Сырьевые материалы

Минераламиназывают составные части горных пород, однородные по химическому составу и физическим свойствам. Если горная порода состоит из одного минерала, она называется мономинеральной,если из двух и более – полиминеральной.

Породообразующие минералы

В настоящее время известно около 5000 минералов. В образовании же горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железистомагнезиальные силикаты. карбонаты, сульфаты.

Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.

Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiO₂ – один из самых распространенных минералов в природе. Средняя плотность его составляет 2,65 г/см³, предел прочности при сжатии – до 2000 МПа, твердость – 7, имеет высокую химическую стойкость – его разрушает только фтористоводо-родная и горячая фосфорная кислоты. Является составной частью гранитов, сиенитов, песков, песчаников. Характерным свойством кристаллического кварца является способность вступать в химическое взаимодействие с известью при температуре 150–200 °С в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя это свойство, получают силикатные материалы.

Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiO₂· nH₂O. Вступает в химическое взаимодействие со щелочами при обычной температуре. Применение его в бетонах в качестве заполнителей может привести к их разрушению через 10–15 лет. Часто служит цементом в осадочных горных породах.

Минералы группы алюмосиликатов – полевые шпаты, слюды, каолиниты.

Полевые шпаты составляют 58 % всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидности их ортоклаз и плагиоклазы.

Слюды – водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида – мусковит и биотит.

Слюды понижают прочность горных пород и ускоряют их выветривание.

Каолинит Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O – минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.

Железистомагнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

К пироксенам относят авгит, состоящий из Са (Mg, Fe, Al) [(Si, Аl)₂ O₆] и входящий в состав габбро, к амфиболам – роговую обманку, состоящую из Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, О, H и входящую в состав гранитов. Оливин входит в состав диабазов, базальтов, габбро.

Минералы группы карбонатов. К ним относят кальцит, магнезит, доломит. Они входят в состав осадочных горных пород.

Минералы группы сульфатов – гипс и ангидрит.

3 Минеральные (неорганические) вяжущие вещества: классификация, сырье, применение в строительстве.

Минеральными вяжущими материалами называются порошкообразные вещества, которые при смешивании с водой образуют пластичное тело, способное твердеть, превращаясь в камневидное тело высокой прочности. Исключение составляют магнезиальные вяжущие, которые затворяются водными растворами солей.

Вяжущие подразделяются на воздушные, гидравлические и автоклавного твердения.

Воздушные вяжущие в затвердевшем состоянии сохраняют прочность только на воздухе.

Гидравлические вяжущие обладают гидравлическими свойствами. После первоначального затвердения на воздухе они способны сохранять прочность как на воздухе, так и в воде.

Вяжущие автоклавного твердения твердеют при, давлении 0,8–1,6 МПа и температуре 174,5–200 °С.

Одним из первых вяжущих, которые применил человек, была глина. Однако она имеет низкую прочность и размягчается при увлажнении. Поэтому начали изготовляться более качественные вяжущие, получаемые обжигом разных горных пород.

Воздушная известь была известна египтянам более 3 тыс. лет до н. э. Они строили сооружения из необожженного кирпича на известковом растворе. В отдельных случаях применяли гипсовые вяжущие. В Древнем Риме известь являлась основным вяжущим веществом, гипсовые вяжущие не применялись.

Необходимость строить сооружения во влажной среде и в воде потребовало создание гидравлических вяжущих. За 2 тыс. лет до н. э. римляне для придания известковым растворам гидравлических свойств в их состав добавляли обожженную и измельченную глину, толченый кирпич, вулканический пепел (пуццолану). До конца ХVII столетия пуццолана являлась практически единственным материалом для изготовления гидравлических растворов. Постепенно в качестве гидравлических добавок начали применяться и другие вещества: золы, шлаки и пр.

Минеральные вяжущие вещества на Руси применяли с Х века. В Киеве при строительстве Десятинной церкви использовалась известь. В ХI веке при возведении Софийского собора в известь добавляли толченый кирпич (цемянку). В ХV веке на известковом растворе были сложены стены Московского Кремля. В связи с большими объемами строительства требовались более эффективные вяжущие вещества. В 1824 г английский каменщик Джозеф Аспдин взял патент на изготовление портландцемента. Хотя фактическим изобретателем портландцемента следует считать Егора Герасимовича Челиева – начальника военно-инженерной команды г. Москвы, в 1825 году издавшего книгу, в которой описал технологию получения и свойства нового гидравлического вяжущего материала по свойствам ближе современному портландцементу, чем вяжущее, предложенное Д. Аспдином.

