Тема 4.6. Мінеральні в’яжучі речовини

Мінеральними в’яжучими речовинами називають тонкоперемелені порошки, які утворюють при змішуванні з водою пластичне тісто, що під дією фізико-хімічних процесів переходить в каменеподібний стан. Ця властивість в’яжучих речовин використовується для приготування на їх основі розчинів, бетонів, необпалюваних штучних кам’яних матеріалів та виробів.

Мінеральні в’яжучі матеріали поділяють на повітряні та гідравлічні. Повітряні в’яжучі речовини твердіють, довго зберігають і підвищують свою міцність тільки на повітрі. До них відносяться гіпсові та магнезійні в’яжучі, повітряне вапно і кислотостійкий цемент. Гідравлічні в’яжучі речовини здатні твердіти і довго зберігати свою міцність не тільки на повітрі, а й у воді. До гідравлічних в’яжучих речовин відносяться портландцемент і його різновидності, пуццоланові і шлакові в’яжучі, глиноземний і розширюючийся цементи, гідравлічне вапно та романцемент.

Наряду з цим є в’яжучі речовини, які ефективно тверднуть тільки в автоклавах.

Будівельне вапно

Будівельне вапно отримують шляхом обпалювання кальцієво-магнієвих гірничих порід – крейди і вапняків. В результаті обпалювання при 1000 – 1200 ºС утворюється грудкове вапно (CaO, MgO). Після обпалювання проводять розмелювання грудкового вапна і отримують негашене мелене вапно або проводять гашення грудкового вапна водою і отримують гашене вапно.

Негашене мелене вапно можна застосовувати без попереднього гасіння. При цьому використовується тепло, що утворюється при гашенні вапна, збільшується міцність, водостійкість та щільність виробів. Мелене негашене вапно не можна зберігати тривалий час, тому що воно поступово гаситься вологою повітря і втрачає свою активність.

Гашення вапна проводиться водою: СаО + Н₂О = Са(ОН)₂. Процес супроводжується виділенням великої кількості тепла і пари. Об’єм вапна збільшується в 2 – 3 рази. Збільшуючи кількість води отримують вапняне молоко.

Вапняний розчин з піском на повітрі поступово твердне, перетворюю-чись в штучний камінь. При цьому дрібні частинки Са(ОН)₂ зростаються між собою і утворюють каркас, що оточує зерна піску. Розчин твердне тим швидше, чим інтенсивніше випаровується вода.

Будівельне вапно застосовується для виробництва силікатної цегли, силікатних і піносилікатних блоків, для виготовлення будівельних розчинів і сумішей та для біління будівель і споруд. Розчини та вироби на повітряному вапні не варто застосовувати у вологих приміщеннях і при будівництві фундаментів, тому що вони не водостійкі.

Гіпсові в’яжучі речовини

Сировиною для виробництва гіпсових в’яжучих речовин є природній гіпсовий камінь CaSO₄·2Н₂О та природній ангідрит CaSO₄. Будівельний гіпс отримують шляхом теплової обробки гіпсового каменю при 110 – 180 ºС та дрібним розмелюванням. Такий гіпс при розмішуванні з водою протягом 4 – 30 хв. твердне. Твердіння гіпсу можна пришвидшити за рахунок нагрівання до 65 ºС. Для сповільнення твердіння до складу гіпсу вводять певні реагенти. Застосовується будівельний гіпс для виробництва гіпсових та гіпсобетонних будівельних виробів для внутрішнього застосування, а також для виробництва гіпсоцементнопуцоланових в’яжучих речовин.

При нагріванні природного гіпсу під тиском 0,2 – 0,3 МПа з наступним сушінням при 160 – 180 ºС отримують модифікований високоміцний гіпс.

Шляхом обпалювання природного гіпсу при температурі 600 – 700 ºС з додаванням каталізаторів (вапно, доменний шлак та ін.) отримують ангідритовий цемент. Тверднути такий цемент починає через півгодини і продовжується процес твердіння до 24 годин. Випускається ангідритовий цемент марок М50, 100, 150 та 200.

Різновидністю ангідритових цементів є високообпалюваний гіпс, який обпалюється при температурі 800 – 1000 ºС. Такий гіпс має більш високу морозостійкість і водостійкість, меншу тепло- і звукопровідність. Застосовується для будівельних розчинів, мозаїчної підлоги та виготовлення штучного мармуру.