Неорганические вяжущие вещества

     Признаком высокого качества извести является высокое содержание в ней СаО + MgO. Недожог и пережог извести в печи снижают ее качество. Особенно опасен пережог — остеклованная известь. Частицы пережога медленно гасятся с увеличением в объеме и могут вызвать трещины в штукатурке и изделиях.

     Содержание чистых окислов CaO + MgO в общем количестве извести называют ее активностью. По активности и содержанию непогасившихся зерен определяется сорт извести.

     Если  комовую известь измельчить, получится  молотая негашеная. Более распространена в строительстве известь гашеная, получаемая путем затворения водой негашеной извести. При выделении теплоты часть воды гашения превращается в пар, под воздействием которого комовая известь превращается в тончайшие частицы гидратной извести размером в несколько микрон с высокой удельной поверхностью.

     Гашение извести производится в условиях стройплощадки в творильных ящиках с сеткой для сцеживания разжиженного известкового теста (известкового молока) в гасильную яму, где оно выдерживается  длительное время. В заводских условиях известь гасят в специальных барабанных гасителях. Гашение извести производят в пушонку или в известковое тесто. При расходе воды 1 л на 1 кг извести комовой известь превращается в тонкий рыхлый порошок со значительным увеличением в объеме; при расходе воды 2 ... 3 л на 1 кг извести получается известковое тесто, что тоже сопровождается увеличением в объеме. Для получения из пушонки известкового теста ее разбавляют водой. Обычно содержание воды в известковом тесте составляет примерно 50% (по массе). Гашеная известь медленно схватывается и твердеет, обладает низкой прочностью, поэтому кроме гашеной извести в строительстве применяют известь негашеную. По содержанию оксида магния в извести она подразделяется на кальциевую (MgO<5%), магнезиальную (MgO = 5 ... 20%) и доломитовую (MgO = 20 ... 40%); по времени гашения различают известь быстрогасящуюся (время гашения < 8 мин), среднегасящуюся (время гашения 8 ... 25 мин) и медленногасящуюся (время гашения не менее 25 мин).

     Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и отделочных растворов, изготовления штучных бетонных изделий, например известковошлаковых, силикатного кирпича и других известково-песчаных изделий автоклавного твердения.

     Магнезиальные вяжущие вещества. Сырьем для магнезиальных  вяжущих служат магнезит и доломит. Обжиг магнезита производится при температуре 750 ... 800°С (во вращающихся печах до 1000°С) до полного разложения MgСОз на MgO и СО2 с удалением углекислого газа. После помола MgO представляет собой воздушное вяжущее вещество, называемое каустическим магнезитом, оно имеет предел прочности при сжатии 40 ... 60 МПа, достигая иногда до 100 МПа.

     Обжиг доломита производят при более низких температурах <в интервале 650 ... 750сС, так как при повышении температуры  обжига начинает разлагаться и СаСОз с образованием извести. Особенностью применения магнезиальных вяжущих веществ является затворение их водными растворами магнезиальных солей, причем начало схватывания наступает не позднее 20 мин, а конец — не позднее 6 ч. Магнезиальные вяжущие вещества имеют хорошее сцепление с органическими заполнителями и применяются для производства ИСК либо с древесными опилками (ксилолита), либо с древесной шерстью — узкой и длинной древесной стружкой (фибролита). Ксилолит используется для изготовления бесшовных полов и облицовочной плитки, фибролит — для производства теплоизоляционных изделий и перегородок помещений в поселковом строительстве.

     Растворимое (жидкое) стекло. Для производства растворимого стекла сырьем служат в основном чистый кварцевый песок и кальцинированная сода или сернокислый натрий, значительно реже вторым компонентом является поташ.

     Тщательно перемешанную сырьевую смесь расплавляют  в стекловаренных печах при температуре 1300 ... 1400°С, а затем стекломассу  выгружают в вагонетки. При быстром охлаждении она твердеет и раскалывается на куски, именуемые силикат-глыбой. Лучше всего растворять силикат-глыбу в автоклавах при давлении 0,6 ... 0,7 МПа и температуре 150°С, превращая ее в сиропообразную жидкость. Жидкое (растворимое) стекло применяют для производства кислотоупорных цементов, жароупорных бетонов, силикатных красок и обмазок, для пропитки (силикатизации) грунтовых оснований. 

