Минеральные вяжущие вещества
Минеральные вяжущие вещества представляют собой порошкообразные материалы, способные при смешивании их с водой образовывать пластическое тесто, которое в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает в каменновидное тело.
Из минеральных вяжущих веществ производят растворы для кладки стен, фундаментов, печей, труб, а также изготавливают искусственные безобжиговые изделия, бетон, железобетон, детали и конструкции из них.
Минеральные вяжущие вещества делятся на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность только на воздухе. Гидравлические вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.
Воздушные вяжущие вещества. К воздушным вяжущим веществам относятся: воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие.
Воздушная известь является местным вяжущим веществом. Ее получают обжигом при температуре 1000—1200 °С кальциево-карбонатных пород (известняка, мела и др.), содержащих не более 8 % глинистых примесей. Воздушная известь может выпускаться в виде кусков белого или серого цвета и называется комовой; или, если комовую известь измельчить, получается молотая известь. В порошкообразное состояние воздушная известь может превращаться гашением. Гашение извести протекает бурно, с выделением тепла и образованием гидроксида кальция по реакции:
Если для гашения взять 40—70 % воды от веса извести, то получается тонкий порошок, который называется гидратной известью.
В зависимости от содержания активных оксидов Са и Mg и непогасившихся зерен воздушная и гидратная известь делится на два сорта: I и II. Для воздушной извести содержание оксидов должно быть не менее 70 % для I сорта и 52% — для второго сорта, а для гидратной извести соответственно 55% и 40%.
Применяется известь для приготовления растворов для кладки и штукатурки, получения силикатного кирпича и смешанных цементов.
Гипсовые вяжущие вещества получают в результате обжига природного двухводного гипсового камня (CaSО4-2H2О). Из гипсовых вяжущих веществ основными являются строительный, формовочный и ангидритовый цемент.
Строительный гипс (устаревшее название — алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня при температуре 120— 170 °С. В результате обжига происходит гидратация и двуводный гипсовый камень переходит в полуводное состояние по реакции: 2(CaSО4*2H2О) = 2(CaSО4*0,5H2О) + 3H2О
Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим — начало схватывания 4-6 минут, а конец — 30 минут. Строительный гипс делится на три сорта: I, II и III. Для I сорта тонкость помола должна быть не более 15 %, для II сорта — 20 % и для III сорта — 30%. Предел прочности при сжатии соответственно 5,5 МПа, 4,5 МПа и 3,5 МПа.
Применяют строительный гипс при оштукатуривании помещений и получения сухой гипсовой штукатурки, перегородочных плит.
Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помолом и более высокой прочностью. Время схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин. Применяется формовочный гипс для скульптурных и лепных работ, изготовления форм для керамической промышленности.
Ангидритовый цемент получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700 °С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) он делится на четыре маркий, 10, 15, 20. Применяется для кладки и оштукатуривания внутренних стен и изготовления художественных изделий.
Недостатком гипсовых вяжущих является их низкая водостойкость, т.е. их можно применять в помещениях с влажностью не более 60—70%. Поэтому были разработаны более стойкие гипсовые вяжущие, к ним относятся полимергипс и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.
Полимергипс получают при смешивании строительного гипса с фенольно-фурфурольной смолой (17—20 %). Этот материал в отличие от строительного гипса имеет высокую прочность на сжатие -30 МПа и большую водостойкость. Используется в производстве облицовочных плиток, а также для отделочных работ в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.
Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие получают по предложению А.В.Волженского на основе полуводного гипса (40-60%), портландцемента (20-25%) и трепела (10-25%). Прочность на сжатие данного материала 10-11 МПа и коэффициент водостойкости 0,7-0,8. Используется для кладки и оштукатуривания помещений с повышенной относительной влажностью воздуха.
Магнезиальные вяжущие вещества получают путем обжига магнезита (MgCО3) или доломита (CaCО3MgCО3) при температуре 800-850 °С. Продукт обжига соответственно называется каустическим магнезитом или каустическим доломитом. Магнезиальные вяжущие хорошо сцепляются с древесными, асбестовыми и другими волокнами и применяются для получения теплоизоляционных материалов (фибролит), устройства теплых полов (ксилолит). Магнезиальные вяжущие затворяются не водой, а растворами солей хлористого и сернокислого магния. Начало затвердевания этого материала не ранее 20 мин и не позднее 6 ч. Магнезиальные вяжущие имеют высокий предел прочности на сжатие 40-60 МПа. Недостатком материала является малая водостойкость, поэтому он используется только в сухих условиях.
