Ассортимент минеральных вяжущих веществ

Наиболее широко применяемыми в строительстве гид­равлическими минеральными вяжущими веществами яв­ляются цементы. Их получают высокотемпературной (до частичного или полного плавления) обработкой сырьевых материалов, состоящих в основном из силикатов и алюминатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинке­ром.

По виду клинкера и вещественному составу различа­ют портландцемент, портландцемент с активными мине­ральными добавками (до 20 %), шлакопортландцемент (с добавлением свыше 20 % гранулированного шлака), пуццолановый портландцемент (свыше 20 % активных минеральных добавок), гипсоцементно-пуццолановое вя­жущее, глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсогли­ноземистый (на основе глиноземистого клинкера) це­мент.

По прочности на сжатие (МПа) цементы выпускают­ся высокопрочные (марок 55 и выше), повышенной проч­ности (марка 50), рядовые (марок 30—40) и низкома­рочные (ниже марки 30), по скорости твердения — обыч­ные (твердеют в течение 28 сут), быстротвердеющие (3—28 сут) и особобыстротвердеющие (1 сут и менее), а по срокам схватывания — медленносхватывающиеся (начало схватывания через 1,5 ч и более после затворе­ния), нормально схватывающиеся (от 45 мин до 1,5 ч) и быстросхватывающиеся (менее 45 мин).

Кроме этого, цементы классифицируются по сульфа­тостойкости, объемной деформации при твердении (бе­зусадочные, расширяющиеся, напрягающиеся) и декора­тивным свойствам (цветные и белые).

Основным представителем цементов является порт­ландцемент и его разновидности.

Портландцемент получают размолом клинкера, про­изводимого на основе смеси известняка, глины и некото­рых других добавок. Сырьевая смесь обжигается при температуре 900—1500°C в специальных вращающихся печах, представляющих цилиндр из листовой стали, об­лицованный внутри огнеупорным материалом. Печь ус­тановлена под углом 3,5—4° к горизонту. Сырьевая смесь загружается в верхнюю часть печи и постепенно переме­щается к нижнему концу, откуда вдувается топливо (ма­зут, пылевидный уголь, природный газ). При горении топлива образуются горячие газы, движущиеся навстре­чу сырьевой смеси и нагревающие ее. Образующийся та­ким образом раскаленный клинкер быстро охлаждают, 10—15 дней выдерживают на складе, после чего размалывают и упаковывают в бумажные мешки массой по 50 кг или загружают в специально оборудованные транс­портные средства.

Обычный портландцемент представляет собой тонкий порошок серо-зеленого цвета. Он выпускается марок 40, 50, 55 и 60 (МПа).

Портландцемент с активными минеральными добавка­ми выпускается пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий, сульфатостойкий, тампонажный, расширяющийся, напрягающийся, белый, цветной, шла­ковый и пуццолановый.

Пластифицированный портландцемент содержит по­верхностно-активную добавку, повышающую пластич­ность цементного теста и его морозостойкость.

Гидрофобный портландцемент длительно сохраняет активность и не комкуется при повышенной влажности, так как содержит поверхностно-активную добавку, уменьшающую способность цемента смачиваться водой. Он отличается также повышенной пластичностью, моро­зостойкостью и водонепроницаемостью.

Пластифицированный и гидрофобный цементы вы­пускаются марок 30, ..., 40 (МПа) и предназначены для изготовления растворов и бетонов. Их применение сни­жает расход цемента на 5—8 %.

Быстротвердеющий цемент (БТЦ) отличается тон­костью помола. Благодаря этому, а также наличию ми­неральных добавок он твердеет в течение 3 сут с момен­та затворения. Выпускается также сверхбыстротвердею­щий цемент (СБТЦ), распалубка изделий из которого возможна уже через 1—4 ч. Быстротвердеющие цементы выпускаются марок 40,...,50 (МПа) и применяются для производства железобетонных конструкций, а также при зимних бетонных работах. Их недостатками являются повышенное тепловыделение, а также быстрая порча да­же при кратковременном хранении.

Сульфатостойкий портландцемент обладает повышен­ной стойкостью к действию агрессивных вод и понижен­ной теплоотдачей при затворении и твердении. Он выпус­кается марок 40, ..., 50 (МПа), предназначен для получе­ния гидротехнических бетонов.

