Основные виды гидравлических вяжущих веществ, кратко опишите основные свойства и технологию их получения, область применения в с

1. Назовите основные виды гидравлических вяжущих веществ, кратко опишите основные свойства и технологию их получения, область применения в строительстве.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ  ИЗВЕСТЬ

Для возведения конструкций, которые находятся во влажных  эксплуатационных условиях, цоколей  и фундаментов больших зданий и оросительных каналов, при изготовлении растворов для кладки и штукатурки в сухих и влажных условиях, а также при изготовлении известково-зольных  и известково-шлаковых вяжущих веществ используется гидравлическая известь. Это продукт, который получают методом обжига не до спекания мергелистых известняков, которые содержат от 6 до 25% глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей. В соответствии с ГОСТом 9179-77 строительную известь производят в виде тонкоизмельченного порошка, остаток которого при просеивании частиц на ситах № 02 и 008 не превышает 1 и 15%.

Гидравлическая известь  помимо глинистых примесей, также  содержит включения углекислого  магния и прочие примеси. Поскольку  строительную известь изготавливают  из природного сырья безо всяких дополнительных переработок в искусственные  смеси однородного состава, для  ее получения необходимо мергелистые  известняки с возможно равномерным  распределением в них глинистых  и прочих включений. Качество продукции  зависит от того, в виде каких  соединений находятся в известняке те или иные примеси. Гидравлическую известь, как правило, характеризуют  основным или гидравлическим модулем, который представляет собой отношение  процентного содержания по массе  окиси кальция к процентному  содержанию Строительную известь используют наряду с воздушной, но при этом получают водостойкие строительные растворы.

Гидравлическая известь  получила широкое применение и используется в качестве вяжущего с целью приготовления  строительных растворов. Строительный раствор это смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (чаще всего песок).

РОМАНЦЕМЕНТ

Продукт тонкого помола обожженных не до спекания чистых и доломитизированиых мергелей, которые содержат около 25 % глинистых примесей называется романцемент. В этот цемент, для того чтобы было возможно регулировать его свойства (замедление схватывания), допускается до 5 % гипса различных модификаций и до 15 % активных минеральных добавок. Основным сырьем в производстве этого вида цемента являются мергели (природная смесь углекислого кальция и глин). Качество продукции определяет не только химический состав мергелей, но и их структура. Весь оксид кальция в романцементе должен быть связан в силикаты, алюминаты и ферриты кальция, что и обуславливает гидравлический характер твердения. Добыча мергеля, дробление его на куски необходимого размера, обжиг и последующий помол обожженного материала - вот основные этапы в производстве данного строительного материла. Температура обжига определяется в зависимости от состава сырья.

Самый лучший романцемент получают из мергелей, которые содержат минимальное количество магнезиальных пород.

Согласно ГОСТу 2542-44 по прочности  данное вяжущее вещество принято подразделять на три марки: 25, 50, 100.

Данный строительный материал согласно установленным стандартам должен обладать равномерностью изменения объема при  испытании кипячением и в парах  воды. Для испытания равномерности  на изменение объема в виде лепешки, для испытания на механическую прочность  в виде кубов и восьмерок образцы  цемента выдерживают до испытания  в течение 7 суток во влажной среде. Романцемент обладает более слабыми свойствами в сравнении с цементами, а связанно это с тем, что в нем может быть существенное количество окиси магния и свободной извести.

Не рекомендуется хранить этот материал в течение длительного  времени максимум 2 месяца, поскольку  его качество при этом существенно  понижается. Данный вид строительного  материала в настоящее время  выпускают в небольших количествах. Используют его, как правило, в растворах  для каменной кладки в наземных и  подземных сооружениях, и для  изготовления бетонов низких марок.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах.

Название получил по имени острова Портленд (Portland) в Англии, так как по цвету похож на добываемый там природный камень.

Основой портландцемента являются силикаты кальция (алит и белит).

Процесс производства 

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO₂ и 2СаО∙SiO₂ 70-80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит  от того, каким способом смешивается  сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO₄∙2H₂O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO₃) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента  служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается  расход электроэнергии на измельчение  сырьевых материалов, облегчается транспортирование  и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг  и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при  температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

• сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
• подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O → Al₂O₃∙2SiO₂ + 2H₂O; далее при температурах 600…1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО₃ → СаО + СО₂, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al₂O₃, SiO₂) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al₂O₃ — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С₃А), протекающих ступенчато;
• экзотермических реакций (1 200…1 350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С₃А, С₄АF (F — Fe₂O₃) и C₂S (S — SiO₂) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
• спекания (1 300→1 470→1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C₂S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С₃S);
• охлаждения (1 300…1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно  по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

Существуют следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий;
• нормальнотвердеющий;
• пластифицированный;
• гидрофобный;
• сульфатостойкий;
• дорожный;
• белый и цветной;
• с умеренной экзотермией;
• с поверхностноактивными органическими добавками.

ЦЕМЕНТ (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основныхстроительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для  строительных растворов — малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Виды  цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются:^[1]

• романцемент - преобладание белита, в настоящее время не производится;
• портландцемент - преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;
• глинозёмистый цемент - преобладание алюминатной фазы;
• магнезиальный цемент (Цемент Сореля) - на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
• смешанные цементы - цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
• кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия (Na₂O·mSiO₂·nH₂O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

В подавляющем большинстве случаев  под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30.^[1]

По прочности цемент делится  на марки, которые определяются главным  образом пределом прочности при  сжатии половинок образцов-призм  размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см2 (10—60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.

Также по прочности в настоящее  время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок  состоит в том, что прочность  выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать  заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Производство

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO₄∙2H₂O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при  температуре 1470°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

• подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O → Al₂O₃∙2SiO₂ + 2H₂O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО₃ → СаО + СО₂, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al₂O₃, SiO₂) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al₂O₃ — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С₃А), протекающих ступенчато;
• экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С₃А, С₄АF (F — Fe₂O₃) и C₂S (S — SiO₂) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
• спекания (1300→1470→1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C₂S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С₃S);
• охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.