Теория твердения минеральных вяжущих веществ, классификация.

Все строительные минеральные вяжущие вещества в зависимости от их основного свойства твердеть и длительно противостоять воздействию различных факторов окружающей среды делят на три основные группы:

· воздушные, гидравлические, кислотостойкие.

Воздушные вяжущие

Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что при взаимодействии с водой, твердеют и длительно сохраняют прочность лишь в воздушной среде. При систематическом увлажнении бетоны, изделия и конструкции на воздушных вяжущих сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам относят гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также воздушную известь.

Гидравлические вяжущие вещества

В первую подгруппу включают гидравлические вяжущие, не содержащие или содержащие не более 10…20% активных минеральных добавок. В эту подгруппу входят:

· портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий портландцемент без добавок и с добавками, белый портландцемент; глиноземистый цемент; романцемент; гидравлическая известь.

Ко второй подгруппе относят смешанные гидравлические вяжущие, получаемые смешением чистых вяжущих друг с другом, а также отдельных вяжущих или их смесей с активными минеральными добавками, вводимыми в количестве более 10…20%. Вяжущие этой подгруппы:

· на основе портландцемента - шлаковый и пуццолановый портландцемент, цемент для строительных растворов;

· на основе воздушной и гидравлической извести - известково-пуццолановые цементы, известково-кварцевое вяжущее для бетонов автоклавного твердения, известково-белитовый (нефелиновый) и известково-шлаковый цементы;

· на основе глиноземистого и портландцементов, а также гипса - расширяющиеся и безусадочные цементы;

· на основе гипса, портландцемента и активных минеральных добавок - гипсоцементно-пуццолановые вяжущие;

· на основе доменных гранулированных шлаков - сульфатно-шлаковый цемент, шлакощелочное вяжущее.

Вяжущие автоклавного твердения

Наряду с воздушными и гидравлическими вяжущими веществами в отдельную группу выделены вяжущие автоклавного твердения. Они наиболее эффективно твердеют при автоклавной обработке при давлении насыщенного пара 0,8…1,5 МПа. К их числу, относят известково-кварцевое, известково-шлаковые вяжущие и другие смеси, не способные к интенсивному твердению при 20…95°С.

Кислотостойкие вяжущие

К кислотостойким вяжущим веществам относится кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, представляющий собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. Это вяжущее после начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и органических кислот, кроме фтористо-водородной.

Вяжущие вещества делят на две группы:неорганические;органические.

Неорганическими называют тонкомолотые материалы, способные при смешивании с водой образовывать вязко-пластичную массу, которая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело. Для них характерны следующие признаки:

· гидрофильность,

· способность образовывать с водой тестообразную легко формующуюся массу (тесто),

· способность переходить из тестообразного состояния в твердое.

К ним относятся известь, гипс, цемент, предназначенные для изготовления строительных растворов и бетонов, а также изделий из них.

Органические вяжущие гидрофобны. В отличие от неорганических, в рабочее состояние они переходят при нагревании или размягчении в органических жидкостях. К органическим вяжущим относят - битумы, смолы, дегти, пеки, применяемые для производства асфальтобетонов рулонные кровельных и гидроизоляционных материалов.

В настоящее время твердение минеральных вяжущих рассматривают как сложный физико-химический процесс в системе «вяжущее — вода», заключающийся в преобразовании исходных веществ в смесь новых минералов, из которых слагается искусственный камень. Сущность теории твердения минеральных вяжущих обычно выражается следующей последовательностью процессов: растворение — коллоидация — кристаллизация.

Последовательность их сохраняется только в начальной стадии, а затем все три процесса протекают одновременно, налагаясь один на другой, дополняясь специфическими особенностями, свойственными каждому вяжущему. Рассмотрим содержание этапов твердения в самом общем виде. Первый этап — растворение.

Любое вещество, в большей или меньшей степени, растворяется в воде и, находясь в ней, стремится создать свой насыщенный раствор. Минералы, из которых состоят вяжущие вещества, обладают химической активностью по отношению к воде, и поэтому они не просто растворяются, а вступают с водой в реакцию с образованием новых соединений. Этот процесс протекает до тех пор, пока вся вода не превратится в насыщенный раствор, по отношению к новым кристаллогидратам.

Второй этап — коллоидация, характеризуется загустеванием, схватыванием смеси, повышением се вязкости. Растворение вяжущего вещества затормаживается и вокруг каждого зерна образуется студнеобразная клейковидная масса — гель. Он обладает склеивающей способностью, которая тем выше, чем меньше содержится воды. Так как процесс взаимодействия вяжущего вещества продолжается, то постепенно раствор из насыщенного переходит в пересыщенный, и из него начинают выкристаллизовываться мельчайшие кристаллы.

Твердение переходит в третий заключительный этап — кристаллизацию, при котором мелкие кристаллы укрупняются, срастаются между собой, и весь материал приобретает прочность камня. Скорость твердения в большей степени зависит от растворимости веществ, составляющих вяжущее вещество и растворимости образующихся в результате реакции с водой соединений.

Если растворимость составляющих вяжущее минералов велика, а образующихся соединений мала, то схватывание и твердение могут завершиться быстро, в течение нескольких минут, часов. Если же растворимость исходных мала, то формирование искусственного камня может продолжиться месяцы и даже годы. Следовательно, ускоряя растворимость вяжущего вещества путем повышения температуры, применением специальных добавок и другими методами можно регулировать скорость образования искусственного камня.