Гидравлические вяжущие вещества. Гидравлические вяжущие вещества являются более сложными по составу, чем воздушные. Гидравлические вяжущие вещества в отличие от воздушных затвердевают и сохраняют свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим веществам относятся: известь гидравлическая и различные цементы (роман-цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и другие виды цементов). Гидравлические вяжущие вещества применяются как в сухих, так и во влажных условиях, там, где требуется высокая прочность и там, где нельзя применять воздушные вяжущие вещества. Их используют в кладочных и штукатурных растворах для наружных стен, фундаментов и получения бетона, железобетона, асбестоцементных и других изделий.
Гидравлическая известь — продукт обжига кальциево-магниевых карбонатных пород при температуре 1000 °С, содержащих 8-20% глинистых примесей. Выпускается в виде кусков или порошка. Основным показателем качества является гидравлический модуль. Гидравлический модуль есть отношение оксидов кальция (СаО) к сумме других оксидов.
где m — гидравлический модуль.
Если гидравлический модуль находится в пределах 1,7-4,5, значит, материал обладает сильными гидравлическими свойствами и ближе к цементам, если он колеблется от 4,5 до 9 значит он обладает слабыми гидравлическими свойствами и по свойствам ближе воздушной извести.
Роман-цемент — порошок от светло-желтого до бурого цвета, получаемый в результате тонкого помола обожженных не до спекания (при температуре 1000-1100 °С) известняков, содержащих свыше 20% глинистых примесей. По прочности делится на три марки: 2, 5, 50 и 100. Начало схватывания не ранее 15 мин, конец не позднее 24 ч, остаток на сите № 008 не более 25%. Применяется для растворов при кладке и оштукатуривании стен и фундаментов, изготовления бетонов невысоких марок.
Портландцемент — основной вид гидравлических вяжущих веществ. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания при температуре 1450 °С смеси известняка (углекислый кальций) 75% и 25% глины. Портландцемент с необходимыми свойствами можно получить в том случае, когда содержание основных оксидов будет в следующих количествах: СаО — 60-67%, SiО2— 12-24%, Аl2О3 — 4-7% и Fe2О3 -2-6%. Вредными примесями являются MgO и SО3, содержание которых соответственно допускается не более 5 и 3,5%. Повышенное содержание их вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании и повышает сульфатную коррозию. Производство портландцемента является сложным процессом. После подготовки сырьевых материалов — они подвергаются обжигу. При обжиге под влиянием высокой температуры происходят сложные физико-химические процессы взаимодействия оксида кальция с другими оксидами, с образованием следующих минералов: трехкальциевого силиката 3CaОSiО2
37-60 %; двухкальциевого силиката 2CaОSiО2 — 15-37%; трехкальциевого алюмината ЗСаОАl2О3 — 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита 4CaОAl2О3Fe2О3 — 10-18 %, которые обусловливают гидравлические свойства портландцемента.
По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяется на марки: 400, 500, 550 и 600. Начало схватывания Цемента должно наступить не ранее 45 минут, а конец — не позднее 10. ч от начала затворения. Остаток на сите № 008 не должен быть более 15%.
Шлакопортландцемент представляет собой портландцемент (20— 85 %) с добавками шлаков (15—80 %). По свойствам похож на портландцемент, но является более дешевым. Выпускается трех марок: 300, 400 и 500.
Минеральные вяжущие вещества применяются в качестве кладочных и штукатурных растворов. В зависимости от возможных условий формирования структуры искусственного камня в них выделяют воздушные (известь воздушная, гипс, магнезиальные вяжущие вещества — формирование искусственного камня происходит в сухой среде) и гидравлические — отличаются более сложным составом, искусственный камень образуется и сохраняется как в сухой, так и во влажной среде (гидравлическая известь и цементы: портландцемент, шлакопортландцемент, специальные цементы).
