Раздел 3. Минеральные вяжущие вещества

 

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-химических процессов, постепенно затвердевая, приобретает камневидное состояние.

 

Тема 1. Классификация минеральных вяжущих веществ

 

Минеральные вяжущие вещества в зависимости от условий твердения подразделяются на три группы:

Воздушные,

Гидравлические и

Вяжущие автоклавного твердения.

1. Воздушные вяжущие вещества способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. Они обладают невысокой водостойкостью и могут эксплуатироваться только в сухих условиях. По химическому составу воздушные вяжущие вещества делятся на четыре группы:

1) известковые вяжущие вещества, состоящие преимущественно из оксида кальция СаО;

2) гипсовые вяжущие вещества, состоящие в основном из сульфатов кальция CaSO₄;

3) магнезиальные вяжущие вещества, содержащие оксид магния МgО;

4) вяжущие на основе жидкого стекла, состоящие из силикатов натрия или калия Na(K)₂O·mSiO₂.

2. Гидравлические вяжущие вещества твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. Они обладают высокой водостойкостью, позволяющей эксплуатировать их в любых условиях. По химическому составу гидравлические вяжущие представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: СаО – SiO₂ – Al₂O₃ – Fe₂O₃. Эти соединения образуют две основные группы гидравлических вяжущих веществ:

1) силикатные цементы, состоящие в основном из силикатов кальция. К ним относится портландцемент и его разновидности;

2) алюминатные цементы, содержащие алюминаты кальция. К ним

относится глиноземистый цемент и его разновидности.

3. Вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,8 – 1,3 МПа и температуре 175 - 200^о, затвердевать с образованием прочного камня. В эту группу входят известково-кремнеземистые, известково-шлаковые, известково-зольные и др. вяжущие вещества.

 

Тема 1. ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ВОЗДУШНАЯ ИЗВЕСТЬ

 

Известковымивяжущими называют воздушные вяжущие вещества, получаемые умеренным недоспекания обжигом карбонатных пород и в основном содержащие оксид кальция.

Известково-вяжущее получают дроблением с последующим обжигом известняка (температура обжига 900-1200^°С). Обжиг происходит в шахтных печах.

Получающийся СаО представляет пористые куски так называемой комовой извести, которую для употребления необходимо измельчить:

1. Путем помола (получают не гашеную известь СаО «кипелка»)

2. Гашением в воде (получают гашеную известь Са(ОН)₂ – «пушонка»)

 

1. Не гашеная известь – в основном используется для растворов и искусственных каменных материалов при реакции с водой не гашеная известь выделяет много тепла, которая ускоряет твердение и повышает прочность.

2. Гашеную известь получают обрабатывая комовую известь водой.

СаО+Н₂О=Са(ОН)₂+Q

Выделяющееся тепло превращает часть воды в пар, помогающей крупные куски извести размельчат до мелкого состояния. Гашение извести производится на заводах в специальных гидраторах или в гасильных ямах.

ТВЕРДЕНИЕ ИЗВЕСТИ.

Твердение извести протекает в два этапа.

1-ый этап гидротационное твердение. Гидротационное твердение связано с образованием и с последующим срастанием между собой кристаллов Са(ОН)₂ (образуется определенная кристаллическая структура).

2-ой этап карбонизационное твердение, заключается в том, что под влиянием углекислого газа происходит образование карбоната кальция.

Са(ОН)₂+СО₂=СаСО₃+Н₂О (образовавшийся карбонат кальция дополнительно упрочняет твердеющую систему)

СВОЙСТВА ИЗВЕСТИ

1.Химический состав.

По химическому составу кроме СаО в известь входит окись МqО и по содержанию этой примеси известь бывает:

1. маломагнезиальной с содержанием окиси магния МqО<5%

2. магнезиальной, с содержанием МqО от 5до 20%

3. доломитовой МqО от 20-40%

2.Скорость гашения.

По скорости гашения известь бывает:

быстрогасящаяся со временем гашения менее 8 мин.

Среднегасящаяся – 8-25^’

Медленногасящаяся – более 25^’

Средняя плотность 400-600 кг/м³

R_cж = 5 МПа (негашеная известь), R_cж = 2 МПа (гашеная)

 

Применение. В кладочных и штукатурных растворах, в известковых красках (побелках) и для изготовления искусственных каменных материалов (силикатного кирпича и силикатного бетона).

В дорожном строительстве для укрепления грунтов, а также в качестве активатора при приготовлении асфальтобетонных смесей.

 

ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Получают термической обработкой с последующим помолом гипсового камня или ангидрита.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих являются гипсовый камень, ангидрит, а также отходы промышленности (фосфогипс).

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие подразделяются на низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые вяжущие получают из гипсового камня термической обработкой при температуре 110-180^°С.

Процесс следующий, гипсовый камень представляет собой сульфат кальция с кристаллами воды, которые при температуре 110-180^°С частично теряет воду и образуется полуводный гипс.

Эти вяжущие быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают не высокой прочностью и водостойкостью.

К ним относятся:

- строительный гипс,

- высокопрочный

- формовочный

Строительный гипс.

Получают в открытых варочных котлах или печах, при этом образуется

- модификации CaSO₄ × 0,5H₂0 с мелкими плохо сформированными кристаллами.

Свойства.

1. По тонкости помола строительный гипс выпускают трех сортов, определяя её при просеивании через сито №02 (Æ ячеек 0,2 мм) и по остатку на сите выделяют:

1-ый сорт £ 23% (грубый помол)

2-ой £ 15% (средний)

3-ий сорт £ 2% (тонкий)

 

По прочности выпускают 3 марки Г-3, Г-4, Г-5

Сроки схватывания (учитываются два момента начало и конец)

Для гипса нормируются сроки схватывания начало и конец.

Начало время от замешивания гипса с водой до первых признаков потери пластичности – не ранее 4 минут, конец схватывания - время от затворения до полной потери пластичности (не ранее 6 и не позднее 30 мин.)

Высокопрочный гипс – получают тепловой обработкой гипсового камня в герметически закрытых автоклавах при этом получается - модификации CaSO₄ × 0,5H₂0 с более крупными и правильными кристаллами.

Марки по прочности Г-15 до Г-25.

Гипс формовочный – получают также как и строительный, но из сырья с меньшим содержанием примесей и более тонким помолом. Используют для форм и в производстве керамики.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие.

Получают при высоком температурном (600-1000^°С) обжиге гипсового камня.

Это медленносхватывающие и медленнотвердеющие, но обладающие более высокопрочностью и водостойкостью. К ним относятся ангидритовый цемент и эстрих-гипс.

Ангидритовый цемент получают из гипсового камня при температуре 600-700^°С полностью теряет кристаллы воды и образует без воды CaSO₄

СаSО₄ твердеет очень медленно и в качестве ускорителя твердения вводят от 3 до 5% известь СаО.

Сроки схватывания начало – не ранее 30 минут(2 часа)

Конец – не позднее 24часов(36 часов)