Минеральные вяжущие вещества

Виды минеральных вяжущих. Минеральными вяжущими называют порошкообразные (за исключением растворимого стекла) материалы, образующие при смешивании с водой пластичную массу - тесто, которое под влиянием происходящих в нем физико-химических процессов постепенно схватывается и затвердевает, переходя в камневидное состояние. Схватыванием называется процесс, при котором приготовленная на вяжущем пластичная масса - тесто постепенно теряет свою подвижность без приобретения прочности. Минеральные вяжущие разделяют на две группы.

1. Воздушные вяжущие, способные затвердевать и длительное время сохранять или повышать прочность только на воздухе. В условиях повышенной влажности воздушные вяжущие значительно снижают или теряют свою прочность. К воздушным вяжущим относятся: гипс, ангидритовый цемент, магнезиальные вяжущие вещества, воздушная известь и растворимое стекло.

2. Гидравлические вяжущие, обладающие более высокой прочностью, чем воздушные, и способные затвердевать и длительно сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь (твердеющая на воздухе, но сохраняющая прочность в водной среде) и различные цементы.

Некоторым воздушным вяжущим можно придать гидравлические свойства, смешивая их с природными и искусственными материалами, называемыми гидравлическими добавками.

Воздушные вяжущие вещества. Строительный гипс получают путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150-170°С с предварительным или последующим его измельчением.

Если смешать порошок гипса с водой, то образовавшееся тесто начинает довольно быстро терять пластичность и переходить в камневидное состояние. Твердение гипса сопровождается увеличением его объема. Это способствует хорошему заполнению форм при изготовлении гипсовых изделий.

Важнейшими свойствами гипса, как и других минеральных вяжущих веществ, являются прочность, тонкость помола и сроки схватывания. По этим показателям строительный гипс подразделяется на два сорта: первый и второй. Прочность на сжатие образцов в виде кубиков в возрасте 48 ч для гипса 1-го сорта должна быть не ниже 4,5 МПа и для 2-го сорта не ниже 3,5 МПа.

На прочность гипса оказывают влияние тонкость помола, количество воды, взятой для изготовления гипсового теста, и влажность окружающей среды, в которой происходит твердение. Чем тоньше измельчен гипс, тем прочность его будет выше. С увеличением количества воды, взятой для приготовления теста, прочность гипса снижается.

Ангидритовый цемент можно получить также путем совместного помола природного ангидрита с добавкой катализаторов или обжига гипсового камня. Он применяется для устройства полов, изготовления строительных и архитектурных деталей искусственного мрамора, приготовления кладочных и штукатурных растворов.

Известью называется вяжущее, которое получают путем обжига известняка или других горных пород, содержащих углекислый кальций. Полученный в виде кусков продукт носит название негашеной извести. При соединении с водой (гашения) кипелка превращается в гашеную известь, получаемую или в виде тонкого порошка (пушенка), или (при избыточном количестве воды) в виде известкового теста или молока.

Известь применяют в строительстве в виде раствора - механической смеси известкового теста с песком, помимо этого, известь употребляют для изготовления силикатного кирпича и искусственных камней. Известковое молоко (разведенное водой тесто) применяют для окраски.

Растворимое стекло обладает способностью растворяться в воде. Его получают путем сплавления при температуре 1400°С тонко измельченных и тщательно смешанных между собой кварцевого песка и кальцинированной соды или сульфата натрия. Застывшую массу растворимого стекла называют силикат-глыбой; ее растворяют в горячей воде при давлении пара 0,3-0,5 МПа до сиропообразной консистенции.

В строительстве жидкое стекло применяют при изготовлении огнезащитных, гидроизоляционных, кислотоупорных и жаростойких обмазок, растворов и бетонов.

Растворимое стекло хранят в виде силикат-глыбы или в виде водного раствора - в стеклянной или металлической таре.

Портландцемент, представляет собой продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого путем обжига до спекания природных или искусственных сырьевых смесей, состоящих из глины и углекислого кальция (чаще всего известняка). Для регулирования сроков схватывания к клинкеру при помоле добавляют гипс, а с целью повышения качества и снижения стоимости цемента вводят минеральные добавки.

При взаимодействии портландцемента с водой выделяется тепло. Вследствие высокой прочности и сравнительно малых сроков твердения портландцемент наиболее широко применяется в строительстве как вяжущее при изготовлении бетонов и растворов для надземных, подземных и подводных конструкций.

Быстротвердеющий портландцемент. Ускорение твердения цементов является желательным во многих случаях. Этого можно добиться тремя способами: подбором соответствующего состава клинкера, увеличением тонкости его помола и введением химических добавок - ускорителей твердения. Промышленность выпускает быстротвердеющие цементы, полученные вышеуказанными способами, однако все же сроки твердения даже быстротвердеющего портландцемента сравнительно велики. Лучшими показателями в этом отношении обладает быстротвердеющий глиноземистый цемент.

Глиноземистый цемент является продуктом тонкого помола клинкера, полученного путем обжига до сплавления смеси из бокситов, содержащих до 80% окислов алюминия и известняков. Положительным качеством глиноземистых цементов является то, что они быстро твердеют.

При твердении глиноземистого цемента выделяется большое количество тепла, вследствие чего его выгодно применять при зимних работах. Он обладает также высокой стойкостью против воздействия пресных и сульфатных вод.

Глиноземистый цемент применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций с высокой маркой бетона и короткими сроками твердения, конструкций, подвергающихся попеременному воздействию воды и мороза, и для сооружения таких конструкций, как коллекторы сточных вод ряда промышленных предприятий. Особое значение глиноземистый цемент имеет при аварийных работах. Наконец, он служит основным видом вяжущего при изготовлении жароупорных бетонов. Отрицательным качеством глиноземистого цемента является его высокая (по сравнению с другими цементами) стоимость.

Расширяющийся цемент получают совместным помолом клинкера глиноземистого цемента с добавкой высокоосновного алюмината кальция и гипса. Он обеспечивает увеличение в объеме при твердении приготовленных на нем растворов и бетонов. Это качество весьма существенно при необходимости полного заполнения узких швов между отдельными каменными или бетонными конструкциями.

Смешанные цементы. Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент получают путем измельчения портландцементного клинкера вместе с активной минеральной добавкой; в первом случае добавками являются вулканические пеплы и туфы, во втором - доменный гранулированный (в виде зерен) шлак. Портландцемент с добавками имеет повышенную стойкость к агрессивным водам. По быстроте твердения они уступают портландцементу без добавок. Количество выделяющегося при их твердении тепла невелико, что позволяет применять эти цементы для изготовления массивных конструкций.