искусственные каменные материалы. Лекция 4 вяжущие вещества, применяемые в строительстве

• Название: Лекция 4 вяжущие вещества, применяемые в строительстве
• Дата: 09.09.2019
• Размер: 27.39 Kb.
• Имя файла: искусственные каменные материалы.docx
• Тип: Лекция; #86314

Лекция 4

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Вяжущими веществами называют материалы, способные в определенных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) образовывать пластично-вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает, переходя из пластично-вязкого состояния в камневидное.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делятся на:

- неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др.), которые для перевода в рабочее состояние затворяют водой (реже водными растворами солей);

- органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олигомеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом, с помощью органических растворителей или сами они представляют собой вязко-пластичные жидкости.

4.1 Неорганические (минеральные) вяжущие вещества

Подавляющее число неорганических вяжущих способно твердеть самопроизвольно, без создания каких-либо условий.

Однако находят применение и вяжущие автоклавного твердения, способные твердеть только в среде насыщенного водяного пара при температуре 150...200°С и при повышенном давлении (в автоклаве). К последним относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые и другие вяжущие.

Главным показателем вяжущих является отношение к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу можно выделить четыре группы воздушных вяжущих: 1 — известковые, состоящие, в основном, из гидрооксида кальция; 2 — гипсовые, состоящие из сульфата кальция; 3 — магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния; 4 — жидкое стекло — раствор силиката натрия или калия. Последнее из-за способности сохранять прочность в кислых средах называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. По химическому составу можно выделить четыре группы: 1 — гидравлическая известь и романцемент; 2 — силикатные цементы, состоящие преимущественно (> 75 %) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности; это главные вяжущие в современном строительстве; 3— алюминатные цементы, состоящие в основном из алюминатов кальция; это — глиноземистый цемент и его разновидности; 4 — вяжу'щие эттрингитового типа, основными компонентами которых являются алюминаты кальция и сульфат кальция; к ним относятся расширяющиеся и безусадочные цементы

4.2 Особенности поведения неорганических вяжущих

при нагревании

Известь (известковый камень). При нагреве происходят следующие процессы: удаление свободной воды (до температуры 150…200ºС) приводит к некоторому повышению прочности; дегидратация гидроксида кальция при 430-580ºС; диссоциация карбоната кальция (свыше 600С) приводит к снижению прочности

Гипс. У затвердевшего гипсового вяжущего при нагреве свыше 65ºС уже начинается процесс его дегидратации, при этом прочность снижается более чем в 2 раза; при температуре около 400ºС заканчивается дегидратация гипса, а прочность теряется практически полностью; выше 900ºС распадается ангидрит, что снижает прочность гипса до нуля.

Портландцемент. При нагреве до100-150ºС прочность может несколько снижаться, т.к. нагревающаяся в порах материала вода расширяется и оказывает дополнительное давление на их стенки; при 200-300 ºС прочность несколько увеличивается благодаря уплотнению структуры, вследствие удаления свободной воды из пор; свыше 300ºС происходит накопление дефектов структуры и прочность начинает снижаться

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

Минеральные вяжущие вещества – порошкообразные (кроме жидкого стекла) тонкодисперсные вещества, образующие при смешивании с водой(затворении) или с растворами солей вязкопластичное и легкоформуемое тесто, способное в результате физико-химических процессов схватываться, затвердевать и превращаться в камневидное тело(искусственный камень). Свойства вяжущих определяются минералогическим составом, режимом термической обработки, тонкостью помола. В состав вяжущих входят сернокислый кальций, окись кальция, окись магния и их соединения, которые и обусловливают способность к твердению.

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 образует строительный раствор;
  
• 
  затвердевшую бетонную смесь, включающую в себя вяжущее,
  
• 
  воду, песок и щебень(или гравий), называют бетоном.
  

Твердение минеральных вяжущих (по теории академика А.А. Байкова) – сложный физико-химический процесс, при котором в результате гидратации исходных соединений образуется пересыщенный раствор, происходит загустевание(схватывание) вяжущего теста и постепенное преобразование его в кристаллическое тело(искусственный камень). Процесс схватывания – это физико-химический процесс, при котором пластичная масса (тесто) становится вязкой, теряет свою подвижность, но еще не имеет прочности.

В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность на воздухе или в воде минеральные вяжущие вещества делят на группы:

• 
  воздушные (твердеющие на воздухе);
  
• 
  гидравлические;
  
• 
  кислотостойкие;
  
• 
  вяжущие автоклавного твердения.
  

По химическому составу их делят на группы:

• 
  строительная известь;
  
• 
  цементы;
  
• 
  гипсовые вяжущие;
  
• 
  смешанные вяжущие;
  
• 
  магнезиальные вяжущие;
  
• 
  жидкое (растворимое стекло).
  

Применение – готовят растворы для кладки стен, фундаментов, печей, труб, изготавливают искусственные безобжиговые изделия, бетон, железобетон, детали и конструкции из них.

2. 
   Воздушные вяжущие вещества. Характеристика, виды
   

Воздушные вяжущие вещества после смешивания с водой способны схватываться, твердеть, сохранять и повышать свою прочность только на воздухе; в воде они сильно размокают из-за высокой растворимости компонентов искусственного камня.

К воздушным вяжущим веществам относятся:

• 
  карбонатные вяжущие (воздушная известь);
  
• 
  гипсовые;
  
• 
  магнезиальные вяжущие;
  
• 
  жидкое стекло;
  
• 
  кислотоупорный цемент.
  

