Реферат минеральные вяжущие вещества

Обновлено: 02.07.2024

Минеральные вяжущие вещества представляют собой порошкообразные материалы, способные при смешивании их с водой образовывать пластическое тесто, которое в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает в каменновидное тело.

Из минеральных вяжущих веществ производят растворы для кладки стен, фундаментов, печей, труб, а также изготавливают искусственные безобжиговые изделия, бетон, железобетон, детали и конструкции из них.

Минеральные вяжущие вещества делятся на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность только на воздухе. Гидравлические вяжущие затвердевают и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

Воздушные вяжущие вещества. К воздушным вяжущим веществам относятся: воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие.

Воздушная известь является местным вяжущим веществом. Ее получают обжигом при температуре 1000—1200 °С кальциево-карбонатных пород (известняка, мела и др.), содержащих не более 8 % глинистых примесей. Воздушная известь может выпускаться в виде кусков белого или серого цвета и называется комовой; или, если комовую известь измельчить, получается молотая известь. В порошкообразное состояние воздушная известь может превращаться гашением. Гашение извести протекает бурно, с выделением тепла и образованием гидроксида кальция по реакции:

Если для гашения взять 40—70 % воды от веса извести, то получается тонкий порошок, который называется гидратной известью.

В зависимости от содержания активных оксидов Са и Mg и непогасившихся зерен воздушная и гидратная известь делится на два сорта: I и II. Для воздушной извести содержание оксидов должно быть не менее 70 % для I сорта и 52% — для второго сорта, а для гидратной извести соответственно 55% и 40%.

Применяется известь для приготовления растворов для кладки и штукатурки, получения силикатного кирпича и смешанных цементов.

Гипсовые вяжущие вещества получают в результате обжига природного двухводного гипсового камня (CaSО₄-2H₂О). Из гипсовых вяжущих веществ основными являются строительный, формовочный и ангидритовый цемент.

Строительный гипс (устаревшее название — алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня при температуре 120— 170 °С. В результате обжига происходит гидратация и двуводный гипсовый камень переходит в полуводное состояние по реакции: 2(CaSО₄*2H₂О) = 2(CaSО₄*0,5H₂О) + 3H₂О

Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим - начало схватывания 4-6 минут, а конец — 30 минут. Строительный гипс делится на три сорта: I, II и III. 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 МПа.

Применяют строительный гипс при оштукатуривании помещений и получения сухой гипсовой штукатурки, перегородочных плит.

Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помолом и более высокой прочностью. Время схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин. Применяется формовочный гипс для скульптурных и лепных работ, изготовления форм для керамической промышленности.

Ангидритовый цемент получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700 °С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) он делится на четыре маркий, 10, 15, 20. Применяется для кладки и оштукатуривания внутренних стен и изготовления художественных изделий.

Недостатком гипсовых вяжущих является их низкая водостойкость, т.е. их можно применять в помещениях с влажностью не более 60—70%. Поэтому были разработаны более стойкие гипсовые вяжущие, к ним относятся полимергипс и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

Полимергипс получают при смешивании строительного гипса с фенольно-фурфурольной смолой (17—20 %). Этот материал в отличие от строительного гипса имеет высокую прочность на сжатие -30 МПа и большую водостойкость. Используется в производстве облицовочных плиток, а также для отделочных работ в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие получают по предложению А.В.Волженского на основе полуводного гипса (40-60%), портландцемента (20-25%) и трепела (10-25%). Прочность на сжатие данного материала 10-11 МПа и коэффициент водостойкости 0,7-0,8. Используется для кладки и оштукатуривания помещений с повышенной относительной влажностью воздуха.

Магнезиальные вяжущие вещества получают путем обжига магнезита (MgCО₃) или доломита (CaCО₃MgCО₃) при температуре 800-850 °С. Продукт обжига соответственно называется каустическим магнезитом или каустическим доломитом. Магнезиальные вяжущие хорошо сцепляются с древесными, асбестовыми и другими волокнами и применяются для получения теплоизоляционных материалов (фибролит), устройства теплых полов (ксилолит). Магнезиальные вяжущие затворяются не водой, а растворами солей хлористого и сернокислого магния. Начало затвердевания этого материала не ранее 20 мин и не позднее 6 ч. Магнезиальные вяжущие имеют высокий предел прочности на сжатие 40-60 МПа. Недостатком материала является малая водостойкость, поэтому он используется только в сухих условиях.

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.

где m — гидравлический модуль.

Если гидравлический модуль находится в пределах 1,7-4,5, значит, материал обладает сильными гидравлическими свойствами и ближе к цементам, если он колеблется от 4,5 до 9 значит он обладает слабыми гидравлическими свойствами и по свойствам ближе воздушной извести.

Роман-цемент — порошок от светло-желтого до бурого цвета, получаемый в результате тонкого помола обожженных не до спекания (при температуре 1000-1100 °С) известняков, содержащих свыше 20% глинистых примесей. По прочности делится на три марки: 2, 5, 50 и 100. Начало схватывания не ранее 15 мин, конец не позднее 24 ч, остаток на сите № 008 не более 25%. Применяется для растворов при кладке и оштукатуривании стен и фундаментов, изготовления бетонов невысоких марок.

