вяжущий вещество. Лекция 1 Неорганические вяжущие Изучаемые вопросы Фазовый состав

• Название: Лекция 1 Неорганические вяжущие Изучаемые вопросы Фазовый состав
• Дата: 27.02.2022
• Размер: 362.51 Kb.
• Имя файла: вяжущий вещество.docx
• Тип: Лекция; #375692
• страница: 4 из 10

Список литератуы

1. 
   Баженов, Ю.М. Технология бетона. – М.: Издательство АСВ, 2003.–500с.
   
2. 
   Кузнецова, Т.В., Кудряшов, И.В., Тимашев, В.В. Физическая химия вяжущих материалов. – М.: Высшая школа, 1989. – 384 с.
   
3. 
   Трофимов, Б.Я., Муштаков, М.И. Коррозия бетона. – Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2008. ¬ 310 с.
   
4. 
   Теличенко, В.Н. Технология строительных процессов: Учеб. для вузов в 2-х частях
   

/ В.Н. Теличенко, О.М. Терентьев, А.А. Лапидус. – М.: Высш. школа, 2006.– 391 с. (ч.1), 390 с. (ч.2).

5. 
   СУЛИМЕНКО, Лев Михайлович Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе : учебник / Лев Михайлович Сулименко . - М. : Высшая школа , 1983. - 319, [1] c.
   
6. 
   ШУЛЬЦЕ, Вальтер Растворы и бетоны на нецементных вяжущих : пер. с нем. / Вальтер Шульце ; Верне Тишер ; Вольф-Петер Эттель ; под ред. М. М. Сычев . - М.
   

: Стройиздат , 1990. - 284 с.

7. 
   БУТТ, Ю. М. Твердение вяжущих при повышенных температурах / Ю. М. Бутт ; Л. Н. Рашкович . - М. : Стройиздат , 1965. - 222 с. : 14 ил.
   
8. 
   ГОРШКОВ, Владимир Сергеевич Методы физико-химического анализа вяжущих веществ : учеб. пособие / Владимир Сергеевич Горшков ; Владимир Васильевич Тимашев ; Владимир Григорьевич Савельев . - М. : Высшая школа , 1981. - 333, 1 c.
   
9. 
   Физикохимия поверхности: учебник-монография / В.И. Ролдугин. – Долгопрудный: Интеллект, 2012.
   
10. 
    Лабораторный практикум по физической и коллоидной химии: учебно- методическое пособие /П.М. Кругляков, А.В. Нуштаева, Н.Г. Вилкова, Н.В. Кошева. – Пенза: изд-во ПГУ, 2011.
    
11. 
    Кругляков П.М., Хаскова Т.Н. Физическая и коллоидная химия. - М: Высшая школа, 2012 г.
    
12. 
    Евстропьев К.С. Химия кремния и физическая химия силикатов, 2012 г. 366с.
    
13. 
    Савельев В. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных соединений/В. Савельев А. Рабухин, М: Инфра-М 2008 г., 400с.
    

Ответы на вопросы

1. 
   Охарактеризовать химический и фазовый состав неорганических вяжущих материалов. Перечислить основные химические соединения и фазы, входящие в состав неорганических вяжущих материалов.
   

Неорганические (минеральные) вяжущие - тонкодисперсные вещества, образующие при смешивании с водой или водными растворами солей пластичную массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидное состояние. В зависимости от условий твердения минеральные вяжущие делят на воздушные и гидравлические, кислостойки и автоклавные, фосфатные.

Воздушные вяжущие способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе. К воздушным вяжущим относят гипсовые, магнезиальные вяжущие, воздушную известь и жидкое стекло:

• 
  Воздушная известь является медленно твердеющим вяжущим. Прочность затвердевшего известкового раствора даже через месяц не превышает 0,5 – 1 МПа. Сырьем для получения воздушной извести являются известняк СаСО₃, доломит с большим содержанием карбоната кальция СаСО₃∙MgCO₃, ракушечник, мел, мраморная крошка.
  
• 
  Магнезиальное вяжущее (каустический магнезит) – быстротвердеющее (до 6 часов) прочное воздушное вяжущее. Сырьем для получения магнезиального вяжущего являются магнезит и доломит с большим содержанием карбоната магния. Обжиг магнезита проводят при температуре 600 – 650^оС. (При T=650- 750^оС образуется каустический доломит; при T=750-850^оС - доломитовый цемент; при T=900-950^оС - доломитовая известь)
  
• 
  К гипсовым вяжущим относятся строительный гипс (β – гипс или алебастр), ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс). Строительный гипс
  

– это высокопористое, быстросхватывающееся и быстротвердеющее воздушное вяжущее, не обладающее большой прочностью. Сырьем для получения строительного гипса служит природный гипсовый камень CaSO₄·2H₂O. Обжиг ведут при температуре 120-180^оС