В настоящее время портландцемент является основным вяжущим в мире. Его выпускают 1,7 миллиарда тон в год. Беларусь полностью обеспечивает потребность строительства в высококачественных портландцементах, изготавливаемым по самым передовым технологиям на отечественных заводах, значительную его часть экспортирует в ближнее и дальнее зарубежье.

4 Воздушные вяжущие: известь строительная воздушная, состав, полу­чение, свойства и применение в строительстве.

Строительной воздушной известью называют вяжущее, получаемое обжигом карбонатных известняковых и известняково-магнезиальных горных пород, с содержанием глинистых примесей до 6–8 %. При их большем количестве получается гидравлическая известь. По внешнему виду воздушная известь подразделяется на негашеную: комовую, дробленую и молотую; гашеную: гидратную (пушонку) и известковое тесто.

В молотую и гидратную известь допускается вводить тонкомолотые доменные и топливные шлаки, золы, трепел, вулканические породы и другие добавки.

По химическому составу в зависимости от содержания оксида кальция и оксида магния в составе извести она подразделяется на кальциевую, магнезиальную и доломитовую.

В кальциевой извести должно быть не более 5 % MgO, в магнезиальной – от 5 до 20, в доломитовой – от 20 до 40 %.

При содержании MgO более 5 % известь приобретает слабые гидравлические свойства.

Известь, предназначенная для изготовления автоклавных силикатных изделий, в своём составе не должна содержать более 5 % оксида магния. Высококачественные сорта маломагнезиальной извести имеют активность 93 – 97 %.

Одним из показателей качества извести является выход известкового теста. Он зависит от содержания глинистых и песчаных примесей, а также тончайших фракций размером 0,02–0,5 мм гидроксидов кальция и магния. Высококачественная известь имеет выход теста 2,5–3,5 л из 1 кг негашеной извести. Она называется жирной, с меньшим выходом – тощей. Жирная известь характеризуется большой пескоемкостью, т. е. она может больше принять песка для получения удобоукладываемых смесей.

Негашеная известь без добавок подразделяется на три сорта, с добавками – на два, гидратная известь имеет два сорта. Сорт извести зависит от содержания в ней активных оксидов кальция и магния, CO₂, непогасившихся зерен, потерь при прокаливании, тонкости помола, скорости гашения. Прочность воздушной извести не нормируется.

Воздушную известь изготавливают из осадочных карбонатных известняково-магнезиальных горных пород: известняков и мела, доломитизированных известняков, доломитов. Кроме природного сырья для изготовления воздушной извести могут применяться отходы сахарного и содового производства, гидратная известь от производства ацетилена.

5 Гипсовые низкообжиговые вяжущие вещества: строительный гипс, высоко­прочный. Сырье, получение, свойства и применение в строительстве.

К группе гипсовых вяжущих относят строительный, формовочный, медицинский и высокопрочный (технический) гипс. Для строительства изготавливают строительный и высокопрочный гипс.

Строительный гипс получают термической обработкой двуводного гипса при температуре около 150 °С до превращения его в β- модификацию полуводного гипса. При этом происходит дегидратация по реакции CaSO₄·2H₂0→βСaSO₄·O,5H₂O+1,5H₂0+ΔH с поглощением тепла. На 1 кг природного гипса теоретически затрачивается 582,1 кДж теплоты.

Свойства гипсовых вяжущих. Истинная плотность строительного гипса составляет 2,6–2,7 г/см³ . Насыпная плотность в рыхлонасыпанном состоянии – 800–1100 кг/м³ , уплотнённом – 1250–1450 кг/м³ .

Водопотребность (стандартная консистенция) гипсового теста составляет 50–70 % от массы гипса.

По срокам схватывания гипс подразделяется на быстротвердеющий с началом схватывания не ранее 2 и не позднее 15 мин, нормальнотвердеющий – не ране 6 и не позднее 30 мин и медленнотвердеющий – не ране 20 мин и ненормированным концом схватывания.

По тонкости измельчения гипс подразделяется: грубого помола с остатком на сите № 02 не более 23 %, среднего – не более 14 % и тонкого – не боле 2 %.

По прочности гипс подразделяется на марки Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-22, Г-25, определяемые испытанием образцов размером 40х40х160 мм через 2 часа от начала затворения на изгиб и сжатие.

Огнестойкость гипсовых изделий высокая. Они разрушаются после 6–, 8-часового нагрева.