В большинстве случаев в строительстве применяют смеси минерального вяжущего вещества, воды и заполнителя. Необходимость использования заполнителя вызвана двумя основными причинами:
1) вяжущие вещества в смеси только с водой при отвердении имеют повышенную склонность к набуханию и усадке, что приводит к образованию трещин и разрушению конструкций. Заполнители уменьшают усадочные явления;
2) использование заполнителя уменьшает расход вяжущего вещества, а следовательно, и стоимость сооружений.
Смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка) называется строительным раствором, а смесь вяжущего вещества, воды, песка и крупного заполнителя (щебня, гравия) — бетоном.
Наиболее распространенным представителем минеральных вяжущих веществ является портландцемент. В зависимости от показателя прочности при сжатии выделяют четыре основные марки портландцемента 300, 400, 500 и 600. Марку определяют при сжатии образца, изготовленного из смеси цемента и песка в соотношении 1:3, испытанного через 28 дней после его изготовления.
Большое влияние на качество портландцемента (в первую очередь на прочность) оказывает тонкость помола. Остаток на сите с сеткой № 008 не должен превышать 15% от массы пробы.
Портландцемент не должен содержать посторонних включений, цвет его должен быть равномерным серо-зеленым.
Источник
Вяжущее вещество — цемент
Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело — цементный камень.
Цемент (с латинского caementum — щебень,битый камень) — oдин из основных строительных материалов, на основе которого изготавливают бетоны и строительные растворы.
Цемент это вяжущий гидравлический минеральный материал — так как набор прочности и затвердевание происходит в присутствии воды а исходные материалы, используемые для его получения — минеральной природы.
Цемент начали производить в начале 20-х годов XIX в. В 1824 году британский каменщик, Джозеф Aспдин, получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня». Он нагрел смесь известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Полученный материал получил название — портландцемент, потому что при производстве он использовал камни с карьера, который находился на на полуострове Portland.
В 1825 году, начальник военно-рабочих мастерских, Челиев Егор Герасимович в книге «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений» обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов. Он вывел что при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до «белого жару» (при температуре свыше 1100-1200 С) получался спекшийся продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Челиев является изобретателем современного цемента.
С изобретением цемента произошли большие перемены в строительстве.
Современный способ производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:
— добыче цементного сырья и доставка на завод
— дроблении и тонком его измельчении
— приготовлении однородной сырьевой смеси
— обжиг смеси до спекания(получение клинкера)
— помол клинкера с добавками (получение цемента)
Существует три основных способа производства — мокрый, сухой и комбинированный способ.
При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твёрдости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счёт испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается н в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45-6,7 Мдж/кг (1300-1600 ккал/кг) клинкера.
При сухом способе производства цемента сырьевые материалы (известняк и глина) в процессе измельчения и помола в мельницах высушиваются и превращаются в сырьевую муку, состав которой корректируется в соответствии с заданным, после чего мука поступает на обжиг. Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750-850 ккал/кг клинкера.
При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мдж/кг (1000 ккал/кг) клинкера.
Существует очень много видов цемента и основные из них:
Портландцемент
Белый цемент
Быстротвердеющий цемент
Водонепроницаемый расширяющийся цемент
Гидрофобный цемент
Глинозёмистый цемент
Карбонатный цемент
Магнезиальный цемент
Напрягающий цемент
Песчанистый цемент
Пластифицированный цемент
Пуццолановый цемент
Расширяющийся цемент
Сульфатостойкий цемент
Тампонажный цемент
Шлаковый цемент
Цемент, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его эксплуатация.
Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом.Цемент выпускают преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах), но есть цементы и марок 700 и 1000.
Наиболее распространенные марки цемента от 350 до 500:
Маркировка состоит из двух параметров.
Первый параметр обозначается буквами М или ПЦ со стоящей рядом цифрой.
Маркировка М 500 указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см.
Второй параметр цемента является процентное содержание добавок. Оно обозначается буквой Д.
Цемент с маркировкой Д30 будет содержать 30% добавок.
Портландцемент — наиболее распространённый в современном строительстве вид цемента.Важнейшее свойство портландцемента, это его способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие, а также: изгибом стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.
Источник
