4.3. Минеральные вяжущие вещества

Минеральными вяжущими веществами называют тонкоизмельченные порошки, образующие при смешивании с водой или с растворами некоторых солей пластичное тесто, переходящее в камневидное состояние под влиянием физико-химических процессов.

Различают воздушные и гидравлические минеральные вяжущие вещества. Воздушные минеральные вяжущие вещества (гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушная известь и кислотоупорный цемент) твердеют, долго сохраняют и повышают свою прочность только на воздухе. Гидравлические минеральные вяжущие вещества (портландцемент, пуццолановые и шлаковидные вяжущие вещества, глиноземистый и расширяющийся цементы, гидравлическая известь и романцемент) способны твердеть и длительно сохранять свою прочность не только на воздухе, но и в воде.

Воздушные гипсовые минеральные вяжущие вещества делятся на две группы: низко- и высокообжиговые. Первые получают нагревом двуводного гипса CaSO₄2H₂O до температуры 150-160С, что способствует частичной дегидратизации двуводного гипса с переходом его в полуводный гипс CaSO₄0,5H₂O. К низкообжиговым вяжущим веществам относят строительный и высокопрочный гипс. Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие вещества получают обжигом двуводного гипса при температуре 700-900С, при этом двуводный гипс полностью теряет свою химически связанную воду и превращается в безводный сульфат кальция (ангидрит CaSO₄). К этой группе вяжущих веществ относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

К воздушным минеральным вяжущим веществам относятся также магнезиальные вяжущие вещества (каустические магнезит и доломит), получаемые обжигом при температуре 650-850С природных магнезита и доломита с последующим помолом продукта обжига, и воздушная известь, получаемая обжигом карбонатных пород (мела, известняка, ракушечника и др.), содержащих не более 6 % глинистых примесей.

Продуктом обжига известняка является комовая известь, которая после измельчения способна схватываться и затвердевать на воздухе при затворении водой.

Из гидравлических вяжущих веществ в первую очередь следует отметить гидравлическую известь, романцемент и портландцемент. Гидравлическая известь – продукт умеренного (при температуре 900-1100С) обжига мергелистых известняков с 6-20 % глинистых примесей. Гидравлическая известь, затворенная водой, после предварительного твердения на воздухе продолжает твердеть и в воде, причем физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими. Применяют это вяжущее вещество в тонкоизмельченном виде для получения строительных растворов, предназначенных для сухой и влажной сред и бетонов низких марок.

Романцемент – продукт тонкого помола чистых и доломитизированных мергелей, содержащих не менее 25 % глинистых примесей и обоженных не до полного спекания. Для регулирования свойств в романцемент вводят до 15 % активных минеральных добавок и до 5 % природного гипса. Романцемент используют для штукатурных и кладочных строительных растворов, производства бетонов низких марок, стеновых камней и блоков.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вяжущее вещество представляет собой продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой 3-5 % гипса. Клинкером называют зернистый материал («горошек»), полученный обжигом до спекания (при 1450С) сырьевой смеси, состоящей из углекислого кальция (известняка) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.).

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат известняки и глины. В среднем, на 1 т цемента расходуется 1,5 т сырья. Примерное соотношение между карбонатным материалом и глинистой составляющей сырьевой смеси равно 3:1. В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Для производства портландцемента в настоящее время широко используют побочные продукты промышленности: доменные шлаки, нефелиновый шлам, образующийся при производстве глинозёма. Производство портландцемента является сложным технологическим процессом, включающим в себя добычу и доставку на завод сырьевых материалов,. То есть известняка и глины, приготовление сырьевой смеси, обжиг её до спекания (получение клинкера), помол клинкера с добавкой гипса (получение собственно портландцемента) и магазинирование готового продукта.

Водопотребность портландцемента составляет 22-28 %. Начало схватывания его должно наступать не ранее 45 мин, конец – не позднее 10 ч от начала затворения. Активность и марку цемента определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 3:1 (по массе) при водоцементном отношении, равном 0,4, через 28 суток твердения. Образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся после изгиба половинки призм – на сжатие. При этом активностью называют предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 суток. В зависимости от активности с учетом предела прочности при изгибе портландцементы подразделяют на мерки: 400, 500, 550, 600. Разновидностями портландцемента являются: быстротвердеющий, сульфатостойкий, с органическими и минеральными добавками, белый и цветной, тампонажный, глинозёмистый, расширяющийся, безусадочный и напрягающий.