4.2. Вяжущие неорганические материалы

Вяжущие материалы - минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и растворов, гидроизоляции и др. целей.

Органические вяжущие (асфальт, битум, деготь) обладают способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластического состояния в твердое или малопластичное состояние (см. раздел 5.4).

Минеральные вяжущие подразделяются по виду твердения на:

• гидравлические (цемент), которые после смешивания с водой образуют пластичную массу, затвердевающую в прочное камневидное тело;

• воздушные (гипс, известь), затвердевающие только на воздухе;

• автоклавного твердения (песчанистый портландцемент), эффективно твердеющие лишь при обработке в автоклавах в течение 8…16 часов при повышенном давлении пара.

Основными вяжущими материалами, широко используемыми в строительстве, являются цементы, гипсы, жидкое стекло и др.

Цемент - собирательное название минеральных неорганических порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, приобретающее затем камневидное состояние.

Цементное тесто в течение 1…3 часов пластично и легко формируется и хорошо заполняет зазоры в строительных конструкциях и изделиях. Через 5…10 часов наступает схватывание раствора. Твердение характеризуется возрастанием прочности материалов (рис.4.1). Прочность цемента зависит от температуры, чем она выше, тем цемент быстрее становится более прочным.

В нашей стране выпускаются десятки видов цементов: портландцемент, гидрофобный, глиноземистый, сульфатостойкий, быстротвердеющий, цветной и т.д. Основным поставщиком цемента (приложение 1) для Тюменской области является Сухоложский цементный завод (г. Сухой Лог Свердловской области). Цемент поставляется россыпью (цементовозами), или в бумажных мешках (50 кг) и в полиэтиленовых мешках, содержащих 1000 или 1500 кг цемента.

Минеральные (неорганические) вяжущие вещества получают обжигом (до 1450 С) в печах смесей природных каменных материалов: известняков, глины, гипса, магнезита и других компонентов.

После помола получается мелкий порошок, и чем меньше размеры этих частиц (больше суммарная площадь материала), тем выше качество вяжущего; сокращается время схватывания и увеличивается прочность цементного раствора.

Прочность портлаландцемента (название «портландцемент» дал в 1824 году каменщик Джозеф Аспидин - изобретатель этого цемента; оно происходит от названия английского города Портленда за сходства цвета цемента с природным камнем из каменоломни, добываемого близ этого города) характеризуется его маркой. Для ее определения изготовляют из цементно - песчаной смеси (1 : 3) балочки размером 4040160 мм, которые после 28 суток твердения испытывают на изгиб и сжатие. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при сжатии и изгибе в соответствии с табл. 4. 1 по минимальному их значению.

Таблица 4.1

Определение марки цемента в результате испытаний

Марка цемента	Предел прочности, МПа, не ниже
	при изгибе, Rи	при сжатии, Rсж
400	5,4	39,2
500	5,9	49,0
550	6,1	53,9
6 00	6,4	58,8

Например, при испытаниях получили Rсж = 52 МПа, а Rи = 6,3 МПа; по меньшей цифре цемент относим к марке 500, а не 550, как можно было сделать вывод по Rи = 52 МПа.

Следует помнить, что длительное хранение цемента приводит к ухудшению его активности (рис. 4.2). Прочность цемента через 3 месяца снижается на 20 %, а через год – уже на 40%. Восстановить активность лежалого цемента можно вторичным его помолом. При хранении надо избегать его увлажнения.

Известь – воздушное минеральное неорганическое вяжущее вещество, получаемое при обжиге (900…1200 С) мела, известняка (рис.4.3) с содержанием глины не более 6 % до возможно более полного удаления СО2:

СаСО3  СаО +СО2.

Молотая негашеная известь СаО получается при мелком помоле продукта обжига и может затвердевать воздушным способом, т. е. поглощать воду из воздуха

Гашенная (пушонка) известь Са(ОН)2 получается путем гашения водой воздушной негашеной извести:

СаО +Н2О Са(ОН)2 +Q.

П ри этом сильно выделяется тепло (1160 кДж на 1 кг извести) и вода нагревается до кипения, а кусочки негашеной извести распадаются на мельчайшие (до 0,001 мм) частицы. В зависимости от содержания воды получают:

- пушонку (воды 50…70% от массы извести);

- известковое тесто (воды берут в 3…4 раза больше, чем извести);

- известковое молоко (воды берут в 8…10 раз больше, чем извести).

Известь, как вяжущий материал, применяют для изготовления кладочных и штукатурных растворов, известковых красок, силикатного кирпича, автоклавных силикатобетонов, в производстве сахара, бумаги, стекла, для водоочистки и дезинфекции.

Гипсовые вяжущие материалы – воздушные минеральные неорганические вяжущие вещества, состоящие в основном из полуводного гипса (СаSО4 × 0,5Н2О) или ангидрита, полученные путем тепловой (140…190С) обработки сырья (природного гипса) с последующим помолом.

Гипс используется в керамической и фарфорофаянсовой промышленности, в устройстве бесшовных полов, производстве теплоизоляционных и отделочных материалов (гипсокартона), в качестве удобрения (раскислители почвы) в сельском хозяйстве. Он применяется при изготовлении ненесущих и малонагруженных строительных конструкций, защищенных от влаги (панели и плиты, сухая штукатурка, гипсоволокнистые листы (ГВЛ) и др.).

Порошок гипсового вяжущего, затворенный водой, образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет (несколько минут) с большим выделением тепла Q и нагревом воды до кипения:

CaSO4 ×0,5 H2O + 1,5 H2O = CaSO4 × 2H2O + Q.

Жидкое стекло представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия (Na2SiО3) или силиката калия (К2SiО3) с содержанием воды 50…70 %. Жидкое стекло используется для уплотнения грунтов, при бетонировании (гидроизоляция), как связывающее вещество в обмазке сварочных плавящих электродов.