Вяжущие вещества

Вяжущие вещества

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА, искусственные порошкообразные материалы, которые при затворении с водой дают тесто, превращающееся по истечении некоторого времени в твердое камневидное тело. Вяжущие вещества, в зависимости от способности в отвердевшем состоянии оставаться прочными только на воздухе или как на воздухе, так и в воде, делятся на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие вещества пригодны только для наземных сооружений и не должны подвергаться действию постоянной влажности. Напротив, гидравлические вяжущие вещества применяются во всех видах сооружений как наземных, так и подземных и морских.

I. Воздушные вяжущие вещества. 1) Воздушная известь - продукт, который получается обжигом до полного выделения углекислоты СО2 чистых или магнезиальных известняков, содержащих не более 10% примесей. Известняки, содержащие более 97% СаСО3, дают жирную известь, а содержащие 97—90% СаСО3 - среднюю и тощую. Применяемый в строительном деле известковый раствор отличается чрезвычайной медленностью твердения, происходящего за счет взаимодействия с углекислотой воздуха (карбонизация) и образования СаСО3, выделения воды, испарения всего ее избытка, выкристаллизовывания СаСО3 и частью Са(ОН)2. Процесс идет по поверхности, постепенно затухая по мере высыхания раствора. Присутствие в воздушной извести MgO свыше 10% обусловливает замедленную способность извести гаситься и дает серую воздушную известь, отличающуюся сильно замедленной способностью схватываться и твердеть, благодаря чему для кладки она неприменима, но хороша для штукатурных и отделочных работ, обладая достаточной стойкостью и прочностью.

2) Гипсовые вяжущие вещества. Сырьем для них служат или природный двуводный гипс CaSО4∙2Н2О или безводная его разновидность, называемая ангидритом, CaSО4. Всех разновидностей гипсовых вяжущих веществ пять: а) штукатурный гипс, или алебастр, - продукт, получаемый обжигом природного двуводного гипса при температуре 120—200° до превращения его в полуводный гипс CaSО41/2Н2О с последующим перемолом его в порошок. Физико-механические свойства штукатурного гипса: текучесть - 2 мин., начало схватывания - 4 мин., конец его - 6,5 мин, и не позже 30 мин., остаток на сите (в 900 отверстий) после помола 30%, растяжение после 1 дня твердения - 7 кг/см2, а после 7 дней - 14 кг/см2; воды для затворения берется 60—80% (ОСТ 2645). Применяется для штукатурных и внутренних отделочных работ. б) Формовочный гипс - продукт, аналогичный по сырью и способу производства со штукатурным гипсом, но отличающийся более тонким помолом и более коротким концом схватывания. Предназначенный для формовок и отливок при просеивании он должен иметь остаток на сите 900 меш не более 10% и конец схватывания не позже 20 мин. в) Ангидритовый цемент - продукт, получаемый обжигом природного двуводного гипса при температуре 500—700° с последующим тонким перемолом совместно с различными минеральными добавками или же путем тонкого перемола ангидрита с теми же добавками. Минеральные добавки (NaHSО4, CuSО4, FeSО4, MgO и др.) способствуют растворению безводного CaSО4, полученного обжигом, или природного ангидрита, и образованию двуводного гипса; последний растворяется до насыщения, выкристаллизовывается и обусловливает отвердевание затворенного теста. Различают три рода ангидритового цемента: строительный ангидритовый цемент, содержащий 98,5—99,0% CaSО4 и 1,5—1,0% NaHSО4, строительный ангидрито-доломитовый цемент, состоящий из 95—97% CaSО4 и 5—3% доломита, обожженного при 800—900°, ангидритовый цемент для поделочных работ, содержащий 98,5% CaSО4, 0,7% NaHSО4 и 0,8% CuSО4. Физико-механические свойства разновидностей ангидритового цемента указаны в ОСТ 5348/2. Этот цемент применяется для кирпичной кладки, штукатурки, для искусственных камней, полов и т. п. г) Эстрих-гипс (гидравлический гипс) - продукт, получаемый обжигом природного двуводного гипса или ангидрита при температуре не ниже 900° с последующим перемолом в тонкий порошок. Процесс обжига сводится к тому, что CaSО4 при температуре обжига подвергается разложению на СаО и SО3, хотя и в самом незначительном количестве (2,5—3,0%). Порошок полученного эстрих-гипса, затворенный с 30—35% воды, медленно схватывается и твердеет. Он обладает началом схватывания в 4—5 ч. и концом в 25 и более часов. Хотя процесс схватывания и твердения его еще мало изучен, но можно полагать, что образовавшаяся СаО, вкрапленная среди кристаллов безводного CaSО4, при затворении с водой дает Са(ОН)2 с выделением тепла, являющегося толчком для присоединения воды к CaSО4 и образования CaSО4∙2Н2О, который приводит к схватыванию и перекристаллизации, обусловливая и твердение. Тесто из эстрих-гипса в виде пластичной массы, будучи утрамбовано, через 20 ч. с момента затворения твердеет и через 28 дней достигает прочности на сжатие до 160 и более кг/см2; изделия получаются с мало истираемой поверхностью, водоустойчивые и значительно кислотоупорные. Применение он находит в производстве бесшовных полов, штукатуров и пр. д) Гипсовый цемент - продукт, получаемый совместным перемолом в тонкий порошок природного двуводного гипса с минеральными добавками (NaHSО4 и др.). Находится еще в периоде изучения.

