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: 5 из 10

Кремний образует два оксида: монооксид SiO и диоксид SiO₂.

Монооксид кремния – неустойчивое соединение, на воздухе медленно окисляется до SiO₂. Это тугоплавкий темно-коричневый порошок, обладает хорошими диэлектрическими характеристиками и механической прочностью.Твердый монооксид кремния не растворяется в кислотах, кроме плавиковой, легко растворяется в щелочах с выделением водорода, является хорошим восстановителем.

Диоксид кремния широко распространен в природе. Кристаллический оксид кремния – это кварц, горный хрусталь, халцедон, яшма, основа кварцевого песка. Очень твердое, прочное, тугоплавкое вещество.

Кремниевые кислоты - очень слабые, малорастворимые в воде кислоты. Соли кремниевой кислоты – силикаты, которые так же используют для изготовления стекла.

5. 
   Классификация неорганических вяжущих материалов. Воздушные вяжущие. Гидравлические вяжущие. Привести отличительные особенности и примеры. См.п. 1
   

6. 
   Понятие «вяжущие» и их классификация. Химические основы получения вяжущих веществ
   

Вяжущие вещества – это материалы, обладающие свойством в определенных условиях твердеть с образованием прочного камня и связывать зерна песка, гравия, щебня. Все вяжущие строительные материалы делятся на материалы органического и минерального происхождения.

Органические вяжущие вещества состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов и их производных. К ним относятся продукты, образующиеся при переработке нефти (битум и асфальт), продукты термического разложения без доступа воздуха твердых и жидких горючих ископаемых (дегти), а также синтетические термореактивные полиэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные смолы.

Неорганическими вяжущими строительными материалами называются порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, затвердевающую со временем в прочное камневидное тело. Их получают путем термической обработки подготовленных из горных пород сырьевых материалов. Минеральные вяжущие вещества классифицируют по различным признакам, как, например, область применения или скорость твердения. По области применения неорганические вяжущие строительные материалы разделяют: воздушные и гидравлические, кислостойки и автоклавные, фосфатные (см.п1).

7. 
   Что представляют собой магнезиальные вяжущие вещества? Какова особенность ангидритовых вяжущих веществ?
   

К магнезиальным вяжущим относят каустический магнезит, каустический доломит и доломитовый цемент. Это воздушные вяжущие. Сырьем для них являются природные магнезит MgCO₃ и доломит MgCO₃^.CaCO₃. Для получения продукта сырьевые материалы дробят, обжигают и подвергают тонкому помолу. Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах.

Ангидритовое вяжущее состоит преимущественно из нерастворимого сульфата кальция. Ангидритовое вяжущее вещество получают из природного ангидрита без обжига, а также обжигом гипсового камня при температуре 600 – 800°С. В этом температурном интервале практически завершается дегидратация двуводного гипса и получается безводный сульфат кальция:

CaSO₄^.2H₂O = CaSO₄ + 2H₂O

Затем полученный продукт при помоле совместно с различными минеральными добавками измельчают в тонкий порошок.

Ангидритовое вяжущее очень медленно реагирует с водой с образованием двуводного гипса:

CaSO₄ + 2H₂O = CaSO₄^.2H₂O

Для ускорения гидратации сульфата кальция применяют добавки некоторых растворимых сульфатов (например, гидросульфата натрия NaHSO₄ или сульфата Na₂SO₄). Ангидритовые вяжущие применяются для устройства бесшовных полов, которые затем застилаются линолеумом, для производства искусственного мрамора.

8. 
   Для каких целей применяют в строительстве воздушную известь и строительный гипс? Перечислите минералы, используемые для производства строительного гипса.
   

Воздушная известь является местным вяжущим. Применяют ее для изготовления штукатурных и кладочных растворов, автоклавных изделий, красочных составов. Кроме того, ее используют для изготовления известково-пуццолановых и известково-шлаковых вяжущих.

Гипс строительный применяется для штукатурных работ, изготовления гипсобетона, гипсовых строительных изделий, отливок, форм, а также в качестве добавки к др. вяжущим (например, извести, цементам). Так же Гипс применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и других деталей, используемых в конструкциях зданий при относительной влажности воздуха не более 60%. Из гипса производят разнообразные архитектурные украшения, огнезащитные и звукопоглощающие изделия.

Минералы для производства строительного гипса: природный гипсовый камень (путем его дробления, пропарки в автоклавах, сушки и помола в шаровых мельницах с последующим сепарированием в сепараторе). Кроме природного гипса могут быть использованы природный ангидрит (CaSО₄) и отходы химического производства — фосфогипс и борогипс.