Портландцемент — основной вид гидравлических вяжущих веществ. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания при температуре 1450 °С смеси известняка (углекислый кальций) 75% и 25% глины. Портландцемент с необходимыми свойствами можно получить в том случае, когда содержание основных оксидов будет в следующих количествах: СаО - 60-67%, SiО₂- 12-24%, Аl₂О₃ - 4-7% и Fe₂О₃ -2-6%. Вредными примесями являются MgO и SО₃, содержание которых соответственно допускается не более 5 и 3,5%. Повышенное содержание их вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании и повышает сульфатную коррозию. Производство портландцемента является сложным процессом. После подготовки сырьевых материалов — они подвергаются обжигу. При обжиге под влиянием высокой температуры происходят сложные физико-химические процессы взаимодействия оксида кальция с другими оксидами, с образованием следующих минералов: трехкальциевого силиката 3CaОSiО₂ ~ 37-60 %; двухкальциевого силиката 2CaОSiО₂ — 15-37%; трехкальциевого алюмината ЗСаОАl₂О₃ — 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита 4CaОAl₂О₃Fe₂О₃ - 10-18 %, которые обусловливают гидравлические свойства портландцемента.

Шлакопортландцемент представляет собой портландцемент (20— 85 %) с добавками шлаков (15—80 %). По свойствам похож на портландцемент, но является более дешевым. Выпускается трех марок: 300, 400 и 500.

Минеральные вяжущие вещества применяются в качестве кладочных и штукатурных растворов. В зависимости от возможных условий формирования структуры искусственного камня в них выделяют воздушные (известь воздушная, гипс, магнезиальные вяжущие вещества — формирование искусственного камня происходит в сухой среде) и гидравлические — отличаются более сложным составом, искусственный камень образуется и сохраняется как в сухой, так и во влажной среде (гидравлическая известь и цементы: портландцемент, шлакопортландцемент, специальные цементы).

В большинстве случаев в строительстве применяют смеси минерального вяжущего вещества, воды и заполнителя. Необходимость использования заполнителя вызвана двумя основными причинами:

1) вяжущие вещества в смеси только с водой при отвердении имеют повышенную склонность к набуханию и усадке, что приводит к образованию трещин и разрушению конструкций. Заполнители уменьшают усадочные явления;

2) использование заполнителя уменьшает расход вяжущего вещества, а следовательно, и стоимость сооружений.

Смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка) называется строительным раствором, а смесь вяжущего вещества, воды, песка и крупного заполнителя (щебня, гравия) — бетоном.

Наиболее распространенным представителем минеральных вяжущих веществ является портландцемент. В зависимости от показателя прочности при сжатии выделяют четыре основные марки портландцемента 300, 400, 500 и 600. Марку определяют при сжатии образца, изготовленного из смеси цемента и песка в соотношении 1:3, испытанного через 28 дней после его изготовления.

Большое влияние на качество портландцемента (в первую очередь на прочность) оказывает тонкость помола. Остаток на сите с сеткой № 008 не должен превышать 15% от массы пробы.

Портландцемент не должен содержать посторонних включений, цвет его должен быть равномерным серо-зеленым.

Минеральные вяжущие вещества - это тонко измельченные порошки, которые при затворении с водой образуют пластичное тесто, а со временем переходят в камневидное состояние.

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

Классификация минеральных вяжущих веществ

Гипсовые вяжущие вещества

Магнезиальные вяжущие вещества

Известково-кремнеземистые вяжущие вещества

Известково-шлаковые вяжущие вещества

I.Гидравлические вяжущие вещества

Вяжущие гидравлические - самая многочисленная группа вяжущих. Способны твердеть и сохранять твердость на воздухе и в воде. К ним относятся известь гидравлическая, романцемент, портландцемент и некоторые другие материалы.

Изобретен в 1824 году английским каменщиком.

Портланд-цемент- это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портланд-цементного клинкера с небольшим количеством гипса.

Портланд-цементный клинкер-это зерна серого или зеленого цвета, диаметром от 5 до 30 мм, получаемые обжигом сырьевой смеси, состоящей из известняков и глины (75% CaCO₃ , 25% глины).

Гипс в количестве до 5% добавляют к клинкеру для регулирования сроков схватывания.

Химический и минералогический состав портланд-цемента:

CaO– 57-63% известняк

SiO₂ – 25-30% составная глины

Al₂ O₃ – 4-10% составная глины

2CaO*SiO₂ или C₂ S– двукальциевый силикат (белит, 20-30%)

3CaO*Al₂ O₃ или C₃ A– трехкальциевый силикат (4-10%)

где R- прочность, t- время.

Процесс производства портланд-цемента:

1. Добыча известняка и глины

2. Приготовление сырьевой смеси (дробление, помол, корректировка состава сырья)

4. Помол клинкера совместно с гипсом

В зависимости от способа подготовки сырья существует три способа производства цемента:

Сухой способ производства портланд-цемента.

Известняк и глина измельчаются при влажности 2-4%. Измельчение проводится в шаровых дробилках (шаровых мельницах).

Известняк и глину измельчают в мокром состоянии при влажности 50-60%

Сырьевые компоненты измельчаются в мокром состоянии, а перед обжигом высушиваются.

Обжиг сырьевой смеси.

Осуществляется во вращающихся печах длиной 70-240 метров и диаметром 3-4 метра.

1. Растворение компонентов цемента в воде

2. Образование пересыщенного раствора или геля

При твердении цемента образуются:

1. Быстротвердеющий пртланд-цемент (БТЦ, ОБТЦ)

Отличия от обыкновенного цемента:

· Повышенное содержание C₃ S(>60%)

· Повышенная тонкость помола

· Повышенная удельная поверхность S=3500 см 2 /г (у обыкновенного S=2500 см 2 /г)

Имеет нормированную прочность на третьи сутки.

2. Пластифицированный портланд-цемент.

Обладает пониженной водопотребностью за счет введения небольшого количества (до 3%) пластифицирующих добавок.

