Вяжущие вещества довольно широко используются в строительстве в процессе приготовления различных по составу бетонов и растворов, для изготовления строительных конструкций и изделий.

Вяжущие вещества принято делить на две группы:

1. Органическая группа.

2. Неорганическая группа.

Для неорганических вяжущих веществ характерны следующие признаки:

1. Гидрофильность.

2. Способность при затворении водой образовать легко формующуюся тестообразную пластичную массу.

3. Способность переходить в твердое состояние из тестообразного (пластичного) состояния.

Неорганические вяжущие материалы

Неорганические вяжущие вещества включают воздушные, гидравлические и вяжущие автоклавного твердения.

Минеральные вяжущие вещества используемые широко в строительстве делят на три основные группы в зависимости от их основного свойства твердеть и длительно противостоять различным климатическим факторам:

1. Воздушные вяжущие вещества.

2. Гидравлические вяжущие вещества.

3. Кислотостойкие вяжущие вещества.

Воздушные вяжущие вещества

Воздушные вяжущие вещества способны при взаимодействии с водой твердеть и превращаться постепенно в камневидное прочное тело, способное длительное время сохранять свою прочность в воздушной среде. Если систематически увлажнять изделия и строительные конструкции изготовленные на основе воздушных вяжущих веществ они быстро теряют свою прочность и разрушаются. К воздушным вяжущим веществам принято относить магнезиальные и гипсовые вяжущие, воздушную известь и глину.

По химическому составу воздушные воздушные вяжущие делятся на четыре группы:

◊ Известковые вяжущие, состоящие главным образом из окиси кальция CaO;
◊ Магнезиальные вяжущие, содержащие каустический магнезит MgO;
◊ Гипсовые вяжущие основой которых является сернокислый кальций;
◊ Жидкое стекло -силикат натрия или калия (в виде водного раствора).

Гидравлические вяжущие вещества

Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность (или даже повышают ее) не только на воздухе но и в воде.По своему химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех окислов: CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3.

Эти соединения образуют три основные группы гидравлических вяжущих:

〉 Силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75%) из силикатов кальция. К ним относят и его разновидности-главные вяжущие современного строительства.

〈 Алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция, главным из них является глиноземистый цемент и его разновидности.

3. Строительный гипс (ГОСТ 125-79).

Гипс продается в мешках и бывает очень многих марок. От марки г-25 до марки г-5, что обозначает прочность на сжатие.Чем больше марка тем больше прочность, например гипс с маркировкой г-25-выдерживает прочность на сжатие до 25 кгс/см. Его недостаток состоит в том, что он имеет высокое водопоглощение при этом активно теряет в прочности.

Из гипса отливают различные фигурные формы, для оформления интерьеров домов.Также используется для изготовления различных блоков и плит используемые при кладке перегородок и вентиляционных шахт. Его хранят в мешках или навалом в сухих помещениях. Длительное время гипс хранить нельзя, потому что теряет в прочности и приходит в непригодность. Особенностью гипса является его способность к быстрому схватыванию.

Гидравлические вяжущие материалы

♣ Органические вяжущие материалы

К ним относят различные битумы и дегти темнокоричневого и черного цвета. Используют для устройства гидроизоляционных работ. органические вяжущие вещества водонепроницаемы, водостойки, эластичны и стойкие к атмосферным влияниям. При нагревании вяжущие способны размягчаться (разжижаться) а при охлаждении становятся более вязкими и даже твердыми.

В первую очередь в эту группу можно выделить природные битумы и битумы-продукты переработки нефти. По химическому составу битумы представляют собой высокомолекулярные соединения водорода, кислорода, азота и серы. Природные битумы могут образоваться в естественных условиях в результате отделения от нефти легких и средних по весу фракций (частей).

Но для нужд строительства используют главным образом твердые, полутвердые и жидкие нефтяные битумы (БН), которые делятся на дорожные, строительные и кровельные.

1. Битумы нефтяные строительные используют для различного вида строительных работ и выпускают следующих марок:

БН-50/50, БН-70/30, БН-90/10. Первая цифра показывает температуру размягчения а вторая показывает проникновение в битум иглы.

2. Битумы нефтяные кровельные используют как пропиточные составы для изготовления рубероида и различных покрывочных мастик. Широко используют в основном для производства кровельных работ. выпускают трех марок: БНК-90/180 пропиточный, БНК- 90/40 и БНК-90/30 покровные.

Пропиточные битумы имеют температуру размягчения 40-50 °С, в то время как для покровных битумов температура размягчения составляет 85-90 °С.

Битумы марок БН-50/50, БН-70/30, БН-90/10 соответствуют битумам ранее выпускаемых марок БН-III, БН-IV, БН-V.Гарантийный срок хранения кровельных нефтяных битумов -один год со дня изготовления.

2. Каменноугольный пек -черное твердое и вязкое вещество. Является продуктом перегонки каменноугольного дегтя и имеет разную температуру плавления:

мягкий-45-50 °С, средний-65-75 °С, и твердый-75-90 °С. Считается что, чем больше в пеке антраценового масла, тем он мягче и наоборот,чем меньше тем он тверже. В строительстве пек используют в смеси с тяжелым маслом для пропитки толя, для приготовления дегтевых мастик и других целей. При работе с пеком соблюдают осторожность так как при попадание на кожу мельчайшие его частицы вызывают ожоги. Лучшее время для работы с пеком это сумерки или пасмурная погода.

3. Каменноугольный деготь (каменноугольная смола) представляет собой черную маслянистую жидкость с резким запахом. Получают каменноугольный деготь на коксохимических заводах как побочный продукт при коксовании угля. Используют широко в дорожном строительстве и для приготовления простейших кровельных мастик.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Занятие №13

Минеральные вяжущие вещества применяются в качестве кладочных и штукатурных растворов. В зависимости от возможных условий формирования структуры искусственного камня в них выделяют воздушные (известь воздушная, гипс, магнезиальные вяжущие вещества - формирование искусственного камня происходит в сухой среде) и гидравлические - отличаются более сложным составом, искусственный камень образуется и сохраняется как в сухой, так и во влажной среде (гидравлическая известь и цементы: портландцемент, шлакопортландцемент, специальные цементы).

