Общая классификация вяжущих веществ.

Существует значительное количество разнообразных вяжущих, но в стр-ве применяется лишь часть из них. Их называют стр-ными вяжущими веществами и делят на две основные группы: неорганические (минеральные), главнейшие из которых ПЦ и его разновидности, известь, гипс, и неорганические, из которых больше всего используют продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти), называемыми часто «черными» вяжущими. Стр-ными минеральными вяжущими веществами называют порошковидные матералы, которые после смешения с водой (а в отдельных случаях с растворами некоторых солей) образуют массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидные состояния. Воздушные вяжущие характеризуются тем, что будучи смешаны с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде (гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушная известь). Гидравлические отличаются тем, что после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны в последующем твердеть как в воздушной, так и в водной среде (ПЦ, глиноземистый Ц, гидравлическая известь) Кислотостойкие вяжущие – кислотоупорный кварцевый кремнефтористый Ц, т.е. смесь кварцевого песка и кремнефтористого Na, затворенный водным раствором силиката Na или К. После начального твердения в возд. среде может сопротивляется агрессивному воздействию кислот, кроме фтористоводородна. СНиП выделяет в отдельную группу вяжущие автоклавного твердения (Р=0,8…1,5 МПа) (известково-кварцевые, известково-шлаковые вяжущие, но по существу и эти вяжущие входят в группу гидравлических.

К первой группе относятся все традиционные вяжущие мат-лы, твердеющие после смешивания с водой. Для этой группы вяжущих мат-лов характерны реакции гидратации и гидролитической диссоциации: А + aq ® А • аq, A + aq ®А' • аq® А" • аq, А + В +aq ®АВ • ад. Ко второй группе могут быть отнесены вяжущие, представляющие собой типичные коллоидные системы и твердеющие за счет коагуляционного структурообразования. К третьей группе относятся вяжущие мат-лы, твердеющие за счет реакций полимеризации и поликонденсации. Для этой группы вяжущих характерны следующие реакции: nА ® [-а -] _п, nА ®[—А'—]_п + mА". Рассматриваемые группы вяжущих отличаются как по своим свойствам, строению и типу химической связи, так и по процессам твердения. Вид химической связи (ионная, ковалентная) между от­дельными атомами и группами атомов, а также размеры отдельных атомов и ионов или молекулярных групп и способность атомов к изме­нению координации определяют сложность строения веществ, исполь­зуемых в качестве вяжущих. Без приложения современных представлений о строении веществ и химической связи невозможно глубоко познать химические процес­сы и установить причину проявления в-вом опр-ных св-в, в частности вяжущих.

Известь стр-ная воздушная.

Воздушная известь - простейшее вяжущее, получаемое умеренным обжигом (не доводимым до спекания) карбонатных пород (известняка, мела, ракушечника, отходов хи­мических произ-в и др.), содержащих не более 8 % глинистых приме­сей (при большем кол-ве примисей в рез-те обжига получают гидравлич-ую известь). Сырье: Для произ-ва извести применяются, как правило, горные породы, состоящие из карбоната кальция. Карбонат кальция встре­чается в природе в виде двух кристаллических разновидностей -кальцита и арагонита. Известковые породы являются осадочными образованиями органо­генного или химического происхождения.

