Минеральные вяжущие вещества.

Минеральные вяжущие вещества– это порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой (затворение) образуют пластичное тесто, способное под влиянием физико-химических процессов постепенно затвердевать и переходить в камневидное состояние.

Классификация минеральных вяжущих веществ.

Минеральные вяжущие вещества делятся на:

1. Воздушные– вещества, которые способны после затворения их водой сохранять прочность только на воздухе. К ним относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушную известь.

2. Гидравлические - вещества, которые после затворения их водой и предварительного твердения на воздухе продолжают наращивать свою прочность во влажной среде или в воде, т.е. эта группа вяжущих способна твердеть как на воздухе, так и в воде. Причем при твердении во влажной среде приобретают большую прочность. К ним относят портландцемент и его разновидности, пуццолановые, глиноземистые и расширяющиеся цементы, романцемент, гидравлическую известь.

3. Вяжущие автоклавного твердения – вещества, которые эффективно твердеют только под давлением насыщенного пара, т.е. при повышенной температуреtº=170-200 ºС и при р=0,8-1,6 МПа. Представитель: Известково-кремнеземистые материалы.

Воздушные вяжущие вещества.

Гипсовые вяжущие вещества.

Делятся на две группы: это низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые получают при нагреве двуводного гипса доtº=150-160 ºС. При этом происходит частичная дегидратация двуводного гипса с образованием полуводного гипса.

CaSO₄·2H₂O→CaSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O

полуводный, или

строительный, гипс

(алебастр)

Теория твердения гипсового камня.

При затворении водой полуводный сернокислый кальций растворяется до образования насыщенного раствора и одновременно гидротирует, присоединяя 1,5 молекулы воды, образуя двуводный сернокислый кальций.

CaSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O→CaSO₄·2H₂O

Растворимость двугидрата в 5 раз меньше растворимости полугидрата.

Из полученного перенасыщенного раствора мельчайшие частички двугидрата выпадают в виде осадка. По мере накопления они склеиваются между собой, вызывая загустевание (скатывание) гипсового теста. Дальнейшее увеличение прочности гипса происходит вследствие высыхания твердеющей массы и более полной её кристаллизации.

Строительный гипс является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим. При нормальном давлении образуются мелкие кристаллы строительного гипса β-модификации, обладающие повышенной водопотребностью (55-65%). Избыточная вода, т.е. вода сверх необходимой для гидратации гипса (около 15%), присутствует в гипсовом тесте в виде мельчайших капелек, а после её использования образуется множество пор. Вследствие этого строительный гипс имеет небольшую прочность(2-25МПа).

При нагревании природного гипса паром под давлением р=0,2-0,3МПа с последующей сушкой при tº≈160 ºС получают полуводный гипс α-модификации, при этом образуются более крупные кристаллы с меньшей водопотребностью (40-45%). И, следовательно, полученный таким образом гипс обладает большей прочностью и меньшей пористостью - это высокопрочный цемент.

Применяют низкообжиговые вяжущие для изготовления гипсовых и гипсобетонных строительных изделий, которые будут эксплуатироваться внутри помещений. Изготавливают также сухую штукатурку, гипсовые и смешанные растворы для производственно- декоративных отделочных материалов.

Высокообжиговые.К ним относят ангидритовый цемент и эстрих гипс.

Ангидритовый цементполучают обжигом природного двуводного гипса приtº=600-700 ºС с последующим тонким измельчением с введением добавок-катализаторов твердения. В качестве катализаторов используют: известь, обожженный доломит, основные доменные гранулированные шлаки. Прочность ангидритового цемента не высока и доходит до 20 МПа.

Разновидностью этого цемента является эстрих гипс. Получают его обжигом природного гипса или ангидрита приtº=800-1000 ºС с последующим тонким измельчением. При этой температуре происходит не только полное обезвоживание, но и частичная диссоциация( разложение ангидрита) с образованием оксида кальция до 5%.

CaSO₄ →CaO+SO₃ ↑

Образовавшаяся известь действует как катализатор твердения при затворении эстрих гипса водой.

Высокообжиговые гипсы используют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, устройства мозаичных полов, изготовления искусственного мрамора. Изделия из него более водо- и морозостойкие по сравнению с изделиями из строительного гипса.

Магнезиальные вяжущие вещества.

Получают при обжиге при tº=650-850 ºС горной породы магнезита и доломита(MgCO₃ – магнезит;CaCO₃·MgCO₃- доломит) с последующим тонким измельчением:

MgCO₃→MgO+CO₂↑

каустический

магнезит

CaCO₃·MgCO₃→CaCO₃·MgO+CO₂

каустический доломит

Обладает более высокими прочностными свойствами ( 40-60 МПа).

Каустический доломит обладает более низкими показателями (10-30МПа), т.к. при температуре обжига, не превышающей 750º, карбонат кальция не разлагается и присутствует в вяжущем в качестве балласта. Затворяют магнезиальные вяжущие в отличие от всех минеральных вяжущих не водой, а водными растворами солей магния. Это сернокислый MgSO₄и хлористыйMgCl₂магнии. Магнезиальные вяжущие активно поглощают влагу из воздуха, теряя при этом активность, поэтому транспортировка и хранение осуществляется в металлических барабанах.

Применяются для изготовления ксиловита и других теплоизоляционных материалов,а также для изготовления без искровых полов.

Воздушная известь.

Это продукт умеренного обжига при tº=1000-1200 ºС известняков содержащих не более 6% глинистых примесей.

Таким образом получают негашеную комовую известь.

CaCO₃→CaO+CO₂↑

При затворении водой образуется гидрат окиси кальция

CaO+H₂O→Ca(OH)₂+Q

В зависимости от характера последующей обработки комовой извести, воздушная известь делится на следующие виды:

1. Негашеную молотую известь ( CaOв виде порошка)

2. Гашеную гидратную известь в виде тонкого порошка (тушёнки). Комовая известь обработана определенным количеством воды 32 %.

3. Известковое тесто- это гашение извести избыточным количеством воды.

4. Известковое молоко - разведенная большим количеством воды тушенка или известковое тесто.

По содержанию оксида кальция известь делится на 3 сорта:

1. Более 90 %

2. Более 80%

3. Более 70%

Гидравлические вяжущие вещества.

Гидравлическая известь. Продукт умеренного обжига приtº=900-1100 ºС мергелистых известняков (содержащих от 6 до 20 % глиняных примесей). В процессе обжигаtº≈900 ºС происходит разложение всех компонентов на оксиды. Глинистые примеси дают 3 основных оксида:

SiO₂

AL₂O₃

Fe₂O₃

А дальше при tº=1000-1100 ºС происходит соединение оксидов в твердом состоянии с образованием следующих минералов:

двухкальциевый силикат 2CaO·SiO₂

алюминат кальция CaO·AL₂O₃

феррит кальция 2CaO·Fe₂O₃

Данные минералы обладают свойством твердеть не только в воздухе, но и в воде.