Строительный гипс применяется для производства перегородочных плит и панелей, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, архитектурных изделий, стеновых камней, для известково-гипсовых растворов, ячеистых изделий.

Высокопрочный (технический) гипс как более дорогое вяжущее применяют в качестве составляющего для изготовления гипсоцементно-пуццоланового и гипсоизвестковошлакового вяжущих.

Гипсовые вяжущие обычно затариваются в бумажные мешки. При перевозке и хранении их следует защищать от увлажнения. Хранить долго не рекомендуется, т. к. снижается постепенно активность.

6 Гипсовые высокообжиговые вяжущие вещества (ангидритовые). Сы­рье, получение, свойства и применение в строительстве.

К высокообжиговым (ангидритовым) вяжущим относят: ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент), высокообжиговый гипс и отделочный ангидритовый цемент.

Ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) получают обжигом двуводного гипса в шахтных печах с последующим его помолом в порошок. При температуре 600–700 ⁰С образуется ангидрит CaSO₄, который не имеет вяжущих свойств. Активизируют его твердение сульфаты Na₂SO₄, K₂SO₄, NaHSO₄, Al₂(SO₄)₃, материалы со щелочной реакцией – известь, основной доменный гранулированный шлак. Они вводятся при помоле от 1 до 8 %.

Вместо искусственного ангидрита может применяться природный.

Ангидритовый цемент имеет истинную плотность 2,8–2,9 г/см ³, насыпную плотность в рыхлонасыпанном состоянии 850–1100 кг/м³, в уплотнённом – 1200–1500 кг/м³, водопотребность 30–35 %. Начало схватывания этого цемента должно наступать не ранее 30 мин, конец – не позднее 8 часов. По прочности он подразделяется на марки 50, 100, 150 и 200. Выдерживает 15 циклов замораживания и оттаивания.

Применяют ангидритовый цемент для штукатурных и кладочных растворов, устройства полов и для изготовления искусственного мрамора.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом двуводного гипса или природного ангидрита при температуре 800–1000 ⁰С в шахтных или вращающихся печах. Затем его измельчают в порошок. Это вяжущее имеет среднюю плотность в рыхлом состоянии 900–1000 кг/м³, в уплотнённом – 1300–1700 кг/м³, водопотребность – 30–35 %. Начало схватывания его должно наступать не ране 2 часов, конец схватывания не нормируется. По прочности на сжатие высокообжиговый гипс подразделяется на марки 100, 150 и 200. Применяют его для кладочных и штукатурных растворов, для устройства полов, изготовления изделий из искусственного мрамора.

Отделочный ангидритовый цемент получают одно- или двукратным обжигом маложелезистого гипсового камня с активизаторами твердения. Качество цемента улучшается при двукратном обжиге: сначала при температуре 180–200 ⁰С, затем, после пропитки алюмокалиевыми квасцами, – повторно при температуре 650–700 ⁰С. Этот цемент имеет водопотребность 37–43 %, начало схватывания – до 1–2 часов, конец – не позднее 2–5 часов, предел прочности в возрасте 28 суток – 25–35 МПа, цвет – белый. Применяют отделочный ангидритовый цемент для изготовления отделочных растворов, искусственного мрамора, архитектурно-строительных изделий.

7 Магнезиальные вяжущие вещества. Жидкое (растворимое) стекло. Сы­рье, получение, свойства и применение в строительстве.

Магнезиальными вяжущими называют порошкообразные материалы, в состав которых входит оксид магния. К ним относят каустический магнезит и каустический доломит. Каустический магнезит получают из природного магнезита, каустический доломит – из природного доломита. Природный магнезит – горная порода, состоящая из углекислой соли магния MgCO₃, содержащая различные примеси: глину, кремнезем, углекислый кальций. Природный доломит – горная порода, представляющая собой двойную углекислую соль кальция и магния CaCO₃×MgCO₃. Она содержит также глинистые и другие примеси.

Изготовление магнезиальных вяжущих заключается в обжиге и помоле исходного сырья. Обжиг ведут в шахтных и вращающихся печах, помол – в шаровых мельницах.

В отличие от других вяжущих они затворяются не водой, а растворами хлористого магния MgCl₂×6H₂O или сернокислого магния MgSO₄×7H₂O. Эти соли повышают растворимость MgO и скорость взаимодействия её с водой возрастает. Получаются высокопрочные изделия.