Добавки:ССБ- сульфитно-спиртовая барда

· ЛСТ- лигно-сульфанат технический

· Продукты переработки древесины на ЦБК

3. Гидрофобный портланд-цемент

4. Томпонажный портланд-цемент

Для гидроизоляции нефтяных и газовых скважин.

5. Белый и цветные портланд-цементы.

Белый цемент получают путем обжига беложгущихся глин.

Делится на три сорта по белизне:

· Еще менее белый

На основе белых цементов можно получить цветные путем введения щелочестойких пигментов.

Цветные цементы используются для изготовления полов.

6. Пуццолановый портланд-цемент.

Содержит до 60% активных минеральных добавок (АМД).

Активные минеральные добавки связывают гидрат окиси кальция в нерастворимые соединения.

Такой цемент лучше работает под водой, нежели на воздухе.

Содержит до 40% тонкомолотого доменного гранулированного шлака.

8. Расширяющийся портланд-цемент.

9. Напрягаемый портланд-цемент.

10. Безусадочный портланд-цемент

В процессе эксплуатации цементный камень может достаточно быстро разрушаться под воздействием растворов кислот, солей, агрессивных газов и других активно-влияющих химичесих соединений.

1. Разрушение происходит за счет вымывания составляющих цемента, в основном гидроксида кальция, мягкими водами.

2. Разрушение цемента под воздействием растворов кислот и солей с образованием легко растворимых соединений.

3. Образуются соединения, конечный объем которых в несколько раз превышает суммарный объем исходных компонентов.

При коррозии третьего вида надо использовать сульфатостойкий портланд-цемент.

II.Гидравлические вяжущие – специальные

К специальным цементам, отличающимся от цементов, изготовленных на основе портландцементного клинкера, относятся: глиноземистый цемент и комплексные вяжущие (смешанные цементы) — расширяющиеся и безусадочный, гипсоцементно-пуццолановые и шлакощелочные вяжущие вещества, кислотоупорный цемент.

Разновидностью шлакопортландцемента является быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 (содержание гранулированного шлака до 50 % и более высокая тонкость помола), характеризующийся интенсивным нарастанием прочности в начале твердения.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) марок 400 и 500 отличается более интенсивным нарастанием прочности в первые трое суток твердения за счет повышенного содержания клинкерных минералов (С3S+С3А) до 60-65 %, а также более высокой тонкости помола с удельной поверхностью частиц 3500-4000 см2/г.

При помоле допускается введение до 15-20 % активных минеральных добавок, БТЦ применяется для уменьшения тепловлажностной обработки цементных бетонов, изготовления сборных высокопрочных, обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, ускорения темпов строительства, зимнего бетонирования.

Разновидностью БТЦ является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) марок 600 и 700, характеризующийся большой скоростью твердения и высокой прочностью, что позволяет отказаться от пропаривания изделий из него и сокращает расход цемента. Клинкер в этом цементе содержит до 60-65 % и не более 8 % С3А. При помоле не допускается введение минеральных добавок, тонкость помола составляет 4000-4500 см2/г. Наиболее целесообразно использование этих цементов при возведении зданий и сооружений из монолитного бетона, а также при ремонтных работах.

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают тонким измельчением портландцементного клинкера совместно с гипсом и пластифицирующей добавкой сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) в количестве 0,25 % массы цемента. Придание растворным и бетонным смесям повышенной пластичности снижает расход цемента на 5-8 %.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с гипсом и 0,1-0,2 % гидрофобизирующей (водоотталкивающей) добавки: мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, окисленного петролатума и других поверхностно-активных органических веществ.

Гидрофобный портландцемент повышает подвижность бетонных смесей, что приводит к увеличению их водостойкости, водонепроницаемости и морозостойкости. Применяют гидрофобный и пластифицированный цемент наравне с обычным портландцементом, в том числе для конструкций, работающих в условиях циклического замораживания и оттаивания, а также при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) (ГОСТ 22266-76*) марки 400 имеет нормированный минералогический состав клинкера: C3S — не более 50%, С3А — не более 5 %, C3A+C4AF — не более 22 %, MgO — 5 %. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается.

Сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовления конструкций гидротехнических и других сооружений, подвергающихся агрессивному воздействию сульфатных вод и работающих в условиях многократного замораживания и оттаивания в пресной и слабоминеральной воде.

Выпускаются разновидности сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками и cульфатостойкий шлакопортландцемент, имеющие нормированный минералогический состав.

Алинитовый портландцемент получают из сырья, аналогичного портландцементу с добавкой в смесь СаСl2. Клинкер после обжига измельчают совместно с гипсом (2,5-3,5% массы цемента). Допускается введение при помоле 10-30 % активных минеральных добавок или 30-50 % доменного гранулированного шлака. Одним из основных минералов клинкера являются алинит (хлорсиликат кальция 60-80 %) и хлоралюминат кальция. Активность алинитового цемента 40-50 МПа.

Преимуществом алинитового цемента перед портландцементом является пониженный расход энергии при обжиге сырья (температура обжига 1100 °С против 1400 °С для портландцемента), а также ускорение в 3-4 раза размола клинкера. К недостаткам его относится несколько пониженная морозостойкость бетонов и коррозия арматуры под влиянием ионов хлора.

Белый (ГОСТ 965-78) и цветные (ГОСТ 15825-80) портландцементы изготовляют путем совместного помола белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Белый клинкер получают обжигом на беззольном (газовом) топливе чистых известняков, мраморов и белых глин.

Белый портландцемент имеет марки 400 и 500 и по степени белизны делится на три сорта: БЦ-1, БЦ-2, БЦ-3.

