 |
Воздушные вяжущие вещества
|
|
|
|
Известковые воздушные вяжущие
Их получают умеренным обжигом, не доводимым до спекания, карбонатных пород (известняка, мела, ракушечника и др.). Процесс производства извести заключается в подготовке (дроблении) и обжиге сырья при tо = 900 …1200о.
СаСО3 ® СаО + СО2
Обжиг известняка чаще всего производят в шахтных печах. При обжиге удаляется углекислый газ, составляющий до 45% от массы известняка, поэтому в результате получается комовая известь (кипелка) в виде пористых кусков. Использовать ее в виде вяжущего можно после дополнительного измельчения или помолом (негашеная известь), или гашением (гашеная известь).
Негашеная известь. Известь негашеная молотая представляет собой тонкий порошок. Из-за высокой гигроскопичности время хранения ее ограничивается 10…15 сутками. Известь негашеная применяется для изготовления искусственных безобжиговых камней (силикатного кирпича и силикатного бетона), а также строительных растворов в тонкомолотом виде без дополнительного гашения. Процесс гашения протекает непосредственно в материале и сопровождается выделением тепла. Это создает определенные преимущества перед гашеной известью – ускоряется процесс твердения, а материалы на основе негашеной извести обладают большей прочностью и водостойкостью.
Гашеная известь. Гашеная известь образуется при гашении негашеной извести водой. Процесс гашения извести протекает по реакции:
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q
Реакция протекает бурно, с большим выделением тепла. Вода, проникая в глубину известковых зерен, вступает в химическое взаимодействие с СаО, и выделяющееся тепло превращает воду в пар, который, стремясь вырваться на поверхность, разрывает зерна извести, размельчая их. Если количество воды составляет 60…80%, то комья негашеной извести рассыпаются в пух, поэтому эту известь называют известь-пушонка. При добавлении 200…300% воды образуется известковое тесто, которое используют для штукатурных и кладочных строительных растворов. При добавлении 400% воды образуется известковое молоко, которое применяют как лакокрасочный материал (водно-известковые краски).
|
|
|
Твердение извести. При твердении извести одновременно протекают два процесса:
1) гидратационное твердение, связанное с кристаллизацией Са(ОН)2 и срастанием этих кристаллов между собой;
2) карбонизационное твердение, связанное с протеканием под действием
углекислого газа воздуха реакции:
Cа(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О
Образующиеся кристаллы СаСО3 срастаются с кристаллами Са(ОН)2 и упрочняют раствор. При карбонизации выделяется вода, поэтому штукатурку и стены, в которых используются известковые растворы, необходимо сушить.
Свойства извести. Средняя плотность. Средняя плотность rо = 400-600 кг/м3.
Скорость гашения. Скорость гашения извести различна. По скорости гашения известь подразделяется на быстрогасящуюся со скоростью гашения менее 8 минут, среднегасящуюся со скоростью гашения от 8 до 25 минут, медленногасящуюся со скоростью гашения более 25 минут.
Прочность. Предел прочности при сжатии негашеной извести ~5 МПа, гашеной ~ 1 МПа.
Применение. Для приготовления штукатурных и кладочных растворов, водно-известковых красок и безобжиговых каменных материалов (силикатного кирпича и силикатного бетона).
Гипсовые вяжущие вещества
Гипсовые вяжущие вещества – это воздушные вяжущие вещества, получаемые тепловой обработкой сырья с последующим помолом, состоящие в основном из сульфатов кальция.
Сырьем для их получения служат природные горные породы – гипсовый камень и ангидрит, а также отходы промышленности (фосфогипс, борогипс и др.).
|
|
|
В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие подразделяются на низкообжиговые и высокообжиговые.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой природного гипса при tо = 140 … 180оС. Они состоят в основном из полуводного гипса, получаемого дегидратацией сырья:
Са SO4 * 2H2O ® CaSO4 *0,5Н2О + 1,5Н2О
Эти вяжущие быстро твердеют, но обладают невысокой прочностью и водостойкостью. К достоинствам низкообжиговых гипсовых вяжущих можно отнести хорошие теплоизоляционные свойства, экологичность, способность регулировать влажность в помещениях. К ним относятся: строительный, высокопрочный и формовочный гипс.
