Неорганические вяжущие вещества

Среди неорганических вяжущих веществ цементы занимают ведущее положение. На их применении основано индустриальное производство — заводское изготовление сборного железобетона, а также монолитного и сборно-монолитного бетона и железобетона.

Изучение неорганических вяжущих веществ следует начинать с классификации, в соответствии, с которой эти материалы разделяются на две группы: воздушные и гидравлические. По химическому составу и технологии производства воздушные вяжущих вещества относятся к более простым материалам и поэтому рекомендуется начать изучение с этой группы вяжущих веществ. К ней относятся воздушная известь, гипсовые вяжущие вещества, магнезиальные вяжущие вещества, а также растворимое стекло.

Уяснив разновидности, основные свойства и область применения воздушных вяжущих веществ, следует в такой же последовательности изучить и вторую группу - гидравлические вяжущие материалы. В ней представлены портландцемент, специальные портландцементы - быстротвердеющий, белый, цветной, гидрофобный, пластифицированный, сульфатостойкий, тампонажный и дорожный, цемент глиноземистый - обыкновенный, расширяющийся и безусадочный, смешанные цементы — пуццолановый и шлаковый портландцементы, цементы на известковой основе, сульфатошлаковые цементы, кислотоупорные цементы. К этой же группе относятся, хотя практически не изготовляемые сейчас, романцемент и гидравлическая известь

Обширная номенклатура цементов пополняется. В дорожном, аэродромном и других видах строительства получают применение полимерцементные, повышающие плотность и эластичность бетонов. В огнеупорной промышленности требуются жароупорные цементы, в нефтяной и газовой - специальные тампонажные и расширяющиеся цементы и т. п.

В 1985 г. производство цемента составило около 134 млн. т. с увеличением вы пуска высокомарочных и специальных видов цемента - быстротвердеющего, напрягающего, декоративного и др.

Для производства смешанных цементов требуются порошкообразные активные минеральные вещества (добавки). В дальнейшем изучают отдельные природные (пуццолан, диатомит и др.) и искусственные (доменный шлак, глинит и др.) добавки.

При изучении свойств воздушных и гидравлических веществ студент должен ознакомиться с методами испытания и оценкой их качества. Если теоретическая подготовка по этому разделу курса строительных материалов совпала с прохождением лабораторного практикума, то изучение методов испытаний вяжущих веществ проходит в лаборатории. Студент пользуется наглядными пособиями и приборами и сравнительно просто усваивает специфику определения прочностных характеристик и физических свойств цементов, гипсов и других вяжущих веществ. Если теоретическая подготовка по вяжущим веществам не совпадает с периодом прохождения лабораторных занятий, то кроме рекомендованных учебников необходимо проработать соответствующий раздел пособия по лабораторному практикуму [и воспользоваться ГОСТами].

После начальной стадии проработки раздела неорганических вяжущих веществ студенту следует перейти к изучению физико-химических основ производства минеральных вяжущих веществ; зависимости основных свойств вяжущих от их химико-минералогического состава; теории твердения минеральных вяжущих веществ, переведенных в тестообразное состояние; химической стойкости вяжущих веществ к воздействию различных факторов внешней среды.

О физико-химических основах производства минеральных вяжущих веществ, студенты строительных специальностей должны иметь достаточное представление, чтобы уяснить процессы перехода сырья, не обладавшего цементирующей способностью, в готовый продукт с ярко выраженными вяжущими свойствами. Необходимо законспектировать основные сведения о сырьевых материалах вяжущих веществ. Затем важно разобраться в принципиальной схеме технологии изготовления минеральных вяжущих веществ и особо выделить центральную операцию - обжиг сырья или сырьевой смеси.

При обжиге для одной группы вяжущих веществ характерны только реакции в твердой фазе (получение извести, роман цемента); для другой - появление на определенной стадии обжига жидкой фазы и соответственно этому ускорение химических реакций, протекающих вначале только в твердой фазе (получение портландцемента, глиноземистого и других цементов). для гипсов и некоторых других вяжущих веществ наиболее характерными для обжига или нагрева сырья являются структурные превращения, с сущностью которых следует ознакомиться.

Особо необходимо обратить внимание на производство цемента ускоренными темпами с минимумом расхода топливно-энергетических ресурсов, т. е. сухим способом на основе новейшей технологии.

