58. Неорганические воздушные вяжущие

Неорганическими вяжущими веществами называются порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой или водными растворами некоторых солей образуют тесто (пластическую массу), способное со временем отвердевать, превращаясь в камневидное тело. Все неорганические вяжущие вещества являются продуктами обжига соответствующего минерального сырья, т. е. они относятся к обжиговым строительным материалам. Однако ИСК, получаемые на их основе, относятся к безобжиговым, так как процесс их отвердевания происходит в условиях обычных температур. Эту группу вяжущих разделяют на воздушные и гидравлические. Воздушные способны в тестообразном состоянии твердеть и длительно сохранять свою прочность только на воздухе, поэтому они применяются в наземных сооружениях, не подвергающихся воздействию воды. К ним относятся строительная воздушная известь, гипсовые, магнезиальные вяжущие вещества и жидкое стекло. 59. Глина.

Глина – осадочная горная порода, основные свойства которой определяются свойствами глинистых минералов (каолинита и монтмориллонита). Эти частицы имеют размер менее 0,005 мм, хорошо смачиваются водой. Благодаря высокой удельной поверхности и гидрофильности частиц глина способна поглощать и удерживать до 30 % воды от собственной массы. При этом она разбухает и образует вязко-пластичное глиняное тесто. Твердение глины происходит за счёт её высыхания. При высыхании из глиняного теста удаляется сначала свободная, затем адсорбированная вода, частицы сближаются, и начинают прочно удерживаться друг около друга. Прочность при сжатии глины в сухом состоянии достигает 100 кгс/см2 (10 МПа). Глиняное тесто при высыхании даёт значительную усадку (до 10 %). Для уменьшения усадки в глиняное тесто добавляют крупнозернистые материалы (песок, опилки). При повторном увлажнении глина размягчается. В водонасыщенном состоянии прочность глины равна нулю. Поэтому затвердевшие материалы на основе глины необходимо предохранять от увлажнения. Применение глины: - штукатурные и кладочные растворы; - стеновой блок (саман); - пластифицирующая добавка в строительные растворы.

60. Гипсовые вяжущие вещества.

Гипсовые вяжущие вещества – группа воздушных вяжущих веществ, в затвердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция CaSO4•2H2O.Получают гипсовые вяжущие тонким помолом гипсового камня, который предварительно обжигается до частичного или полного удаления химически связанной воды. Гипсовыми вяжущими веществами называют воздушные вяжущие вещества, состоящие из полуводного или безводного сульфата кальция (CaSO·0,5H2O или CaSО4). Гипсовые вяжущие вещества делятся на две группы - низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают термической обработкой двуводного сульфата кальция при температуре в пределах 105-200 °С при атмосферном давлении. К низкообжиговым относятся строительный и высокопрочный гипс. Высокообжиговые (ангидритовые) гипсовые вяжущие получают обжигом двуводного гипса при температуре 600-1000 °С. К высокообжиговым гипсовым вяжущим относятся ангидритовый цемент и эстрихгипс (высокообжиговый гипс). Сырьем для производства гипсовых вяжущих служит природный гипсовый камень и природный ангидрит, а также отходы химической промышленности (борогипс, фосфогипс и другие отходы промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций). Природный гипсовый камень - горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов сернокислого кальция CaSО4·2H2О, плотность которого 2 400 кг/м3. На основе гипсовых вяжущих производится множество изделий строительных материалов и смесей, в том числе композиционных вяжущих. Химизм схватывания и твердения гипсовых вяжущих. Схватывание и твердение гипсовых вяжущих заключается в реакции гидратации полуводного гипса, в результате которой он переходит в двуводный: β-CaSO4·0,5H2O + 1,5H2O → β-CaSO4·2H2O. α-CaSO4·0,5H2O + 1,5H2O → α-CaSO4·2H2O. В процессе гидратации выделяется большое количество тепла (до 122 кДж/кг). 61. Магнезиальные вяжущие вещества. Магнезиальные вяжущие вещества – группа воздушных вяжущих веществ, активной частью которых является оксид магния MgO. Получают магнезиальные вяжущие обжигом при температуре 700…800 ОС горных пород магнезита (MgCO3) и доломита (CaCO3·MgCO3). Продукт обжига размалывают в тонкий порошок. Производство магнезиальных вяжущих веществ. Получают магнезиальные вяжущие обжигом при температуре 700…800 ОС из горных пород магнезита и доломита. Обжиг осуществляется в шахтных или вращающихся печах. Продукт обжига размалывают в тонкий порошок. Для помола используют трубные шаровые мельницы. Химизм схватывания и твердения магнезиальных вяжущих. Схватывание и твердение магнезиальных вяжущих заключается