Цветные цементы получают совместным помолом клинкера белого портландцемента со щелоче- и светостойкими пигментами (природными — 15% или синтетическими — 0,3%), активной минеральной добавки (белого диатомита) и гипса. Выпускается он трех марок: 300 400, 500, желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цветов. Применяют белый и цветные портландцемента как вяжущие для архитектурно-отделочных работ, облицовочного слоя крупных панелей и блоков, скульптурных работ и для изготовления искусственного мрамора. Для водных малярных составов, изготовления цементных и полимерцементных красок и шпатлевок белый и цветные портландцемента используются в качестве связующего и наполнителя.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) — быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением клинкера после обжига до плавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом (бокситы и известняки). Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным образом СаО.А12О3.

Твердение глиноземистого цемента происходит быстро и сопровождается большим тепловыделением, он имеет высокую прочность и химическую стойкость. Цвет глиноземистого цемента серо-зеленый, коричневый или черный, плотность в рыхлом состоянии 1000-1300, а в уплотненном — 1600-1800 кг/м2, тонкость помола выше, чем у портландцемента, начало схватывания не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч. Марки глиноземистого цемента 400, 500 и 600, устанавливаются в возрасте трех суток. Применяется он для получения быстротвердеющих и жаростойких бетонов и растворов, а также при срочных аварийных и ремонтных работах и зимнем бетонировании. Бетоны на глиноземистом цементе водонепроницаемы, стойки в условиях пресных и сульфатных вод и морозостойки.

Применение этого цемента ограничено его высокой стоимостью. Не рекомендуется использовать его в массивных сооружениях, подвергать пропариванию, смешивать с портландцементом.

8.Водонепроницаемый расширяющийся цемент

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола или смешивания глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Расширяющее воздействие оказывает минерал эттрингит (ЗСаО.А12О3.3CaSO4.31H2O), образующийся при взаимодействии цемента с водой. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало — не ранее 4 мин, конец — не позднее 12 мин, через 25 сут имеет марку 500. Схватывание цемента можно замедлять добавками СДБ, уксусной кислоты, буры и др. ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбов труб, замоноличивания стыков и трещин в железобетонных конструкциях, заделки фундаментных болтов и подливки под оборудование. Не рекомендуется применять ВРЦ в конструкциях, эксплуатирующихся при температуре выше 80 °С.

9.Водонепроницаемый безусадочный цемент

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ) имеет свойства и область применения, аналогичные ВРЦ, но отличается составом. В нем гидроалюминат кальция при смешивании компонентов заменен гашеной известью.

10.Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) получают совместным помолом высокоглиноземистого клинкера (70 %) и природного гипса (30 %). Он имеет более удобные для производства сроки схватывания: начало — не ранее 20 мин, конец — не позднее 4 ч. Применяют для получения безусадочных и расширяющихся растворов, бетонов, штукатурок, для гидроизоляции шахт, подвалов, заделки различных швов и т. п.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — продукт совместного помола портландцементного клинкера (60-65 %), высокоглиноземистого шлака или глиноземистого клинкера (5-7 %), гипса (7-10 %) и активной минеральной добавки. Применение добавки позволяет ускорить образование кристаллов эттрингита до схватывания цемента, что обеспечивает расширение теста и растворов в пластическом состоянии. По прочности РПЦ имеет марки 400, 500 и 600, начало схватывания — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч, применяют для высокопрочных бетонных и железобетонных конструкций, безусадочных расширяющихся бетонов ирастворов.

Напрягающий цемент (НЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (65-70 %), глиноземистого цемента (13-20 %) и гипса (6-10 %). Начало схватывания составляет 4-7 мин, конец — 4-7 мин. Замедлители схватывания: СДБ и винно-каменная кислота. Применяется для изготовления предварительно напряженных железобетонных изделий. Натяжение арматуры происходит одновременно с расширением самого цементного камня.

13.Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество (ГЦПВ) получают смешением строительного или высокопрочного полуводного гипса (50-75 %),портландцемента (15-25 %) и минеральной добавки (10-25 %).

Вместо портландцемента в смеси возможно применение пуццоланового портландцемента с активной добавкой или шлакопортландцемента. ГЦПВ имеет марки 100 и 150, характеризуется быстрым твердением и повышенной водостойкостью. Прочность бетонов на ГЦПВ через 2-3 ч после их приготовления достигает 30-40 % марочной, коэффициент размягчения 0,6-0,8, морозостойкость 25-50 циклов. ГЦПВ применяют для изготовления панелей основания пола, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и других конструкций.

Шлакощелочный цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов (натрия, лития или калия). Важным свойством шлакощелочного цемента является возможность получения высококачественных растворов с местными некондиционными заполнителями, содержащими до 20 % пылеватых и 5 % глинистых частиц: щебни слабых пород, отходы камнепереработки, отвальные шлаки, мелкие местные пески, супеси, легкие суглинки. Прочность такого цемента превышает в 1,5-2 раза прочность портландцемента. Шлакощелочной цемент обладает повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью во многих коррозионных средах, биостойкостью, способностью твердеть при отрицательных температурах, хорошей адгезией к стали, жаростойкостью. Применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных изделий, в гидротехническом и дорожном строительстве.

15.Кремнийорганический силикатный кислотоупорный цемент

Кремнийорганический силикатный кислотоупорный цемент (КСКЦ) получают смешиванием или совместным помолом равных долей кремнийоргсиликата и кварцевого песка с добавлением вяжущего — жидкого натриевого или калиевого стекла (10% общей массы). В качестве катализатора и ускорителя твердения применяют кремнефтористый натрий, кремнефтористый алюминий или этилсиликат-32 (эфир ортокремниевой кислоты).

