ГОСЫ. Конструирование в дизайне среды

• Название: Конструирование в дизайне среды
• Анкор: ГОСЫ.docx
• Дата: 02.05.2018
• Размер: 404.02 Kb.
• Имя файла: ГОСЫ.docx
• Тип: Документы; #18772
• страница: 6 из 16

20МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При строительстве зданий и сооружений используют штучные каменные материалы: кирпичи, камни, блоки, панели, облицовочные плитки. Чтобы здание было прочным и теплым, штучные материалы необходимо связать между собой в единую монолитную конструкцию.

Для этого служат вяжущие вещества (далее для краткости именуемые «вяжущие»). Кроме того, вяжущие — основной компонент таких искусственных каменных материалов, как бетон и строительный раствор, в которых они скрепляют воедино зерна заполнителей (песка, гравия и щебня).

Одним из первых вяжущих, которым пользовался человек, была необожженная глина. За 3 ... 4 тысячелетия до н.э. стали применять более прочные вяжущие, получаемые искусственно обжигом природных каменных материалов. Первым, вероятно, было гипсовое вяжущее, а затем — воздушная известь. Но они из-за своей недостаточной водостойкости не в полной мере отвечали требованиям строительства. Для повышения водостойкости вяжущих еще древние римляне к воздушной извести добавляли вулканический пепел, обожженную глину . Позднее, в XVIII веке, строители обнаружили, что при обжиге известняка с повышенным содержанием глины получается более водостойкое вяжущее. Так появились гидравлическая известь и романцемент. Толчком для дальнейшего развития производства и применения вяжущих явилось изобретение в начале XIX века качественно нового цемента более высокой прочности и водостойкости, названного «портландцемент». В настоящее время в строительстве используют множество разнообразных минеральных (неорганических) вяжущих материалов, различающихся по своим свойствам.

Минеральные вяжущие представляют собой порошкообразные вещества, способные при смешивании с водой (иногда с растворами солей) образовывать вязкопластичную легкоформуемую массу, постепенно затвердевающую в камневидное тело.

В строительстве вяжущие чаще используют в смеси с заполнителями для экономии вяжущего и улучшения некоторых свойств искусственного камня. Различают следующие виды смесей на основе вяжущих веществ:

— вяжущее (например, гипсовое) тесто — смесь вяжущего (гипса) с водой; отвердевшее гипсовое тесто называют гипсовый камень;
— растворная смесь, состоящая из вяжущего, воды и песка; после затвердевания смеси образуется строительный раствор;
— бетонная смесь, включающая в себя вяжущее, воду, песок и щебень (или гравий); затвердевшую бетонную смесь называют бетоном.

Минеральные вяжущие в зависимости от их способности твердеть (набирать прочность) в определенных условиях делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность только на воздухе; в воде они сильно размокают. Причина снижения прочности в воде заключается в сравнительно высокой растворимости компонентов искусственного камня. К этой группе относят: гипсовые и магнезиальные вяжущие, растворимое стекло, воздушную известь. Иногда к воздушным вяжущим относят глину. Однако это не совсем обосновано, так как глиняное тесто затвердевает исключительно за счет высыхания и не изменяет при этом свой химический состав, что характерно для твердения всех минеральных вяжущих. В сельском строительстве глина и сейчас используется как местный связующий материал в штукатурных растворах для сухих условий эксплуатации, кладочных растворах для бытовых печей, своеобразных бетонах с армирующим наполнителем из соломы, тростника, прутьев. В современном индустриальном строительстве глину применяют как пластифицирующую добавку в цементные штукатурные и кладочные растворы.

Гидравлические вяжущие твердеют и сохраняют прочность как на воздухе, так и в воде . Для эффективного протекания процесса твердения необходимо, чтобы в твердеющем материале постоянно была вода. Иначе течение химических реакций, благодаря которым материал становится прочнее, приостанавливается. Эту группу образуют гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее и др. Число разновидностей гидравлических вяжущих непрерывно растет в результате использования новых видов сырья и применения современных способов производства.

В отдельную группу выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения, быстро набирающие прочность только в автоклаве в среде насыщенного водяного пара при температуре 175...200°С и давлении 0,8... 1,5 МПа. В группу вяжущих автоклавного твердения входят известково-кремнеземистые и известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент. Хотя по существу эти вяжущие являются гидравлическими.

Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности.

В наибольших объемах используются карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит), сульфатные (гипс, ангидрит), кремнеземистые (диатомит, трепел, опока), глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы.

Расширяется применение многотоннажных промышленных отходов: доменных и других металлургических шлаков, шлаков и зол от пылевидного сжигания твердого топлива, нефелинового шлама. При этом отпадает необходимость организации карьеров по добыче природного сырья, сокращаются расходы топлива и электроэнергии на обжиг и помол. Кроме того, использование отходов способствует охране природы и среды обитания человека.

