Магнезіальні в'яжучі

До магнезіальних в'яжучих належать каустичні магнезит і доломит - повітряні в'яжучі, які замішують водяними розчинами солей хлористого або сірчано-кислого магнію: частіше застосовують розчин хлористого магнію, що забезпечує більшу міцність матеріалів.

Каустичний магнезит одержують випалом природного магнезиту (мінера класу карбонатів) і наступним тонким подрібнюванням. Тужавлення цього в'яжучого з моменту замішування: початок - не раніше 20 хв, кінець - не пізніше 6 год. Марки каустичного магнезиту (за межею міцності при стиску): 400, 500, 600. У зв'язку з тим, що каустичний магнезит легко поглинає з повітря вуглекислоту й вологу й вступає з ними в хімічну взаємодію, зберігати його необхідно в герметичному впакуванні.

Каустичний доломіт одержують термообробкою природного доломіту (мінералу того ж класу, що й магнезит) з наступним тонким подрібнюванням продукту випалу. За рахунок вмісту вуглекислого кальцію якість його нижча, ніж каустичного магнезиту; марки 100-300. Застосовують магнезіальні в'яжучі для виробництва теплоізоляційних матеріалів (фіброліту, ксилоліту та ін.), плит для підлог (з тирсою як наповнювач) і основи під рулонні й плиткові покриття, для виготовлення оздоблювальних матеріалів, скульптурі та ін.

Кислотостійкий цемент

Це кварцево-кремнефтористий цемент, що є сумішшю тонкомеленого кварцового піску й кремнефтористого натрію. Замішують цемент рідким склом, водяним розчином силікату натрію або силікату кальцію. Мікро-наповнювачами в такому цементі є хімічно стійкі породи - кварцит, діабаз, андезит та ін. Кремнефтористий натрій є прискорювачем твердіння, підвищує кислото- і водостійкість матеріалів на основі кварцового кремнефтористого цементу.

Кислотостійкий цемент застосовують для виготовлення розчинів, бетонів і оздоблювальних матеріалів, які експлуатуються в умовах дії сильних кислот (сірчаної, соляної, азотної та ін.). Без спеціальних добавок він неводостійкий, його не можна застосовувати в середовищах, що містять фтористоводородну, кремнефтористу, вищі жирні кислоти й луги. Матеріали й вироби на кислотостійкому цементі руйнуються при дії водяної пари. За фізико-механічними властивостями вони наближаються до матеріалів на клінкерних цементах. Водостійкість матеріалів підвищують ущільненням, обробкою поверхні спеціальними розчинами, термообробкою, неорганічними добавками і такими, що полімерізуються. Введенням до складу цементу гідрофобізуючих добавок одержують кислототривкий водостійкий цемент (КВЦ). Застосування останнього не допускається при будівництві й ремонті житлових будинків і підприємств харчової промисловості.

5.2 Гідравлічні в’яжучі матеріали

Гідравлічними в’яжучими речовинами називають такі, що тверднуть і зберігають міцність (а іноді й підвищують її в часі) не тільки у повітрі, а й у воді. Їх застосовують у наземних, підземних, гідротехнічних та інших спорудах, які зазнають впливу води. До гідравлічних в’яжучих належать: гідравлічне вапно, романцемент, портландцемент, спеціальні цементи тощо.

Гідравлічне вапно

Сировиною для виробництва гідравлічного вапна є мергелясті вапняки, що містять 6-20 % глинистих домішок. Їх випалюють у шахтних печах при температурі 900-1100 ^оС, не доводячи до спікання. Під час випалювання паралельно з розкладанням карбонату утворюється не тількивапно СаО, а й сполуки з оксидами глини у вигляді силікатів 2CaO·SiO₂, алюмінатів 2CaO·Al₂O₃ і феритів 2CaO·Fe₂O₃ кальцію, які і надають вапну гідравлічні властивості.

Повітряне вапно перших сім днів твердне на повітрі, а далі може вже тверднути й набирати міцності у воді. Гідравлічне вапно не має високої міцності. Після 28 діб комбінованого зберігання зразки з вапняно-піщаного розчину (складу 1:3 за масою) мають межу міцності при стиску 2-5 МПа. Зберігають гідравлічне вапно у закритих ємкостях, запобігаючи його зволоженню.

Застосовують гідравлічне вапно для приготування мурувальних та штукатурних розчинів, бетонів невисоких класів, для виготовлення бетонного стінового каміння, яке можна використовувати у сухих і вологих умовах.

Романцемент

Романцемент виготовляють з вапняка й магнезіальних мергелів, що містять 25 % глини і вище. Сировину випалюють у шахтних печах при температурі 900 ^оС. Низькоосновні силікати та алюмінати кальцію, що утворюються при випалюванні, забезпечують гідравлічні властивості романцементу. Під час помелу до продукту випалу додають до 15 % активних мінеральних добавок і до 5 % природного двоводного гіпсу.