Кремнийоргсиликат, входящий в состав КСКЦ, представляет собой продукт гидролиза жидкого стекла и тетраэтоксисилана в соотношении 1:1. Вместо наполнителя — кварцевого песка могут использоваться порошки маршаллита, андезита, диабаза, кварцита.

Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких растворов, бетонов, замазок.

Бетон с применением кислотостойких, заполнителей (кварцевый песок, гранит, андезит) имеет прочность при сжатии 50-60 МПа. Изделия из него устойчивы в среде минеральных и органических кислот (кроме фтористо-водородной, кремнефтористо-водородной и фосфорной), но теряют прочность в воде, а в едких щелочах разрушаются.

1. Новиков В.У. "Полимерные материалы для строительства". М., "Высшая школа", 1995г.

2. Протвинеев И.В. и другие "Гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие материалы". М., 1963 г.

3. Бондарь К.Я., Ершов Б.Л., Соломенко М.Г. "Полимерные строительные материалы". Справочное пособие. М., Стройиздат, 1974 г.

4. Рыбьев И.А. "Технология гидроизоляционных материалов". М., "Высшая школа", 1964г.

представляют собой порошкообразные материалы, способные при смешивании их с водой образовывать пластическое тесто, которое в результате физико-химических процессов постепенно затвердевает в каменновидное тело.

Вложенные файлы: 1 файл

применение матералов на основе минерально вяжущих.docx

Минеральные вяжущие вещества

где m — гидравлический модуль.

Портландцемент — основной вид гидравлических вяжущих веществ. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания при температуре 1450 °С смеси известняка (углекислый кальций) 75% и 25% глины. Портландцемент с необходимыми свойствами можно получить в том случае, когда содержание основных оксидов будет в следующих количествах: СаО - 60-67%, SiО₂- 12-24%, Аl₂О₃ - 4-7% и Fe₂О₃ -2-6%. Вредными примесями являются MgO и SО₃, содержание которых соответственно допускается не более 5 и 3,5%. Повышенное содержание их вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании и повышает сульфатную коррозию. Производство портлан дцемента является сложным процессом. После подготовки сырьевых материалов — они подвергаются обжигу. При обжиге под влиянием высокой температуры происходят сложные физико-химические процессы взаимодействия оксида кальция с другими оксидами, с образованием следующих минералов: трехкальциевого силиката 3CaОSiО₂ ~ 37-60 %; двухкальциевого силиката 2CaОSiО₂ — 15-37%; трехкальциевого алюмината ЗСаОАl₂О₃ — 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита 4CaОAl₂О₃Fe₂О₃ - 10-18 %, которые обусловливают гидравлические свойства портландцемента.

2) использование заполнителя уменьшает расход вяжущего вещества, а следовательно, и стоимость сооружений.

Портландцемент не должен содержать посторонних включений, цвет его должен быть равномерным серо-зеленым.

Минеральные вяжущие

Минеральные вяжущие - это материалы, имеющие порошкообразный состав, который при взаимодействии с водой, либо другими растворами, образует массу, по текстуре напоминающей тесто. Спустя определенное количество времени она засыхает. Количество времени, необходимое для загустения и затвердения массы, зависит от вида минерального вяжущего материала:

воздушные минеральные вяжущие вещества
минеральные вяжущие вещества автоклавного твердения
гидравлические минеральные вяжущие вещества

Еще издревле, человечество использовало минеральные вяжущие для строительства жилья, изготовления предметов быта. И все это путем проб смешения различных компонентов (песок, вода, глина, известь). С ростом тяжелого производства, появлением все большего числа построек и развития экономики в целом, стали необходимы новые виды веществ. Так появились искусственные смеси на основе мергелей. Такое открытие способствовало совершенно новым технологиям строительства таких сложных сооружений, как мостов, дамб, плотин, водных каналов.

Основная область применения минеральных вяжущих материалов – это строительство и ремонт в любом его виде. Возьмем для примера такой материал, как цемент. Только благодаря его открытию появился бетон, что позволило возводить более прочные дома. Цементом заливают фундамент, наносят как основу на стены, делают наше жилье более ровным, с четкими линиями и границами.

Минеральные вяжущие материалы, необходимые для отделочно-декоративных работ работы по отделке фасадов, украшение интерьеров имеют в составе дополнительные материалы, которые меняют структуру массы, дают возможность изменить цвет раствора. Это краски на водной основе, цветные штукатурки.

Еще одним примером, материала класса минеральные вяжущие, выступает гипс. Тут фантазии дизайнеров просто нет предела. Классические интерьеры в обилии используют этот материал - лепнина, плинтуса, оформление стен, изготовление светильников и различных скульптур. Его можно красить, покрывать лаком, так как структура гипса пориста и не боится влаги. Изделия из гипса используют при заполнении перекрытий в жилых домах и других сооружениях.

Подведя итог, следует сказать, что минеральные вяжущие - это почти все современные строительные смеси (смеси для стяжки, выравнивающие, смеси для гидроизоляции и т.д.) Они широко используются, так как гарантируют высокое качество при эксплуатации.

Все Компоненты: Древесина, Природн ый камень, Керамика, Стекло и другие минеральные (неметаллические) сплавы, Минеральные вяжущие, Искусственные полимеры, Металл, Бумага,Флизе лин, Ткань, Натуральные материалы, Пробка

Древесные отходы без предварительной переработки (опилки, стружка) или после измельчения (щепа, дробленка, древесная шерсть) могут служить заполнителями в строительных материалах на основе минеральных вяжущих. Эти материалы характеризуются невысокой средней плотностью (р0 = 300—800 кг/м3) и теплопроводностью (X = 0,093—0,23 Вт/(м • °С)), а также хорошей обрабатываемостью. Пропиткой древесных заполнителей минерализаторами и последующим смешиванием их с минеральными вяжущими обеспечивается биостойкость и трудносгораемость материалов на их основе.