Органогенные известняки образовались в различные геологиче­ские эпохи из скоплений раковин и панцырей моллюсков и корнено­жек, сЦированных тонкодисперсным кальцитом. Химические известняки выделились в твердой форме из водного раствора гидрокарбоната кальция вследствие перехода его в карбо­нат. В результате процессов метаморфизма из осадочных известняков образовался мрамор. Цвет известковых пород зависит от примесей. Чистые известняки обычно белого цвета. Примеси оксидов железа и марганца окрашивают их в желтоватые, бурые, красноватые тона, примеси углистых ществ — в серые и даже черные. Наиболее характерными примесями в известняках являются карбонат магния, кремнезем, глинистые ве щества, гипс, пирит. В небольшом количестве встречаются соединения фосфора. В стр-ве применяют негашеную известь, основной частью ко­торой является безводный оксид кальция СаО, и гашеную, получаемую в результате соединения негашеной извести с водой и состоящую в основном из Са(ОН)₂. Воздушная известь бывает следующих видов: а) негашеная (комо­вая) - продукт обжига карбонатных пород; б) негашеная молотая -продукт помола извести комовой; в) гидратная пушонка — порошкооб­разный продукт гидратации негашеной извести. Воздушная известь обеспечивает твердение и сохранение прочно­сти стр-ных растворов в воздушно-сухих условиях. В воздушную известь можно вводить минеральные добавки - моло­тые горные породы или отходы пром-ного произ-ва (доменные и топливные шлаки и золы, вулканические туфы, опоки и пемзы, кварцевые пески, гипсовый камень). По качеству в зависимости от сод-ния активных СаО и Мg0 известь делят на три сорта (соответственно в извести без добавок их сод-ние должно быть 90, 80, 70%, а в извести с добавками - 64 и 52%). В зависимости от скорости гашения различают известь быстрогасящуюся — скорость гашения до 20 мин и медленно гасящуюся - скорость га­шения более 20 мин. При твердении на воздухе прочность известковых растворов и Бов в возрасте 20 сут. составляет всено 0,5…3МПа. Прочность может быть заметно повышена путем автоклавной обработки изделии - при давлении 0,8 МПа и tе 175 °С, в результате чего при взаимодействии извести с кремнеземом зап-ля образуются сравнительно прочные гидросилика­ты. Этот прием используют для получения автоклавного силикатного Ба прочностью 20... 50 МПа и более, а также для произ-ва ячеистых Бов. Прочность воздушной извести стандартом не нормируется. Прочность гидратной извести-пушонки, а также известкового теста в ранние сроки обычно невелика и через 28 сут после затворения водой составляет 0,5... 1,0 МПа. Молотая негашеная известь имеет более высокую прочность — до 5,0 МПа через 28 сут. Однако нель­зя забывать, что все древние российские храмы, выдержавшие ис­пытания веками, построены на извести. Для получения автоклавных силикатных мат-лов используют бы-строгасящуюся известь с сод-нием оксида магния не более 5%. По хим. составу она почти полностью состоит из свободных оксидов Са и Mg. Известь негошеная молотая – порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. гидратная известь – высокодисперсный сухой порошок, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести соот-щим кол-вом жидкой или парообразной воды, состоящей из Са(ОН)2 и Mg(OH)2. Известковое тесто – продукт, получаемый гашением комовой или молотой негашеной извести водой в кол-ве, обеспечивающем переход оксидов Са и Мg и образование пластичной тестообразной массы. Кач-во ВИ оцениватся прежде всего по сод-нию свободных оксидов Са и Мg (активность извести). чем выше их сод-ние, тем выше кач-во извести. важный показатель: выход теста (кол-во теста, л, получемое при гашении 1 кг извести). чем выше выход, тем оно пластичнее. Жирные – выход 2,5-3,5 л, с меньшим выходом – тощие извести. Обжиг: Основным тех-гическим процессом при получении извести является обжиг известняка. От него зависят свойства конечного про­дукта. Поэтому вопросам диссоциации карбоната кальция в научной литературе посвящено очень много исследований. Теплота образования СаСО₃ из элементов по реакции Са (тв.) + 30 (газ.) + С (тв.) = СаС0₃ равна 289000 кал/моль. Процесс диссоциации СаСО₃ происходит, как и любая реакция раз­ложения, с поглощением тепла. Так как процесс диссоциации СаС0₃ - типичная обратимая реакция, то ее направление зависит от темпера-туры и парциального давления СО₂. Гашение: Обожженная известь называется комовой или известью-кипелкой. Она является лишь полупродуктом. Для применения в стр-ве известь подвергают гашению, переводя