Вяжущие вещества и их виды

Вяжущие вещества широко применяют в строительстве для изготовления искусственных каменных материалов (бетонных и железобетонных изделий и конструкций, дорожных и других покрытий, кладочных и штукатурных растворов, гидро- и теплоизоляционных материалов и т.д.). Их делят на две основные группы: органические и минеральные (неорганические). Органические вяжущие вещества представляют собой продукты перегонки нефти, каменного угля, древесины, торфа, обладающие способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластичного состояния в твердое или малопластичное. К ним относятся: битумы, дегти, пеки, полимеры и эмульсии на их основе.

Минеральные вяжущие вещества представляют собой продукты, получаемые термической обработкой минерального сырья с последующим помолом в тонкий порошок. Поэтому минеральными вяжущими веществами называют тонкодисперсные (порошкообразные) материалы, способные при смешивании с жидкостью (водой, реже растворами солей) образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-механических процессов,постепенно затвердевая, переходит в прочное камневидное состояние. В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, полученную после отвердевания в той или иной среде, минеральные вяжущие вещества разделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества после затворения водой или растворами солей способны переходить в камневидное состояние и сохранять его без потери прочности только на воздухе. К ним относятся воздушная известь, гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, растворимое стекло.

Гидравлические вяжущие вещества после затворения водой и предварительного затвердевания в среде влажного воздуха продолжают твердеть в воде, набирая прочность значительно большую, чем на воздухе. К гидравлическим вяжущим относятся: известь гидравлическая, романцемент, портландцемент и его разновидности, шлакопортландцемент, пуццолановый, тампонажный, глиноземистый, расширяющийся и другие цементы.

Цемент - это гидравлическое вяжущее, главной составной частью которого являются силикаты и алюминаты кальция, образующие при обжиге сырьевой смеси до спекания или до плавления. Из числа цементов различных видов наиболее важное значение имеет портландцемент. Его получают тонким помолом цементного клинкера и природного гипса (1,5 - 3,5 % в пересчете на SO₃), допускается введение в смесь активных минеральных и других добавок. Клинкер - продукт обжига до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в нем силикатов кальция. Качество портландцемента характеризуют следующие показатели: минералогический состав, тонкость помола, нормальная густота цементного теста и сроки его схватывания, равномерность изменения объема, предел прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изготовленных из цементного раствора. По пределу прочности при сжатии и изгибе портландцемент подразделяют на марки "400", "500", "550", "600". Твердение и рост прочности портландцемента обусловлены взаимодействием основных клинкерных минералов с водой.

Воздушные вяжущие вещества применяют только в наземных, защищенных от увлажнения сооружениях. Гидравлические вяжущие вещества могут применяться как для наземных сооружений, работающих в условиях повышенной влажности, так и для подземных и подводных сооружений. Следовательно, для правильного выбора вяжущего для той или иной конструкции или детали нужно ясно представлять условия, в которых эта конструкция будет работать.

При решении задач по разделу "Вяжущая известь" необходимо изучить основы производства, процессы, происходящие при обжиге и гашении извести, виды извести, свойства извести.

Строительной воздушной известью называют вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, мела, доломитов и пр.), содержащих не более 6% глинистых примесей.

Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьере, его подготовки (дробления, сортировки) и обжига (в шахтных, вращающихся и других печах). При обжиге (при температуре 1000-1200 °С) известняк декарбонизируется и превращается в известь по реакции:

СаСОз = СаО + СО₂

В результате обжига получают продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью (кипелкой) - СаО. Из нее путем помола или гашения получают:

- известь негашеную молотую - СаО;

- гашеную гидратную известь - пушонку- Са(ОН)₂ , содержащую 32% воды;

- известковое тесто - Са(ОН)₂, содержащее 50% воды;

- известковое молоко - Са(ОН)₂, содержащее в 3-4 раза больше воды, чем тесто.

При взаимодействии комовой негашеной извести с водой происходит гидратация оксида кальция (гашение извести) с выделением значительного количества тепла:

СаО+Н₂О = Са(ОН)₂+Q

По времени гашения строительную известь подразделяют на быстрогасящуюся (не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся (более 25 мин).

ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН

Общие сведения

Бетон - искусственный камень, полученный в результате затвердевания правильно подобранно, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителей (песка, щебня и гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью. Цементное тесто, схватываясь и затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень (бетон).

3.2 Расчет состава цементного бетона ("лабораторный" состав)

Расчет производится по методу "абсолютных объемов"

V_ац+V_ав+V_ап+V_ащ(г)=1 м³=1000 дм³=1000 л, (3.1)

V_ац=Ц/ρ_ц,

V_ав=В/ ρ_ц,

V_ап=П/ ρ_ц,

V_ащ(г) = Щ (Г) / ρ_ц(г)

где V_ац, V_ав, V_ап, V_ащ(г)- абсолютные объемы соответственно цемента, воды, песка, щебня (гравия), л;

Ц, В, П, Щ(Г) – соответственно масса цемента, воды, щебня (гравия), кг;

ρ_ц,.ρ_в, ρ_п, ρ_щ(г) – соответственно истинная плотность цемента, воды, песка, щебня (гравия), кг/л.

3.2.1 Определение цементно-водного отношения по формуле:

R_б=А∙R_ц[(Ц/В)-0,5] (3.2)

если Ц/В›2,5, то применяют формулу:

R_б=А₁∙R_ц[(Ц/В)+0,5] (3.3)

где R_б – марка бетона по таблице, кгс/см²;

R_ц – активность цемента, кгс/см²;

Ц/В – цементно-водное отношение;

А и А₁ – коэффициенты, характеризующие качество исходных материалов (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Значение коэффициентов А и А₁ для тяжелого бетона

№	Качество компонентов бетонной смеси	А	А1
	Высококачественные Рядовые (среднего качества) Пониженного качества	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

3.2.2 Определение расхода воды по таблице 3.2 в зависимости от удобоукладываемости (осадки конуса в см или жесткости в с), вида крупного заполнителя (щебня, гравия) и наибольшей крупности щебня (гравия).

Таблица 3.2 - Расход воды (л) на 1 м³ бетонной смеси.

Удобоукладываемость бетонной смеси	Вид заполнителя
гравий	щебень
осадка конуса, см	жесткость, сек.	при наибольшей крупности
-
-	30 -21
-	20 - 11
-	10- 5
1-4	-
5 -9	-
10- 15	-
16-20	-

Примечания:

1 Расход воды приведен для бетонной смеси на портландцементе и песке с М_кр=2.

2 При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивается на 10 л на каждые 100 кг цемента.

3 При изменении модуля крупности песка на каждые 0,5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3...5 л, в большую сторону уменьшается на то же значение.

4 В случае применения пуццоланового цемента расход воды увеличивается на 10 л.