Алинитовый цемент выпускается марок 400, 500 и 550. Его целесообразно использовать для не-армированных конструкций и изделий.

Вяжущее низкой водопотребности (ВНВ) получают совместным размолом портландцементного клинкера и минеральных добавок (песка, шлака и др.) при введениии суперпластификатора.

Производство древеснонаполненных материалов на основе высокопрочного гипса значительно проще, чем на основе цемента. В связи с тем, что высокопрочный гипс при взаимодействии с водой образует нейтральную среду, которая в отличие от щелочной не вызывает выделения из древесины Сахаров, отрицательно влияющих на твердение цемента, нет необходимости минерализовать древесный заполнитель.

К числу лучших вяжущих для строительных изделий на заполнителях растительного происхождения относятся магнезиальные вяжущие (каустический магнезит и каустический доломит), затворяемые водными растворами хлористого магния и некоторых других солей. Производство этих вяжущих, однако, весьма ограничено, в основном, в связи с дефицитом солевых затворителей.

Арболит и цементно-стружечные материалы. Арболит — это легкий бетон на заполнителях растительного происхождения, предварительно обработанных раствором минерализатора. Он применяется в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в виде панелей и блоков для возведения стен и перегородок, плит перекрытий и покрытий зданий, теплоизоляционных и звукоизоляционных плит. Арболитовые конструкции эксплуатируют при относительной влажности воздуха помещений не более 60%, при большей влажности необходимо устройство пароизоляционного слоя.

Не допускаются воздействия на арболит агрессивных сред и систематические воздействия температур свыше 50 °С и ниже —40 °С.

Прочность арболита прежде всего определяется качеством древесного заполнителя.

Арболит имеет достаточно большое значение водопоглощения. Однако преимуществом этого материала является легкая отдача поглощенной воды, т. е. быстрое высыхание. Морозостойкость арболи-товых изделий назначается в зависимости от режима их эксплуатации и климатических условий района строительства;

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Институт физики и химии

Кафедра физической химии

Реферат по дисциплине Химия строительных материалов,

Выполнил студент 4-го курса,

специальности ХФиММ: Кутюшев Д. Р.

Проверил преподаватель: Арасланкин С. В.

Вяжущие вещества – вещества, затвердевающие в следствии действия различных физико-химических процессов, иными словами, они работают в качестве цементирующего элемента. Переходя из вязкой пастообразной фазы в камневидную фазу, вяжущие вещества соединяют друг с другом частицы какого-нибудь заполнителя (песка, каменной крошки, щебня и прочих). Данная функциональная черта вяжущих веществ, нашла довольно обширное применение в строительной промышленности, их используют в рецептурах растворов – кладочных, штукатурных и специализированных, а кроме того бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных и других необожженных строительных материалов искусственного происхождения[2].

Вяжущие вещества классифицируются на органические и неорганические (минеральные) вещества. К органическому классу вяжущих веществ, принадлежат битумы, дегти, животные клеи, различные высокомолекулярные соединения. Они все переходят в эксплуатационную фазу в следствии воздействия повышенных температур, расплавления, либо растворения в разных органических растворителях. К неорганическому классу вяжущих веществ, принадлежат строительный гипс, известь, различные виды цементов, растворимое стекло и прочие. Неорганические вяжущие вещества, как правило, затворяются водой, а иногда и водными растворами различных солей. Их классифицируют на воздушные, кислотостойкие, гидравлические и вяжущие вещества автоклавного твердения. Также вяжущие вещества подразделяются на множество разных марок. Марка вяжущего вещества говорит о его прочностных показателях при сжатии, в стандартных условиях эксперимента. Еще их классифицируют по быстроте затвердевания. Самую большую скорость затвердевания имеют вяжущие вещества на основе гипса (до нескольких часов). Самую маленькую скорость затвердевания имеет воздушная известь (не один месяц)[5].

О примитивных вяжущих веществах знали уже за несколько тысячелетий до нашей эры, их прародителем была необожженная глина. Уже в древнем династическом Египте, в эпоху властвования фараонов, при строительстве пирамид активно употребляли вяжущие вещества, которые получали из гипса. Наглядным примером является известная египетская пирамида Хеопса, построенная приблизительно 4000 лет назад, которая возведена именно на гипсовом растворе. Тогда вяжущие вещества получали в следствии обжига гипсового камня и известняковых пород. Римляне для повышения стойкости к воде, к ним добавляли различные сильно измельченные минеральные порошки, например вулканический пепел, туф или пемзу. В древней Руси вяжущие вещества на основе гипса начали применять приблизительно в XI веке, при строительстве Софийского храма в Киеве[1]. В растворы, обладающие хорошими гидравлическими показателями, наши предки также добавляли бычью кровь, творожную массу, яйца и прочие похожие материалы. В 1584 году в Москве был издан Каменный приказ, который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести.

Большой вклад в развитие производства вяжущих веществ внесли англичане. В 1796 году Джеймс Паркер получил патент на производство романцемента. А в 1824 году Джозефом Аспдином был заявлен патент на производство портландцемента[1].

В нашей стране первые рецептуры по приготовлению вяжущих веществ были разработаны в XVIII веке. Данные рецептуры были обобщенным плодом многолетних исследований многих русских ученых.

