Искусственные каменные изделия на основе минеральных неорганических вяжущих

Минеральные вяжущие вещества автоклавного твердения

Гидравлические минеральные неорганические вяжущие вещества

Воздушные минеральные неорганические вяжущие вещества

Лекция № 17

Тема: Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе

Минеральными неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные вещества минерального происхождения, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно твердеть в результате физико-химических процессов.

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

Цементное тесто представляет собой концентрированную водную суспензию, обладающую характерными свойствами структурированных дисперсных систем: прочностью структуры, пластической вязкостью, тиксотропией. 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. При твердении объем теста большинства вяжущих материалов изменяется: цементного, известкового — уменьшается; гипсового — увеличивается. Исключение составляют специальные расширяющиеся и безусадочные цементы.

Цементное тесто в начале смешения (затворения) в течение 1...3 ч пластично и легко формуется. Потом (через 5... 10 ч) наступает схватывание, и цементное тесто загустевает, утрачивая подвижность, но его механическая прочность невелика. Переход теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения, которое характеризуется возрастанием прочности. Твердение при благоприятных условиях длится годами — вплоть до полной гидратации цемента. К концу периода схватывания формируется основная структура цементного теста, которое затем превращается в цементный камень.

Термин гидратация объединяет процессы взаимодействия цемента с водой, происходящие при его схватывании и твердении.

Цементный камень после твердения представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков, гелеобразных масс, зерен цемента, не полностью прореагировавших с водой, и пор. Структурными составляющими цементного камня являются:

1) продукты гидратации цемента — гель гидросиликата кальция и другие новообразования, обладающие свойствами коллоидов, а также относительно крупные кристаллы Са(ОН)₂ и эттрингита;

2) непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента;

3) поры — поры геля (менее 0,1 мкм); капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля; воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм), заполненные воздухом, всосанным вследствие наличия вакуума, вызванного контрактацией, либо вовлеченным при добавлении специальных воздухововлекающих веществ, повышаю­щих морозостойкость;

4) вода, характеризующаяся тремя формами связи — химической, физико-химической (адсорбция), физико-механической (капиллярной).

Клинкер — зернистый материал; получаемый обжигом до спекания при 1450°С минеральной смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняка) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.).

Контрактация (стяжение) — явление уменьшения абсолютного объема системы «цемент + вода» в процессе гидратации.

Пористая структура геля как самого важного продукта гидратации цемента оказывает влияние на механические свойства, проницаемость и морозостойкость цементного камня. Гелеподобная масса предопределяет специфические свойства цементного камня: усадку при твердении на воздухе, набухание в воде, особенности работы под нагрузкой и др.

Эттрингит (ЗСаО • А1₂О_э • 3CaS0₄ • 32Н₂0) присутствует в цементном камне в виде длинных игловидных кристаллов. Эти кристаллы и обусловливают раннюю прочность затвердевающего цемента. Заполняя поры цементного камня, эттрингит при оптимальной дозировке гипса повышает его механическую прочность.

Цементный камень, являющийся минеральным клеем, скрепляющим зерна заполнителя, должен обладать достаточной собственной прочностью и адгезией, т.е. хорошо сцепляться (срастаться) с зернами заполнителя. Эти свойства цементного камня зависят от качества и ко­личества новообразований при гидратации, объема и характера пор. 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 неорганических вяжущих веществ используют для изготовления бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожженных искусственных материалов и строительных растворов (кладочных, штукатурных и специальных).

При строительстве зданий и сооружений необходимо учитывать возможность коррозии цементного камня в бетоне, стойкость которого ниже стойкости плотных каменных заполнителей, 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 воздушные, гидравлические и автоклавного твердения. Воздушные вяжущие вещества способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе, гидравлические твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе, но и в воде, а вяжущие автоклавного твердения — способны затвердевать при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара.

Дата добавления: 2014-01-04