Раздел 4. Вяжущие материалы

Глава 8. Неорганические вяжущие вещества

8.1. Общие сведения

Вяжущими веществами называют материалы, способные в опреде­ленных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) образо­вывать пластично-вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает. Пере­ходя из пластично-вязкого состояния в камневидное, вяжущие веще­ства могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Это свойство вяжущих используется для получения бетонов, строительных растворов различного назначения, силикатного кирпича, асбестоцемента и других безобжиговых искус­ственных каменных материалов.

Начало использования человеком вяжущих открыло новую эпоху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помощью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конст­рукции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому.

Следующим важным шагом в применении вяжущих стала идея непосредственного изготовления смеси вяжущих, песка и мелких камней и укладка ее в форму с целью получения искусственного камня заданной формы — так родился бетон. Аналогичная идея заложена в отделочных штукатурных растворах — смеси вяжущего и песка, ис­пользуемых для выравнивания поверхностей и придания им вида монолитного камня. Вероятно, первым вяжущим была глина, потом появились известь и гипс. В наше время в руках строителей есть широкая гамма разнообразных вяжущих веществ.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на:

• неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др.), кото­рые для перевода в рабочее состояние затворяют водой (реже водными . растворами солей);

• органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олиго-меры), которые переводят в рабочее состояние нагревом, с помощью органических растворителей или сами они представляют собой вязко-пластичные жидкости.

В строительстве в основном используют неорганические (мине­ральные) вяжущие вещества, рассматриваемые в этой главе. Далее для

краткости неорганические вяжущие вещества будут называться просто вяжущим. Органические вяжущие подробно рассматриваются в гл. 9. Подавляющее число неорганических вяжущих способно твердеть самопроизвольно, без создания каких-либо условий. Однако находят применение и вяжущие автоклавного твердения, способные твердеть только в среде насыщенного водяного пара при температуре 150...200° С и при повышенном давлении (в автоклаве). К последним относятся известково-кремнеземистые, известково-зольные, иззеетково-шлако-

вые и другие вяжущие.

Главным качественным показателем вяжущих является отношение к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и

гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу можно выделить четыре группы воздушных вяжущих: 1 — известковые, состоящие, в основном, из гидрооксида кальция Са(ОИ)₂; 2 — гипсовые, состоящие из сульфата кальция (CaSO₄ • 0,5Н₂О или CaSO₄); 3 — магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния MgO; 4 — жидкое стекло — раствор силиката натрия или калия. Последнее из-за способ­ности сохранять прочность в кислых средах называют кислотоупорным

вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. По химическому составу гидравлические вяжущие представляют собой сложные систе­мы, состоящие в основном из соединений четырех оксидов: СаО — SiO₂ — А1₂О₃ — Fe₂O₃. Эти соединения образуют основные типы гид­равлических вяжущих (приводятся в исторической последовательно­сти): 1 — гидравлическая известь и романцемент; 2 — силикатные цементы, состоящие преимущественно (> 75 %) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности; это главные вяжущие в современном строительстве; 3 — алюминатные цементы, состоящие в основном из алюминатов кальция; это — глиноземистый цемент и его разновидности; 4 — вяжущие эттрингитового типа, ос­новными компонентами которых являются алюминаты кальция и сульфат кальция; к ним относятся расширяющиеся и безусадочные

цементы.

Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и

гидравлических,— прочность и скорость твердения.

Прочность вяжущих изменяется во времени, поэтому ее оцениваю! по прочности (обьино на сжатие и изгиб) стандартных образцов, твердевших определенное время в условиях, установленных стандар­том. По этим показателям устанавливают марку вяжущего. Например марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов и: гипсового теста спустя 2 ч после их изготовления, а портландцемент!

— по прочности образцов из цементно^песчаного раствора — через 28 суток твердения во влажных условиях при температуре (20 ± 2)° С.

Скорость твердения — другая не менее важная характеристика вяжущих. Очень высокой скоростью твердения обладают гипсовые вяжущие: они полностью затвердевают за несколько часов; очень медленно твердеет воздушная известь: процесс ее твердения длится сотни лет.

В процессе твердения строители различают две стадии: схватывание и набор прочности (собственно твердение). Такое членение процесса имеет весьма условный характер, но оно удобно для практических целей.

Схватывание — потеря тестом вяжущего пластично-вязких свойств. Момент, когда появляются признаки загустевания теста, т. е. оно начинает терять пластичность, говорит о начале схватывания. Момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончательно теряя пластичность, но не приобретая еще практически значимой прочности, называют концом схватывания. Сроки схватывания гипса 4...30 мин, портландцемента — несколько часов. Схватывание — явление, харак­терное для вяжущих, твердеющих по физико-химическому механизму (гипс, цементы). У простейших вяжущих (глина, известь), твердеющих в результате испарения воды, этап схватывания отсутствует.

Сроки схватывания необходимо знать, так как все работы со смесями на основе вяжущих должны заканчиваться до начала их схватывания, пока они не потеряли пластичности. Повторное перемешивание после схватывания, особенно с добавлением воды, может привести к существенному снижению прочности материала на этом вяжущем.