Так, Василий Михайлович Севергин говорил о целесообразности применения известняковых пород с примесями глин и мергелистых пород для приготовления вяжущих веществ, обладающих хорошими гидравлическими свойствами[2].

Совершенно новым стали правила технологии получения гидравлических вяжущих, представленные в научной работе русского военного техника Егора Герасимовича Челиева, изданной в XIX веке. В своих исследованиях он приводит описание изготовления гидравлического вяжущего, полученного из извести и глины (в отношении 1:1) смешанных в присутствии воды; изготовления кирпичей и обжига их в горне на сухих дровах (примерно при температуре 1100 – 1200 ° C ). Уже тогда Егор Челиев предложил применять гипс при затворении получаемого им цемента водой, как для повышения устойчивости к воздушной среде только что обожженного продукта, так и для повышения прочности лежавшего без употребления в течение долгого времени цемента[1].

В XIX – XX веках в усовершенствование базы по производству вяжущих большой вклад внесли исследования Дмитрия Ивановича Менделеева, а также работы таких великих ученых, как Алексей Романович Шуляченко, Иван Григорьевич Малюга, Николай Николаевич Лямин, Николай Аполонович Белелюбский[1].

1. Неорганические вяжущие

Неорганическими вяжущими называют порошкообразные вещества высокой степени перемола, которые переходят в следствии затворения водой в вязкотекучее сходное с тестом вещество, затвердевающее при конкретных условиях до камневидного состояния.

По своему составу, важным показателям и применению выделяют несколько разновидностей неорганических вяжущих: воздушные, кислотоустойчивые, гидравлические и вяжущие автоклавного затвердевания. Каждую из приведенных групп подразделяют еще на некоторое количество различных подгрупп[2].

Таблица 1. Классификация минеральных вяжущих

В контакте с воздухом, затворенные воздушные вяжущие схватываются, затвердевают и упрочняются. В конечном итоге выходит камневидный материал, долго сохраняющий свои прочностные показатели, но исключительно на воздухе. Эти материалы, в силу особенности своих свойств, не используются ни в каких сооружениях, кроме наземных, в коих исключено действие не воздушных сред. К этому классу принадлежат строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие[2].

Кислотостойкие вяжущие после затвердевания в воздухе некоторый период сохраняют свои прочностные характеристики под влиянием неорганических кислот. К данному классу вяжущих принадлежат кислотостойкий цемент и прочие[ 1 ].

Затворенные водой, гидравлические вяжущие обладают особенностью, увеличивать свои прочностные характеристики в воде. По клинкерному и вещественному составу бывают: цементы на базе портландцементного клинкера (портландцемент, портландцемент с неорганическими добавками) и цементы на базе глиноземистого клинкера (глиноземистый и гипсоглиноземистый).

Вяжущие автоклавного твердения превращаются в камень исключительно в автоклавных условиях, то есть при паровом давлении 0,9 – 1,3 МПа и температуре 440 – 470 K . К ним принадлежат, к примеру известково-кремнеземистые, известково-пуццолановые, известково-зольные вяжущие и прочие [2].

Важными показателями вяжущих являются плотность, насыпная плотность, показатель водопотребления, быстрота схватывания и твердения, прочностные показатели.

Плотность сильно зависит от класса неорганического вяжущего. Больше остальных у негашеной извести – 3,1 – 3,3 г/см 3 и портландцемента – 3 – 3,2 г/см 3 , меньше всего у гипсовых вяжущих – 2,6 – 2,7 г/см 3 .

Насыпная плотность вяжущих сильно зависит от основной плотности и степени перемола порошка. Насыпная плотность портландцемента – 900 – 1100 кг/м 3 .

Водопотребление – это объем воды, нужный для достижения вязкотекучего тестообразного состояния. Маленький показатель водопотребления дает лучшее качественные и прочностные характеристики. Самый маленький показатель у портландцемента – 24 – 28%, самый большой у вяжущих на базе гипса – 50 – 80 %.

Время схватывания – это время, за которое затворенное неорганическое вяжущее, поддерживает свои показатели пластичности. Очень скоро схватываются гипсовые вяжущие: начинают через 4 – 5 минут, заканчивают через 10 – 15 минут после затворения водой. Очень долго схватывается гидратная известь, аж через 3 – 5 суток.

Быстрота затвердевания зависит от взаимодействия компонентов неорганического вяжущего с водой. У гипсовых вяжущих скорость затвердевания около 1 – 2 часов. Гашеная известь затвердевает не один год. Цементы по быстроте твердения выделяют: обычные (с нормировкой прочностных показателей за срок 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за срок 1 – 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за 1 сутки и меньше).

Прочность показывает способность вяжущего сохранять свои свойства под действием различных внешних нагрузок. Прочностные показатели камневидной фазы являются зависимыми от нескольких условий: вида вяжущего, тонкости его перемола, показателя водопотребления, быстроты твердения. По прочностным характеристикам выделяют цементы: высокопрочные (550 – 600 и более), повышенной прочности (500), рядовые (300 – 400), низкомарочные (менее 300). Большие прочностные показатели имеют вяжущие автоклавного твердения. А вот, прочностные показатели воздушных вяжущих намного меньше (5 – 20 МПа)[ 5 ].

1.1 Воздушные вяжущие

Затворенные водой воздушные вяжущие затвердевают и сохраняют прочностные характеристики исключительно в воздухе. Под влиянием водной среды такие материалы достаточно быстро подвергаются разрушению. Из-за этого воздушные вяжущие используются только при возведении наземных сооружений. К таким материалам принадлежат гипсовые вяжущие, воздушная известь (негашеная комовая известь, гашеная молотая известь), магнезиальные вяжущие, кислотостойкий цемент, растворимое стекло и прочие[2].