В большинстве случаев в строительстве применяют смеси минерального вяжущего вещества, воды и заполнителя. Необходимость использования заполнителя вызвана двумя основными причинами:

1) вяжущие вещества в смеси только с водой при отвердении имеют повышенную склонность к набуханию и усадке, что приводит к образованию трещин и разрушению конструкций. Заполнители уменьшают усадочные явления;

2) использование заполнителя уменьшает расход вяжущего вещества, а следовательно, и стоимость сооружений.

Смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка) называется строительным раствором, а смесь вяжущего вещества, воды, песка и крупного заполнителя (щебня, гравия) - бетоном.

При оценке качества минеральных вяжущих рассматривают следующие основные показатели.

1. Тонкость помола (дисперсность) определяют просевом навески вяжущего через сито со стандартным размером ячеек и характеризуют остатком на сите (в % массы пробы). Кроме того, тонкость помола оценивают удельной поверхностью порошка.

2. Водопотребность представляет собой количество воды в % массы вяжущего, необходимое для получения теста стандартной консистенции. Для различных вяжущих методики оценки консистенции различны, что, объясняется неодинаковыми способами укладки смесей в производственных условиях. Использование теста стандартной консистенции обеспечивает сопоставимые условия при определении сроков схватывания, прочности и других свойств вяжущих. Сроки схватывания показывают, как быстро вяжущее тесто теряет пластичность, становясь жестким и неудобообрабатываемым. Начало и конец схватывания определяют в значительной степени условно по изменению во времени глубины проникания иглы прибора Вика в тесто стандартной консистенции.

3. Прочность - это основная характеристика качества вяжущих веществ, по которой устанавливают их марку. Так как прочность вяжущих изменяется во времени, то марка находится по прочности, достигнутой за определенное время при твердении в условиях, зафиксированных в соответствующем стандарте. Для вяжущих, твердеющих с различной скоростью, марка контролируется в разном возрасте: для гипсовых вяжущих - после 2 ч твердения на воздухе, а для портландцемента - после 28 сут пребывания во влажных условиях.

Воздушная известь является местным вяжущим веществом. Ее получают обжигом при температуре 1000-1200 °С кальциево-карбонатных пород (известняка, мела и др.), содержащих не более 8 % глинистых примесей. Воздушная известь может выпускаться в виде кусков белого или серого цвета и называется комовой; или, если комовую известь измельчить, получается молотая известь. В порошкообразное состояние воздушная известь может превращаться гашением. Гашение извести протекает бурно, с выделением тепла и образованием гидроксида кальция по реакции:

СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 + 15,5 ккал.

Если для гашения взять 40-70 % воды от веса извести, то получается тонкий порошок, который называется гидратной известью.

В зависимости от содержания активных оксидов Са и Mg и непогасившихся зерен воздушная и гидратная известь делится на два сорта: I и II. Для воздушной извести содержание оксидов должно быть не менее 70 % для I сорта и 52% - для второго сорта, а для гидратной извести соответственно 55% и 40%.

Применяется известь для приготовления растворов для кладки и штукатурки, получения силикатного кирпича и смешанных цементов.

Строительный гипс (устаревшее название - алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня при температуре 120- 170 °С. В результате обжига происходит гидратация и двуводный гипсовый камень переходит в полуводное состояние по реакции: 2(CaSО 4 *2H 2 О) = 2(CaSО 4 *0,5H 2 О) + 3H 2 О.

Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим - начало схватывания 4-6 минут, а конец - 30 минут. Строительный гипс делится на три сорта: I, II и III. Для I сорта тонкость помола должна быть не более 15 %, для II сорта - 20 % и для III сорта - 30%. Предел прочности при сжатии соответственно 5,5 МПа, 4,5 МПа и 3,5 МПа.. Применяют строительный гипс при оштукатуривании помещений и получения сухой гипсовой штукатурки, перегородочных плит.

Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помолом и более высокой прочностью. Время схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин. Применяется формовочный гипс для скульптурных и лепных работ, изготовления форм для керамической промышленности.

Ангидритовый цемент получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700 °С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) он делится на четыре маркий, 10, 15, 20. Применяется для кладки и оштукатуривания внутренних стен и изготовления художественных изделий.

Недостатком гипсовых вяжущих является их низкая водостойкость, т.е. их можно применять в помещениях с влажностью не более 60-70%. Поэтому были разработаны более стойкие гипсовые вяжущие, к ним относятся полимергипс и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

Полимергипс получают при смешивании строительного гипса с фенольно-фурфурольной смолой (17-20 %). Этот материал в отличие от строительного гипса имеет высокую прочность на сжатие -30 МПа и большую водостойкость. Используется в производстве облицовочных плиток, а также для отделочных работ в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.

Магнезиальные вяжущие вещества получают путем обжига магнезита (MgCО 3) или доломита (CaCО 3 MgCО 3) при температуре 800-850 °С. Продукт обжига соответственно называется каустическим магнезитом или каустическим доломитом. Магнезиальные вяжущие хорошо сцепляются с древесными, асбестовыми и другими волокнами и применяются для получения теплоизоляционных материалов (фибролит), устройства теплых полов (ксилолит). Магнезиальные вяжущие затворяются не водой, а растворами солей хлористого и сернокислого магния. Начало затвердевания этого материала не ранее 20 мин и не позднее 6 ч. Магнезиальные вяжущие имеют высокий предел прочности на сжатие 40-60 МПа. Недостатком материала является малая водостойкость, поэтому он используется только в сухих условиях.

Портландцемент - основной вид гидравлических вяжущих веществ. Представляет собой тонкий порошок серого цвета с зеленоватым оттенком. Получается помолом обожженной до спекания при температуре 1450 °С смеси известняка (углекислый кальций) 75% и 25% глины. Портландцемент с необходимыми свойствами можно получить в том случае, когда содержание основных оксидов будет в следующих количествах: СаО - 60-67%, SiО 2 - 12-24%, Аl 2 О 3 - 4-7% и Fe 2 О 3 -2-6%. Вредными примесями являются MgO и SО 3 , содержание которых соответственно допускается не более 5 и 3,5%. Повышенное содержание их вызывает неравномерное изменение объема при затвердевании и повышает сульфатную коррозию.

По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяется на марки: 400, 500, 550 и 600. Начало схватывания Цемента должно наступить не ранее 45 минут, а конец - не позднее 10. ч от начала затворения. Остаток на сите № 008 не должен быть более 15%.

Шлакопортландцемент представляет собой портландцемент (20- 85 %) с добавками шлаков (15-80 %). По свойствам похож на портландцемент, но является более дешевым. Выпускается трех марок: 300, 400 и 500.

Жидкое стекло – это водный раствор силиката натрия, изготавливается путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Полученное стекло после дробления растворяют в воде.

В строительстве жидкое стекло применяют для защиты фундаментов от грунтовых вод, гидроизоляции стен, полов и перекрытий подвальных помещений, устройства бассейнов. Оно удачно подходит для склеивания и связки строительных материалов, изготовления кислотоупорных, огнестойких и огнеупорных силикатных масс. Им модно склеивать бумагу, картон, стекло, фарфор, пропитывать ткани, бумагу, картон, деревянные изделия для придания им большей плотности и огнестойкости. Жидкое стекло успешно используется для изготовления силикатных красок, клеев.

Лекция 17

Вяжущими материалами (или просто вяжущими) называют тонкодисперсные порошкообразные вещества или композиции веществ, образующие при взаимо­действии с жидкостями высокополимерные твердые материалы. В качестве вя­жущих материалов могут быть вещества органической, элементоорганической и неорганической природы. В качестве жидкости для неорганических вяжущих материалов обычно используют воду, иногда - ортофосфорную кислоту.

Алебастр. Встречающийся в природе гипс CaSО 4 ·2Н 2 О частичным обез­воживанием при 160°С переводят в так называемый жженый гипс - смесь CaSО 4 ·0,5Н 2 О и высокодисперсного CaSO 4 , или алебастр:

2CaSО 4 · 2Н 2 О = CaSО 4 · 0,5Н 2 О + CaSО 4 + 3,5Н 2 О

Жженый гипс довольно быстро за­твердевает, снова превращаясь в CaSО 4 ·2Н 2 О. Благодаря этому свойству гипс применяется для изготовления отливочных форм и слепков с различных пред­метов, а также в качестве вяжущего материала для штукатурки стен и потолков. Получают также гипсобетонные изделия, содержащие в материале кроме гипса различные наполнители. В хирургии при переломах используют гипсовые по­вязки.

Известковый раствор . Смесь гашеной извести с песком и водой называ­ется известковым раствором и служит для скрепления кирпичей при кладке стен. Гашеную известь применяют также в качестве штукатурки. Затвердевание извести происходит сначала из-за испарения воды, а затем в результате погло­щения гашеной известью диоксида углерода из воздуха и образования карбоната кальция:

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСОз + Н 2 О.

Вследствие небольшого содержания СО 2 в воздухе процесс затвердевания про­текает очень медленно, а так как при этом выделяется вода, то в зданиях, по­строенных с применением известкового раствора, долго держится сырость. При затвердевании известкового раствора также протекает процесс:

Са(ОН) 2 + SiО 2 = CaSiО 3 + Н 2 0.

Цемент. К важнейшим материалам, изготовляемым силикатной промышлен­ностью, относится цемент, потребляемый в огромных количествах при стро­ительных работах.

Обычный цемент (силикатцемент) получают путем обжига смеси глины с известняком. При обжиге цементной смеси карбонат кальция разлагается на диоксид углерода и оксид кальция; последний вступает во взаимодействие с глиной, причем получаются силикаты и алюминаты кальция.

Цементная смесь обычно приготовляется искусственно. Но местами в природе встречаются известково-глинистые породы - мергели, которые по составу как раз подходят к цементной смеси.

Химический состав цементов выражают обычно в процентах (масс.) содержащихся в них оксидов, из которых главными являются СаО, Аl 2 Оз, SiO 2 и Fе 2 Оз.

При замешивании силикатцемента с водой получается тестообразная, через некото­рое время затвердевающая масса. Переход ее из тестообразного состояния в твердое называется «схватыванием».

Процесс затвердевания цемента протекает в три стадии. Первая стадия заключается во взаимодействии поверхностных слоев частичек цемента с водой согласно схеме:

ЗСаО · SiO 2 + nН 2 О = 2СаО · SiO 2 · 2Н 2 О + Са(ОН) 2 + (n - 3)Н 2 О.

Из содержащегося в цементном тесте раствора, насыщенного гидроксидом кальция, последний выделяется в аморфном состоянии и, обволакивая цементные зерна, превра­щает их в связанную массу. В этом состоит вторая стадия - схватывание цемента. Затем начинается третья стадия - кристаллизация или твердение. Части­цы гидроксида кальция укрупняются, превращаясь в длинные игольчатые кристаллы, которые уплотняют массу силиката кальция. Вместе с тем нарастает механическая прочность цемента.

При употреблении цемента в качестве вяжущего материала его обычно сме­шивают с песком и водой; эта смесь называется цементным раствором.

При смешивании цементного раствора с гравием или щебнем получают бетон. Бетон - важный строительный материал: из него строят своды, арки, мосты, бассейны, жилые дома и т. п. Сооружения из бетона с основой из стальных балок или стержней называются железобетонными.