Каустический доломит имеет насыпную плотность 1050–1100 кг/м³, начало схватывания – 3–10, конец – 8–20 ч, прочность при сжатии – 10–30 МПа.

Магнезиальные вяжущие вещества не разрушаются древесиной, прочно с ней сцепляются. Древесина не подвергается гниению. Их применяют для устройства ксилолитовых полов, изготовления фибролитовых плит, фиброфанеры, искусственного мрамора, строительных деталей.

Растворимыми силикатами натрия или калия называются водные растворы солей кремниевой кислоты — силиката натрия Na₂O× n SiO₂ или силиката калия K₂O· n SiO₂ (n – силикатный модуль, представляющий отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щёлочного оксида. Он принимается от 1 до 6,5).

Сырьём для изготовления растворимого стекла служит кварцевый песок SiO₂, кальцинированная сода Na₂CO₃, сульфат натрия Na₂SO₄ или поташ K₂CO₃. Песок и щелочной компонент сплавляют в стекловаренных печах при температуре 1300–1400 °С в течение 7–10 ч.

Расплав выпускают в вагонетки, который после охлаждения распадается на куски, называемые силикат-глыбой. Она нерастворима в воде. Для перевода в растворимое состояние её обрабатывают в автоклавах паром с давлением 0,5–0,8 МПа и температурой 150 °С.

Выделившийся аморфный кремнезем обладает высокими клеящими свойствами в 3–5 раз выше, чем у цементов. Применяют его в виде коллоидного раствора плотностью 1,36–1,5 г/см³ для изготовления кислотостойких и жаростойких бетонов и растворов для получения огнезащитных обмазок, силикатизации грунтов. Ускоряет твердение растворимого стекла кремнефтористый натрий (Na₂ScF₆). Растворимый силикат калия применяется в качестве связующего для приготовления силикатных красок.

Кислотоупорные цементы представляют собой вяжущие, состоящие из тонкоизмельченной смеси кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенных водными растворами силиката натрия или калия.

По назначению они подразделяются на два вида: I – для изготовления кислотоупорных замазок и II – для растворов и бетонов. Содержание кремнефтористого натрия в I виде составляет 4, во II – 8 %. Для затворения применяется в основном силикат натрия плотностью 1,3–1,4 г/см³ (как наиболее дешевый материал) в количестве 25–30 % от массы песка.

8 Гидравлические вяжущие: гидравлическая известь, романцемент. Сы­рье, получение, свойства и применение в строительстве.

К гидравлическим вяжущим относят гидравлическую известь, романцемент, известосодержащие и шлакощелочные вяжущие, цементы на основе портландцементного и глинозёмистого клинкеров, гипсоцементно-пуццолановые и гипсошлакоцементные вяжущие.

Гидравлической известью называется вяжущее вещество, получаемое обжигом мергелистных известняков, содержащих от 6 до 20 % глинистых примесей. Химический состав сырья и готового вяжущего характеризуется гидравлическим или основным модулем (ОМ) – отношением содержания оксида кальция к кислотным оксидам в процентах по массе:

Этот модуль находится в пределах от 1,7 до 9.

Гидравлическая известь подразделяется на сильногидравлическую с ОМ = 1,7… 4,5 и слабогидравлическую с ОМ = 4,5 …9. При гидравлическом модуле меньше 1,7 получают романцемент, если больше 9 – воздушную известь.

Производство гидравлической извести включает обжиг сырья и превращение его в порошок. Обжиг ведётся в шахтных или вращающихся печах при температуре 900–1100 °C. Превращение в порошок выполняется гашением или помолом. При обжиге происходит разложение CaCO₃ на CaO и CO₂. Затем CaO взаимодействует с песчаными и глинистыми примесями. В результате образуется вещество, состоящее из CaO(C), 2CaO×SiO₂(C₂S), 2CaO×Al₂O₃× SiO₂(C₂AS). При наличии в сырье MgCO₃ образуется также CaO×MgO×SiO₂. Гидравлические свойства извести придают минералы C₂S и C₂AS.

Истинная плотность гидравлической извести составляет 2,6–3 г/см³, насыпная плотность в рыхлом состоянии – 700–800 кг/м³, в уплотнённом – 1000–1100 кг/м³. Начало схватывания – 0,5–2ч, конец – 8–16 ч.

Гидравлическую известь применяют для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях, а также для изготовления известково-шлаковых и известково-пуццолановых вяжущих. Гидравлическую известь при перевозке и хранении следует предохранять от увлажнения.