Гипсовые вяжущие классифицируются на две группы – низко обжиговые и высоко обжиговые. Исходным сырьем для них служит гипсовый камень – двухводный гипс – CaSО ₄ ·2H ₂ О, и ангидрит, в его состав входит безводный гипс – CaSО ₄ , а кроме того отходы химической индустрии, содержащее двухводный или безводный сернокислый кальций. Чистый двухводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% SО ₃ и 20,93% воды, а ангидрит – из 41,19% СаО и 58,81% SО ₃ . Растворимость двухводного гипса, равна 2,05 грамм в одном литре воды при 20 ° С. Растворимость ангидрита – один грамм на один литр воды[ 3 ].

Магнезит широко распространенный минерал, который назван от области Магнесия (Фессалия, Греция), где был впервые обнаружен. В природных условиях магнезит существует в двух разновидностях – кристаллическом и аморфном. Прочностные показатели и того и другого вида магнезита по шкале Мооса находится в интервале 3,5 – 4,5; плотность 2,9 – 3,1. Состав магнезита 47,82% оксида магния и 52,18% CO ₃ . В природном магнезите имеют место разные примеси: глинистые породы, углекислый кальций и прочие. В зависимости от состава примесных компонентов различают белый, бурый, серый и желтый магнезит. В аморфном состоянии всегда есть наличие кремнезема, но отсутствуют соединения железа. В природных условиях магнезит более редкий минерал, чем известняк и доломит. Наиболее известны два магнезиальных вяжущих: каустический магнезит и доломит. Каустический магнезит получают в следствии обжига магнезита (MgCО ₃ ) и перемолом его в порошок высокой степени тонкости. Отличие между каустическим доломитом и каустическим магнезитом в исходном сырье. Для каустического доломита им является не магнезит, а доломит (CaCО ₃ ·MgCО ₃ ). И то и другое вяжущие затворяют раствором хлористого магния, сернокислого магния или прочих солей.

Доломит – это минерал, который имеет состава CaCO ₃ – MgCO ₃ . Еще доломитом называют осадочную карбонатную горную породу, которая состоит из минерала доломита на 95 %. Доломит назвали в честь геолога из Франции Деода де Доломье, он первым описал характерные особенности доломитовых пород. Прочностные показатели доломита по шкале Мооса 3,5 – 4; плотность 2,85 – 2,95. Содержание в доломите СаСО ₃ – 54,27%; MgCО ₃ – 45,73% или в окислах: СаО – 30,41%; MgO – 21,87% и СО ₂ – 47,72%. Доломит, который встречается в природе, как правило, имеет избыток углекислого кальция. Кроме него, в доломите имеются глинистые и прочие примеси. Доломит бывает белого, желтого и бурого цвета, в зависимости от примесного состава[4].

Воздушная известь одно из самых древних вяжущих, которое до сих пор применяется в строительстве. Известь получается в следствии обжигания кальциевых и кальциево-магниевых карбонатных пород до избавления от углекислого газа. В следствии обжигания получается белый материал, который имеет название негашеная комовая известь. Исходным сырьем для получения извести являются достаточно распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки. В составе сырья имеет преимущество карбонат кальция СаСО ₃ , а также содержатся карбонат магния и прочие примеси. Сырье, обжигают в шахтных или вращающихся печах при температуре 900 – 1200 ° C , по итогам обжигания комовую известь гасят водой. В контакте с водной средой комки извести активно с ней взаимодействуют, преобразуясь в порошок, а при излишнем количестве воды – в пластичное тестообразное вещество. Такой процесс, сопровождающийся очень большим выделением тепла и нагреванием воды до кипения, называют гашением извести. В зависимости от времени гашения различают быстро гасящуюся известь (время гашения до 8 минут) средне гасящуюся (до 25 минут) и медленно гасящуюся (более 25 минут)[3].

1.2 Гидравлические вяжущие

Гидравлические вяжущие являются порошками высокой степени перемола, состоящие из силикатов и алюминатов кальция, которые реагируют с водой, переходя в твердую камневидную фазу. Состав компонентов, из которых состоят гидравлические вяжущие, записывают в виде различных оксидов. Например, силикат кальция CaSiО ₃ , трехкальциевый алюминат Са ₃ А1 ₂ О ₃ [3].

К гидравлическим вяжущим принадлежат гидравлическая известь, которая занимает среднее положение между воздушными и гидравлическими вяжущими, романцемент, портландцемент, разновидности портландцемента и специализированные виды цементов[2].

Цементы готовят из мергеля конкретного химического состава или из смеси известняковых горных пород и глин (известняк 75 %, глина 25 %). Эту смесь подвергают обжигу в печах при 1450 ° C . Результатом обжига является частичное оплавление, и получение гранул, которые называют клинкером. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO ₂ , 5% A l ₂ O ₃ , 3% Fe ₂ O ₃ и 3% других компонентов и обычно содержит четыре фазы: алит, белит, алюминатная и ферритная фаза. В клинкере также обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция. При едином перемоле клинкера с гипсом и прочими добавками получается порошок серого цвета – это и есть цемент. Гипс регулирует быстроту схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Степень перемола цемента также оказывает влияние на быстроту его схватывания, а еще и на прочностные показатели после затвердевания. Цементы разделяют: по виду клинкера и вещественному составу; прочностным показателям; быстроте затвердевания; специальным свойствам. Портландцемент готовят путем совместного перемола портландцементного клинкера, доменного шлака и гипса. Шлаковый портландцемент схватывается и затвердевает намного дольше, чем обычный портландцемент[5].

Читайте также: