Минерально-вяжущие материалы

МВМ – это порошкообразные вещества, полученные после растворения водой, а в отдельных случаях под действием некоторых солей, способные переходить из тестообразного состояния в твердое, приобретая свойство камня. По характеру твердения МВМ делят на 2 группы:

1. ВМВ воздушного твердения, обладающие способностью после затворения водой, твердеть в сухой среде.

2. МВМ водного твердения (гидравлические вяж. матер.). После затворения водой твердеют на воздухе и в воде, причем во влажной среде приобретают большую прочность. Гидравлическая известь и роман – цемент по способу и особенности процессов твердения занимают промежуточное место между воздушными и гидравлическими. После затворения водой на воздухе они начинают твердеть как на воздухе, так и во влажной среде.

Воздушная известь

Материал, полученный в результате обжига до возможно полного разложения чистых и доломитизированных известняков или мела, содержащих не более 6 – 8% глинистых веществ. Полученный таким образом известняк в виде белого или серого цв. называется негашеной (комовой, кипелкой) – CaO. Если в извести примеси окиси Mg не более 5%, её называют кальциевой, от 5 до 20% - магнезиальной, от 25 до 35% - доломитизированной.

В процессе обжига известняк или мел нагревают до температуры 900 – 1200 ⁰С, диссоциируется с большим поглощением тепла в реакции:

С аСО₃ + 180 кДж = СаО +СО₂.

Если исходная порода содержит примеси глинистого вещества, помимо СаО образуется небольшое количество силикатов, алюминатов и ферритов Са. Обжиг ведется т. об, чтобы куски были обожжены равномерно, т. к. состояние неполного обжига является балластом и должен удаляться, о избыточный обжиг снижает качество извести. Для использования в строительстве воздушную известь “гасят”. При гашении протекает следующая реакция: СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 65, 52 кДж. В этом случае известь приобретает тонко-мучнистое состояние (размер зерен < 0,01 мм) с увеличением объёма в 3 – 3,5 раза для жирной и в 2 – 2,5 раза для тощей. Полученная при гашении малым количеством воды гидратная известь называется пушенкой. Обычно для гашения требуется 33% воды, но в зависимости от состава извести, размеров кусков и температуры количество воды увеличивают в 2 раза. Кроме гашеной извести может использоваться молотая негашеная. Её размалывают в мельницах до тонкости помола цемента. Содержание зерен с размером < 0,08 мм должно быть > 85%.

Применение молотой извести имеет ряд преимуществ:

• Используется вся комовая известь, устраняется вредное влияние и достигается рациональное использование избыточного обжига.

• Утилизируется тепло, что ускоряет процессы схватывания и твердения. Саморазогревание материала способствует достаточно быстрому набору прочности, что особенно важно для работы в зимний период.

Недостатками являются:

• Молотая негашеная известь при хранении на воздухе теряет свои вяжущие свойства, поэтому её используют сразу же после помолки.

• Пыльность и вредность; это вызывает необходимость работать в масках и респираторах.

При затворении в оптимальном количестве воды известь на воздухе начинает медленно схватываться и твердеть. Известково-песчаный строительный раствор в сухой среде в возрасте 28 суток достигает прочности 0,2 – 0,5 МПа, а возрасте 90 суток от 0,4 до 0,8 МПа.

В процессе твердения в начале испаряется свободная физически несвязанная вода. В результате тесто уплотняется. Затем из насыщенного раствора начинает кристаллизоваться Са(ОН)₂. В следствие взаимодействия гидратной извести с СО₂ воздуха на поверхности происходит процесс карбонизации. Образовавшаяся при этом карбонатная корка затрудняет проникновение СО₂ внутрь. Поэтому дальнейшее нарастание прочности обуславливается уплотнением студнеобразной массы при её высыхании. Сорта извести устанавливаются в соответствии с ГОСТ 9179-77 (“Известь техническая”).

Гипсовые вяжущие

Данные материалы по технологии обжига делят на 2 группы:

1. низкообжиговые; являются быстротвердеющими. Их получают при нагреве гипса до 150 – 180 ⁰С. При этом происходит частичная гидратация гипса.

2. высокообжиговые; относятся у медленно твердеющим. Получают при более высокой температуре (700 – 1000 ⁰С), при которой происходит полное отщепление химически связанной воды. В результате продукт обжига переходит в ангидрит. Основным сырьём гипсовых вяжущих служит природный гипс.

К низкообжиговым вяжущим относят строительный (порошкообразный материал, обладающий большой водопотребностью) и высокопрочный гипс.

Высокопрочный гипс образуется при тепловой обработке паром под давлением 0,2 – 0,3 МПа в герметических аппаратах и последующей сушке при 160 – 180 ⁰С. В этом случае вода выделяется не в виде пара, а в жидком состоянии. В результате снижается водопотребность гипса и увеличивается прочность гипсового камня до 40 МПа в возрасте 7 суток.

Технология производства строительного гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки. При смешивании полуводного гипса с водой образуется пластичное тесто, которое в последствие превращается в твердое тело. Это превращение условно можно разделить на 3 периода:

1. при затворении водой происходит растворение полуводного гипса, при этом образуется насыщенный раствор.

2. происходит процесс уплотнения и кристаллизации гипса с постепенным превращением студня в кристаллический сросток.

3. последний период набора прочности может быть ускорен подсушиванием при температуре 65 ⁰С.

По срокам схватывания гипсово-вяжущие делятся на 3 гр:

• Быстро-схватывающиеся; от 2 до 15 минут.

• Нормально-схватывающиеся; от 6 до 30 минут.

• Медленно-схватывающиеся (начало схватывания не менее, чем через 20 минут после затворения водой).

Для замедления схватывания вводят добавки сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1 – 0,3 % от массы гипса. На свойства гипсового камня оказывает количество воды. Для химической реакции достаточно 18 % воды от массы гипса. По технологическим требованиям вводят 50 – 70 % воды, что заметно снижает прочность. Все гипсовые вяжущие по прочности разделяют на 12 марок от Г₂ до Г₂₅ (ГОСТ 125-79).

Строительный гипс применяют для приготовления гипсовых смешанных растворов для изготовления архитектурных и строительных деталей, работающих в сухом месте, и в производстве штукатурки.

Формовочный гипс отличается от строительного тонкостью помола; применяют для изготовления форм архитектурных изделий.

Высокообжиговый гипс и ангидридовый цемент применяют для приготовления строительных бетонов и растворов, производства тепло – изоляционных материалов строительных деталей искусственного мрамора.