3) Магнезиальные вяжущие вещества. а) Каустический магнезит - продукт обжига природного магнезита MgCО3 при температуре полной его диссоциации с последующим измельчением в тонкий порошок. Порошок каустического магнезита, затворенный на растворе хлористого магния крепостью 22° Вé, схватывается и твердеет и в таком виде известен под названием цемента Сореля. Раствор хлористого магния м. б. заменен растворами других солей, а именно: MgSО4, NaHSО4, ZnCI2 и др. Физико-механические свойства каустического магнезита, затворенного на хлористом магнии, указаны в ОСТ 3035. б) Каустический доломит - продукт обжига природного доломита MgCО3∙СаСО3 при температуре диссоциации MgCО3 с последующим измельчением в тонкий порошок.

II. Гидравлические вяжущие вещества. А. Гидравлические вяжущие вещества, не содержащие гидравлических добавок или содержащие их не более 15%. 1) Гидравлическая известь - продукт обжига, не доводимый до  спекания, мергелистых известняков, свободных от магнезии или содержащих ее в незначительных количествах. Мергелистые известняки должны содержать не менее 75% СаСО3 + MgCО3. Месторождения их известны: Тейльское во Франции, Новороссийское, Феодосийское и др. в СССР. Обжиг их производится при температуре 800—1000° в непрерывных шахтных печах, пересыпных или с выносными топками, ручных или автоматических. После обжига гидравлическая известь гасится в порошок, затем смешивается с размолотой непогасившейся частью и подвергается некоторому вылеживанию в силосах. Физико-механические свойства по ОСТ 2664. Процессы схватывания и твердения гидравлической извести в силу наличия большого количества свободной извести СаО и бедных известью силикатов и алюминатов проходят по двум направлениям: с одной стороны, СаО реагирует с углекислотой воздуха в присутствии влаги, а с другой, - силикаты и алюминаты извести, медленно гидратизируясь, дают водные бедные известью силикаты и алюминаты, схватывающиеся и твердеющие. Применение гидравлическая известь находит при бутовой и рядовой кладке, штукатурке и др. 2) Роман-цемент - продукт тонкого перемола обожженных при температуре, не доводящей материал до спекания, природных известковых или магнезиальных глинистых мергелей. Схватывание и твердение роман-цемента, отличаясь быстрым началом и замедленным концом схватывания, объясняется присутствием небогатых известью алюминатов и силикатов. Первые дают быстрое начало схватывания, а вторые  - его замедленный конец. Применение роман-цемент находит там же, где и гидравлическая известь. 3) Портландцемент - продукт тонкого перемола клинкера, получаемого равномерным обжигом до спекания тщательно дозированных искусственных смесей материалов, содержащих СаСО3 и глину. Применение портландцемент находит во всех каменных, бетонных и железобетонных сооружениях, не подвергаемых действию минерализованных и морских вод.

4) Глиноземистый цемент - продукт тонкого перемола полученной обжигом до сплавления и спекания смеси материалов, богатых глиноземом с известью или известняком. Глиноземистый цемент обладает устойчивостью против действия минерализованных и морских вод, т. к. не дает продуктов гидратации, способных образовать водный сульфоалюминат извести. Пониженная температура (ниже 0°) не оказывает влияния на скорость схватывания его. Применение он находит при возведении сооружений, требующих быстрого твердения и быстрого их пуска в эксплуатацию.

Б. Гидравлические вяжущие вещества, содержащие гидравлические добавки в количестве более 15%. 1) Гидравлические вяжущие вещества, получаемые смешением портландцемента с гидравлическими добавками, а) Пуццолановый портландцемент - продукт совместного перемола портландцементного клинкера и кислой гидравлической добавки в количестве более 15%. Перемол этой смеси с 2% гипса производится в цементных мельницах. Весовое количество добавки зависит от степени ее активности, а также качества клинкера. По сравнению с портландцементом пуццолановые портландцементы дают медленное твердение для сроков коротких и до 1—2 месяцев, после чего рост прочности увеличивается быстрее. В настоящее время для него установлено две марки: обыкновенного качества «0» и повышенного - «00». Характерной особенностью пуццоланового портландцемента является его устойчивость в отвердевшем состоянии против разрушительного действия минерализованной и морской воды в силу наличия в кислой гидравлической добавке растворимой кремнекислоты SiO2, способной к образованию с продуктом гидратации портландцемента [гидратом извести Са(ОН)2] гидросиликата извести СаО∙SiO2∙nН2О, что и обусловливает устойчивость этих отвердевших цементов в вышеназванных водах. Применение пуццолановый портландцемент находит при возведении различных видов бетонных и железобетонных сооружений, б) Шлако-портландцемент - продукт совместного перемола портландцементного клинкера и гранулированного основного доменного шлака. Весовое количество высушенного шлака заводы дают в пределах 50—70%. Целью обязательного быстрого охлаждения или грануляции основного доменного шлака является придание ему гидравлической активности, что обусловливается застыванием его в состоянии отвердевшей жидкости без выкристаллизовывания в кристаллы и сохранением большого запаса тепловой и химической энергии, в результате чего быстро охлажденный шлак получает напряженное и неустойчивое состояние и способность к химическому взаимодействию с веществами, носящими щелочной характер (известь, портландцемент). Особенности шлако-портландцемента и его основные физико-механические свойства близки к свойствам пуццоланового портландцемента, отличаясь от него еще более замедленным темпом схватывания и твердения.