Кроме силикатцемента, выпускаются и другие виды цементов, в частности глинозе­мистый и кислотоупорный.

Глиноземистый цемент получают сплавлением тонко размолотой смеси боксита (природного оксида алюминия) с известняком. Этот цемент содержит в процентном отношении больше оксида алюминия, чем силикатцемент. Главными соединениями, входящими в его состав, являются различные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент затвердевает гораздо быстрее, чем силикатный. Кроме того, он лучше противо­стоит действию морской воды. Глиноземистый цемент гораздо дороже силикатцемента, поэтому он применяется в строительстве лишь в специальных случаях.

Кислотоупорный цемент представляет собой смесь тонко размолотого кварцевого песка с «активным» кремнеземистым веществом, обладающим высокоразвитой поверх­ностью. В качестве такого вещества применяют или трепел, подвергнутый предвари­тельно химической обработке, или искусственно полученный диоксид кремния. После прибавления к указанной смеси раствора силиката натрия получается пластичное те­сто, превращающееся в прочную массу, противостоящую всем кислотам, кроме фтороводорода.

Кислотоупорный цемент применяется в качестве вяжущего веще­ства при футеровке химической аппаратуры кислотоупорными плитками. В ряде слу­чаев им заменяют более дорогой свинец.

Магнезиальный цемент . Технический продукт, получаемый путем замеши­вания прокаленного при 800°С оксида магния с 30% (масс.) водным раствором хлорида магния, носит название магнезиального цемента (цемента Сореля). Та­кая смесь через некоторое время затвердевает, превращаясь в плотную белую, легко полирующуюся массу. Затвердевание можно объяснить тем, что основная соль, первоначально образующаяся согласно уравнению

MgO + MgCl 2 + H 2 O = 2MgCl(OH),

затем полимеризуется в цепи типа - Mg - О----- Mg – O – Mg -, на концах которых находятся атомы хлора или гидроксильные группы.

Магнезиальный цемент в качестве вяжущего материала применяется при из­готовлении мельничных жерновов, точильных камней, различных плит. Его смесь с древесными опилками (ксилолит) используют для покрытия полов.

Металлофосфатные вяжущие материалы . Широкое применение находят вяжущие материалы на основе оксидов различных металлов и ортофосфоной кислоты (или ее солей). Особенностями получаемых на их основе веществ являются повышенная адгезия к различным материалам, жаропрочность и жа­ростойкость.

Впервые фосфатные вяжущие материалы были применены в зубоврачебной практике (их так же, как и магнезиальный цемент, называют цементом Сореля) на основе гидрофосфата и гидроксофосфата цинка. Этот цемент получается из оксидов цинка, магния, кремния и висмута. Смесь после обжига измельчают в порошок и обрабатывают ортофосфорной кислотой. Образующаяся пластичная масса схватывается за 1-2 мин.

Растворы цинкфосфатных и алюмофосфатных связующих с мольным отноше­нием оксидов цинка и алюминия к оксиду фосфора (V) 1:5 после нанесения на древесину создают тонкослойное (толщиной менее 1 мм) покрытие, переводят древесину в категорию трудносгораемых материалов.

Производство алюмохромфосфатного вяжущего материала сводится к получению смеси соединений хрома (+3), гидроксида алюминия и ортофосфорной кислоты. Полученный вязкий прозрачный раствор зеленого цвета отвечает составу Аl 2 Оз·0,8Cr 2 O 3 ·3P 2 O 5 . На основе фосфатных связок разработаны антикоррозионные, огнезащитные и декоративные покрытия и краски, жаростойкие бетоны, обмазки, клеи и керамические огнеупорные, теплоизоляционные и конструкционные материалы.

Органические вяжущие материалы

Битумы – это вяжущие, состоящие из различных углеводородов и кислородных органических соединений азота и серы. Они растворимы в органических растворителях и подразделяются на природные и нефтяные. Битумы – сложные органические вяжущие, представляющие собой коллоидные системы, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой – асфальтены. Масляные фракции битумов состоят из углеводородов со средней молекулярной массой 600 а.е.м.. У смол она около 800 а.е.м.. Сера, кислород и азот входят в состав активных групп OH, NH, SH, COOH. В битумах имеются углеводороды метанового, нафтенового и бензольного рядов и представляют свыше нескольких сот тысяч соединений.

Свойства битумов оценивают по температуре размягчения, твердости и растяжимости, которые характеризуют их пластичность и способность связывать минеральные материалы. Парафины ухудшают свойства битумов, повышая хрупкость при низкой температуре. С течением времени происходит медленное изменение свойств битумов –их старение. Хрупкость и твердость битумов при этом возрастают.

Асфальт – смесь битума и тонко измельченных минеральных материалов, которые придают им прочность при изменении температуры. Разновидностями природных асфальтов являются горные смолы, асфальтиды, асфальтовые породы. В асфальтовых породах преобладают минеральные вещества типа известняков и песчаников (до70-80%). Асфальты получают также искусственно путем смешения порошкообразного известняка с битумом, количество которого колеблется в пределах от 13 до 60%.

Асфальтены – наиболее высокомолекулярные вещества природной нефти, массовый вес которых колеблется в пределах 600-6000а.е.м. В зависимости от химического состава нефти они могут находиться в виде истинных или коллоидных растворов. Асфальтены в основном состоят из С (80-86%), О(1-9%), N(lj 2%), S(0-9%),количество которых зависит от состава нефти. Асфальтены рассматривают как продукты конденсации нефтяных смол. Это темно-бурые порошки, легко растворимые в бензоле, хлороформе, сероуглероде, что используется для выделения из нефти и нефтепродуктов.