Подготовка сырьевой смеси при производстве вяжущих предусматривает измельчение сырья до частиц примерно одного размера и, если смесь состоит не из одного компонента, их тщательное смешение для получения однородной композиции.

Важнейшим и обязательным этапом производства вяжущего является обжиг сырья. В результате физико-химических процессов, происходящих при высоких температурах, образуются новые соединения, способные взаимодействовать с водой и при этом твердеть, превращаясь в искусственный камень. Каждое вяжущее требует определенной температуры и продолжительности термической обработки . Высококачественные вяжущие (портландцемент и глиноземный цемент) получают обжигом при высоких температурах до частичного плавления (спекания) сырьевой смеси.

Чаще всего продукты обжига еще не являются готовым вяжущим. Для проявления вяжущих свойств их подвергают тонкому измельчению (помолу) в чистом виде или чаще совместно с добавками, вводимыми с целью регулирования технологических свойств теста вяжущего и эксплуатационных свойств искусственного камня, а также облегчения помола и удешевления. Чем выше тонкость помола, тем быстрее и полнее пройдут процессы химического взаимодействия вяжущего с водой.

Минеральные вяжущие обычно приводят в рабочее состояние путем смешивания с водой, называемого затворением. В отдельных случаях (например, магнезиальные вяжущие) затворение производят водными растворами солей.

Отвердевание теста в искусственный камень происходит в результате сложных процессов, сопровождающих химическое взаимодействие вяжущего с водой. Это взаимодействие идет с выделением теплоты, т.е. является экзотермическим.

В соответствии с теорией твердение минеральных вяжущих разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации, которые не следуют один за другим в четкой последовательности, а налагаются один на другой.

В подготовительном периоде сразу после затворения частицы вяжущего, смачиваясь водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно происходит гидрация, т.е. присоединение воды к молекулам растворенного вяжущего. Особенность вяжущих заключается в том, что их растворимость существенно выше, чем у появляющихся гидратных соединений, содержащих химически связанную воду. Из-за этого образовавшийся раствор является пересыщенным по отношению к гидратным новообразованиям.

В период коллоидации из пересыщенного раствора начинают выделяться мельчайшие коллоидные частички гидратов с образованием так называемого геля (студнеобразной массы). По мере увеличения их количества тесто заметно загустевает, утрачивая пластичность, и приобретает начальную прочность.

В третьем периоде (кристаллизации) происходит дальнейшая гидратация вяжущего. Неустойчивый гель уплотняется и постепенно преобразуется в крупные более стабильные кристаллы, которые, срастаясь между собой, формируют жесткий каркас искусственного камня . Со временем число и поверхность контактов между кристаллами возрастают, что приводит к значительному повышению прочности.

Практическое значение имеет выделение в процессе твердения вяжущего этапа схватывания (загустевания), ограниченного двумя моментами: началом и концом схватывания. Началом схватывания называют момент, когда появляются признаки загустевания вяжущего теста и оно ощутимо теряет пластичность. Все производственные операции по приготовлению, транспортированию и укладке растворных и бетонных смесей должны быть завершены до начала схватывания.

К концу схватывания вяжущее тесто окончательно загустевает, но его прочность незначительна. Последующее нарастание прочности для разных вяжущих идет с различной интенсивностью.

Наибольшей скоростью твердения характеризуются гипсовые вяжущие — они полностью затвердевают за несколько часов, наименьшей — воздушная известь: прочность известкового камня увеличивается многие годы.

При оценке качества минеральных вяжущих рассматривают следующие основные показатели.

Тонкость помола (дисперсность) определяют просевом навески вяжущего через сито со стандартным размером ячеек и характеризуют остатком на сите (в % массы пробы). Кроме того, тонкость помола оценивают удельной поверхностью порошка.

Водопотребность представляет собой количество воды в % массы вяжущего, необходимое для получения теста стандартной консистенции. Для различных вяжущих методики оценки консистенции различны, что, объясняется неодинаковыми способами укладки смесей в производственных условиях. Использование теста стандартной консистенции обеспечивает сопоставимые условия при определении сроков схватывания, прочности и других свойств вяжущих . Сроки схватывания показывают, как быстро вяжущее тесто теряет пластичность, становясь жестким и неудобообрабатываемым. Начало и конец схватывания определяют в значительной степени условно по изменению во времени глубины проникания иглы прибора Вика в тесто стандартной консистенции.

Прочность — это основная характеристика качества вяжущих веществ, по которой устанавливают их марку. Так как прочность вяжущих изменяется во времени, то марка находится по прочности, достигнутой за определенное время при твердении в условиях, зафиксированных в соответствующем стандарте. Для вяжущих, твердеющих с различной скоростью, марка контролируется в разном возрасте: для гипсовых вяжущих — после 2 ч твердения на воздухе, а для портландцемента — после 28 сут пребывания во влажных условиях.