Гидравлические вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые твердеют и длительно сохраняют свои свойства в воде:

• 
  Портландцемент. Сырьем для его производства являются известняк и глина, взятые в соотношении 3:1. Для обжига измельченная сырьевая смесь подаётся в цилиндрическую печь (длиной 185 м и диаметром 5 м), которая расположена наклонно (3 – 4^о) и медленно вращается. Сырьевая смесь подаётся сверху, а снизу, противотоком, подается топливо. Печь условно можно разделить на 6 температурных зон. (1з T= 200^оС – высушивание материала; 2з T=500-800^оС выгорают органические примеси и дегидратаця глинистых минералов; 3з T= 900- 1200^оС – процесс декарбонизации; 4з T= 1000-1250^оС - экзотермические реакции, образуется белит 2CaO∙SiO₂, трехкальциевый алюминат 3CaO∙Al₂O₃, целит 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃; 5з T= 1300-1450^оС - треть сырьевой смеси плавится, происходит формирование цементного клинкера; 6з T= 1200-1000^оС - зона охлаждения, После печи клинкер направляется в холодильник).
  
• 
  Гидравлическая известь, которая получается при содержании в известняках более 6 % глинистых примесей. Гидравлическая известь гасится лишь частично, поэтому ее не гасят, а размалывают. При этом получается вяжущее, способное твердеть и сохранять свою прочность как на воздухе, так и в воде.
  

Кислотостойкие вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые могут длительно эксплуатироваться при воздействии кислот. Пример: кислотоупорные, кремнефтористые, кварцевые цементы и др.

Автоклавные вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые затвердевают только при обработке в автоклавах, т.е. при температуре 170 - 300 °С и давлении от 8 до

16 атмосфер. Пример: все вяжущие полученные на основе извести и любого кремнеземистого или глиноземистого компонента

Фосфатные вяжущие материалы. Это строительные материалы, которые состоят из специальных цементов. При действии на них фосфорной кислоты H₃PO₄ образуется пластичная масса, которая постепенно твердеет и сохраняет свою прочность при температуре выше 1000⁰С.

2. 
   Охарактеризовать элементы, входящие в состав неорганических строительных
   

вяжущих материалов (кальций, магний, алюминий, хром, цинк, железо, углерод, сера, кремний, кислород, водород, фосфор, хлор). Описать их основные химические

свойства.

Кальций входит в состав известковых вяжущих - вяжущие-воздушная известь, (СаО); гипсовые вяжущие (сернокислый кальций CaSO₄₎; к этой группе относятся: гипс строительный полуводный — CaSO₄ • 0,5Н₂О и ангидритовые вяжущие (на основе безводного CaSO₄ — ангидрита); гидравлических вяжущих – цементный клинкер состоит из белита 2CaO∙SiO₂, трехкальциевого алюмината 3CaO∙Al₂O₃, целита 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃. Свойства: При обычной температуре Ca легко взаимодействует с кислородом и влагой воздуха, поэтому его хранят в герметически закрытых сосудах или под минеральным маслом. При нагревании на воздухе или в кислороде воспламеняется, давая основной оксид CaO.

Магний входит в состав магнезиальных вяжущих - каустический доломит, состоящий из MgO и CaCO3; доломитовый цемент, состоящий из MgO, CaO и CaCO₃; доломитовую известь, состоящую из MgO и CaO. Свойства: При нагревании Mg на воздухе сгорает с образованием оксида и небольшого количества нитрида. Раскаленный магний реагирует с водой, вследствие чего горящий магний нельзя тушить водой. Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется с бурным выделением водорода.

Аллюминий входит в состав гидравлических вяжущих - портландцемент ( Al2O3 4-9%), глиноземистый цемент (однокальциевый алюминат CaO∙Al₂O₃). Свойства: При нормальных условиях Al покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой, не реагирует с водой, кислородом и азотной кислотой (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной промышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония, горячими щелочами) выступает как восстановитель.

Хром входит в состав портландцемента (оксид хрома Cr₂O₃, в небольшом количестве (0,1–0,3 %) увеличивая интенсивность твердения цемента в первые сроки и повышая его конечную прочность). Свойства: очень твердый, тугоплавкий, химически малоактивен (устойчив при обыч. услов. к влаге и кислороду воздуха). Взаимодействует с разбавленными кислотами. Хром используют как легирующий элемент в сталях и сплавах. Цинк входит в состав добавок для вяжущих веществ, является отвердителем для (хлористый) Свойства: Zn на воздухе покрывается плотной защитной пленкой, которая защищает металл от дальнейшего окисления. В кислотах и щелочах растворяется с

выделением водорода, выступает восстановителем.

Железо входит в состав цементного клинкера (3% Fe₂O₃) и его составляющего – алита. Свойства: Fe быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде Fe горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается на воздухе.