Асфальтовые растворы приготовляют из смеси нефтяного битума с тонкодисперсными минеральными добавками (известняк, шлаки, кварцевый песок и т.п.). Их включение в битумы повышает твердость и температуру размягчения раствора. Асфальтовые растворы водоенпроницаемы, атмосферостойки, достаточно прочны и применяются для покрытия тротуаров, нанесения гидроизоляции и защиты от коррозии.

Если в асфальтовый раствор ввести крупный заполнитель, то получают асфальтобетоны , которые затем укладывают в горячем виде при покрытии автодорог. На основе битумов и латексов производят рубемаст, стеклобит, стеклопласт, битумно-полимерный элабит, обладающий высокой эластичностью на холоде при большой механической прочности.

Новый рулонный гидроизоляционный материал фольгорубероид изготовляют из алюминиевой фольги, битумного вяжущего и картона. Он применяется для защиты и теплоизоляции трубопроводов при температурах от - 40 до +70 о С. Выпускается также битумная черепица различного цвета, стойкая в суровых климатических условиях.

Вяжущие вещества известны своим широким использованием в сфере строительства для приготовления бетонов и растворов, применяемых при возведении зданий, сооружений и прочих конструкций. Имеется множество их разновидностей, и сегодня мы вкратце коснемся основных существующих подгрупп.

Классификация вяжущих веществ

По своему происхождению они могут относиться к органической или неорганической группе. К первой принадлежат всевозможные битумы, смолы, дегти и пеки. Основная сфера их применения - изготовление кровельных покрытий, которые могут быть рулонного либо штучного типа, асфальтобетона и множества разнообразных гидроизоляционных материалов. Главное отличительное качество их - гидрофобность, то есть способность размягчаться и принимать рабочее состояние в процессе нагрева или при взаимодействии с какой-либо органической жидкостью.

Вторая группа - неорганические вяжущие вещества - состоит из извести, гипса и цемента. Все они востребованы в процессе приготовления бетонов и самых разных Внешний вид неорганических вяжущих веществ представлен тонкомолотым материалом, имеющим свойство в процессе затворения водой превращаться в жидко-пластичную тестообразную массу, твердеющую до состояния прочного камня.

Что для них характерно

Главные свойства вяжущих веществ неорганического происхождения - гидрофильность, пластичность при взаимодействии с водой и способность переходить к твердому состоянию из полужидкого тестообразного. Именно этим они отличаются от представителей первой группы.

По способу твердения неорганические вяжущие вещества считают воздушными, гидравлическими, кислотными и автоклавного твердения. Зависит это разделение от способности к длительному противодействию природным климатическим факторам.

Воздушные вяжущие вещества твердеют, взаимодействуя с водой и, образовав прочный камень, могут оставаться в таком состоянии в воздушной среде на протяжении долгого промежутка времени. Но если изделия и строительные конструкции, выполненные с их применением, подвергать регулярному увлажнению, то прочность эта достаточно быстро будет утеряна. Здания и сооружения такого типа легко подвержены разрушению.

Что входит в эту группу? Сюда традиционно относят гипсовые магнезиальные вяжущие вещества - глину, воздушную известь. Если рассмотреть их химический состав, то всю данную группу, в свою очередь, можно подразделить ещё на четыре. Это значит, что все воздушные вяжущие вещества относятся либо к известковым (на основе окиси кальция), либо к магнезиальным (в составе которых каустический магнезит), либо гипсовым вяжущим, созданным на основе сернокислого кальция, либо являются жидким стеклом - силикатом калия или натрия, существующим в форме водного раствора.

Переходим к "водным" материалам

Теперь давайте рассмотрим другую группу - гидравлические вяжущие вещества. Им свойственно твердеть, а также надолго сохранять прочностные характеристики в среде не только воздушной, но и водной. Химический состав их достаточно сложен и представляет собой соединение различных окислов.

Всю эту большую группу, в свою очередь, можно разделить на цементы силикатного происхождения, в составе которых около 75% силикатов кальция (главным образом речь идет о портландцементе с его разновидностями, данная группа составляет основу ассортимента современных строительных материалов) и другую подгруппу - алюминатных цементов на основе алюмината кальция (самые известные представители - все разновидности глиноземистого цемента). К третьей группе причисляют романцемент и

Какие вяжущие вещества относят к кислотостойким? Это - кислотоупорный кварцевый цемент, существующий в виде тонкомолотой смеси кварцевого песка с кремнием. Затворяется такая смесь водным раствором силиката натрия либо калия.

Характерной особенностью группы кислотостойких вяжущих является их способность, пройдя начальный этап твердения на воздухе, достаточно долго противодействовать агрессивному влиянию различных кислот.

Органика в строительстве

Другая большая подгруппа - органические вяжущие вещества (состоящая, как уже было упомянуто, в основном из разновидностей асфальта и битумных материалов) имеет совершенно иную природу. Тот же самый асфальт может быть искусственным либо природного происхождения. В составе его смешивается битум с представителями минералов в виде известняка или песчаника.

В строительной отрасли асфальт широко используют при прокладке дорог и возведении аэродромов как смесь песка, гравия или щебня с битумом. Такой же состав имеет асфальт, применяемый в виде гидроизоляции.

Что такое - органическое вещество (либо природное, либо искусственное), в составе которого - высокомолекулярные углеводороды или их производные, содержащие азот, кислород и серу. Сфера применения битумов весьма широка и варьируется от дорожного и жилищного строительства до предприятий химической отрасли и лакокрасочной промышленности.

Под дегтями понимают вяжущие вещества органического происхождения, в составе которых - ароматические высокомолекулярные углеводы и их производные - серные, кислотные и азотистые.

Их полезные качества

Основные требования, существующие для органической группы вяжущих, заключаются в обладании достаточной степенью вязкости в момент взаимодействия с твердой поверхностью, что позволяло бы проявиться высоким смачивающим и обволакивающим свойствам с образованием водостойкой пленки. Другое требование - способность сохранять данные качества на протяжении большого промежутка времени.