Классификация гипсовых вяжущих. Характеристика групп, свойства, применение

Гипсовые вяжущие вещества – тонкоизмельченные продукты, получаемые путем тепловой обработки природного гипсового камня, природного ангидрита, а также различных отходов химического производства, способные после затворения водой быстро схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе (4-30 минут). Способность к твердению им придает сернокислый кальций.

Водопотребность гипсовых вяжущих материалов изменяется от 30-40 до 60-70% в зависимости от условий обжига и дисперсности. Большая разница между водопотребностью и количеством воды, необходимым на гидратацию полугидрата (менее 20%), является причиной значительной пористости гипсового камня, доходящей до 50%. Пористость камня ниже, а прочность выше у вяжущего с меньшей водопотребностью.

Отличительными особенностями гипсовых вяжущих являются быстрое схватывание, твердение, увеличение объема при твердении на воздухе до 0,3%(это позволяет широко использовать гипс для отливки декоративно-художественных изделий сложной формы, а также применять его без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки).

Недостатки гипсовых вяжущих – повышенная гигроскопичность, низкая водостойкость, значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) влажного гипсового камня, коррозия стальной арматуры в гипсовых изделиях. Для повышения водостойкости гипсовых вяжущих при изготовлении вводят полимерные и гидрофобизирующие добавки, проводят интенсивное уплотнение смесей с пониженным водосодержанием.

Применение – при производстве гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, гипсобетонных перегородочных панелей и блоков, декоративных и звукопоглощающих изделий, для приготовления штукатурных растворов для внутренних частей зданий, работающих при относительной влажности воздуха не более 60%, а также в качестве добавки к другим вяжущим (расширяющийся цемент, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее).

По тонкости помола, характеризуемой остатком на сите с отверстиями 0,2 мм массы пробы (%), взятой для просеивания, различают гипсовые вяжущие:

• 
  грубого помола (группа I) — остаток не более 23%;
  
• 
  среднего помола (группаII) — остаток не более 14%;
  
• 
  тонкого помола (группа IIII) — остаток не более 2%.
  

По срокам схватывания различают три группы гипсовых вяжущих:

• 
  быстротвердеющие (группа А) - начало схватывания не ранее чем через 2 мин, конец — не позднее чем через 15 мин.;
  
• 
  нормально твердеющие (группа Б) - начало схватывания не ранее чем через 6 мин, конец — не позднее 30 мин.;
  
• 
  медленно твердеющие (группа В) - с началом схватывания не ранее чем через 20 мин, конец схватывания для них не ограничен.
  

Для замедления схватывания гипсовое вяжущее затворяют водой с добавкой животного клея или органических клееподобных веществ, понижающих растворимость полугидрата.

Марочную прочность гипсовых вяжущих определяют после 2-х часов твердения образцов на воздухе. Образцы (балочки размером 4х4х16 см, изготовленные из теста стандартной консистенции) испытывают на изгиб, а их половинки — на сжатие. Стандартом предусмотрены 12 марок гипсовых вяжущих – от Г-2 до Г-25. Цифры в обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа. Для каждой марки регламентируется минимальная прочность при изгибе в пределах соответственно от 1,2 до 8 МПа. Строительный гипс соответствует гипсовым вяжущим невысоких марок по прочности Г-2...Г-7, а высокопрочный — высоких марок от Г-10 Г-25. Маркировка гипсового вяжущего содержит информацию о прочности, сроках схватывания и дисперсности.

В зависимости от вида сырья и принятой технологической схемы производства гипсовые вяжущие вещества делят на две группы:

• 
  низкообжиговые (собственно гипсовые – строительный, формовочный и высокопрочный гипсы, изготовленные из природного гипсового камня)
  
• 
  высокообжиговые (ангидритовые – ангидритовый цемент, изготовленный на основе природного ангидрида или обожженного при высокой температуре природного гипсового камня).
  

К низкообжиговым относят:

• 
  строительный;
  
• 
  высокопрочный;
  
• 
  формовочный гипсы;
  

К высокообжиговым:

• 
  ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент);
  
• 
  высокообжиговый гипс (эстрихгипс).
  

Ангидритовый цемент изготавливают из природного гипса обжигом при температуре 600-700°С. Продукт обжига состоит преимущественно из нерастворимого ангидрита, не способного в обычных условиях схватываться или твердеть. Для придания ему вяжущих свойств при помоле вводят минеральные активизаторы твердения. Можно получать ангидритовый цемент без обжига помолом природного ангидрита с теми же добавками. В качестве активизаторов применяют гашеную или негашеную известь(2-5 % массы ангидрита), обожженный доломит (3-8%), доменный шлак (10-15%).

Высокообжиговый гипс получают обжигом природного гипса или ангидрита при 800-1000°С. В отличие от низкообжиговых гипсовых ангидритовые вяжущие имеют большую водостойкость и медленнее схватываются и твердеют: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, конец – не позднее чем через 12 ч. Марочную прочность контролируют в возрасте 28 суток.

Применение – при устройстве бесшовных полов и подготовки под линолеум, для приготовления штукатурных и кладочных растворов различных марок, для получения искусственного мрамора(отделочный ангидритовый цемент).

Из гипсовых вяжущих веществ основными являются:

• 
  строительный;
  
• 
  формовочный;
  
• 
  ангидритовый гипсы.
  

Изделия на основе гипсовых вяжущих

Строительный гипс (устаревшее название – алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня CaSO₄ 2H₂O путем его термической обработки (происходит частичная дегидратация двуводного гипса и превращение его в полуводный CaSO₄ 0,5H₂O) при температуре 170-200 ^оС, проводимой в печах или варочных котлах и последующего тонкого помола. Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим – начало схватывания 4-6 минут, а конец – 30 минут. Строительный гипс выпускается 3-х сортов: 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 Па.