Тампонажный портландцемент предназначен для це­ментирования нефтяных и газовых скважин. Он выпус­кается утяжеленный (повышенной плотности), песчани­стый (повышенной коррозионной и термостойкости), солестойкий (повышенной стойкости к воде, содержащей хлористые соли) и низкогигроскопичный.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) отличается равномерным приращением объема при твердении в ус­ловиях повышенной влажности и отсутствия усадки при твердении на воздухе, благодаря чему получаемый бе­тон не имеет трещин. Он характеризуется также высокой плотностью и водонепроницаемостью.

Напрягающийся портландцемент обладает свойством расширяться и повышать напряжение железобетона, по­этому его используют для изготовления бетонных покры­тий аэродромов, напорных труб, резервуаров для воды и др.

Белый портландцемент получают из мрамора или из­вестняков и белых каолиновых глин, содержащих мини­мальное количество окрашивающих окислов металлов. По степени белизны он выпускается трех сортов, а по прочности — марок 40 и 50 (МПа).

Цветные портландцементы получают помолом белого клинкера и минеральных пигментов.

Белые и цветные цементы используют для изготов­ления облицовочных и архитектурных деталей, а также отделочных работ. Шлаковый портландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера, гип­са и гранулированного доменного шлака. Он выпускается обычный, быстротвердеющий и сульфатостойкий, марок 20,...,50 (МПа) и применяется для гидротехнического строительства, а также сооружения конструкций, экс­плуатируемых во влажной среде, кроме подвергаемых частому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Пуццолановый портландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и добавок вулканического происхождения (диатомита, трепела, вулканического пепла и др.). Он выпускается марок 20,..., 40 (МПа), отличается повышенной водостойкостью, меньшими водопроницаемостью и тепловыделением. Пуццолановый портландцемент используют для изготов­ления массивных подводных и подземных бетонных кон­струкций, кроме таких, которые подвергаются частому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Принципиально новым цементом является гипсоце­ментно-пуццолановое вяжущее, получаемое смешивани­ем гипса, портландцемента, а также добавок, содержащих кремнезем. Оно отличается быстротой твердения, простотой производства, водостойкостью, повышенной сульфатостойкостью. Гипсоцементно-пуццолановое вя­жущее выпускается марок 10 и 15 (МПа) и применяется при изготовлении панелей для внутренних стен, основа­ний полов и др.

Глиноземистые цементы получают помолом клинкера, производимого из бокситов и извести. Они выпускаются с добавками или без них, марок 40, 50 и 60 (МПа). Гли­ноземистые цементы отличаются быстротой твердения в условиях повышенной влажности и при нормальной тем­пературе, стойкостью к действию агрессивных сред и термостойкостью, однако обладают значительным тепло­выделением, разрушаются щелочами. Они применяются при срочных ремонтных работах, для футеровки тепло­вых аппаратов, травильных ванн, тампонирования неф­тяных и газовых скважин, гидроизоляции шахт (гипсо­глиноземистый расширяющийся цемент) и др.

Особую группу составляет кислотоупорный цемент, изготовляемый из измельченного кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Он затворяется жидким стек­лом и выпускается типов I (для кислоупорных замазок) и II (для кислотоупорных растворов и бетонов), марок 50, ..., 60 (МПа). Такой цемент стоек к кислотам (кроме фтористо-водородной, кремнефтористо-водородной и фосфорной), однако теряет прочность в воде и щелочах.

К гидравлическим вяжущим веществам относится также гидравлическая строительная известь. Ее получа­ют обжигом кальциево-магниевых карбонатных пород с содержанием глинистых примесей 6—25 % при темпера­туре 900—1000°C. В последнее время ее выпуск сокра­щается, что обусловлено наращиванием производства портландцемента.

К воздушным вяжущим веществам относятся воздуш­ная строительная известь, жидкое стекло, а также гипсо­вые, ангидритовые и магнезиальные вяжущие.

Воздушная строительная известь — это продукт об­жига при температуре 1000—1200°C известняка, мела и других карбонатных пород с содержанием глинистых примесей до б %. В результате получают комовую из­весть (в виде каменистых кусков), которую в рабочее состояние превращают либо помолом (молотая известь), либо взаимодействием с водой — гашением (гашеная из­весть). В процессе гашения выделяется большое количество тепла, превращающее часть воды в пар. Поэтому гашеную известь называют также кипелкой.

В зависимости от количества воды, добавляемой к ко­мовой извести, гашеная известь подразделяется на из­вестковое тесто (известковое молоко), где воды в 3—4 раза больше, чем извести, и пушенку — воды 40—70 % массы извести. По скорости гашения известь подразде­ляется на быстрогасящуюся (менее 20 мин) и медленногасящуюся.