Эти вяжущие вещества применение свое нашли при прокладке дорог и городских улиц, ими покрывают аэродромы и автомобильные трассы, устраивают тротуары и полы в подвалах и зданиях промышленного назначения.

Рассмотрим теперь основные виды строительных материалов, принадлежащие к двум перечисленным группам. Напомним еще раз - неорганическая группа в основном подразделяется на те, что отвердевают на воздухе и те, что способны делать это в водной среде.

Вяжущие вещества - материалы для строительства

Всем хорошо известная глина относится к наиболее распространенным из вяжущих материалов, твердеющих в воздушной среде. Она нашла свое применение при возведении самых разных зданий. Представляет собой глина осадочную породу, существующую как смесь пылевидных частиц микроскопического размера с песком и мелкими глинистыми вкраплениями. Мельчайшие из них получили название тонкодисперсных. Именно их наличие позволяет при попадании во влажную среду превращаться в тестообразную субстанцию. Высохнув, данная пластичная масса легко застывает в заданной ей форме.

Если такую форму обжечь, то полученный камень искусственного происхождения обладает достаточно высокой прочностью. Как и другие минеральные вяжущие вещества, из-за различного состава глины могут быть разнообразных оттенков. Из растворов на их основе кладут камины, печи, а также формуют кирпичи. Они же могут быть тощими, жирными и средними. Глина-шамот обладает огнеупорными качествами, поэтому незаменима при устройстве каминов и печей.

Какой бывает известь

Другой очень известный и имеющий обширную сферу применения вяжущий материал называется воздушной строительной известью и бывают получен из горных пород а именно мела, доломитов, Основной окисел в ней может быть разным, в зависимости от этого воздушную известь принято делить на доломитовую, магнезиальную, кальциевую. Все три разновидности получают, обжигая в печи известняки соответствующего происхождения.

Может быть либо негашеной, либо гашеной (или гидратной). Последняя образуется в процессе гашения одной из трёх вышеперечисленных.

Если взглянуть на существующие известковые фракции, то можно отнести ее к комковой либо порошкообразной. представляет собой достаточно крупные пористые комки. В процессе гашения водой из неё образуется Чтобы "добыть" из комковой извести порошкообразную, следует произвести процесс гидратации (гашения), либо смолоть комки. Применяться она может как с добавками, так и без таковых. Добавками же служат шлаки, активные минералы и песок кварцевого происхождения.

Все о гипсе

Следующий материал - алебастр, он же гипс. Его получают, обрабатывая термическим путем измельченный Гипс твердеет, проходя три промежуточных этапа, состоящих из его растворения с последующей коллоидацией и затем кристаллизацией. При прохождении первой стадии образуется насыщенный раствор двуводного гипса. Твердея, он увеличивается в объеме и приобретает ровную белую поверхность.

Применяя красящие пигменты, возможно придать изделиям из гипса любые цветовые оттенки. Процесс схватывания данного вяжущего вещества в норме начинается по прошествии 4 минут от момента начала затворения. Конец застывания происходит в промежутке от 6 до 30 минут спустя.

В процессе схватывания смесь гипса и воды перемешивать и утрамбовывать запрещается во избежание риска потери вяжущих качеств. Марок гипса существует достаточно много, обозначаются они различными цифрами, характеризующими степень прочности при сжатии.

Продается он расфасованным в мешки разного объема. Гипс нашел самое широкое применение в оформлении интерьеров жилых домов и общественных зданий. Из него с давних пор принято отливать самые разнообразные фигурные формы. Хранить его следует исключительно в сухом помещении, причём срок хранения ограничен в связи с возможной потерей прочности как основного полезного качества.

И еще о гипсе

Строительный гипс выглядит как порошок цветом от сероватого до ярко-белого. Если смешать его с водой, начинается характерная реакция, при этом происходит нагревание смеси. В гипс принято добавлять специальные материалы, именуемые удерживающими добавками, назначение которых - улучшать консистенцию и сцепление с поверхностью во время оштукатуривания, а также слегка продлевать срок твердения.

Чтобы повысить объем материала без потери рабочих свойств, вводят наполнители (например, из вспученного перлита или слюды). Специальный высокопрочный гипс обжигают при высоких температурах, в процессе кристаллическая вода из него удаляется. Срок его твердения увеличен до 20 часов, а твердость гораздо больше, чем у прочих разновидностей.

Штукатурный гипс пропитывают и получают мраморный (ярко-белый, медленно твердеющий и применяемый для оштукатуривания внутренних поверхностей), причём при изготовлении в него вводятся различные наполнители и удерживающие добавки. Основной смысл большинства таких добавок - служить замедлителем схватывания. С целью производства внутренней штукатурки его готовят в штукатурных машинах с возможным добавлением определенных наполнителей, например, песка.

Из него же получают сухую штукатурку или гипсокартонные строительные плиты, также гипс применяют при заполнении швов между ними. Бывает гипс шпатлевочный, обладающий аналогичными свойствами.

Поговорим о цементах

Какими еще свойствами обладают гидравлические вяжущие вещества? Процесс их твердения, начавшийся в воздушной среде, продолжается в воде, причем прочность их сохраняется и даже растет. Характерными и наиболее известными представителями семейства гидравлических вяжущих являются, конечно же, цементы. Они маркируются в зависимости от прочности, а марка конкретного образца определяется установлением предельной нагрузки на изгиб и сжатие. Причём каждый из образцов должен быть изготовлен в принятой пропорции цемента и песка и пройти испытание на определённом сроке, составляющем 28 суток.

Скорость схватывания цемента тоже может быть разной - медленной, нормальной либо быстрой. Точно так же в зависимости от скорости твердения любой цемент может быть обычным, быстротвердеющим или особо быстротвердеющим.

В качестве примера в данной группе можно назвать портландцемент, существующий в виде мелкого порошка серого цвета с лёгким зеленоватым оттенком с возможным введением добавок, которые могут быть из гранулированного шлака (шлакопортландцемент).

