Минеральные вяжущие вещества, изделия на их основе
Минеральными вяжущими называются вещества, образующие в смеси с водой пластичную тестообразную массу, которая в процессе физико-химических превращений затвердевает и переходит в камнеобразное состояние. Различают воздушные и гидравлические минеральные вяжущие. Воздушные вяжущие твердеют только на воздухе. В условиях повышенной влажности они снижают или совсем теряют свою прочность. К ним относятся воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие, а также жидкое стекло. Гидравлические вяжущие способны твердеть в воде. Они имеют более высокую прочность, чем воздушные. К ним относятся гидравлическая известь, портландцемент, глиноземистый цемент и др.
Наиболее широкое применение из минеральных вяжущих имеют строительный гипс, воздушная известь, магнезиальные вяжущие, портландцемент.
Строительный гипс (алебастр) получают из природного двуводного гипса обжигом или варкой при температуре 150-190°С. Продукт обжига или варки тонко измельчают до порошкообразного состояния. При смешивании порошка с водой образуется пластичная тестообразная масса, которая быстро затвердевает и переходит в камнеобразное состояние. Предел прочности гипсовых образцов при сжатии составляет 75-100 кгс/см². При нагревании прочность гипса уменьшается за счет выделения химически связанной воды. При температуре 200°С происходит разрушение пространственной решетки кристаллогидратов и потеря прочности гипсового камня.
На основе гипса и волокнистых наполнителей (костры льна, древесного волокна) изготовляются гипсоволокнистые изделия, которые являются теплоизоляционными материалами и применяются для защиты металлических и других конструкций.
Воздушная известь получается путем обжига известняка при температуре 1000-1100
С. Полученный в результате обжига продукт в виде кусков называется негашеной известью или кипелкой. При соединении с водой происходит гашение кипелки и она превращается в гашеную известь, получаемую в виде тонкого порошка, называемого пушонкой. Если гашение происходит при избытке влаги, то образуется известковое тесто или молоко. Гашение извести сопровождается выделением тепла. Гашеная известь образует пластичную массу, которая хорошо обволакивает зерна песка и прочно сцепляется с ним. При высыхании известь взаимодействует с углекислым газом воздуха, и в процессе карбонизации образуется известняк, который являлся исходным материалом для производства извести-кипелки.
Известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, при изготовлении известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов, силикатных изделий. Использовать известково-песчаные растворы для кладки печей и дымоходов не допускается. При хранении негашеной извести необходимо предотвращать попадание в нее влаги, взаимодействие с которой происходит с большим выделением тепла, что может явиться источником зажигания сгораемых конструкций и материалов.
Действие высокой температуры на затвердевший известковый раствор сопровождается отщеплением химически связанной воды и распадом известняка, в результате чего снижается его прочность. Отщепление и испарение воды происходит в диапазоне температур 350-580°С. Поэтому при температуре 500-600°С в значительной мере снижается прочность затвердевшего известкового раствора, а нагревание его до 900 °С приводит к полной потере прочности. Снижение прочности сопровождается образованием трещин и газовыделением.
Магнезиальные вяжущие вещества состоят из тонких порошков, содержащих окись магния. Окись магния в воде растворяется плохо. Для повышения ее растворимости и получения прочного вяжущего применяют водные растворы хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие совместно с наполнителем в виде древесных опилок применяют для устройства полов и при отделочных работах в помещениях. Их используют для производства фибролитовых плит, которые применяются для заполнения каркасных стен и устройства перегородок.
Портландцемент получается путем обжига до спекания сырьевых смесей, состоящих из глины и известняка, при температуре до 1500°С. Для регулировки сроков схватывания при помоле к клинкеру добавляют природный гипс и другие минеральные добавки. Для портландцемента установлены марки 300, 400, 500, 600 и 700. Марка соответствует величине предела прочности соответствующим образом изготовленных образцов и испытанных через 28 суток. Скорость нарастания прочности портландцемента изменяется во времени. В 28-суточном цикле за 3 первых суток твердения портландцемент набирает половину прочности, а за остальные 25 суток – вторую половину. Однако на этом процесс не заканчивается. При благоприятных условиях портландцемент и другие гидравлические вяжущие могут набирать прочность годами.
Портландцемент применяют при изготовлении бетонных смесей и растворов для возведения наземных, подземных и подводных сооружений. Он является основным видом цемента для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций.
При воздействии высоких температур из затвердевшего цементного камня удаляется вода, нарушается его структура и снижается прочность. Значительное снижение прочности имеет место при температуре 550-600°С, а наибольшее снижение прочности наблюдается при температуре 900°С.
Наряду с портландцементом выпускаются и другие виды цементов: пуццолановый, глиноземистый, гидрофобный, пластифицированный, расширяющийся, быстротвердеющий и др. Они применяются с учетом условий выполнения строительно-монтажных работ и специальных требований.