Необходимо выяснить назначение помола продукта обжига и зависимость качества порошкообразных вяжущих материалов от степени их дисперсности в результате механического измельчения.

При изучении процессов твердения неорганических вяжущих веществ после их затворения водой или водными растворами некоторых солей следует принять за основу обобщенную теорию акад. А. А. Байкова и разобраться в сущности рассматриваемых им трех периодов твердения каждого вяжущего вещества. Чтобы лучше понять основные положения этой теории, важно проследить за периодами твердения (с записью реакций на бумаге) применительно к тестообразному состоянию портландцемента, извести, гипса, магнезиальных вяжущих веществ и глиноземистого цемента. Желательно ознакомиться с современными представлениями о процессах твердения вяжущих веществ, которые уточняют и развивают отдельные положения теории А. А. Байкова.

Непосредственно с теорией твердения связаны специфические вопросы формирования структуры, свойств, коррозионной стойкости затвердевшего цементного теста (цементного камня). Цементный камень и, следовательно, цементный бетон или раствор, находясь в сооружении, могут преодолевать коррозионные воздействия внешних факторов при условии своевременного предотвращения возможных процесс сов разрушения структуры материала.

Среди внешних факторов выделяют действие напорной пресной воды, длительное воздействие минерализованной, например морской воды, влияние кислых вод и кислот, а также некоторых других вредных сред (растворов сахара, серных газов и др.). Необходимо научиться записывать важнейшие реакции взаимодействия основных продуктов твердения вяжущих веществ с реакционно-активными компонентами внешней среды. Кроме того, студент должен знать о мерах, направленных на торможение или полное исключение процессов коррозии цементного камня (бетона, раствора). При изучении свойств портландцементного камня важно выяснить относительную роль компонентов клинкера - алита, белита и других соединений.

Этот раздел курса изучается как по учебникам и некоторой дополнительно рекомендуемой литературе, так и путем посещения лекций в период лабораторно-экзаменационной сессии студентов-заочников. Темы о научных основах производства минеральных вяжущих веществ, о коррозии и мерах по ее предотвращению обычно включают в тематические планы лекционных занятий. Изучение влияния внешней среды на химическую стойкость цемента и других, минеральных вяжущих веществ является завершающим этапом проработки этого раздела курса.

Литература: [1, с. 106….161]; [1, с. 73….107].

Вопросы для самопроверки

1 Какие материалы называют неорганическими вяжущими веществами? 2 На какие виды делят неорганические вяжущие вещества? Область их применения; 3 Каковы основные показатели развития цементной промышленности; 4 Основные свойства и область применения воздушных вяжущих веществ; 5 Какова технология производства воздушной извести? 6 Чем отличается воздушная известь от гидравлической? 7 Производство строительного гипса, его свойства и применение; 8 Чем отличается высокопрочный гипс от строительного? 9 Какова особенность ангидритовых вяжущих веществ? 10 Какова технологическая схема производства воздушной извести? 11 Для каких целей воздушная известь применяется в строительстве? 12 Где применяются магнезиальные вяжущие вещества? 13 Что представляет собой растворимое стекло и изготовляемый на его основе кислотоупорный цемент? 14 Какие вещества, называют гидравлическими вяжущими и какие химические соединения придают им гидравлические свойства? 15 Какие сырьевые материалы применяют для производства портландцемента? 16 Технологическая схема сухого способа производства портландцемента; 17 Каков химико-минералогический состав портландцемента и от чего он зависит? 18 Какие применяют добавки в портландцемент при помоле клинкера? 19 Основные свойства портландцемента; 20 Сущность обобщенной теории твердения портландцемента и других вяжущих веществ, созданной А. А. Байковым; 21 Виды коррозии цементного камня и меры борьбы с коррозией; 22 Основные сведения о применении, хранении и транспортировании цемента; 23 Что такое пуццолановый портландцемент, и с какими гидравлическими наполнителями его изготовляют? Свойства и область применения пуццоланового портландцемента; 24 Расскажите о шлаковом портландцементе и шлаковых цементах; 25 Чем отличаются пластифицированный и гидрофобный портландцемент от обычного портландцемента? 26 Глиноземистый цемент, его свойства и применение; 27 Расширяющийся и безусадочные цементы, области их применения; 28 Выбор цемента с учетом технико-экономической эффективности.