О скорости твердения

Испытание качества (как и производство) вяжущих веществ ведется с соблюдением многочисленных стандартов. Для каждой из существующих групп разработаны ограничения, определяющие нормативное время начала и окончания схватывания, считая от момента водного затворения.

Другой цемент - глиноземистый - относится к быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. На вид это мелкий порошок коричневого, серого, зеленоватого либо черного цвета (в зависимости от метода обработки и исходных составляющих). По тонкости помола он слегка превышает портландцемент и требует несколько большего объёма воды.

Смешанные виды вяжущих веществ - те, что могут твердеть и в воздушной, и водной среде и применяются при производстве лишь неармированных бетонов или строительных растворов.

Битумы и сфера их применения

Что же касается самых популярных органических вяжущих, то семейство их включает в себя множество битумов и дегтей, имеющих цвета от черного до тёмно-коричневого. Традиционная сфера, в которой используются такие вяжущие вещества, - работы по гидроизоляции. Этот строительный материал водостоек, водонепроницаем, устойчив к атмосферным влияниям и весьма эластичен. Размягчить и перевести в жидкое состояние данную группу вяжущих можно нагреванием. При понижении температуры вязкость их возрастает и может быть полностью утрачена.

Данная группа, прежде всего, состоит из битумов природного происхождения, а также полученных при нефтяной переработке. Химический состав их - соединения молекул кислорода, водорода, серы и азота. В строительстве востребованы нефтяные битумы (жидкие, твердые и полутвердые).

По своему назначению их также можно причислить к одной из трех групп - кровельным, строительным либо дорожным. Из кровельных готовят пропиточный состав, производят рубероид и множество самых разных мастик.

Промышленные битумы твёрдых и упруго-твердых сортов производят высоковакуумным методом с дополнительными ступенями переработки, на которых масло кипит при высоких температурах. Особенно устойчивыми к перепаду тепла и холода считаются оксидированные. Существуют также смеси битумов полимерами, влияющими на степень их вязкости. Характерной особенностью всех видов служит способность к изменению консистенции в зависимости от температуры, причём разные фазы могут чередоваться неоднократно. На ней же основаны клеящие свойства семейства битумных вяжущих.

Чем они ценны

Степень расширения битумов под воздействием высоких температур по сравнению с минеральными материалами больше в 20-30 раз. Ценные качества их - водостойкость, устойчивость к солям, щелочам, агрессивным кислотам и стокам. В качестве примера может служить соль, которой посыпают снег зимой на улицах для таяния.

Понижается стойкость битумов органическими растворителями, маслами и жирами, от света, тепла и воздушного кислорода, которые окисляют их составляющие части. При нагревании мягкие частицы испаряются, и поверхность битумов твердеет.

Достоинствами их является низкая воспламеняемость, то есть данный материал не относится к огнеопасным. Нефтяные битумы не являются вредными для здоровья веществами и не классифицированы как таковые. В качестве других их свойств можно говорить о термовязкости, высокой теплоизоляции, хорошем смачивании.

Твердость битумов устанавливают глубиной проникновения погружаемой в них иглы (измеряется она в сотых миллиметра) при нормированной нагрузке за определённое время в условиях конкретной температуры. Переход между твердым и жидким состоянием у них носит скользящий характер и определяется точкой размягчения при низких температурах. Помимо того, они характеризуются, так называемой точкой разрушения - это термин, обозначающий температуру, при которой изгибаемый слой битума трескается либо разрушается.

Другие материалы

Какие еще вяжущие вещества органического происхождения можно назвать? Каменноугольными пеками, представляющими собой вязкую либо твердую черную субстанцию и служащими продуктом перегонки дегтя, пропитывают толь. Этот материал довольно опасен и при попадании на кожу может вызвать ожог. Работать лучше всего с ним пасмурную погоду или при низком освещении.

Каменноугольным дегтем называют вещество, выделяющееся в качестве побочного продукта при коксохимическом производстве. Он нашел свое применение в изготовлении мастики для кровли и дорожном строительстве.

Назначение вяжущих материалов - связать в монолитное целое все компоненты будущего изделия или конструкции. Различают два вида вяжущих материалов: твердеющие только на воздухе - воздушные и материалы, на свойства которых после начала схватывания вода не может оказать отрицательного воздействия, а в некоторых случаях оказывает даже положительное воздействие - гидравлические. К воздушным относятся глина, гипс и воздушная известь. К гидравлическим - гидравлическая известь и цементы.

Глина - это мягкая, мелкодисперсная разновидность горных пород. При разведении водой образует пластичную массу, легко подвергающуюся любому формообразованию. При обжиге глина спекается, твердеет и превращается в камневидное тело, а при более высоких температурах обжига расплавляется и может достичь стекловидного состояния.

В зависимости от примесей глина принимает разный цвет окраски. Наиболее ценный сырьевой вид глины - белая глина или иначе каолин.

Глина имеет свойство впитывать воду до определённого предела, после которого она уже не в состоянии её впитывать или пропускать через себя. Это свойство глины используется для создания насыпных гидроизоляционных слоёв.

В зависимости от стойкости глины к температуре выделяют глины легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные. Их температуры плавления соответственно от 13800С до 15500С и выше. Чистый каолин плавится при температуре выше 17500С.

Тугоплавкие глины служат сырьём для изготовления огнеупорных материалов.

Известь получают путём обжига известняка при высоких температурах. Полученную таким образом известь называют известь-кипелка за то, что при контакте с водой идёт активное выделение углекислого газа. Этот процесс называют «гашением». Для большинства случаев применения извести она должна быть «погашена».

Погашенная известь превращается в тесто, которое можно хранить много лет. От продолжительного хранения свойства извести могут даже улучшиться.

