1.2.3. Магнезиальные вяжущие вещества

Магнезиальные вяжущие вещества получают при обжиге магнезита (МgCO₃) или доломита (MgCO₃ ·CaCO₃):

MgCO₃ → MgO + CO₂

Получившийся обожженный магнезит называют каустическим магнезитом, или магнезиальным вяжущим. Затворяются магнезиальные вяжущие насыщенными растворами хлорида или сульфата магния:

MgO + MgCl₂ + H₂O = 2MgOHCl

Это упрощенная схема твердения магнезиальных вяжущих. Чаще состав затвердевающих продуктов представляют формулой

xMgO · yMgCl₂ · H₂O.

Магнезиальные вяжущие имеют сроки схватывания от 20 минут до

6 часов. Хорошо соединяясь с древесно-волокнистыми материалами, позволяют готовить на их основе ксилолит (наполнитель – опилки) и фибролит (наполнитель – стружки). Ксилолит и фибролит – хорошие тепло- и звукоизоляционные материалы.

1.3. Гидравлические вяжущие вещества

1.3.1. Портландцемент

Наиболее важным гидравлическим вяжущим является портландцемент. Это медленнотвердеющее вяжущее, получаемое путем высокотемпературного обжига (до спекания, т.е. примерно 1500 °С) мергелей или искусственных смесей, состоящих из 75-78% известняка СаСО₃ и 22-25% каолина Аl₂О₃ · 2 SiO₂ · 2H₂O.

В процессе обжига можно выделить шесть зон мокрого способа получения цемента: 1 – испарения (100-200 °С), 2 – дегидратации (400-800 °С), 3 – декарбонизации (900-1200 °С ), 4 – экзотермических реакций (1200-1300°С), 5 – спекания (1450 °С), 6 – охлаждения.

Полученный материал, называемый цементным клинкером (табл. 2), подвергается тонкому помолу.

Таблица 2

Минералогический состав портландцементного клинкера

Название минерала	Химический состав	Обоз- наче- ние	Название и обозна- чение	Содержа- ние в клинкере %
Двухкальциевый силикат	2СаО · SiO2	C2 S	Белит (В)	15-37
Трехкальциевый силикат	32СаО · SiO2	C3 S	Алит (А)	37-60
Трехкальциевый алюминат	3CaO · Al2O3	C3 A	-	7-15
Четырехкальциевый алюмоферрит	4CaO · Al2O3 ·Fe2O3	C4 AF	Целит (С)	10-18

При помоле к клинкеру добавляют природный гипс в количестве от 3 до 5% с целью замедления сроков схватывания. Такой молотый тонкодисперсный продукт называется цементом.

При затворении цемента водой происходит взаимодействие его минералов с водой, сопровождающихся образованием новых соединений, которых не было в цементном клинкере. При этом протекают реакции гидролиза и гидратации:

1. 2СаО · SiO₂ + nH₂O = 2CaO · SiO₂ · nH₂O;

2. 3CaO · SiO + (n+1) H₂O = Ca(OH)₂ + 2CaO · SiO₂ · nH₂O;

3. 3CaO · Al₂O₃ + 6H₂O = 3CaO · Al₂O₃ · 6H₂O;

4. 4CaO · Al₂O₃ · Fe₂O₃ + (m+7)H₂O = Ca(OH)₂ + 3CaO + Al₂O₃ · 6H₂O + Fe₂O₃ · mH₂О.

В этом и состоит химизм твердения портландцемента. Однако схватывание и твердение портландцемента обусловлены комплексом физико-химических процессов.

По теории А.А. Байкова, процесс превращения цементного порошка при затворении его водой в цементный камень протекает в 3 стадии.

Первая стадия – затворение. При этом образуется насыщенный раствор.

Вторая стадия - стадия коллоидации. В результате взаимодействия с водой образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, обладающие малой растворимостью. Поэтому они образуют коллоидный раствор.

Материал приобретает структуру геля, который еще не обладает механической прочностью, но способен сохранить форму.

Третья стадия – стадия кристаллизации. При этом наблюдается процесс перекристаллизации мелких частиц коллоидной системы в более крупные кристаллические частицы, которые, переплетаясь и срастаясь, образуют твердый материал, обладающий механической прочностью.

Наряду с кристаллизацией протекает уплотнение геля за счет связывания воды ранее непрореагированными частицами различных минералов цементного клинкера.