Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе

Минеральные неорганические вяжущие вещества - это порошкообразные вещества минерального происхождения, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно твердеть в результате физико-химических процессов.

Цемент название минеральных неорганических порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешивании с водой образовывать пластичное тесто (цементное тесто), приобретающее затем камневидное состояние, т.е. превращающееся затем в цементный камень.

Цементное тесто представляет собой концентрированную водную суспензию, обладающую характерными свойствами структурированных дисперсных систем: прочностью структуры, пластической вязкостью, тиксотропией кгс/см².

В цементном тесте твердые частицы суспензии связаны ванн-дер-ваальсовыми силами и сцеплены вследствие переплетения покрывающих их гидратных оболочек. Структура цементного теста разрушается при механических воздействиях (перемешивании, вибрировании и т.п.), но после прекращения воздействий структурные связи в системе вновь восстанавливаются.

Тесто большинства вяжущих материалов при твердении изменяет свой объем: цементное, известковое – уменьшают; гипсовое – увеличивает. Исключение составляют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы.

Цементный камень после твердения представляет собой микроскопически неоднородную систему, которая состоит из кристаллических сростков, гелеобразных масс, зерен цемента, не полностью прореагировавших с водой, и пор. Он должен обладать достаточной собственной прочностью и адгезией, т.е. хорошо сцепляться с зернами заполнителя.

Прочность цементного камня и скорость его твердения зависят от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, содержания воды, влажности, температуры среды и продолжительности хранения. Проницаемость цементного камня определяется его пористостью и наличием трещин.

Основным потребительским свойством неорганических вяжущих веществ является возможность при переходе из тестообразного в камневидное состояние скреплять между собой камни, зерна песка, гравия, щебня. Это свойство используют для изготовления бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожженных искусственных материалов и строительных растворов.

При строительстве зданий и сооружений необходимо учитывать возможность коррозии цементного камня в бетоне и применять меры защиты:

1. выбор цемента, отвечающего условиям эксплуатации;

2. введение в бетонную смесь химических добавок;

3. применение особо плотного бетона;

4. специальная пропитка и защитные покрытия.

Неорганические вяжущие вещества по способу твердения делятся на:

1. воздушные – способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе

2. гидравлические - твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

3. автоклавного твердения - способны затвердевать при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара.

По химическому составу воздушные минеральные неорганические вяжущие вещества делятся на 4 группы:

1. известковые, состоящие главным образом из оксида кальция CaO;

2. магнезиальные, содержащие каустический магнезит MgO;

3. гипсовые, основой которых является сульфат кальция;

4. жидкое стекло – силикат натрия или калия.

Гидравлические минеральные вяжущие вещества по химическому составу представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений 4 окислов: CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃. Они образуют три основные группы:

1) силикатные цементы, состоящие на 75% из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности;

2) алюминатные цементы, вяжущей основой которых является глиноземистый цемент и его разновидности;

3) гидравлическая жидкость и романцемент.

В цементы вводят различные добавки: активные минеральные добавки, наполнители, улучшающие зерновой состав цементов и структуру цементного камня, интенсификаторы помола и др.

Портландцементполучается при тонком измельчении клинкера (зернистый материал, получаемый обжигом до спекания при 1450^оС минеральной смеси из карбоната кальция и алюмосиликатов) с добавкой 3-5% гипса. Порошок темно-серого или зеленоватого цвета. Он обладает высокой твердостью после первоначального твердения, высокой конечной прочностью. Он очень чувствителен к агрессивным средам. При его твердении происходит сильное тепловыделение, что позволяет производить бетонирование в зимнее время.

К потребительским свойствам портландцементов относят водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема цемента и тепловыделение при твердении.

К специальным видам портландцемента относят быстротвердеющий и особобыстротвердеющий высокопрочные портландцементы, сульфатостойкие, портландцементы с органическими и минеральными добавками, белые и цветные портландцементы, тампонажные, глиноземистые, расширяющиеся и безусадочные портландцементы.

Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое минеральное неорганическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преобладанием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Главной составной частью является однокальциевый алюминат СаО^.Al₂O₃. Цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Его используют для изготовления жаростойких бетонов.

Гидравлическая жидкость – гидравлическое минеральное неорганическое вяжущее вещество, получаемое при обжиге не до спекания (900-1000^оС) мергелистых известняков с содержанием глины 6-20%. Ее размалывают и применяют в виде порошка. Известь начинает твердеть на воздухе (первые 7 суток) и продолжает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Применяют для изготовления кладочных и штукатурных растворов и бетонов невысоких марок и бетонных камней.

Романцемент - гидравлическое минеральное неорганическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом обожженных не до спекания (900^оС) известняковых и магнезиальных мергелей, содержащих 25% и более глины. Применяют для изготовления строительных растворов, стеновых камней и бетонов невысоких марок, что позволяет съэкономить более энергоемкий и дорогой портландцемент.

Искусственные каменные изделия получают в процессе формования и последующего затвердевания растворных и бетонных смесей на основе минеральных неорганических вяжущих веществ. В качестве заполнителей для растворных и бетонных смесей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки.Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами – асбестом, древесиной (в виде шерсти, дробленных отходов) бумажной макулатурой, листовой бумагой и др.

Искусственные каменные изделия по виду минерального вяжущего можно разделить на следующие группы: гипсовые и гипсобетонные, изделия на основе магнезиальных вяжущих и силикатные изделия.