Углерод входит в состав воздушной извести (продукт разложения CO₂). Свойства: При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства.

Кремний входит в состав гидравлической извести и портландцемента. Свойства: При нормальных условиях кремний химически малоактивен и активно реагирует только с газообразным фтором, при нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием диоксида SiO₂)

Сера входит в состав гипса и приданию ему определенных свойств. При большом количестве сульфат-ионов в бетоне начнется сульфатная коррозия, которая может привести к разрушению цементного камня и конструкции в целом, поэтому содержание сульфат-ионов не должно превышать 2,7 г/л. Свойства: Сера плохо проводит электрический ток, нерастворима в воде и большинстве неорганических кислот, хорошо растворяется в сероуглероде, безводном аммиаке, анилине и других органических растворителях. Теплопроводность твердой и жидкой серы незначительна, поэтому для ее расплава и подогрева требуются значительные энергетические затраты

Кислород входит в состав практически всех вяжущих веществ, в особенности воздушных.

Водород используется получения высокопористых теплоизоляционных гипсовых изделий (газогипса); в состав гипсовой массы вводят газообразующие добавки - разбавленную серную кислоту, углекислый кальций, едкий натр и перекись водорода, при взаимодействии которых с гипсом выделяется газ, вспучивающий гипсовую массу.

Фосфор входит в состав фосфатных вяжущих материалов.

Хлор. Особую важность представляет наличие в воде растворимых солей, сульфатионов и ионов хлора. Они могут вызвать неконтролируемое изменение сроков схватывания и скорости твердения бетона. Но самое главное — возникает опасность коррозии цементного камня и стальной арматуры в железобетоне. Хлор-ионы вызывают коррозию не только в цементном камне, но и в стальной арматуре. Поэтому содержание хлор-ионов — 1,2...3,5 г/л.

3. 
   Охарактеризовать основные химические свойства соединений кальция и магния. Оксиды, гидроксиды, карбонаты.
   

См.п2проCaи Mg

Оксид кальция является веществом в виде кристаллов белого цвета. Он также носит название негашеной извести. Самым распространенным наименованием является негашеная известь. Одним из свойств оксида кальция является растворимость в воде, в результате которой образуется гидроксид кальция. Оксид кальция образуется путем температурного воздействия на известняк. Оксид кальция используется и с целью нейтрализации кислых сред, например, во время сброса сточных вод в водоемы, а так же для производства муки, в качестве огнеупорного материла, нефтехимической промышленности для производства смазок и присадок, в нефтеперерабатывающей промышленности, кожевенной в качестве наполнителя и реагента, химической для производства стеарата кальция.

Гидроксид кальция (гашеная известь или «пушонка») Ca(OH)₂ - представляет собой неорганическое соединение с химической формулой. Гидроксид кальция является довольно сильным основанием, из-за чего водный раствор имеет щелочную реакцию. Растворимость падает с ростом температуры. Как и все основания, реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей кальция.

Широкое применение гидроксид кальция получил в производстве таких строительных материалов, как белило, штукатурка и гипсовые растворы. Он используется в качестве недорогого заменителя щелочи в виде суспензий (известковое молоко),

которые используются на дубильнях для удаления волос со шкур, а также в производстве сахара и для побелки стволов деревьев.

Карбонат кальция СаСО_з - имеет бесцветные кристаллы, при нагревании разлагается без плавления на СаО и СО₂. Легко растворяется в кислотах с выделением СО₂. Применяется как строительный материал; как сырье для производства извести и известковых цементов; как флюс в металлургии; в химической промышленности; в сельском хозяйстве.

Оксид магния (MgO) – белые гигроскопичные твердые минералы, которые встречаются в природе в виде периклаза и являются источником магния. Получение оксида магния возможно при обжиге минералов магнезита и доломита. В лабораторных условиях получение оксида магния происходит путем обработки карбоната магния хлоридом магния с известью и последующей тепловой обработкой. В качестве промышленного компонента оксид магния используется в производстве бумаги, магниевых солей (английская соль), ацетатов, хлоридов и в качестве компонента в некоторых видах цемента.

Гидроксид магния Mg(OH)₂ образует бесцветные кристаллы. Растворимость этого соединения невелика. В промышленных масштабах гидроксид магния получают осаждением известью из морской воды и природных рассолов. Mg(OH)₂ является мягким основанием, которое в виде водного раствора (магнезиальное молоко) широко используется для снижения кислотности желудочного сока. Его используют также для получения оксида магния, рафинирования сахара, очистки воды в котельных установках, в качестве компонента зубных паст.

Карбонат магния MgCO₃ образует бесцветные кристаллы. Он встречается в природе в безводном виде (магнезит).

4. 
   Охарактеризовать основные химические свойства соединений кремния. Оксиды, силикаты.