Строительный гипс. Строительный гипс изготавливают низкотемпературным обжигом гипсового камня в открытых варочных котлах или печах. В этих условиях образуется b- СаSO4 ·0,5Н2О с мелкокристаллической структурой. Выпускают строительный гипс следующих марок: Г3, Г4, Г5 с пределом прочности при сжатии от 3 до 5 МПа. Важной характеристикой являются сроки схватывания. Схватывание гипса заключается в образовании пластичного теста, которое вскоре превращается в прочное камневидное тело. Начало схватывания определяется временем, за которое гипсовое тесто начинает терять свою пластичность – не ранее 4 минут. Конец схватывания определяется временем, за которое пластичность гипсом теряется полностью - не ранее 6 и не позднее 30 минут.
Применяют строительный гипс для изготовления гипсовых деталей и конструкций, гипсовых плиток для внутренней отделки, штукатурных растворов, гипсоволокнистых листов для отделки стен и потолков из гипса и бумажного волокна, гипсокартона.
Высокопрочный гипс. Его получают термической обработкой гипсового камня в герметически закрытых автоклавах в среде насыщенного водяного камня при давлении выше атмосферного. Он состоит из a-СаSO4 ·0,5Н2О в виде крупных и плотных кристаллов. Это обуславливает более плотную и прочную структуру, поэтому марки высокопрочного гипса Г15-Г25.
Используют высокопрочный гипс для гипсовых деталей, штукатурных растворов, а также моделей и форм.
Формовочный гипс. Он представляет собой b-СаSO4· 0,5Н2О, как и строительный гипс, но с меньшим содержанием примесей и более тонкого помола. Применяется в керамической и фарфоро-фаянсовой промышленности.
|
|
|
В зависимости от сроков схватывания низкообжиговые гипсовые вяжущие подразделяются на три класса: А, Б и В (табл. 4).
Таблица 4 - Классификация гипсовых вяжущих по срокам схватывания
| Вид вяжущего | Индекс сроков твердения | Сроки схватывания, мин | |
| начало, не ранее | конец, не позднее | ||
| Быстротвердеющий | А | ||
| Нормальнотвердеющий | Б | ||
| Медленнотвердеющий | В | Не нормируется |
Твердение гипсовых вяжущих. При твердении низкообжиговых гипсовых вяжущих происходит химическая реакция присоединения воды и образования двуводного сульфата кальция:
CaSO4 ·0,5Н2О + 1,5Н2О = СаSO4 ·2H2O
Согласно теории А.А. Байкова, твердение гипсовых вяжущих протекает в три этапа:
- 1 этап заключается в растворении полуводного гипса CaSO4 ·0,5Н2О, который имеет растворимость 8,5 г/л. Образующийся двугидрат СаSO4 ·2H2O обладает растворимостью значительно меньшей – 2 г/л. Раствор быстро насыщается, и происходит его пересыщение. Этот период соответствует началу схватывания гипсового теста;
- 2 этап представляет собой этап коллоидации (гелеобразования), характеризующийся слипанием частиц новой фазы и образованием геля (гипсового теста). По времени он соответствует концу схватывания гипса;
3 этап представляет собой собственно твердение. Гель кристаллизуется, происходит его уплотнение и набор прочности.
Твердение гипса можно регулировать, ускорять или замедлять. Для ускорения твердения вводят добавки-ускорители: хлористый натрий NaCl или кальций СаCl2, а также частицы молотого гипсового камня, служащие дополнительными центрами кристаллизации новой фазы. Для замедления твердения вводят водный раствор столярного клея, СДБ и др.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие. Их изготовляют путем обжига гипсового камня при высокой температуре (600-1000о). Они состоят преимущественно из безводного сульфата кальция. В отличие от низкообжиговых вяжущих, высокообжиговые гипсовые вяжущие медленно твердеют, но имеют более высокую прочность и водостойкость. К ним относятся ангидритовый цемент и эстрих-гипс.
|
|
|
Ангидритовый цемент. Его получают из гипсового камня при температуре обжига 600-800о или тонким помолом горной породы – безводного ангидрита CaSO4
СаSO4 ·2H2O = CaSO4 + 2H2O
Это медленносхватывающееся вяжущее вещество, для ускорения твердения которого вводят ускоритель твердения – известь СаО в количестве 3…5%. Начало схватывания ангидритового цемента не ранее 30 минут, конец – не позднее 24 часов. Марки по прочности Г5 –Г20.
Эстрих-гипс. Его получают при более высоких температурах обжига (800-1000о), при которых происходит частичное разложение безводного сульфата кальция до СаО, т.е. ускоритель твердения эстрих-гипса образуется в процессе обжига.
