Материал: Лекция 8

«Вам не обязательно все знать самому, но Вы должны знать, где и как найти все, что известно о том, в чем Вы нуждаетесь»

(Г. Форд)

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОЗДУШНОГО ТВЕРДЕНИЯ

1.Определение и классификация

2.Магнезиальные вяжущие

3.Жидкое стекло

4.Кислотоупорный цемент

5.Гипсовые вяжущие

6.Известь строительная воздушная

Примерная тематика учебно-исследовательских работ Вопросы и задания для самоконтроля

1. Определение и классификация

Вяжущими в строительстве принято называть вещества (системы), обладающие способностью связывать различные строительные материалы и компоненты друг с другом и получать композиционные материалы и конгломераты – бетоны, растворы, мастики и др. При определенных условиях (смешивании с водой, нагревании и др.) они образуют сначала пластично-вязкое тесто, которое затем самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает. В зависимости от их химического состава они подразделяются на минеральные и органические вяжущие.

П р и м е ч а н и е – Органическими вяжущими называют сложные смеси органических соединений – в основном высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, способных растворяться в органических растворителях. Они могут быть природного и синтетического происхождения. Из природных в строительстве больше всего используются продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти, смолы и др.). Их еще называют «черными» вяжущими. Синтетическими вяжущими являются полимеры.

1

К минеральным (неорганическим) вяжущим веществам относят тонкоизмельченные порошкообразные материалы (за исключением растворимого стекла), способные при смешивании (затворении) с водой (иногда с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, постепенно превращающуюся в камневидное состояние, т. е. со временем затвердевать. Процесс перехода вяжущих веществ из пластичного состояния в твердое (камневидное) называется процессом твердения. Происходит твердение в результате очень сложных физических, химических и физико-химических процессов между вяжущим веществом или составляющими вяжущего вещества и водой или затворителем. Получение минеральных вяжущих тоже происходит в результате достаточно сложных химических превращений, т. е. по химической технологии изготовления.

П р и м е ч а н и е – Практически все неорганические вяжущие вещества являются обжиговыми материалами, поскольку их получают обжигом соответствующего минерального сырья (как правило различных горных пород и некоторых побочных продуктов ряда отраслей промышленности

– химической, металлургической, энергетической и др.). Однако получаемые на их основе искусственные каменные материалы относят к классу безобжиговых, так как процесс их твердения происходит в условиях обычных температур.

Древнейшим и простейшим минеральным вяжущим веществом была необожженная глина.

В зависимости от условий твердения и сохранения длительное время камневидного состояния (прочности, долговечности) минеральные вяжущие вещества подразделяются на: воздушные, гидравлические и автоклавного (гидротермального) твердения. Воздушные вяжущие вещества характеризуются тем, что, будучи смешаны с затворителем (водой), способны твердеть и длительное время сохранять прочность лишь

ввоздушной среде. При систематическом увлажнении изделия на их основе (бетоны, растворы) сравнительно быстро теряют прочность и разрушаются из-за высокой растворимости компонентов искусственного камня. Поэтому применяют их, как правило,

внадземных сооружениях, не подвергающихся действию влаги. К воздушным вяжущим относят магнезиальные и гипсовые, воздушную известь, жидкое стекло, кислотоупорный цемент.

По своему химическому и минералогическому составу воздушные вяжущие являются сравнительно простыми веществами и состоят, как правило, из одного соединения. Например, гипсовые вяжущие – СaSO4·0,5H2O, известь – CaO, жидкое стекло –

Na2O·nSiO2 или K2O·nSiO2.

П р и м е ч а н и е – Гидравлические вяжущие вещества отличаются тем, что после смешивания с водой и предварительного твердения на воздухе способны твердеть и сохранять прочность как в воздушной, так и в водной среде (гидравлическая известь, цемент и др.).

Вяжущие автоклавного твердения набирают прочность в условиях повышенного давления водяного пара при температуре 150…200оС (известково-кремнеземистые, известково-шлаковые и др.). По существу они тоже являются гидравлическими вяжущими.

2

2. Магнезиальные вяжущие

Магнезиальными вяжущими называют порошкообразные материалы, в состав которых входит оксид магния. К ним относятся каустический магнезит и каустический доломит (происходят от греч. kaustikos – едкий, жгучий). Их изобрел в середине ХIХ столетия французский инженер Сорель, и поэтому магнезиальные вяжущие называют еще цементом Сореля.

Особенностью таких вяжущих является то, что они затворяются не водой, а водными растворами магниевых и других солей – чаще всего сульфатом или хлоридом магния (обычно в виде минерала бишофита – MgCl2·6H2O), близких по составу к морским. Причем раствор MgCl2 придает изделиям большую прочность при прочих равных условиях. Характерной особенностью магнезиальных вяжущих является также повышенная прочность сцепления с минеральными и особенно органическими заполнителями (опилки, стружки, древесная шерсть), а органические заполнители в такой среде не подвергаются разложению. Кроме того, магнезиальные вяжущие в отличие от портландцемента способны твердеть при температуре до –10, что позволяет применять их в осенне-зимние периоды строительства.

П р и м е ч а н и е – При затворении водой магнезиальные вяжущие тоже твердеют, но медленно, и материалы на их основе (бетоны и растворы) достигают небольшой прочности. При затворении же растворами хлористого магния MgCl2·6H2O или сернокислого магния MgSO4·7H2O скорость твердения резко возрастает.