ее в гидратную известь, или помолу для получения негашеной молотой извести. Гашением извести называется процесс взаимодействия ее с водой, при котором она превращается в гидрат. СаО, как уже указывалось, кристаллизуется в кубический сингонии. Известны две модификации СаО: a и b. a-СаО возникает в ре­зультате декарбонизации СаСО₃, b-СаО - в результате дегидратации Са(ОН)₂ при низких tах. b-СаО более реакционноспособна, но при tах выше 400° С она переходит в a-СаО. В природе СаО в чистом виде почти не встречается благодаря своей большой склонности к быстрой гидратации. Согласно современным взглядам взаимодействие извести с водой происходит по следующей схеме: СаО + 2Н₂О 5: СаО 2Н_аО, СаО 2Н₂О 2: Са (ОН)₂ + Н₂О + 15,5 ккал. Образующийся СаО • 2Н₂О метастабилен и быстро переходит вСа(ОН)₂, который называется портландитом. Портландит встречается в природе очень редко, кристаллизуется в гексагональной сингонии, твердость равна 2, обладает совершенной спайностью в одном направ­лении. Плотность его 2,23 г/сж³. В системе СаО - Н₂О, кроме метастабильного СаО • 2Н₂О, который можно сохранить в устойчивом состоянии, если заморозить реагирую­щую смесь, существует еще два кристаллогидрата. Са(ОН)₂- 0,5Н₂0 получают при испарении воды из пересыщенных растворов извести; при нагревании выше 70° С он превращается в аморфный гидроксид. Как показывает практика, известь, длительное время хранившаяся на складе, гасится очень медленно. Это объясняется тем, что при дли­тельном лежании начинается самопроизвольное гашение ее за счет влаги воздуха, а затем карбонизация гидратированного слоя, который становится малопроницаемым для воды. Теоретически для гашения извести необходимо 32,13% воды от веса СаО. На практике для гашения извести используется значительно больше воды, так как часть ее испаряется. В зависимости от того, сколько воды израсходовано для гашения, получают три разных ко­нечных продукта. Если количество воды составляет около 70% от веса извести, получают известь-пушонку, или гидратную известь. Гидратная известь представляет собой тонкий порошок, размер зерен кото­рого примерно 0,01 мм и меньше. Если воды для гашения берут 200—250%, то получают пластичное известковое тесто. В известковом тесте содержится примерно 50% воды. Если же расходуют еще больше воды, получают известковое молоко. На процесс гашения извести сильно влияют примеси. Силикаты и алюминаты, образовавшиеся в процессе обжига, при гашении посте­пенно гидратируются. Но в связи с тем, что гидратация происходит еще до применения извести, они не придают готовому продукту водо­стойкости. Часть ошлакованных кусков, так называемый пережог, а также неразложившийся СаСО₃— недожог, не гасятся и остаются в виде балласта. МgО, особенно если известь обжигалась при высоких tах, гасится значительно медленнее, чем СаО, Гасится он в отдельных случаях уже в стр-ном растворе, вызывая наруше­ние его целостности. Рыхлая, мягкообожженная известь, содержащая мало примесей, гасится быстрее и дает жирное высокопластичное тесто. Плотная известь с большим количеством примесей гасится медленно и дает тощее малопластичное тесто. Схема гашения: В настоящее время широко применяют механизированный способ получения теста по следующей тех-гической схеме: Складирование комовой извести ® Дробление ® Гашение с получением известкового молока ® Отстаивание молока для получения теста. Негашеная известь: Установлено, что в определенных условиях известь может твердеть в результате перехода СаО в Са(ОН)₂, то есть за счет реакции гидрата­ции, как и другие вяжущие мат-лы. При применении извести в виде пушонки или теста реакция гидратации по времени отделена от процес­са твердения. Твердение не происходит потому, что при гашении изве­сти в пушонку получается разрыхленная масса, в которой частицы Са(ОН)₂ отделены воздушной прослойкой, а при гашении большим количеством воды образуется тесто, где частички разделены водными пленками. Если количество воды, взятое для гашения, будет большим, чем для получения пушонки, и меньшим, чем для теста, то непосред­ственно за процессом гидратации будут происходить процессы схваты­вания и твердения. При применении молотой негашеной извести необходимо точно соблюдать определенные правила. Известь должна быть довольно тонко молотой. Остаток на сите № 008 должен составлять не более 10%, а на сите № 063 - не более 2%. Удельная пов-ть извести должна быть в пределах 3500-5000 см²/г. Если известь измельчена грубее, крупные частички в процессе гашения вызовут