     3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 

     Гидравлические  вяжущие вещества являются более  сложными по составу, чем воздушные. Гидравлические вяжущие вещества в отличие от воздушных затвердевают и сохраняют свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим веществам относятся: известь гидравлическая и различные цементы (роман-цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и другие виды цементов). Гидравлические вяжущие вещества применяются как в сухих, так и во влажных условиях, там, где требуется высокая прочность и там, где нельзя применять воздушные вяжущие вещества. Их используют в кладочных и штукатурных растворах для наружных стен, фундаментов и получения бетона, железобетона, асбестоцементных и других изделий.

     Гидравлические  свойства этой группы вяжущих обусловлены  наличием е их составе силикатов, алюминатов, ферритов кальция. Чем больше в вяжущем таких соединений и чем они более основны, тем сильнее выражены гидравлические свойства и выше прочность вяжущего.

     Для воздушной извести этот модуль больше 9, для гидравлической -1,7...9, а для романцемента - 1,1...1,7. Однако если температуру обжига сырьевой смеси довести до 1450°С, то образуются более высокоосновные силикаты кальция и другие соединения, обладающие большой прочностью и гидравличностыо. В результате получают новое вяжущее - портландцемент, обладающий высокой прочностью.

     Гидравлическая  известь и романцемент.

     Гидравлическую  известь получают из мергелистых  известняков содержащих 6...20 % равномерно распределенной глины. При обжиге сначала  происходит разложение карбоната кальция  на СаО и СО;, а глинистых минералов—на аморфные SiO2 и A12OS. При температуре 1000...1100 °С часть оксида кальция взаимодействует в твердом состоянии с SiO2, A12O3, Fe2O3, образуя низкоосновные силикаты, алюминаты и ферриты кальция (2CaO-SiO2, 2СаО'А12О3, СаО-•Fe2O3).

     Следовательно, гидравлическая известь состоит  из различных соединений, часть которых (CaO-fMgO) обусловливает свойства извести как воздушного вяжущего, а часть (силикаты, алюминаты, ферриты кальция) -гидравлического. Чем больше в составе гидравлической извести последних соединений, тем быстрее она твердеет и выше ее прочность.

     Гидравлическая  известь способна диспергироваться частично при гашении водой, но чаще ее превращают в рабочее состояние  помолом.

     Для твердения гидравлической извести  вначале необходимы, как и для воздушной извести, воздушно-сухие условия, а затем — влажные, чтобы обеспечить гидратацию силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Чем больше в извести свободного оксида кальция, тем более продолжительным должно быть начальное твердение в воздушной среде (обычно 7...15 сут).

     Различают слабогидравлическую (гидравлический модуль 4,5... ...9,0)  и сильногидравлическую  (модуль 1,7...4,5)  известь. Прочность при сжатии растворов должна быть не менее 1,7 МПа — для слабогидравлической извести и не менее 5 МПа — для сильногидравлической.

     Романцемент является особой разновидностью сильногидравлической извести с модулем основности меньше 1,7. Романцемент получают обжигом при 1000...1100 °С мергелей, в которых глинистых примесей больше 25 %, с последующим помолом в тонкий порошок. Романцемент почти целиком состоит из низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция и не способен гаситься. Марки ро-ыанцемента 25, 50 и 100 (2,5...10 МПа).

     Гидравлическую  известь и романцемент применяют  для изготовления штукатурных и  кладочных растворов, в том числе  во влажных условиях, бетонах низких марок, смешанных вяжущих и т. п., что позволяет экономить энергоемкий и дорогой портландцемент. 
 
 
 

     4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА 

     В ряде случаев (например, при воздействии  агрессивной среды, необходимости  значительно ускорить темп набора прочности бетона) использование обычного портландцемента неэффективно. Поэтому употребляют портландцементы специальных видов.

     Чтобы придать портландцементу определенные свойства, регулируют минеральный состав клинкера, вводят в цемент минеральные и органические добавки, изменяют дисперсность и зерновой    состав цемента.

     Быстротвердеющий  портландцемент (БТЦ) изготовляют из клинкера с повышенным содержанием  быстротвердеющих минералов C3S и С3А (в сумме 60...65 %). БТЦ отличается более  тонким помолом: его удельная поверхность достигает 3500...4000 см2/г против 3000 см2/г у обычного портландцемента. Благодаря этому увеличивается площадь контакта цементных частиц с водой и скорость твердения его возрастает.

