4. Зв’язувальні будівельні речовини, технології їх виробництва.

В’яжучі матеріали за походженням бувають мінеральними і органічними.

Мінеральні – це порошкові неорганічні речовини, які у суміші з водою утворюють в’язкопластичне тісто, що з часом затвердіє, втрачаючи пластичність.

Сюди належить вапно, рідинне скло, глина, силікатний клей, замазки - що затвердіють на повітрі і ті, що затвердівають на повітрі і в воді - це цемент, який виготовляють на основі портлайдцементного клінкеру або глиземного клінкеру.

За стандартом випускаються такі марки цементу: 200, 250, 300, 400 , 500, 600 і 800. Чим вище марка цементу, тим міцніший бетон можна виготовити. Після змішування з водою цемент, якщо суміш не перемішувати, через 45 хвилин починає схвачуватись (затвердівати). Повне затвердіння наступає через 12 годин. Після цього цемент продовжує набирати міцність ще 28 днів. При чому міцність зростає при поливанні водою.

Органічні в’яжучі матеріали – це бітуми та бітумні матеріали (бітуми з різними наповнювачами, частіш за все – пісок). Бітум – це побічний продукт при перегонці вугілля і нафти. Використовують бітуми при спорудженні дахів, як захисний шар, що не пропускає вологи. До органічних в’яжучих матеріалів відносять також смоляні та дьогтьові матеріали і мастики.

Технологія виготовлення цементу. Цемент належить до гідравлічних зв’язувальних речовин. Промисловість будівельних матеріалів виробляє різні види цементу, найбільше портландцементу (назва походить від міста Портленд, що знаходиться у Великобританії). Крім портландцементу виробляють шлаковий цемент, глиноземний цемент тощо.

Портландцементом називають порошок помеленого цементного клінкеру, який отримують випалюванням аж до спеченого стану суміші вапняку (75-78%) і глини (22-25%) або їх природної суміші - мегрелів.

Технологія виготовлення портландцементу складається з трьох основних стадій:

1. Підготовлення вапняку, глини, а потім їх суміші;

2. Випалювання суміші для отримання цементного клінкеру;

3. Подрібнення цементного клінкеру на порошок і додавання добавок.

Підготовлення сировини до випалювання проводять двома способами: сухим і мокрим. Відповідно способи виробництва портланд­цементу поділяють на сухий і мокрий.

У ході сухого способу сировину (вапняк та глину) вологістю до 10% після попереднього подрібнення на вальцях решетують на решетах і розмелюють у кульових млинах. Отримані порошки ретельно перемішують у змішувачі і після відстоювання у відстійниках для вирівнювання хімічного складу подають у піч для випалювання.

У ході мокрого способу подрібнену глину (3-5 мм) перемішують із водою в залізобетонних резервуарах для отримання суспензії. Глиняну суспензію та подрібнений вапняк (3-5 мм) подають у трубовий млин, де за допомогою сталевих куль суміш розмелюють і перемішують. Трубові млини безперервної дії. Розмелена суміш надходить до відстійника для відстоювання (вирівнювання хімічного складу суміші). Після відстоювання суміш подають до печі для випалювання.

Паливо

Випалюють вапняково-глиняні суміші в обертових печах безперервної дії.

Повітря

на розмелювання

Рис. 105. Схема обертової печі для випалювання цементного клінкеру: /- димохід: 2- шнек: 3- піч: 4- холодильник

Довжина печей - 95, 185, 230 м, діаметр - 5-7 м. Піч встановлена з невеликим нахилом і обертається зі швидкістю 0,016 с.

Сировину подають у трохи підняту частину печі, паливо спалюють в опущеній частині печі. Газові речовини, які утворилися у процесі горіння палива, і випалювальна вапняково-глиняна суміш рухаються назустріч одна одній. Під час зустрічі цих потоків спочатку випаровується полога і висушується сировина. Потім розкладаються гідрати, карбонати й утворюються оксиди. Ці реакції відбуваються в зоні печі, нагрітій до температури 700-1100°С. За цих умов вапняк розкладається.

У тій самій зоні печі глинисті мінерали розкладаються на оксиди SіО₂, АІ₂О₃, Ге₂О₃, які вступають у реакцію з СаО за температур 1100-1300°С і утворюються мінерали: 2СаО-SіО₂, ЗСаО'Аl2Оз, 4СаО-Аl₂Оз'Ре₂Оз- І, нарешті, за температури 1300-1450°С утворюється основний мінерал майбутнього цементу - аліт (ЗСаО'SiО₂).

У процесі спікання мінералів утворюється клінкер у вигляді кульок розміром 15 мм, які викочуються з печі в її опущеній частині і надходять до холодильника для охолодження, а звідти - на склад для вилежування. На складі клінкер вилежується протягом двох тижнів. За цей час надвишок вапна (СаО), яке міститься в клінкері, гаситься вологою, яка є в атмосфері складу:

СаО + Н₂О -> Са(ОН)₂ + 0 .

У процесі гасіння виділяється велика кількість теплоти (О), клінкер стає рихлим, що полегшує його розмелювання.

Розмелюють клінкер разом з допоміжною сировиною в кульових млинах. Готовий портландцемент зсипають у залізобетонні силоси-сховища для охолодження. Потім його фасують у тару. Транспортують цемент у закритій тарі, зберігають у сухих складах.

Необхідно пам'ятати, що активність цементу з часом зменшується. Так, за три місяці зберігання вона зменшується майже на 20%, за півроку - на 30%, за рік - на 40%.

Затрати на сировину становлять 25% собівартості цементу. Використання відходів і побічної продукції промислових підприємств (жужелиці, шлаків тощо) зменшує собівартість цементу на 35-40%.

Виробництво цементу енергомістке. На виготовлення 1 т цементу витрачається 240 кг твердого палива. 40% електроенергії, яку витрачають на цементному заводі, йде на розмелювання клінкеру.

Силікатні (автоклавні) матеріали. До силікатних матеріалів належіть силікатний бетон і силікатна цегла. Силікатну масу виготовляють шляхом перемішування вапна, кварцевого піску і води шляхом формування з наступною термічною обробкою в автоклавах при температурі 175 - 200ºC і тиску 0,8 - 1,2 МПа.

Силікатний бетон - різновид бетону без цементу. Він дозволяє знизити вартість будови за рахунок відсутності в’яжучого матеріалу.

Застигає силікатний розчин повільніше ніж цементний – протягом місяця, а при зрошуванні може зберігати свої в’яжучі властивості і довше.

Силікатну цеглу виготовляють двома способами: барабанним і силосним.

Силікатна цегла (біла) дешевша керамічної (червоної). Але показники водостійкості і морозостійкості у силікатної цегли нижчі, ніж у керамічної. Окрім того, силікатна цегла менш довговічна, особливо у вологому середовищі.

Азбоцементні матеріали. Азбоцемент – це цемент, зміцнений азбестовим волокном. Він легкий, вогнестійкий, атмосферостійкий, легко формується. Міцність – вища ніж у бетону.

Вироби із азбоцементу: труби, плити, шифер. Виробництво цих виробів дозволяє економити метали. Окрім того вироби з азбоцементу дешевші ніж вироби із металу і більш довговічні. Останнє особливо торкається труб.