вяжущих предусматривает измельчение сырья до частиц примерно одного размера и, если смесь состоит не из одного компонента, их тщательное смешение для получения однородной композиции.

Важнейшим и обязательным этапом производства вяжущего является обжиг сырья. В результате физико-химических процессов, происходящих при высоких температурах, образуются новые соединения, способные взаимодействовать с водой и при этом твердеть, превращаясь в искусственный камень. Каждое вяжущее требует определенной температуры и продолжительности термической обработки . Высококачественные вяжущие (портландцемент и глиноземный цемент) получают обжигом при высоких температурах до частичного плавления (спекания) сырьевой смеси.

Чаще всего продукты обжига еще не являются готовым вяжущим. Для проявления вяжущих свойств их подвергают тонкому измельчению (помолу) в чистом виде или чаще совместно с добавками, вводимыми с целью регулирования технологических свойств теста вяжущего и эксплуатационных свойств искусственного камня, а также облегчения помола и удешевления. Чем выше тонкость помола, тем быстрее и полнее пройдут процессы химического взаимодействия вяжущего с водой.

5. Процессы гидратации, схватывания и твердения минеральных вяжущих.

Минеральные вяжущие обычно приводят в рабочее состояние путем смешивания с водой, называемого затворением. В отдельных случаях (например, магнезиальные вяжущие) затворение производят водными растворами солей.

Отвердевание теста в искусственный камень происходит в результате сложных процессов, сопровождающих химическое взаимодействие вяжущего с водой. Это взаимодействие идет с выделением теплоты, т.е. является экзотермическим.

В соответствии с теорией твердение минеральных вяжущих разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации, которые не следуют один за другим в четкой последовательности, а налагаются один на другой.

В подготовительном периоде сразу после затворения частицы вяжущего, смачиваясь водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно происходит гидратация, т.е. присоединение воды к молекулам растворенного вяжущего. Особенность вяжущих заключается в том, что их растворимость существенно выше, чем у появляющихся гидратных соединений, содержащих химически связанную воду. Из-за этого образовавшийся раствор является пересыщенным по отношению к гидратным новообразованиям.

В период коллоидации из пересыщенного раствора начинают выделяться мельчайшие коллоидные частички гидратов с образованием так называемого геля (студнеобразной массы). По мере увеличения их количества тесто заметно загустевает, утрачивая пластичность, и приобретает начальную прочность.

В третьем периоде (кристаллизации) происходит дальнейшая гидратация вяжущего. Неустойчивый гель уплотняется и постепенно преобразуется в крупные более стабильные кристаллы, которые, срастаясь между собой, формируют жесткий каркас искусственного камня . Со временем число и поверхность контактов между кристаллами возрастают, что приводит к значительному повышению прочности.

Практическое значение имеет выделение в процессе твердения вяжущего этапа схватывания (загустевания), ограниченного двумя моментами: началом и концом схватывания. Началом схватывания называют момент, когда появляются признаки загустевания вяжущего теста и оно ощутимо теряет пластичность. Все производственные операции по приготовлению, транспортированию и укладке растворных и бетонных смесей должны быть завершены до начала схватывания.

К концу схватывания вяжущее тесто окончательно загустевает, но его прочность незначительна. Последующее нарастание прочности для разных вяжущих идет с различной интенсивностью.

Наибольшей скоростью твердения характеризуются гипсовые вяжущие — они полностью затвердевают за несколько часов, наименьшей — воздушная известь: прочность известкового камня увеличивается многие годы.