Неорганические (минеральные) вяжущие вещества Лекция 6. Неорганические

Общие сведения



Строительными вяжущими веществами называют материалы, предназначенные для связывания разнородных

компонентов в штучные конгломераты. По составу их можно разделить на две большие группы: неорганические (минеральные) и органические.
Штучные конгломераты: бетоны, растворы, мастики и т.д.
Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при замешивании с водой (гипс, известь, цемент) или с водными растворами солей (магнезиальные, шлакощелочные вяжущие, кислотостойкий цемент) образуют пластично-вязкое тесто, способное вследствие физико-химических процессов самостоятельно твердеть и переходить в камнеподобное состояние (Рис. 6.1.).

б – открытый способ; в - открытый карьер для добычи

известняка

6.2. Классификация неорганических вяжущих веществ
Неорганические вяжущие вещества в зависимости от условий твердения и прочности во времени делят:
Воздушные вяжущие вещества, которые могут твердеть и длительное время сохранять прочность только на воздухе. Их применяют в надземных сооружениях, которые не подвержены воздействию воды. К ним принадлежат гипсовые вяжущие материалы и , воздушная строительная известь , магнезиальные вяжущие , жидкое стекло – силикат натрия или калия (в виде водного раствора).
Гидравлические вяжущие вещества твердеют и сохраняют прочность, а иногда и повышают ее во времени не только на воздухе, но и в воде. Их применяют в надземных, подземных и других сооружениях, которые попадают под воздействие воды. К гидравлическим вяжущим принадлежит гидравлическая известь, большинство цементов.

давать твердый цементный камень в автоклавах при температуре

, давлении 0,8÷1,3 МПа и влажности. К таким вяжущим принадлежат извести кремнеземистые, извести зольные, извести шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент.

6.3. Сырье для производства неорганических вяжущих.

Сырьем для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Из горных пород применяют:
сульфатные - двуводный гипс, ангидрит;
карбонатные – известь; мел;
алюмосиликаты – глины, глинистые сланцы;
кремнеземистые – кварцевый песок, вулканический пепел и др.
Из побочных продуктов производства неорганических вяжущих применяют металлургический и другие шлаки, золы ТЭЦ, фосфогипс и др.

6.4. Гипсовые вяжущие.
6.4.1. Состав и сырье для приготовления гипсовых вяжущих.

Гипсовые вяжущие вещества – это воздушные вяжущие, которые состоят, в основном, из полуводного гипса или ангидрита . Их получают в результате тепловой обработки и размельчения. Сырьем для гипсовых вяжущих в основном являются горные породы – гипс, который состоит из минерала гипса и некоторых отходов промышленности.
В зависимости от температуры тепловой обработки сырья гипсовые вяжущие делят на две группы: низко- и высокообжиговые.

природного гипса при низких температурах

:

.

К низкообжиговым вяжущим веществам принадлежат:
строительный;
формовочный:
высокопрочный гипс.
Строительный гипс изготавливают низкотемпературным обжигом гипсовой породы в варильных казанах или печах, сначала размельчая, а затем нагревая. Вода из сырья выделяется в атмосферу в виде пара. Гипсовое вяжущее состоит, в основном, из мелких кристаллов модификации . В затвердевшем состоянии имеет невысокую прочность . Применяется для приготовления гипсовой штукатурки, плит, панелей при влажности до 65%.
Формовочный гипс состоит также преобладающе из модификации , отличаясь от строительного гипса тонкостью помола. Его применяют для приготовления форм в керамической и фарфорофаянсовой промышленности.
Высокопрочный гипс получают в автоклавах и состоит он в основном из модификации в виде крупных и плотных кристаллов. Прочность на сжатие , а при специальных технологиях - . Такой гипс выпускается лишь в небольших количествах и используются в металлургической промышленности для изготовления форм (Рис. 6.2.).

- высокопрочный



6.4.3. Высокообжиговые гипсовые вяжущие.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготавливают обжигом

гипсового камня при высокой температуре . Они состоят преобладающе из ангидрита . Высокообжиговый гипс медленно схватывается (не ранее, чем через 2 часа) и прочность на сжатие несколько выше , чем строительного гипса. Его применяют в растворах для штукатурки и кладки, для приготовления «штукатурного мрамора».
6.4.4. Твердение гипсовых вяжущих
Твердение гипсовых вяжущих происходит вследствие растворения полуводного (полугидрата) и образования насыщенного раствора, в котором происходит реакция гидратации с образованием двуводного сернокислого кальция:

насыщенного раствора.
Период коллоидации (схватывание)– переход новообразований в гелеподобное состояние.
Период кристаллизации

– перекристаллизации коллоидных частиц в большие кристаллы и образование сростков (Рис. 6.3.).
За счет большого количества несвязанной воды гипс обладает большой пористостью.