Строительная воздушная известь используется для приготовления строительных растворов и бетонов, полу­чения силикатных материалов, а также в текстильной, лакокрасочной, сахарной и других отраслях промышлен­ности.

Жидкое (растворимое) стекло представляет собой силикат натрия Na₂O·SiO₂ или калия K₂O·SiO₂, получае­мый сплавлением кварцевого песка и кальцинированной соды или сульфата натрия и поташа при температуре 1400°C. После охлаждения расплава получают куски стекла, называемые силикат-глыбой.

Жидкое стекло применяют в виде вязкой жидкости темно-желтого или коричневого цвета, представляющей собой коллоидный раствор двуокиси кремния в едкой натриевой или калиевой щелочи.

Жидкое натриевое стекло используют для уплотнения грунтов, укрепления бетонной и каменной кладки, приго­товления жаро-, огне- и кислотоупорных бетонов и рас­творов, огнезащитных обмазок. Жидкое калиевое стекло дороже и применяется реже натриевого. Оно использу­ется для приготовления кислотоупорных бетонов и раст­воров, а также силикатных красок.

Гипсовые и ангидритовые вяжущие вещества пред­ставляют собой продукты обжига и последующего помо­ла природного гипсового камня и ангидрида CaSO₄, а также отходов химической промышленности (фосфогипс) при температурах 150—160°C (низкообжиговые) или 700—1000°C (высокообжиговые). К низкообжиго­вым вяжущим относятся строительный, высокопрочный и формовочный гипс, а к высокообжиговым — эстрих-гипс и ангидритовый цемент.

Гипс строительный (алебастр) применяется для внутренних отделочных работ в составе штукатурных растворов, выпуска плит, панелей и архитектурных дета­лей, гипс высокопрочный — для изготовления несущих конструкций, работающих на изгиб, а также гипсобетон­ных деталей, работающих на сжатие, гипс формовоч­ный — для изготовления архитектурных деталей и скуль­птурных изделий.

Эстрих-гипс используется для устройства мозаичных полов, изготовления искусственного мрамора, гипсобе­тона, отделочных и декоративных работ. Ангидритовый цемент отличается от гипсовых вяжущих медленным схватыванием, а также добавками к сырью шлака, из­вести и доломита. Он применяется для создания бесшов­ных полов, производства пустотелых бетонных изделий и кладочных растворов.

Гипсовые вяжущие вещества отличаются пределами прочности при изгибе и сжатии (табл. 12).

Таблица 12. Марки гипсовых вяжущих веществ, МПа

Марки	Предел прочности	Марки	Предел прочности
при изги­бе	при сжа­тии	при изги­бе	при сжа­тии
Г-2			Г-10
Г-3			Г-13
Г-4			Г-16
Г-5			Г-19
Г-6			Г-22
Г-7			Г-25

В зависимости от начала и конца схватывания гипсо­вые вяжущие выпускаются индексов А (быстродействую­щие, начало схватывания — не ранее 2 мин, конец схва­тывания— не позднее 15 мин), Б (нормально тверде­ющие, начало схватывания — не ранее 6 мин, конец схватывания — не позднее 30 мин) и В (медленнотверде­ющие, начало схватывания — не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется).

По степени помола гипсовые вяжущие выпускаются грубого, среднего и тонкого помола.

В соответствии с этим маркировка гипсовых вяжу­щих буквенно-цифровая. Например, Г-7Б1, где Г-7 — марка, Б — быстротвердеющее, 1 — степень помола,

Для замедления схватывания гипсовых вяжущих в их состав вводят органические добавки (животный клей, из­весть, сульфатно-дрожжевую бражку) или отработан­ные дубильные растворы кожевенной промышленности, а для ускорения схватывания — молотую гипсовую от­ливку.

Магнезиальные вяжущие вещества получают обжи­гом магнезита или доломита при температуре 800— 850°C. Соответственно получают каустический магнезит и каустический доломит.

Магнезиальные вяжущие затворяют растворами со­лей хлористого или сернокислого магния. Они хорошо сцепляются с органическими заполнителями (древесной стружкой, опилками, кострой и т. п.) и поэтому успешно применяются для изготовления фибролита (теплоизоля­ционного материала), ксилолита (материала для устрой­ства полов), мозаичных плиток, искусственного мрамора и др.