ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2019
Просмотров: 8546
Скачиваний: 3
ГЛАВА 1. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Вяжущими веществами называются такие материалы, кото-
рые на определенной стадии переработки обладают вязкопла-
стичными свойствами, при этом способны связывать рыхлые
сыпучие массы (минеральные порошки, мелко- и крупно зерни-
стые материалы – песок, щебень, гравий и др.) и постепенно пе-
реходить в твердое состояние.
В определении вяжущих веществ можно выделить три клю-
чевых момента:
1)
эти материалы какое-то время способны находиться в вязко-
пластическом состоянии. Благодаря этому свойству смеси вя-
жущих материалов с наполнителями и заполнителями могут
формоваться, то есть принимать нужную форму (изделия, кон-
струкции);
2)
вяжущие должны обладать способностью хорошо «сцеп-
ляться» с поверхностью наполнителей, заполнителей на пла-
стической стадии и после отвердевания. Это свойство называет-
ся «адгезией»;
3)
вяжущие материалы должны из пластической стадии пере-
ходить в твердое состояние, образуя «искусственный камень»,
имеющий определенную прочность и другие характерные свой-
ства.
Роль вяжущих веществ, главным образом, заключается в
создании тонких прослоек между частицами, зернами сыпучих
материалов, соединяющих их «воедино». Отвердевшее вяжущее
образует непрерывную матрицу в объеме материала. Характер-
ный пример – материалы конгломератной структуры: бетоны,
кладочные и штукатурные растворы, асфальтобетон.
Одновременное наличие всех трех «ключевых особенно-
стей» вяжущих веществ присуще достаточно большой группе
материалов. В зависимости от химического состава они подраз-
деляются на группы:
Неорганические (минеральные) вяжущие вещества (гипс,
строительная известь, портландцемент и др.).
Органические вяжущие вещества:
«черные вяжущие» (битум, деготь);
полимерные связующие (поливинилхлорид, эпоксидные, по-
лиэфирные и фенолоформальдегидные смолы и др.).
Для каждой группы вяжущих характерны специфические
особенности состава и свойств, обусловливающие их связую-
щую способность. Задача – выяснить эти специфические осо-
бенности, отличающие одни вяжущие от других и определяю-
щие область их применения.
Неорганические вяжущие вещества
Это порошкообразные минеральные материалы, которые
при смешивании с водой (или водными растворами солей и др.
веществ) образуют пластичное тесто, способное со временем
отвердевать, превращаясь в камневидное тело.
Характерные особенности неорганических вяжущих:
1) Неорганические вяжущие являются продуктом обжига
соответствующего природного минерального сырья (то есть от-
носятся к группе обжиговых строительных материалов) и по-
следующего тонкого измельчения (помола).
Природное сырье представляет собой достаточно стабиль-
ный (химически неактивный, например, по отношению к воде)
материал.
При обжиге изменяются химический и фазовый составы
сырья. Образуются новые минералы, способные вступать в хи-
мическое взаимодействие с водой.
При обжиге известняка из СаСО
3
образуется СаО (воздуш-
ная известь),при обжиге природного гипса в зависимости от
температуры из CaSO
4
2H
2
O образуется:
Природное сырье
(иногда, близкие по
составу промышлен-
ные отходы)
Обжиг
Помол
Минеральное
вяжущее
вещество
CaSO
4
0,5H
2
O (строительный гипс)
или CaSO
4
(ангидритовый цемент)
или CaSO
4
+ CaO (эстрих-гипс)
Все эти минералы способны вступать в химические реакции
с водой.
Помол обожженного сырья многократно увеличивает по-
верхность материала, способную контактировать (и взаимодей-
ствовать) с водой.
2) В вязко-пластическое состояние минеральные вяжущие
вещества переходят при затворении водой (смешивании с во-
дой). Именно количество воды в смеси (водо-вяжущее отноше-
ние) определяются реологические свойства теста, растворной
или бетонной смеси. К ним относятся: подвижность (способ-
ность растекаться), жесткость, напряжение сдвига (характеризу-
ет структурную прочность), вязкость и т.д.
3) Схватывание (переход из пластического состояния в
камнеподобное) и твердение (рост прочности) минеральных вя-
жущих веществ связаны с химическими и физико-химическими
процессами взаимодействия минералов вяжущего вещества с
водой.