в реакции гидратации оксида магния, в результате которой образуется гидроксид магния: MgO + H2O → Mg(OH)2. Невысокая интенсивность гидратации MgO объясняется образованием на поверхности частиц плёнок Mg(OH)2, препятствующих доступу воды внутрь частиц. При затворении каустического магнезита и каустического доломита растворами MgCl2 или MgSO4 реакция гидратации протекает значительно интенсивнее, уменьшается риск растрескивания изделий. Кроме того, возможно образование гидрата оксихлорида магния 3MgO·MgCl2·6H2O, уплотняющего образующийся кристаллический сросток. Технические свойства магнезиальных вяжущих. Требования к магнезиальным вяжущим веществам устанавливаются в стандартах организаций (СТО) или в технических условиях (ТУ). Истинная плотность каустического магнезита ρ=3,15…3,4 г/см3 (доломита – 2,78…2,85 г/см3). Насыпная плотность ρн=700…850 кг/м3 (доломита – ρн=1050…1100 кг/м3). Твердение магнезиальных вяжущих начинается очень интенсивно – через сутки прочность при сжатии составляет 10…15 МПа (100…150 кгс/см2). Температура твердения должна быть не ниже +12 ОС. Теплота гидратации MgO составляет около 40 кДж/кг. Благодаря тому, что реакция гидратации начинается не сразу после затворения, максимальные температуры развиваются через 3-4 часа, что может привести к закипанию воды и растрескиванию бетонов и растворов. Затвердевший магнезиальный камень очень гигроскопичен, поэтому эксплуатируется только в воздушно-сухих условиях. Для уменьшения гигроскопичности магнезиальные вяжущие затворяют растворами солей, вводят в состав смесей ПАВ. 62. Растворимое стекло и кислотоупорный цемент Растворимое стекло представляет собой натриевый или калиевый силикат (Na2O-nSiO2 или K^O-nSiC^), где п = 2,5...4 — модуль стекла. Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (или сульфатом натрия) и поташом в стекловаренных печах при температуре 1300...1400 °С. Образовавшийся расплав при быстром охлаждении распадается на стекловатые полупрозрачные куски, называемые силикат-глыбой. В строительстве растворимое стекло применяют в жидком виде и часто называют жидким, стеклом. Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве. Раствор жидкого стекла, поступающего на строительство, содержит 50...70 % воды и имеет плотность 1,3... 1,5. Силикаты натрия или калия, являющиеся основными компонентами жидкого стекла, в воде подвергаются гидролизу. Образующийся при гидролизе гель кремниевой кислоты Si(OH)4 обладает вяжущими свойствами. По мере испарения жидкой фазы концентрация коллоидного кремнезема повышается, он коагулирует и уплотняется. В твердении растворимого стекла участвует также и углекислота воздуха, которая, нейтрализуя едкую натриевую или калиевую щелочь, образующуюся в растворе при гидролизе, способствует коагуляции кремнекисло-ты и более быстрому затвердеванию растворимого стекла. Однако глубина проникания углекислоты сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности. Процесс твердения растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры и особенно при добавлении к нему веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты, например кремнийфтористого натрия. Кремнефторид натрия в воде гидролизуется. Na2SiF8 + 4Н2О = Si(OH)4 + 2NaF + 4HF , а затем проходит реакция

HF + NaOH = NaF + Н.,0 Образующийся при этом фтористый натрий мало растворим в воде, поэтому процесс расщепления силикатов жидкого стекла и выделения геля кремниевой кислоты (клеящего вещества) ускоряется, что приводит к быстрому твердению системы. Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов. Кислотоупорный цемент изготовляют из тонкоизмельченных смесей кислотоупорного наполнителя (кварца, кварцита, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения — кремнефтористого натрия. Название «цемент» для таких порошков имеет условный характер, так как они вяжущими свойствами не обладают и при затворении водой не твердеют. Вяжущим веществом в таких цементах является растворимое стекло, на водном растворе которого их и затворяют. Чаще всего применяют кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, в котвром наполнителем является чистый тонкомолотый кварцевый песок. Основное достоинство и принципиальное отличие кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих веществ — его способность сопротивляться действию большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной, кремнефтористоводородной и фосфорной). Схватываются кислотоупорные цементы в пределах 0,3...8 ч. Предел прочности при растяжении через 28сут должен быть не менее 2,0 МПа, а кислотостойкость — не менее 93 %. Предел прочности при сжатии стандартом не нормируется, но можно получить бетоны с прочностью при сжатии 30...40 МПа и более.