местный перегрев, парообразование и внутренние напряжения. Необходимо соблюдать определенное водоизвестковое отношение. Количество воды обычно должно находиться в пределах 100 - от веса извести и подбираться в каждом отдельном случае эксперимен­тально, учитывая tу окружающей среды и скорость гидрата ции извести. Если берут недостаточное количество воды, то в результате интенсивного парооб-ния масса разрыхляется, если много тесто не схват-ся. Для равномерного гашения рекомендуется также применять двух-стeпенчатое затноренне водой. При этом сначала вводят 80-90% воды, перемешивают и оставляют раствор в спокойном состоянии на час. Затем вводят остальное количество воды, необходимое для достижения нормальной удобоукладываемости, и укладывают раствор в формы, где он уже схватывается и твердеет. Механически воздействовать на известь в течение всего периода схватывания недопустимо, так как это нарушает уже образовавшиеся контакты. Длительность вибрации и перемешивания определяется экспериментально.Исп-ние негашеной молотой извести имеет положительные и отрицательные стороны. Преимущество негашеной молотой извести перед пушонкой и тестом прежде всего в том, что в тонкомолотой извес­ти используются для твердения силикаты, алюминаты и ферриты, которые в процессе гашения либо идут в отход, либо остаются мертвым балластом в тесте. Создаются более благоприятные условия и для га­шения Мg0. Поэтому известь, содержащую значительное количество медленно гасящейся МgО, наиболее целесообразно измельчать. Для изгот-ния молотой извести можно применять известняки со зна­чительным количеством примесей. Поскольку частицы молотой извести по сравнению с пушонкой или тестом имеют меньшую удельную пов-ть, для затворения растворов и Бов на молотой извести необходимо меньше воды. А благодаря меньшей водопотребности увеличивается прочность изде­лий. Кроме того, известь при гидратации связывает 32,13% воды. Поэтому изделия на молотой извести быстрее высыхают и обладают большей плотностью, чем изделия на известковом тесте. Процесс твердения известкового теста, в основном, определяется его высыханием, при котором происходит кристаллизация Са(ОН)₂. Отдельные кристаллы Са(ОН)₂ в процессе роста переплетаются между собой, склеивают и как бы защемляют песчинки. Процесс кристалли­зации происходит медленно, и прочность известковых растворов в те­чение месяца достигает всего лишь 5-10 кгс/см². Наряду с процессом перекристаллизации происходит также процесс карбонизации Са(ОН)₂ в присутствии воды: Са (ОН)₂ + С0₂ + пН₂0 = СаСО3 + (n + 1) Н2O. Этот пр.оцесс протекает, в первую очередь, в пов-тных слоях. Карбонизация глубинных слоев длительна, так как, во-первых, количество СО₂ в "атмосфере составляет лишь 0,03%, а, во-вторых, • образующаяся пленка СаСО₃ обладает низкой проницаемостью. Поэто­му в центральной части хорошо уплотненных растворов долгое время со­храняется значительное количество Са(ОН)₂. Свойства и применение извести: Объемная масса комовой извести в кусках в зависимости от tы обжига и примесей колеблется от 1600 до 2600 кг/м³, причем более низкая масса соответствует более низкой tе обжига. Объемная масса молотой извести в рыхлонасыпанном состоянии равна 900-1100, а в уплотненном - 1100-1300, гидратной извести (пу­шонки) — соответственно 400-500 и 600-700, известкового теста - 1300-1400 кг/м³. Водопотребность извести большая. На 1 ж³ известковых растворов расходуется обычно 300-350 л воды. При применении молотой извести водопотребность снижается, а при применении теста или гидратной извести - увеличивается. Известь отличается очень высокой пластичностью, что обусловли­вается ее высокой водоудерживающей способностью и выходом теста. Благодаря пластичности известь придает хорошую удобоукладывае-мость Бам и растворам, что повышает производительность труда, улучшает качество кладочных и штукатурных работ. Известковые растворы на гидратной извести и известковом тесте схватываются и твердеют очень медленно. На 28-е сутки их прочность равняется 5-10 кгс/см. Растворы на молотой извести схватываются в течение 15-60 мин и в возрасте 28 суток имеют прочность до 20-30 кгс/см². Известь обладает высокой пластичностью, ее нельзя употреблять без зап-лей, так как при высыхании известковое тесто покрывает­ся сеткой трещин. Кроме стр-ва, известь используют во многих других отрас­лях народного хозяйства, в частности для произ-ва соды, каусти­ка, в нефтехимической, кожевенной, текстильной пром-ти, для осветления масел и многих других целей.