Для получения вяжущего раствора известковое тесто смешивают с песком. Такой раствор используют при кладке фундаментов под печи, дымовых труб и применяют для оштукатуривания стен домов и печей.

Гипс получают путём обжига горной породы - гипсового камня и последующего измельчения продукта обжига. Гипс существенно уступает цементу по прочности изделий, полученных при его использовании в качестве вяжущего материала, а также уступает ему в гигроскопичности - способности противостоять прониканию влаги в тело конструкции. Поэтому гипс применяют в конструкциях и растворах, работающих внутри помещений. Гипс бывает марки А - быстротвердеющий (конец схватывания - менее 15 мин) и марки Б - нормальнотвердеющий (конец схватывания - 30 мин). Гипс служит основой растворов для заделки мелких неровностей и трещин бетонных плоскостей стен и потолочных перекрытий, а также оштукатуривания печей.

Цемент - наиболее распространённый вяжущий материал, позволяющий получать изделия и конструкции высочайшей прочности. Цемент - результат мелкодисперсного измельчения продуктов спекания одного из видов глины - мергеля или смеси известняка и глины. Процесс спекания ведётся в специальных печах.

При измельчении к продуктам спекания делаются дозированные добавки гипса, шлака, песка и других компонентов, что позволяет получать цемент с самыми различными свойствами.

В зависимости от исходного сырья и введённых добавок цементы подразделяют на портландцементы и шлакопортландцементы. Среди портландцементов выделяют быстротвердеющие и портландцементы с минеральными добавками.

Бетонные конструкции, в которых используется та или иная марка цемента, могут приобретать уникальные свойства. Прежде всего, это особо прочные бетоны, например, для взлётных полос аэродромов и ракетно-стартовых площадок, морозо-, огне- и солеустойчивые марки.

Для обозначения максимальных прочностных качеств цемента применяется понятие «марка». «Марка 400» обозначает, что в заводской лаборатории при пробном испытании затвердевшего цементного кубика с ребром 100 мм при раздавливании на прессе он выдержал нагрузку не менее 400 кг/см2. Наиболее распространёнными являются марки от 350 до 500. Изготавливается цемент до 600-й и даже 700-й марки.

Все цементы имеют достаточно быстрое время твердения. Начало твердения-схватывания лежит в пределах 40-50 мин, а конец твердения - около 10-12 часов.

Ниже приводится краткое описание наиболее широко применяемых в строительстве цементов.

Портландцемент 400-Д20 рекомендуется для производства монолитных, бетонных и железобетонных конструкций, сборных железобетонных изделий, строительных растворов.

Портландцемент 500-Д5 применяется для строительства гидротехнических сооружений, для производства высокопрочных сборных железобетонных конструкций, монолитных железобетонных сооружений, аварийных ремонтных работ при высокой начальной прочности.

Сульфатостойкий цемент. Применяется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся действию сульфатных вод преимущественно в условиях переменного горизонта воды при систематическом замораживании и оттаивании, или увлажнении и высыхании, а также свай, сооружений опор, мостов, предназначенных для службы в минеральных водах.

Напрягающий цемент. Применяется при строительстве и ремонте подземных ёмкостных сооружений, бассейнов, подвалов, подземных гаражей, безрулонной эксплуатируемой кровли, транспортных и коммуникационных тоннелей, в том числе тоннелей метро; полов общественных зданий, трещиностойких водонепроницаемых стыков, швов всех видов, восстановления их водонепроницаемости.

Тампонажный цемент. Применяется для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

Высокоглинозёмистый цемент ВГЦ . Использование ВГЦ обеспечивает бетонам и растворам быстрое твердение и высокую прочность в ранние сроки, стойкость в агрессивных средах и высокую огнеупорность. Эти свойства делают высокоглинозёмистый цемент ценным материалом при проведении восстановительных работ - при прорывах плотин, труб, для ремонта дорог и мостов, при срочном возведении фундаментов. Большой диапазон рабочих температур (до 1750оC) позволяет широко использовать ВГЦ для футеровки шахтных колодцев, тепловых агрегатов чёрной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, керамической цементной промышленности.

Белый и цветной цемент. Применяется для архитектурно-отделочных и скульптурных работ, покраски кирпичных, шлакоблочных, бетонных и др. оштукатуренных частей здания и сооружений. Белый и цветной цемент - это прочный и долговечный материал, не содержит вредных добавок и хлористых соединений.

Более подробно остановимся на супербелом портландцементе .

Его производитель - датская компания «Ольборг Портланд», многие годы известна на рынке строительных материалов. Фирма выпускает несколько видов обычного цемента. Но наиболее важным продуктом здесь считают всё же супербелый портландцемент. В данный момент этот вид цемента поставляется более чем в 70 стран мира и находит там самое широкое применение, от строительства до реставрации.

Его популярности способствует не только достаточно эксклюзивные свойства, но и широкие возможности применения. Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным.

Его использование позволяет получить уникальный продукт с вкраплениями мрамора - «Тераццо», из которого изготавливают различного вида плитки, напольное покрытие, а также лестничные марши. Более того, тот факт, что белая поверхность является более светоотражающей, чем серая, позволяет использовать белый цемент для изготовления ступеней, лестниц, уличных и тротуарных плит и блоков, барьеров безопасности, тоннельных скатов и т. д. Наконец, супербелый портландцемент применяется в известковом растворе, красках на цементной основе, штукатурках, а также в производстве сухих смесей. Именно как составляющий компонент в сухих смесях белый цемент более всего и известен на российском строительном рынке.

Остальные его качества ещё не в полной мере используются отечественными строителями. А все попытки производить продукцию подобного качества непосредственно в нашей стране положительных результатов не дали. Компания «Ольборг Портланд» использует для производства супербелого цемента сверхчистый известняк и тонкомолотый песок. Поэтому неудивительно, что датский супербелый цемент согласуется с местными стандартами на всех рынках его сбыта.