9. 
   Особенности быстротвердеющих вяжущих материалов. Относятся ли к
   

быстродействующим вяжущим материалам полуводный гипс и негашеная известь?

Вяжущие материалы — это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий).

К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая постепенно затвердевает, образуя прочное камневидное тело. Различают гидравлические вяжущие — материалы, которые после смешивания с водой и предварительного затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают упрочняться («набирать» прочность) в воде — это разновидности цементов, гидравлическая известь. Воздушные вяжущие — это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе (гипс, воздушная известь, жидкое стекло).

В метростроении в основном применяют гидравлические вяжущие, чаще всего — цементы. Основой цементов является тонко раз-молотый цементный клинкер — обожженная до спекания смесь известняка или мергеля и глины. Добавка строительного гипса (получаемого обжигом природного гипса) позволяет получать цементы с уменьшенными сроками схватывания — портландцементы, добавкой шлаков получают шлакопортландцементы. Добавление к этим разновидностям цемента специальных минеральных добавок дает быстротвердеющие портландцемент и шлакопортландцемент, отличающиеся повышенной прочностью через трое суток твердения.

Показателем прочности цемента является его марка (чем выше марка, тем больше прочность). Выпускают портландцементы пяти марок: 300, 400, 500, 550 и 600.

На основе глиноземистого клинкера получают глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы. Эти цементы используют для получения быстротбердеющих строительных растворов и бетонов. Глиноземистый цемент является продуктом тонкого помола клинкера, получаемого путем обжига до оглавления смеси бокситов и известняков. Его марки: 400, 500 и 600. Применяют этот цемент в случае, когда портландцемент не обеспечивает требуемой долговечности конструкций или необходим их быстрый ввод в эксплуатацию.

На основе глиноземистого цемента созданы быстротвердеющие гидравлические вяжущие вещества — расширяющиеся и безусадочные цементы (марки БУС), применяемые при чеканке швов сборной тоннельной обделки.

В метростроении для первичного нагнетания за тоннельную обделку используют цементно-песчаные (строительные) растворы — смеси цемента, песка и воды. Составы таких растворов (соотношение по массе количества цемента и песка, например, 1 : 2 или 1 : 4) принимают в зависимости от необходимой прочности и назначения раствора. Растворы, в которых имеются несколько различных вяжущих и введены добавки для улучшения технологических свойств, называют смешанными (например, известково- цементно-песчаный).

Полуводный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим материалам, а негашеная известь нет.

10. 
    Сущность теории твердения вяжущих материалов
    

А. А. Байковым. Для какой стадии образования вяжущего вещества наиболее характерен процесс гидротации: стадия затворения, стадия твердения, стадия схватывания? Гидравлические вяжущие.

Попытку примирить кристаллизационную и коллоидную теории твердения вяжущих сделал в 1928—1931 гг. А. А. Байков. По его теории, когда цемент или другое вяжущее приходит в соприкосновение с водой, тотчас начинается химическая реакция между ними, причем происходит она на поверхности зерен, т. е. топохимически. Теория твердения цементов, выдвинутая А. А. Байковым, сыграла значительную роль в развитии отечественной науки о цементах. Необходимо подчеркнуть, что, делая попытку объединить кристаллизационную и коллоидную теории, А. А. Байков в то же время значительно отошел от основной идеи кристаллизационной теории, согласно которой вначале растворяются в воде исходные продукты, а затем возникают кристаллические сростки гидратных новообразований, выпадающих из пересыщенного раствора. По Байкову, вначале происходит гидратация (реакция в твердой фазе), затем уже растворение новообразований.

Второй период — коллоидация или схватывание. Этот период характеризуется тем, что в насыщенном растворе дальнейшее растворение новообразований уже невозможно и растворимые продукты реакции будут выделяться в виде геля. При гидратации цемента во время второго периода образуются сразу два студня — из растворимых продуктов реакции (извести и гидроалюминатов) и нерастворимых (гидросиликатов).
Гидравлические вяжущие вещества. Это вяжущие вещества, которые твердеют и длительно сохраняют свои свойства в воде. Они могут длительно эксплуатироваться в водной среде, потому что образуют гидратные соединения, которые устойчивы к водной среде. Примеры: романцемент, портландцемент и др. К гидравлическим вяжущим веществам относятся:

• 
  Гидравлическая известь - это вяжущее вещество, которое получают методом обжига не до спекания мергелистых известняков, в которых содержится от 6 до 25% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. Согласно ГОСТу 9179-77 данный строительный материал производят в виде тонкоизмельченного порошка. Помимо глинистых примесей мергелистые известняки содержат включения углекислого магния и прочие примеси. Поскольку гидравлическую известь производят из природного сырья без переработки в искусственные смеси однородного состава, следовательно, для ее получения необходимо применять мергелистые известняки.
  