СаSO4 ·2H2O = CaSO4 + 2H2O
↓ ↓
CaO + SO2 + 0,5O2
Начало схватывания эстрих-гипса не ранее 2 часов, конец – не нормируется. Марки по прочности Г5 –Г20.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие применяют для штукатурных и кладочных растворов, получения искусственного мрамора, устройства бесшовных наливных полов и др.
Магнезиальные вяжущие вещества
Магнезиальные вяжущие вещества – тонкие порошки, главной составной частью которых является окись магния. Их получают путем умеренного обжига при горных пород – магнезита и доломита.
Каустический магнезит получают обжигом не до спекания природного магнезита в шахтных печах при температуре 650…800 оС, или во вращающихся печах при температуре 1000 оС.
MgCO3 = MgO + CO2
При затворении водой магнезиального вяжущего протекает процесс твердения
MgO + H2O = Mg(ОН)2
Твердеет каустический магнезит очень медленно, и для ускорения твердения их затворяют не водой, а водными растворами магнезиальных солей (чаще всего хлоридом магния MgCl2), которые играют роль ускорителя твердения. Твердение ускоряется вследствие образования гидрооксихлорида магния
Mg(ОН)2 + MgCl2 + 3H2O = 3MgO·MgCl2·6 H2O
Каустический магнезит имеет среднюю плотность 3,2…3,4 г/см3. Начало схватывания не ранее 20 минут, конец – не позднее 6 часов. Марки по прочности М 400,500, 600 (40…60 МПа). Утрамбованный каустический магнезит может достигать прочности при сжатии до 100 МПа.
Каустический доломит получают обжигом природного доломита при температурах 650…750 оС.
MgCO3·СаCO3 = MgO·СаCO3 + CO2
Каустический доломит имеет среднюю плотность 2,8…2,9 г/см3. Начало схватывания его наступает не ранее 3 часов, конец – не позднее 20 часов. Марки по прочности каустического доломита - М 100, 200, 300 (10…30 МПа). Утрамбованный каустический доломит может достигать прочности при сжатии до 50 МПа.
|
|
|
Другим важным свойством магнезиальных вяжущих является хорошее сцепление с деревом, на чем основано получение ряда материалов (фибролита, ксилолита).
Фибролит – (с греческого – волокнистый камень) представляет собой композиционный материал, состоящий из древесных стружек и древесных волокон, связанных магнезиальным вяжущим. Его используют в виде плит для устройства перегородок, перекрытий, теплоизоляции и др.
Ксилолит – (с греческого –деревокамень) представляет собой материал из древесных опилок и магнезиального вяжущего. Его применяют для бесшовных полов, а также в виде плит и плиток для отделки стен и полов.
Вяжущие на основе жидкого стекла
Жидкое (или растворимое) стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия общей формулой R2O · mSiO2, где m – модуль стекла, а R- Na или К. Чем модуль стекла выше, тем выше его клеящая способность. Жидкое стекло может быть натриевым Na2O · mSiO2 с модулем m = 2,5…3,0, и калиевым К2O · mSiO2 с модулем m = 3,0…4,0. Это стекло варят в стеклоплавильных печах из кварцевого песка и соды при температуре 1300…1400оС. В результате образуются прозрачные куски силикат-глыбы, которую превращают в жидкое стекло растворением при повышенной температуре и давлении в автоклавах. При автоклавировании получают коллоидный раствор с плотностью 1,3…1,5 г/см3 и содержанием воды 50..70 %.
Жидкое стекло твердеет на воздухе вследствие высыхания и выделения аморфного кремнезема под действием углекислого газа воздуха
Na2O ·m SiO2 + CO2 + nH2O = Na2CO3 + mSiO2·nH2O
Для ускорения процесса твердения в жидкое стекло вводят катализатор – ускоритель твердения кремнефтористый натрий Na2 SiF6в количестве от12 до 15%.
Вяжущие на основе жидкого стекла обладают высокой кислотостойкостью. Они прекрасно сопротивляются действию концентрированных кислот, но вследствие низкой водостойкости по мере разбавления кислот их кислотостойкость понижается. Эти вяжущие легко разлагаются водой и щелочами. Для повышения водостойкости вяжущих на основе жидкого стекла вводят гидрофобные добавки, а также применяют автоклавную обработку изделий под действием высоких температур и давлений.
Вяжущие на основе жидкого стекла обладают повышенной жаростойкостью (до 900-1000о) и могут быть использованы для конструкций и материалов, эксплуатирующихся при высоких температурах. Эти вяжущие применяют для кислотостойких и жаростойких бетонов, строительных растворов, а также для защитных кислотостойких и огнеупорных футеровок, обмазок, пропиток, мастик и т.д.
|
|
|