Романцементом называется вяжущее вещество, получаемое обжигом мергелей, содержащих не менее 25 % глинистых примесей. Кроме того, в его состав вводится до 5 % гипса и до 15 % минеральных добавок. Мергели должны иметь такой химический состав, чтобы гидравлический модуль был в пределах 1,1–1,7.

Изготовление романцемента состоит из дробления мергеля, его обжига и помола. Обжиг ведут в шахтных и вращающихся печах при температуре 800–1100 °С, помол – в шаровых мельницах.

Романцемент имеет истинную плотность 2,6–3,0 г/см³, насыпную плотность в рыхлом состоянии 800–1000 кг/м³, в уплотнённом – 1000–1300 кг/м³. Начало схватывания – не ранее 20 мин, конец схватывания – 24 ч. По прочности выпускается марок 25, 50, 100, 150.

Романцемент применяют для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, стеновых камней. Не рекомендуется применять для железобетонных конструкций.

9 Цементы. Классификация. Цементы на основе портландцементного клинкера. Типы цементов.

К цементам относятся порошкообразные гидравлические вяжущие вещества, в состав которых входят высокоосновные силикаты и (или) высоко - или низкоосновные алюминаты кальция. Их получают спеканием или плавлением исходных материалов. Полученную после высокотемпературной обработки смесь называют клинкером, который является основной составной частью цементов.

По назначению цементы подразделяются на общестроительные и специальные. Общестроительные цементы – это цементы основным требованиям к которым является обеспечение прочности и долговечности бетонов и растворов. Специальные – это цементы к которым предъявляются требования не только по прочности и долговечности но и специальные требования.

По виду клинкера цементы подразделяются на основе портландцементного; глиноземистого (высокоглиноземистого); сульфоалюминатного и сульфоферритного клинкеров.

Портландцементный клинкер состоит в основном из высокоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Глиноземистый (высокоглиноземистый) клинкер состоит преимущественно из низкоосновных алюминатов кальция.

Сульфоалюминатный и сульфоферритный клинкера состоят преимущественно из сульфоалюминатов и сульфоферритов кальция.

Вещественный состав цементов характеризуется содержанием основных компонентов в цементе в процентах от его массы.

Основными компонентами является клинкер, гипс или его производные и минеральные добавки.

По вещественному составу цементы подразделяются на типы, характеризующиеся видом и количеством введенных в них добавок.

Классы по прочности цемента – условное обозначение одного из значений математического ряда по прочности в максимальные сроки, установленные нормативным документом.

По прочности на сжатие цементы подразделяются на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. На конкретные виды цементов могут устанавливаться дополнительные классы. Цементы, выпускаемые по ранее утвержденным нормативным документам до их пересмотра или отмены, подразделяются на марки.

Твердение цементного теста – процесс формирования прочной структуры цементного камня – материала, образующегося в результате гидратации и твердения цемента.

По скорости твердения общестроительные цементы подразделяются на нормальнотвердеющие с нормированием прочности в возрасте 2(7) и 28 суток; быстротвердеющие – с нормированием прочности в возрасте 2 суток, повышенной по сравнению с нормальнотвердеющим в возрасти 28 суток. Для цементов, выпускаемых по ГОСТ 10178–78, скорость твердения нормируется в возрасте 28 суток, а для быстротвердеющих еще и в возрасте 3 суток.

Схватывание цемента – необратимая потеря подвижности цементного теста в результате гидратации. Она характеризуется сроками схватывания – временем начала и конца схватывания цементного теста.

По срокам схватывания цементы подразделяются на медленносхватывающиеся с началом схватывания более 2 часов, нормальносхватывающиеся – от 45 минут до 2 часов и быстросхватывающиеся с началом схватывания менее 45 минут.

Цементы классифицируются также по специальным свойствам. По сульфатостойкости они подразделяются на сульфатостойкие, сульфатостойкие с минеральными добавками, сульфатостойкие шлакопортландцементы и пуццолановые; по объемной деформации – на безусадочные с величиной расширения в 3-суточном возрасте 0,1 %, расширяющиеся – более 0,1 % и напрягающиеся с нормированием самонапряжения; по тепловыделению на низкотермичные с тепловыделением в 3-суточном возрасте не более 230 и в 7-суточном не более 270 Дж/г, умеренно-термичные с тепловыделением в 7-суточном возрасте не более 315 Дж/г; по декоративным свойствам – на цветные и белые.

Дата добавления: 2015-04-24