Лабораторная работа № 12 «Основы химии неорганических
Вяжущих веществ»
Теоретическое введение
Вяжущие вещества можно разделить на две большие группы: неорганические вяжущие – различные цементы, известь, гипсовые вяжущие и др.; органические вяжущие – битум, дегти, клей и т.п.
В строительном производстве в большей степени применяют неорганические вяжущие вещества. Органические вяжущие вещества широко применяют в дорожном строительстве.
Неорганическими вяжущими строительными веществами называются минеральные порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластическую массу, затвердевающую с течением времени в камневидное тело.
Все вяжущие строительные материалы получают из природных веществ путем их термической обработки при различных температурах. Однако по химическому составу, по свойствам и по области применения вяжущие вещества очень разнообразны.
Вяжущие вещества классифицируют:
Ø по отношению к воде – воздушные вяжущие, продукты твердения, которые устойчивы только на воздухе, а в воде теряют прочность и распадаются (например, строительный гипс, гашеная известь).
Ø гидравлические вяжущие - это такие вяжущие вещества, которые твердеют не только на воздухе, но и под водой, а продукт твердения сохраняет свою прочность, как на воздухе, так и в воде (например, глиноземистый цемент и др.)
Ø по скорости твердения – быстротвердеющие (например, штукатурный гипс твердеет в течение нескольких десятков минут)
Ø медленнотвердеющие (например, портландцемент, который твердеет в течение нескольких дней)
Воздушные вяжущие вещества
Магнезнальный цемент – хлорид гидроксомагния MgOHCl. Технический продукт получается замешиванием оксида магния с концентрированным раствором хлорида магния. Смесь, затвердевая, превращается в плотную, белую, легко полирующуюся массу.
Затвердевание можно объяснить образованием основной соли:
MgO + MgCl2 + H2O → 2MgOHCl
и последующей её полимеризацией в цепи типа …Mg – O – Mg – O – Mg…. содержащие на концах атомы или гидроксогруппы.
Магнезиальный цемент в качестве вяжущего материала применяется при изготовлении мельничных жерновов, точильных камней, различных плит, смесь его с древесными опилками под названием ксилолит, используется для покрытия пола.
Строительный или полуводный гипс CaSO4 • 0,5 H2O – воздушное вяжущее вещество, быстро твердеющее на воздухе. Получают строительный гипс из природного двуводного гипса CaSO4 • 2H2O путем его нагревания до температуры 150 – 170оС. При этом происходит частичная дегидратация природного гипса:
CaSO4 • 2H2O → CaSO4 • 0,5H2O + 1,5H2O.
Полученный полуводный гипс, измельченный до порошкообразного состояния, при затворении водой образует пластическое, быстротвердеющее тесто. В основе его твердения лежит процесс гидратации:
CaSO4 • 0,5H2O + 1,5H2O → CaSO4 • 2H2O.
Строительный гипс быстро схватывается (несколько минут), белого цвета, хорошо заполняет формы вследствие некоторого увеличения объёма во время твердения. К недостаткам следует отнести низкую водостойкость и плохую морозоустойчивость влажных гипсовых изделий. Для замедления схватывания полуводного гипса применяют раствор гашеной извести Ca(OH)2 и органические клеи. Некоторые вещества еще более увеличивают скорость схватывания гипса, например сульфат аммония (NH4)2SO4, а также ряд других сернокислых и хлористых солей.
Воздушная известь – простейшее вяжущее вещество, состоящее главным образом из оксида кальция СаО. Получают известь обжигом природных материалов, содержащих карбонат кальция: известняка, мела, известкового туфа и др. Обжиг ведут при температуре 800 – 1200оС. При этом происходит термическое разложение карбоната кальция и получается негашеная известь:
СаСО3 → СаО + СО2.
Реакция взаимодействия СаО с водой называется гашением извести:
СаО + Н2О = Са(ОН)2.
При этом выделяется большое количество тепла.
Смесь известкового теста с песком называется известковым раствором; её применяют для строительных работ. Твердение извести происходит медленно, обусловливается, в основном, кристаллизацией гидроксида кальция. Находящийся на поверхности Са(ОН)2 поглощает из воздуха углекислый газ, при этом происходит медленное образование карбоната кальция СаСО3, называемое реакцией карбонизации:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.
Образующийся СаСО3 нерастворим в воде и выделяется вместе с Са(ОН)2 сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии. За счет кристаллизации Са(ОН)2 и СаСО3 идет нарастание механической прочности известкового теста и превращение его в камневидное тело.