     Выпускают БТЦ марок 400 и 500. Прочность его нормируют в сроки 3 и 28 сут. БТЦ отличается высоким темпом набора прочности в первые 3...7 сут. При помоле в БТЦ вводят активные минеральные добавки (до 10...20%) или доменные гранулированные шлаки (до 20% от массы цемента). Это удешевляет БТЦ.

     БТЦ применяют при производстве сборных  железобетонных конструкций. Благодаря  повышенному содержанию в клинкере C3S и С3А быстротвердеющий портландцемент обладает большим тепловыделением  и его применяют при бетонировании  в зимних условиях, особенно при  температуре ниже - 25 СС. Свойство БТЦ быстро набирать прочность используют и в случае аварийно-восстановительных работ. При хранении в течение 1...2 месяцев БТЦ утрачивает свойство быстро твердеть и набирает прочность как обычный портландцемент. Следовательно, хранить БТЦ длительное время нецелесообразно.

     Однако  в ряде случаев применять БТЦ  нельзя. Из-за высокого содержания в  клинкере C3S и С3А при гидратации образуется большое количество Са(ОН)2 и гидроалюминатов кальция, что  делает цементный камень нестойким к химической коррозии. Поэтому БТЦ употребляют лишь для конструкций, работающих в неагрессивной среде.

     Из  бетона, изготовленного на БТЦ, не выполняют  массивные конструкции. Чрезмерное тепловыделение вызывает сильный разогрев ядра таких конструкций, в то время как внешние поверхности охлаждаются. Из-за большого перепада температур в теле бетона могут возникнуть термические напряжения, что приводит к растрескиванию конструкции.

     В последние годы для ускорения  твердения бетона стали применять  цементы с добавками — крентами. Они содержат безводный трехкальцие-вый сульфоалюминат, сульфоферрит, смесь сернокислого глинозема и сернокислого железа. При помоле клинкера обычного портландцемента вводят 2...5 % добавок. Они не только ускоряют твердение, но и повышают прочность цемента на 5... 10 МПа, т.е. на целую ступень. Применение таких цементов на заводах и стройках позволит отказаться от пропарива-ния изделий и тем самым сократить затраты топлива и электроэнергии.

     Сульфатостойкий портландцемент применяют при изготовлении конструкций, подверженных действию сульфатных вод, а также морозостойкого бетона. Стойкость против сульфатной коррозии обеспечивается особым минеральным составом клинкера: в нем ограничивают содержание алюминатов (С3А не более 5%, С3А + C4AF не более 22%). Для увеличения стойкости цемента против коррозии первого и второго видов в клинкере также ограничивают количество элита — не более 50 % от массы клинкера.

     Поскольку количество C3S, C3A и C4AF ограничено, возрастает относительное содержание в клинкере C2S. Белит медленно набирает прочность и выделяет при гидратации мало теплоты. Поэтому сульфато-стойкий портландцемент характеризуется по сравнению с портландцементом пониженным темпом роста прочности и меньшей экзотермией. Его выпускают марки 400.

     Белый и цветные портландцементы используют для повышения архитектурной  выразительности зданий и сооружений. Серый цвет обычных цементов обусловлен наличием в составе исходного  сырья оксидов железа и марганца. Чтобы получить белый портландцемент, в качестве сырья применяют карбонатные и глинистые породы (мел, каолиновые глины), содержащие оксиды железа и марганца в ничтожно малом количестве. Получаемый при обжиге такого сырья белый клинкер размалывают совместно с гипсом белых сортов, иногда добавляют белый диатомит (не более 6 %).

     Белый портландцемент выпускают марок 400 и 500. Степень белизны цемента  зависит от коэффициента отражения  и составляет для белого портландцемента 1-го сорта не меньше 80% абсолютной шкалы, 2-го сорта - 75,3-го - 68 %.

     Цветные портландцементы получают, размалывая совместно белый клинкер и  добавки минеральных или органических красителей. Выпускают портландцементы  красного, желтого, зеленого, голубого, розового, коричневого и черного цветов, т.е. практически всех основных цветов спектра. Марки цементов 300,400 и 500.