Каустический магнезит получают умеренным обжигом при температуре 700…800 горной породы – магнезита (МgСО3) до полного разложения ее в оксид магния МgО с последующим измельчением в тонкий порошок до остатка на сите №02 не более 5%, а на сите №008 – не более 25% (ГОСТ 1216). Затворяют каустический магнезит водными растворами солей электролитов: хлористого магния, сернокислого магния, сернокислого железа и др. В таком виде его называют «магнезиальным цементом». Меняя концентрацию затворителя, можно регулировать качественный и количественный состав продуктов гидратации магнезиального цемента и, соответственно, его свойства.

Твердеет каустический магнезит сравнительно быстро: начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин., а конец схватывания – не позднее 6 час. При хранении такое вяжущее довольно интенсивно поглощает влагу и углекислоту из воздуха. В результате образуется Mg(OH)2 и MgCO3. Поэтому хранить его надо в плотной герметичной таре. Изготовленные из каустического магнезита и сосновых опилок состава по массе 3:1 (три части магнезита) изделия достигают прочности 50 МПа и выше.

П р и м е ч а н и е – 1. Под термином «схватывание» вяжущих веществ понимается скорость твердения за определенный промежуток времени, т. е. процесс, при котором относительно подвижная смесь вяжущего с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную проч-

3

ность, при которой ее механическая переработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). Различают:

●начало схватывания – потеря тестом вяжущего пластичных (тиксотропных) свойств, т. е. момент, когда появляются признаки загустевания теста;

●конец схватывания – превращение теста вяжущего в твердое тело, т. е. момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончательно теряет пластичность, но не приобретает еще практически значимой прочности.

Все работы со смесями на основе вяжущих, должны быть закончены до схватывания, так как повторное перемешивание может привести к потере его конечной прочности, особенно быстротвердеющих вяжущих (например, гипсовых). Однако иногда и в этот промежуток времени (до конца схватывания) допускается механическое воздействие на бетонную смесь, если только оно приводит к уплотнению и упрочнению бетона, хотя и вызывает нарушение начальной структуры схватившегося вяжущего (например, цемента).

2. Тестом называют смесь минерального вяжущего с водой. При добавлении к нему песка образуется раствор, а если вводится и более крупный заполнитель (например, щебень, гравий) – бетон. Бетон с металлической арматурой называется железобетоном, а с волокнистым наполнителем – фибробетоном.

Каустический доломит получают обжигом при температуре 650…720 природного доломита СаСО3 МgCО3 тоже с последующим измельчением в тонкий порошок до остатка на сите №02 не более 5%, а на сите №008 – не более 25%. С увеличением тонкости помола вяжущие свойства каустического доломита улучшаются (повышается прочность изделий).

Качество каустического доломита определяется, прежде всего, содержанием оксида магния и температурой обжига. Поскольку температура обжига, как правило низкая, то разлагается только МgСО3 в оксид магния МgО, а большая часть карбоната кальция остается не разложившейся, так как температура его разложения выше (около 900). Поэтому реакционная активность каустического доломита ниже, чем магнезита а, следовательно, ниже и прочность (10…30 МПа). Затворяют каустический доломит теми же растворами солей, что и магнезит (MgCl2·6H2O, MgSO4·7H2O, FeSO4·5H2O и др.). Начало схватывания при комнатной температуре наступает через 8…20 час.

Применяют магнезиальные вяжущие для изготовления различных камнеподобных материалов, часто под общим названием «магнолит» – ксилолита, фибролита, теплоизоляционных материалов, штукатурных растворов, искусственного мрамора и ряда других изделий.

П р и м е ч а н и е – При обжиге доломит разлагается:

СаСО3 МgCО3 = МgО+CO2↑+ СаСО3

Углекислый газ удаляется из печи естественной или искусственной тягой. Полуобожженный доломит содержит в своем составе, как правило, 20…28% активного оксида магния и инертное вещество (СаСО3) в количестве 60…70%.

Доломит, обожженный при температуре выше 900, можно затворять водой и применять для приготовления растворов для кладки и штукатурки.

4

3. Жидкое стекло

Жидкое (растворимое) стекло – это водный раствор силиката натрия (натриевой соли кремниевой кислоты). Такое название вяжущее получило благодаря внешнему сходству со стеклом и растворимости в воде. Известно оно еще с середины ХVI в., но доступным для технического использования стало после работ Фукса (1818 г.). Поэтому раньше его называли «фуксовым стеклом». В настоящее время больше всего жидкого стекла выпускается в США.

Получают жидкое стекло при сплавлении в стекловаренных печах при температуре 1300…1400 измельченного чистого кварцевого песка SiO2 с кальцинированной содой Na2СО3 или сульфатом натрия Na2SО4 в течение 7…10 час. После охлаждения образующиеся куски стекла (силикат-глыбы) растворяют паром в автоклавах под давлением 0,6…0,8 МПа и температуре 150 до сиропообразной консистенции. В результате образуется вязкий раствор с истинной плотностью 1,40…1,55 г/см3, называемый натриевым жидким стеклом, способным в дальнейшем растворяться в воде и затвердевать на воздухе (рис. 8.1). По химическому составу оно несколько отличается от обычного стекла.

Рис. 8.1. Образцы жидкого стекла

Состав натриевого жидкого стекла выражается формулой

Na2O·nSiO2 + mH2O

5