Кислотоупорный цемент применяют для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. Нельзя использовать кислотоупорный цемент для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, пара и щелочей, а также в условиях низких температур (ниже—20 °С). 63.Воздушная известь. Известь строительная воздушная – группа воздушных вяжущих веществ, активной частью которых является оксид или гидроксид кальция (СаО или Са(ОН)2).Получают воздушную известь обжигом карбонатных горных пород (известняка, мела, доломита), состоящих преимущественно из минерала кальцита CaCO3 и содержащих примеси глины не более 6-8 % по массе. Обжиг сырья осуществляется во вращающихся или шахтных печах при температуре 1000…1200 ОС. При этом происходит разложение карбоната кальция: CaCO3 → СаО + СО2 Пористые куски СаО называются комовой негашёной известью. Комовая негашёная известь при затворении водой бурно реагирует с ней (гасится), образуя гидроксид кальция: СаО + Н2О → Са(ОН)2 При реакции выделяется 1160 кДж/кг СаО. Этого количества теплоты достаточно, чтобы вскипятить 3-4 литра воды, что зачастую и происходит в процессе гашения. Поэтому негашёную известь ещё называют известью-кипелкой. При гашении куски комовой извести увеличиваются в объёме и распадаются на мельчайшие (размером до 0,001 мм) частицы. Известь, подвергнутую гашению, называют гашёной известью или гидратной известью. В зависимости от количества воды, взятой для гашения извести, получают: - гидратную известь (пушонку) при количестве воды 50-70 % от массы извести; - известковое тесто – при 300…400 % воды; - известковое молоко – при 800…1000 %. Гидратную (гашёную) известь (пушонку) получают обычно в заводских условиях гашением извести небольшим количеством воды (несколько больше теоретически необходимого). На строительных объектах известь гасят в гасильных ящиках (творилах). Твердение воздушной извести. Известковое тесто, в отличии от большинства других минеральных вяжущих веществ, не обладает свойством схватывания. Связано это с тем, что известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора гидроксида кальция и мельчайших не растворившихся частиц Ca(OH)2. Никакого химического взаимодействия с водой в известковом тесте не происходит. 64. Неорганические гидравлические вяжущие. Гидравлические вяжущие вещества способны после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть и в воде, увеличивая со временем свою прочность. Они могут применяться в наземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях, подвергающихся воздействию воды. Среди них портландцемент, глиноземистый цемент, шлаковые и пуццолановые смешанные цементы, ряд специальных цементов, а также гидравлическая известь. 65.Гидравлическая известь и романцемент. Гидравлическую известь получают из мергелистых известняков содержащих 6...20 % равномерно распределенной глины. При обжиге сначала происходит разложение карбоната кальция на СаО и СО;, а глинистых минералов—на аморфные SiO2 и A12OS. При температуре 1000...1100 °С часть оксида кальция взаимодействует в твердом состоянии с SiO2, A12O3, Fe2O3, образуя низкоосновные силикаты, алюминаты и ферриты кальция (2CaO-SiO2, 2СаО'А12О3, СаО-•Fe2O3). Следовательно, гидравлическая известь состоит из различных соединений, часть которых (CaO-fMgO) обусловливает свойства извести как воздушного вяжущего, а часть (силикаты, алюминаты, ферриты кальция)—гидравлического. Чем больше в составе гидравлической извести последних соединений, тем быстрее она твердеет и выше ее прочность. Гидравлическая известь способна диспергироваться частично при гашении водой, но чаще ее превращают в рабочее состояние помолом. Для твердения гидравлической извести вначале необходимы, как н для воздушной извести, воздушно-сухие условия, а затем — влажные, чтобы обеспечить гидратацию силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Чем больше в извести свободного оксида кальция, тем более продолжительным должно быть начальное твердение в воздушной среде (обычно 7...15 сут). Различают слабогидравлическую (гидравлический модуль 4,5... ...9,0) и сильногидравлическую (модуль 1,7...4,5) известь. Прочность при сжатии растворов должна быть не менее 1,7 МПа — для слабогидравлической извести и не менее 5 МПа — для сильногидравлической. Романцемент является особой разновидностью сильногидравлической извести с модулем основности меньше 1,7. Романцемент получают обжигом при 1000...1100 °С мергелей, в которых глинистых примесей больше 25 %, с последующим помолом в тонкий порошок. Романцемент почти целиком состоит из низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция и не способен гаситься. Марки ро-ыанцемента 25, 50 и 100 (2,5...10 МПа). Гидравлическую известь и романцемент применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, в том числе во влажных условиях, бетонах низких марок, смешанных вяжущих и т. п., что позволяет экономить энергоемкий и дорогой портландцемент. Тесто романцемента обладает ярко выраженным схватыванием – начало не ранее 15 минут, конец – не позднее 24 часов. Условия твердения романцемента: первые 7 суток в воздушно-влажных условиях, далее в воде. Прочность стандартных образцов из романцемента в возрасте 28 суток составляет 12…15 МПа (120…150 кгс/см2). При сохранении благоприятных условий с течением времени прочность может существенно увеличиться. 66. Портландцемент. Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях. Для регулирования сроков схватывания в обычных цементах марок 300...500 при помоле к клинкеру добавляют гипс не менее 1,0% и не более 3,5% от массы цемента в пересчете на ангидрид серной кислоты SO3, а в цементах высокомарочных и быстротвердеющих — не менее 1,5% и не более 4,0%. Портландцемент выпускают без добавок или с активными минеральными добавками. ГОСТ предусматривает выпуск трех разновидностей портландцемента: Д0 — без добавок, Д5 — с введением д0 5% активных минеральных добавок всех видов и Д20, в которую разрешается вводить свыше 5%, но не более 20% добавок, в том числе до 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения (кроме глиежа) или до 20% доменных и электро-термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей и прочих активных минеральных добавок. 67. Разновидности портландцемента. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного более интенсивным набором прочности в первые 3 сут. Разновидностью быстротвердеющего цемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ), который характеризуется не только большой скоростью твердения в начальный период, но и высокой маркой (М600...700). Разработан также сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ) специального минерального состава, который обеспечивает интенсивное нарастание прочности уже в первые сутки его твердения (через 6 ч — 10 МПа). Быстротвердеющие портландцементы целесообразно применять при массовом производстве сборных железобетонных изделий, а также при зимних бетонных работах. Их применение дает возможность сократить расход цемента, длительность тепловлажностной обработки или даже отказаться от нее, тем самым увеличить оборот форм и сэкономить металл. Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) отличается от обычного портландцемента не только более высокой стойкостью к сульфатной коррозии, но и пониженной экзотермией при твердении и повышенной морозостойкостью. Белый и цветные портландцементы — это декоративные вяжущие материалы, использование которых в строительстве позволяет улучшить эстетический вид зданий и сооружений при меньших затратах, чем с другими отделочными материалами. Портландцементы с органическими поверхностно-активными добавками получают путем совместного помола портландцементного клинкера, гипса и небольшого количества (0,1...0,3 % от массы цемента) добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). Гидрофобный портландцемент, предложенный М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевьш, получают, вводя при помоле клинкера 0,1,..0,3 % мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок. При длительном хранении даже в очень влажных условиях не комкуется и сохраняет активность. 68. Портландцемент с минеральными добавками. Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД) получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в цементе (ГОСТ 10178 — 85) не должно превышать 20%. При этом практически сохраняются все свойства портландцемента, кроме морозостойкости (она несколько ниже), а некоторые свойства улучшаются (больше водостойкость, меньше тепловыделение, более высокая сопротивляемость коррозии первого вида). При его получении экономится портландцементный клинкер, что способствует снижению себестоимости цемента. Марки такого цемента те же, что и у портландцемента: 400, 500, 550 и 600. По специальному разрешению допускается на отдельных заводах выпускать ПЦД МЗОО. ПЦД успешно применяют в строительстве вместо портландцемента, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость. 69. Глинозёмистый цемент. Глиноземистый цемент – это высокопрочная вяжущая смесь, быстро затвердевающая в воде и на воздухе, которая, главным образом, используется при изготовлении бетона и жаростойких строительных растворов. Для получения данной марки производители берут специализированную сырьевую смесь, богатую глинозёмом, обжигают её в доменных или электродуговых печах до спекания и мелко измельчают. При этом из помола удаляют ненужные сырьевые компоненты типа железа и кремнезема. Общие характеристики глиноземистого цемента Приготовленный и нанесенный глиноземистый цемент начинает затвердевать приблизительно через 45 минут после нанесения и полностью схватывается за 10 часов. Его можно с успехом использовать во влажной среде влажность не мешает ему становиться достаточно прочным. Часто такой цемент добавляют в бетон, чтобы сделать последний водонепроницаемым (при строительстве сооружений, находящихся неподалёку от водоёмов с пресной или сульфатной водой). Кроме того, глиноземистая марка повышает морозостойкость и устойчивость к коррозии, что немаловажно для арматуры. Где используется глиноземистый цемент? Как правило, смесь данного рода применяется в промышленном строительстве, в местах, где приходится сталкиваться с агрессивными водными, высокими температурами или газовыми средами. В качестве примера можно привести нагревательные устройства, работа которых должна осуществляться при температуре до 1300C°. Ещё один пример шахтостроение (агрессивные воды и газы), горнодобывающая промышленность, постройка подземных сооружений и так далее. Строители также используют цемент во время устранения аварий (с его помощью заделывают пробоины в судах морского флота), при ремонте и строительстве мостов и промышленных зданий. Иногда смесь становится компонентом в растворах и клеях строительной химии.