Тужавлення і твердіння романцементу відбувається внаслідок гідратації силікатів і алюмінатів кальцію, аналогічних наявним у гідравлічному вапні.

За міцністю при стиску романцемент випускають трьох марок: 2,5; 5 і 10 (МПа). Застосовують його для приготування будівельних розчинів і бетонів, виготовлення бетонного стінового каміння невисокої міцності, що дає змогу економити більш дефіцитні в’яжучі.

Портландцемент

Портландцемент- це гідравлічна в’яжуча речовина, одержана тонким подрібненням випаленого до спікання (при 1450 ^оС) мергелю певного складу або штучної суміші, що складається з 75 % вапняку і 25 % глини. Внаслідок випалу утворюються переважно (до 70-80 %) силікати кальцію. Спечений продукт називають портландцементним клінкером (це гранули розміром 10-40 мм). Під час помелу до клінкеру додають 3-5 % гіпсу (для регулювання процесів тужавіння та твердіння) та інші активні мінеральні добавки, пластифікатори тощо.

Якість клінкеру залежить від його хімічного та мінералогічного складу, умов приготування сировинної маси і випалювання.

Хімічний склад клінкеру, %: СаО – 63-67; SiO₂ – 20-24; Al₂O₃ - 4-9; Fe₂O₃ – 2-4. Крім вказаних головних оксидів до портландцементу можуть входити Na₂O, K₂O, MgO, SO₃, P₂O₅, Mn₂O₃, TiO₂ та ін., які знижують якість цементу, тому їх вміст у сировині обмежують.

У процесі випалювання до спікання головні оксиди утворюють чотири основних мінерали цементного клінкеру: трикальцієвий силікат 3CaO·SiO₂ (аліт); двокальцієвий силікат 2CaO·SiO₂ (біліт); трикальцієвийалюмінат 3CaO·Al₂O₃, чотирикальцієвий алюмоферит 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ (целіт). Скорочений умовний запис цих мінералів відповідно такий: С₃S, С₂S, С₃А, С₄АF.

Відносний вміст цих мінералів у портландцементному клінкері перебуває в таких межах, %: С₃S – 45-60; С₂S – 20-30; С₃А – 4-14; С₄АF – 10-18.

Крім кристалічних мінералів до клінкеру входять: клінкерне скло, яке складається в основному з оксидів СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, Na₂O, K₂O, мінерала періклаза MgO, вільного оксиду кальцію й оксидів лужних металів Na₂O, K₂O.

Регулюючи хіміко-мінералогічний склад і структуру клінкеру, можна одержувати портландцемент потрібної якості.

За мінеральним складом клінкеру розрізняють такі види портландцементу: високоалітовий - С₃S  60 %; алітовий - С₃S = 50-60 %; білітовий – С₂S  35 %; алюмінатний - С₃А  12 %; алюмоферитний - С₃А < 2 %, С₄АF  18 %.

Основними технологічними операціями виготовлення портландцементу є наступні: приготування сировинної суміші, її випалювання до спікання в клінкер, складування клінкеру, його помел разом з гіпсом, мінеральними та іншими добавками. За способом приготування сировинної суміші розрізняють три способи: сухий, мокрий, комбінований.

Сухий спосіб найвигідніший, бо використовують вапняк і глину невеликої вологості (10-15 %). Мокрий спосіб застосовують, якщо м’яка сировина (крейда, глина) має значну вологість. Вихідні компоненти подрібнюють і змішують з великою кількістю води (36-42 %) з утворенням рідкотекучої маси у вигляді суспензії (шлам), що дає змогу полегшити транспортування й перемішування сировинної суміші, проте витрати на випалювання в 1,5-2 рази більші, ніж при сухому способі. Комбінований спосіб передбачає підготовку сировинної суміші для випалювання у вигляді гранул. Шлам зневоднюють до вологості 16-18 % і переробляють на гранули. Такий спосіб дає змогу економити 20-30 % палива.

Сировинну суміш випалюють у печах двох типів – шахтних і обертових. Шахтні печі застосовують при сухому способі. Обертові печі дають змогу випалювати сировину, підготовлену як сухим, так і мокрим способом.

Клінкер перемелюють у трубних (кулькових) млинах, броньованих ізсередини твердими сталевими поитами. Під час помелу до клінкеру додають гіпс у кількості 3,5 % за масою для сповільнення тужавлення портландцементу. Звичайна тонкість помелу портландцементу 250-300 м²/кг. Із млинів цемент пневмотранспортом відправляють на зберігання в силоси. У силосах цемент повністю охолоджується, звідти його завантажують у спеціальні криті залізничні вагони, цистерни, автоцементовози або в багатошарові паперові мішки.