2) Гидравлические вяжущие вещества, получаемые смешением воздушной извести с гидравлическими добавками, а) Известково-пуццолановый цемент - продукт теснейшего смешения порошка гашеной извести с предварительно измолотой в тонкий порошок кислой гидравлической добавкой. Весовое количество высушенной гидравлической добавки колеблется 80—90%. В качестве кислых гидравлических добавок применимы: пуццоланы, вулканический пепел, пемза, вулканический туф, трасс, диатомит, трепел, си-штоф. Процесс схватывания и твердения известково-пуццоланового цемента происходит за счет химического взаимодействия между известью и растворимой кремнекислотой кислой гидравлической добавки в присутствии затворенной воды с образованием водного силиката извести СаО∙SiO2∙nН2О сначала в коллоидном состоянии и затем весьма медленно выкристаллизовывающегося. б) Известково-шлаковый цемент - продукт теснейшего смешения порошка гашеной извести с предварительно тонко измолотым гранулированным доменным шлаком. Весовое количество гранулированного доменного шлака берется 80—90% и соответственно извести 20—10%. Процесс схватывания и твердения известково-шлакового цемента происходит вследствие реакции между известью и растворимой кремнекислотой шлака в присутствии воды. в) Известково-зольный цемент - продукт теснейшего смешения порошка гашеной извести с предварительно тонко измолотой сухой золой каменных углей или горючих сланцев при сжигании их на колосниковых решетках или же продукт их совместного перемола. Весовое количество указанной золы по ОСТ 4739 берется 50—80% и соответственно извести 50—20%. Процесс схватывания и твердения его происходит так же, как известково-пуццоланового цемента. г) Глинит-цемент - продукт совместного перемола обожженной при 750—800° глины с гашеной известью и с добавкой природного двуводного гипса. Применяемые глины по составу разнообразны: от богатой глиноземом и углекислым кальцием до обыкновенной кирпичной. Увеличение количества глинозема или СаСО3 в применяемой глине обусловливает повышенную механическую прочность продукта. Весовое количество обожженной глины берется 75—85% и извести 25—15%. Процесс схватывания и твердения глинит-цемента происходит в силу химического взаимодействия между известью и растворимой кремнекислотой обожженной глины в присутствии воды. Рассмотренные известково-пуццолановые цементы и глинит-цемент при отвердевании в условиях воздушного хранения, будучи неплотного строения, подвергаются высыханию, карбонизации и понижению прочности. Напротив того, влажностные условия способствуют удержанию в них постоянной прочности. Применение находят при кладке, штукатурке, изготовлении камней и для неответственных сооружений, но для железобетонных сооружений совершенно неприменимы.

В. Гидравлические вяжущие вещества из гидравлических добавок. Шлаковый бесклинкерный цемент - продукт совместного перемола гранулированных основных доменных шлаков совместно с ускоряющими твердение шлака минеральными веществами (обожженный до 800—900° доломит, ангидрит, гипс, поваренная соль, растворимое стекло и др.).

III. Гидравлические добавки делятся по химическому составу на кислые и основные. А. Кислые гидравлические добавки - естественные или искусственные материалы, в составе которых преобладают кремнезем и глинозем; затворенные в порошкообразном состоянии водой они самостоятельно не твердеют, но в смеси с воздушной известью придают ей гидравлические свойства. 1) Естественные добавки, а) Вулканического происхождения: пуццоланы и пеплы - породы рыхлого строения, трассы - породы плотные, туфы - породы пористые; б) осадочного происхождения: трепелы - рыхлые кремнеземистые породы в виде скопления мельчайших неправильных зерен; диатомиты - рыхлые кремнеземистые породы в виде скопления мельчайших панцирей организмов.

2) Искусственные добавки: а) цемянки, или глинистые материалы, обожженные и измельченные в тонкий порошок; б) си-штоф - богатый кремнекислотой отход переработки глин на глинозем; в) кислые гранулированные доменные шлаки - отходы доменного производства с шлаковым модулем

Vjaj veschestva 1

меньшим единицы; г) золы каменных углей и горючих сланцев.

Б. Основные гидравлические добавки - вещества, в составе которых преобладают основные окислы СаО и MgO; к ним относятся гранулированные основные доменные шлаки, которые в порошкообразном состоянии затворенные водой способны медленно твердеть, но в смеси с воздушной известью значительно быстрее схватываются и твердеют; они должны обладать гидравлическим модулем, большим единицы.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.