• 
  Романцемент - тоже относится к гидравлическим вяжущим веществам. Этот продукт тонкого помола обожженный не до спекания чистых и доломитизированиых мергелей, содержащих до 25 % глинистых примесей. Для регулирования свойств данного вида цемента, возможно добавление в него до 5 % гипса различных модификаций и до 15 % активных минеральных добавок. В качестве сырья для изготовления романцемента используются мергели.
  
• 
  Портланцемент, пожалуй, самый востребованный на сегодняшний день вид цемента. Данный строительный материал обладает высокими эксплуатационными характеристиками, что обуславливает его применение в возведении ответственных конструкций. Существует две марки этого цемента М400 и М500, цифра, идущая после буквы, как мы знаем, обозначает прочность цемента.
  
• 
  Цемент. Наверное, не будет ошибкой, если мы назовем цемент самым необходимым гидравлическим вяжущим в строительном производстве.
  

11. 
    Оксиды. Гидроксиды. Карбонаты и силикаты. Соединения неметаллов IV-VII групп. Оксиды неметаллов.
    

Оксид — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF₂.

Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами также является класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом.

Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называются пероксидами (перекисями; содержат цепочку −O−O−), супероксидами (содержат группу О⁻₂) и озонидами (содержат группу О⁻₃). Они, строго говоря, не относятся к категории оксидов.

В зависимости от химических свойств различают:

• 
  Солеобразующие оксиды:
  
  • 
    основные оксиды (например, оксид натрия Na₂O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
    
  • 
    кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO₃, оксид азота(IV) NO₂): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
    
  • 
    амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al₂О₃): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);
    
• 
  Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N₂O, оксид азота(II) NO.
  

Химическиесвойства

• 
  При взаимодействии кислотного оксида с основным образуется соль.
  
• 
  Оксиды взаимодействуют с водой, если образуется растворимая кислота или растворимое основание.
  
• 
  Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, а кислотные с основаниями. Гидроксиды — неорганические соединения, содержащие в составе группу OH^-.
  

Образуются в результате взаимодействия металла с водой. Известны гидроксиды почти всех химических элементов; некоторые из них встречаются в природе в виде минералов. Гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов, а также аммония являются щелочами.

В зависимости от того, является ли соответствующий оксид основным, кислотным или амфотерным, соответственно различают:

• 
  основныегидроксиды (основания) — только гидроксиды металлов со степенью окисления +1, +2, проявляющие основные свойства (например, гидроксид кальцияCa(ОН)₂, гидроксид калия KOH, гидроксид натрия NaOH и др.) При реакциях и диссоциации отщепляется группа -OH, в виду того, что группа связана с металлом, а металл легко отдает электроны, а кислород (в группе -OH), напротив оттягивает электроны на себя.;
  
• 
  кислотные гидроксиды (кислородсодержащие кислоты) — гидроксиды неметаллов и металлов со степенью окисления +5,+6, проявляющие кислотные
  

свойства(например, азотная кислота HNO₃, серная кислота H₂SO₄, сернистая кислота H₂SO₃ и др.) При реакциях и диссоциации отщепляется водород, так как кислород сильно удерживается элементом, образующим оксид.

• 
  амфотерные гидроксиды, гидроксиды металлов со степенью окисления +3, +4 и нескольких металлов со степенью окисления +2, которые проявляют амфотерные свойства. Амфотерные гидроксиды проявляют в зависимости от условий либо
  

основные, либо кислотные свойства (например, гидроксид алюминия Al(ОН)₃,гидроксид цинка Zn(ОН)₂).

• 
  Карбонаты - соли угольной кислоты, где оба атома водорода (Н2СО3 - угольная кислота двуосновна, является неорганическим соединением) замещены радикалом (напримаер ионами натрия Na+, тогда соль будет выглядеть как Na2CO3).
  
• 
  Сликатами называют соли кремниевой кслоты H2SiO4. По аналогии с угольной кислотой разделяют силикаты и гидросиликаты. Кремниевая кислота в отличии от угольной в воде не растворима и к тому же намного слабее 2-й.
  

Соединения неметаллов IV-VII групп: Диоксид серы SO₂, Монооксид азота NO, Диоксид азота NO₂, Оксид диазота N₂O, Триоксид диазота N₂O₃, Пентаоксид диазота N₂O₅, Оксид фосфора (V) Р₂O₅, Хлорид фосфора (V) РCl₅, Монооксид углерода СО, Диоксид углерода СO₂, Диоксид кремния SiO₂, Тетрахлорид кремния SiCl₄.

12. 
    Коррозия цементного камня и бетона. Виды коррозии. Способы защитить от коррозии. Механизм процесса коррозии.
    

Коррозия цементного камня. Цементный камень является основой бетона и при воздействии агрессивной среды корродирует, т. е. разрушается.

Агрессивные среды классифицируют по их физическому состоянию на твердые, жидкие и газообразные.

К наиболее распространенным жидким агрессивным средам относятся природные и промышленные водные растворы, содержащие различное количество растворенных веществ (кислот, солей, щелочей), а также некоторые органические жидкости.

Атмосферные воды, выпадающие в виде осадков, могут содержать повышенное содержание соли в приморских и засушливых солончаковых районах. Химический состав речной воды зависит от источников питания реки и вида пород, в которых проходит русло реки. По степени минерализации, т. е. содержанию солей, речная вода разделяется на четыре ступени: I — малой минерализации (до 200 мг/л), II — средней (200—500); III — повышенной (500—1000); IV — высокой минерализации (более 1000 мг/л). Природные и грунтовые воды также существенно различаются по составу. Для северных и горных районов характерны мягкие грунтовые воды, образовавшиеся в результате таяния снега и выпадения дождей. В южных районах СССР часто встречаются сильноминерализованные грунтовые воды.

Агрессивные по отношению к цементным бетонам газы содержат СОг, SO3, пары и аэрозоли различных кислот и солей. К твердым агрессивным средам относятся сухие минерализованные грунты и различные сыпучие химические вещества: удобрения, краски, инсектофунгициды, гербициды и др. Коррозионные процессы в газообразной и твердой средах протекают только в присутствии жидкой фазы.

Физико-химические и химические коррозионные процессы при воздействии различных сред на конструкции из бетона и железобетона соответствуют в основном трем видам коррозии (по В. М. Москвину).

Коррозия первого вида обусловлена растворением некоторых компонентов цементного камня и в первую очередь гидроксида кальция — продукта гидролиза трехкальциевого силиката (коррозия выщелачивания). Она идет интенсивно в мягких водах, особенно при фильтрации воды через бетон. При выщелачивании Са(ОН)₂ наряду с уменьшением плотности и нарушением структуры цементного камня начинается разложение других гидратов, устойчивых лишь при определенной концентрации СаО. Продукты коррозии выщелачивания образуют на поверхности бетона белые пятна и натеки.

Коррозия второго вида основана на обменных химических реакциях взаимодействия между цементным камнем и агрессивным водным раствором с образованием легкорастворимых, вымываемых солей или аморфных продуктов, не

обладающих вяжущими свойствами. К ней можно отнести кислотную, углекислую и магнезиальную коррозии.

Коррозия бетона почти всегда начинается с цементного камня (затвердевшего цемента), стойкость которого обычно меньше, чем каменных заполнителей. Цементный камень состоит из соединений, образовавшихся в процессе его трердения. Также, в нем имеются открытые и закрытые капиллярные ходы, заполненные воздухом или водой. Таким образом, затвердевший цемент представляет собой микроскопически неоднородную систему.

Агрессивными по отношению к цементному камню могут быть речные, морские, грунтовые, дренажные, сточные воды, а также находящиеся в воздухе кислые газы.

Грунтовые воды, особенно в районах промышленных предприятий, отличаются исключительным разнообразием по содержанию примесей, вредных для цементного камня. Так, на территории химических заводов грунтовые воды загрязнены минеральными и органическими кислотами, хлоридами, нитратами, сульфатами, солями аммония, железа, меди, цинка, никеля, а также щелочами. Грунтовые воды вблизи металлообрабатывающих предприятий нередко содержат сульфат железа и иные продукты травильных процессов.

Сточные воды заводов и фабрик еще в большей степени, чем грунтовые, обогащены веществами, вызывающими разрушения цементного камня. При спуске неочищенных сточных вод в реки и другие водоемы вода в них может стать агрессивной по отношению к бетону гидротехнических сооружений. В воздухе вблизи некоторых промышленных предприятий часто могут содержаться загрязнения, например: сернистый газ, хлористый водород, оксиды азота и др. Их концентрация обычно находится в пределах санитарных норм, т.е. не вредна для здоровья человека, но часто бывает достаточной, чтобы с течением времени привести к разрушению бетона.

Коррозионные воздействия многообразны. Насчитываются сотни веществ, которые могут могут входить в соприкосновение с цементным камнем и отрицательно влиять на него.