Химические процессы взаимодействия минералов вяжуще-
го и воды (или водными растворами активаторов твердения)
приводят к образованию новых фаз, содержащих химически
связанную воду. Поэтому процесс твердения минеральных вя-
жущих называется «гидратным твердением» или «гидратацион-
ным твердением», а образующиеся соединения называются
«гидратными новообразованиями».
Минералы
вяжущего
вещества
+ Н
2
О
Гидратные
новообразования
Обычно чем выше растворимость минералов вяжущего ве-
щества в воде, тем выше скорость химической реакции.
Физико-химические процессы образования и уплотнения
структуры искусственного камня связаны с различной раство-
римостью исходных и новых фаз.
Минералы вяжущего вещества обладают некоторой раство-
римостью в воде. Поэтому при затворении вяжущего водой на-
чинается процесс растворения минералов вяжущего с поверхно-
сти частиц. В растворе и на поверхности частиц протекают хи-
мические реакции.
Новые соединения, образующиеся при взаимодействии ми-
нералов вяжущего с водой, обычно имеют значительно мень-
шую растворимость в воде, чем исходные фазы минералов. По-
этому они выделяются из жидкой фазы в виде частиц коллоид-
ных размеров (10
-7
–10
-8
м). По мере увеличения количества об-
разовавшихся частиц новообразований, их «слипания» друг с
другом, тесто вяжущего постепенно загустевает, а затем схваты-
вается (переходит в камневидное состояние).
За счет увеличивающегося количества новообразований ра-
нее выделившиеся частицы укрупняются, постепенно кристал-
лизуются. Кристаллы способны расти, срастаться между собой,
образуя «кристаллические сростки». Пространство между кри-
сталлами и сростками заполняется вновь выделяющимися кол-
лоидными частицами. Так постепенно уплотняется структура,
что приводит к росту прочности искусственного камня.
Водостойкость искусственного камня, образовавшегося при
твердении минерального вяжущего (способность сохранять
прочность при насыщении водой), зависит от растворимости
продуктов взаимодействия вяжущего и воды.
4) Способность минеральных вяжущих «склеивать» зерна
наполнителей и заполнителей.
На стадии вязкопластичного состояния «склеивание» связа-
но, главным образом, с присутствием воды в смеси, то есть с
действием сил поверхностного натяжения на границе раздела
фаз «твердое тело – жидкость – газ». На стадии твердения вя-
жущего – со способностью гидратных новообразований «сцеп-
ляться» друг с другом и с поверхностью зерен.
Именно новообразования обеспечивают адгезию затвер-
девшего вяжущего к поверхности заполнителей. Чем выше «хи-
мическое сродство» новообразований и поверхности заполните-
лей, тем выше прочность сцепления между ними.
Прочность сцепления минеральных вяжущих с минераль-
ными наполнителями и заполнителями обычно выше, чем с ор-
ганическими заполнителями (древесными опилками, щепой).
Итак, особенности минеральных вяжущих веществ зависят
от их состава (от состава сырья и способа получения – обжига),
а вяжущие свойства связаны с химическими и физико-
химическими процессами взаимодействия с водой.
Классификация минеральных вяжущих веществ прежде
всего связана с условиями, при которых происходит их схваты-
вание и твердение, а затем – с составом вяжущих, зависящим от
вида сырья и технологии получения (табл. 1.1).
Воздушные вяжущие по химическому составу подразделя-
ются на гипсовые вяжущие, основой которых является серно-
кислый кальций (CaSO
4
); известковые вяжущие составы, вклю-
чающие оксид кальция (CaO); магнезиальные вяжущие, содер-
жащие каустический магнезит (MgO); жидкое стекло – силикат
натрия или калия в виде водного раствора Na
2
SiO
3
или K
2
SiO
3
.
Гидравлические вяжущие вещества по химическому соста-
ву представляют систему, состоящую из соединений четырех
видов: CaO — SiO
2
— Al
2
O
3
— Fe
2
O
3
.
Эти соединения образуют:
– силикатные цементы, состоящие из силикатов кальция (до
75 %), портландцемент и его разновидности;
– алюминатные цементы, вяжущей основой которых явля-
ются алюминаты, глиноземистый цемент и его разновидности.
При автоклавном твердении, происходящем в среде насы-
щенного водяного пара, вяжущие затвердевают с образованием
плотного прочного камня, известково-кремнеземистые, извест-
ково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент и др.