Рис. 6.3. К процессу твердению гипсовых вяжущих веществ

вяжущего, которая остается вследствие просеивания на сите с отверстиями диаметром

0,2 мм.
В зависимости от степени помола разделяют вяжущие:




Б) По срокам схватывания бывают вяжущие:






В) Прочностные характеристики гипсового вяжущего определяют, испытывая образцы-балочки размером из гипсового теста стандартной консистенции через 2 часа после приготовления. Для гипсовых вяжущих установлены следующие марки в зависимости от пределов прочности на сжатие :

гипса; б – передаточные пластины; в – схема испытания гипса:

1 – щеки пресса; 2 – передаточные пластины; 3 - полубалочка

а. б. в.
Г) Водопотребление гипсового вяжущего определяется количеством воды (% по массе) необходимой для использования гипсового теста стандартной консистенции (диаметр расплыва ).
Маркировка гипсового вяжущего дает информацию о его основных свойствах. Например, - гипсовое вяжущее марки 5, быстротвердеющее, среднего помола.
Твердея, расширятся до 1% поэтому гипсовые отливки хорошо заполняют форму и передают очертания. По мере высыхания трещин не образуется.
Примечание: изготавливают гипсовую штукатурку, перегородки, стены и панели, вентиляционные коробы и другие детали в зданиях и сооружениях.

– продукт обжига при температуре

(до полного выделения углекислого газа) кальциево-магниевых пород, в которых содержание глиняных примесей не более 6%:
- известь.
Кальциево-магниевые породы – известняк, мел, известняк-ракушечник.
Сырье обжигают в печах разных конструкций: шахтных, напольных, вращающихся и др. Наиболее распространены шахтные печи, которые работают беспрерывно: в верхнюю часть загружают известняк, антрацит или кокс, а с нижнего извлекают готовый продукт. Воздух необходимый для горения, поступает снизу. Недообжиг или переобжиг известняка в печи снижает его качество. Особенно небезопасным является его переобжиг, поскольку тогда частички извести медленно гасятся, увеличиваясь в объеме. Это приводит к образованию трещин в штукатурке и изделиях.
Продукт обжига кроме основной составляющей содержит некоторое количество оксида магния . В зависимости от соотношения и фракционного состава воздушную
известь делят на виды.
















а. б. в.
Рис. 6.5. а - шахтная печь для обжига извести: 1 — шахта; 2 — загрузочный механизм; 3 — дымосос; 4 — гребень для подачи воздуха; 5 разгрузочный механизм; б – общий вид; в – яма для гашения извести.

в начальном количестве извести называют ее

активностью. В зависимости от активности и соотношением непогашенных зерен определяют сорт извести (I – 90%, II – 80%, III – 70%).
Вследствие смешивания с водой непогашенной извести (1 л воды на 1 л извести) образуется тонкий пушистый порошок (пушонка) или гидратная известь. Если количество воды увеличить до 2÷3 л на 1 кг, то получают известковое тесто. Реакция гашения идет по следующей схеме:


Гашеная известь, смешанная с песком и другими заполнителями, образует строительный раствор, способный медленно твердеть:

.
Молодую (порошкообразную) негашеную известь добавляют в строительные растворы и бетоны. При этом происходит гидратация и выделяется тепло, которое затрачивается выпаривание излишка влаги в растворе, это способствует быстрому твердению и высыханию.

6.5.3. Достоинства и недостатки воздушной извести. Применение.

Достоинством извести является его высокая пластичность, которая придает растворам и бетонам на его основе удобоукладываемость. Кроме того, ее высокая водопотребность предотвращает расширение смесей.
Недостатки извести – прочность и водостойкость материалов на ее основе невелика.
Воздушная известь применяется для приготовления штукатурных и кладочных растворов, а также изготовления штучных бетонных изделий, силикатного кирпича и других песчаных изделий автоклавного твердения.