4.1. Неорганические вяжущие вещества.

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 способно со временем затвердевать , переходя в камневидное состояние. Это свойство вяжущих используется для получения бетонов, строительных растворов, силикатного кирпича, асфальтобетона, асбестоцемента и других безобжиговых строительных материалов.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делятся на органические ( переводимые в рабочее состояние нагревом или растворением в органических растворителях - битумы, дегти, полимеры) и неорганические ( затворяемые водой или растворами солей - известь, цементы, гипсовые вяжущие и т.д.).

Неорганические вяжущие вещества - делятся на воздушные вяжущие , которые способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе

( воздушная известь , гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло);

гидравлические вяжущие , которые способны набирать и длительно сохранять прочность не только на воздухе , но и в воде ( гидравлическая известь и романцемент, силикатные цементы, алюминатные цементы) и вяжущие автоклавного твердения, которые способны твердеть только в среде насыщенного водяного пара при температуре 150...200 ^оС и при повышенном давлении ( известково-

24

кремнеземистые, известково-зольные, известково-шлаковые и др.).

Наиболее важные показатели качества вяжущих - прочность и скорость твердения.

Прочность вяжущих зависит от многих факторов и изменяется во времени , поэтому ее оценивают по прочности стандартных образцов ( обычно на изгиб и на сжатие) твердевших определенное время в определенных условиях. По этим показателям устанавливают марку вяжущего . Например марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов изготовленных из теста нормальной густоты через 2 часа твердения на воздухе. Марка портландцемента - по прочности образцов из цементно-песчаного раствора ( с соотношением по массе цемент:песок=1:3) нормальной консистенции через 28 суток твердения при температуре (202 ) ^оС в воде.

В процессе твердения обычно различают две стадии : схватывание ( потеря тестом из вяжущего вязко-пластичных свойств) и набор прочности ( собственно твердение)

4.2. Примеры решения задач по неорганическим вяжущим веществам.

Задача №15.

Сколько потребуется гидратной извести для приготовления 1 м³ известкового теста с плотностью 1400 кг/м³. Истинная плотность гидратной извести 2000 кг/м³.

Решение.

Массу гидратной извести в 1 м³ известкового теста обозначим X кг, тогда масса воды необходимой для получения теста с плотность 1400 кг/м³ составит В=1400 - X, кг. Так как сумма абсолютных объемов извести и воды равна 1 м³, а абсолютный объем вещества это

V_a = m/,

то

X/2000 + (1400- X) /1000=1.

Отсюда выражаем X и получаем , что требуемая масса извести равна 800 кг.

Задача №16.

Определить выход известкового теста по массе и по объему из 1 т негашеной извести с активностью 70 %. Содержание воды в известковом тесте должно быть 50 %, плотность известкового теста 1400 кг/м³.

Решение.

При действии воды негашеная известь гидратируется согласно уравнению реакции :

25

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

Из 1 т комовой извести с активностью 70 % в реакцию гидратации вступит :

m_CaO= 1^70/100 = 0,7 т= 700 кг.

Молекулярные массы оксида и гидроксида кальция соответственно равны 56 и 74. Выход гашеной извести с учетом 1000 - 700 = 300 кг неактивных примесей в составе негашеной извести составляет :

700 ^74/56+ 300 = 1225 кг.

Так как в составе известкового теста должно быть равные массовые доли извести и воды , выход известкового теста по массе составит 1225 ^2=2450 кг.

Выход теста по объему составит:

V_т= m_т/_т= 2450/1400= 1,75 м³.

Задача №17.

Вычислить , сколько получится строительного гипса после обжига 10 т гипсового камня.

Решение.

При обжиге гипсового камня протекает реакция дегидратации по уравнению:

10 т X

CaSO₄^2H₂O = CaSO₄^0,5 H₂O + 1,5 H₂О.

172 145

Млекулярные массы двуводного и полуводного сульфата кальция соответственно равны 172 и 145. Выход строительного гипса составит:

X= 10^145/ 172=8,43 т.

Задача №18.

Определить модуль жидкого натриевого стекла следующего состава ( масс. долей) : Na₂O - 11,96% , SiO₂ - 30,89 %. Вычислить количество кремнефторида натрия Na₂SiF₆ , необходимого для связывания 10 кг такого жидкого стекла.

Решение.

Модуль жидкого стекла m определяется из соотношения:

m=(SiO₂/Na₂O)^M Na₂O/M SiO₂,

26

где - M Na₂O/M SiO₂=1,032 отношение молекулярной массы оксида натрия к молекулярной массе оксида кремния;

m=(30,89 / 11,96) ^1,032=2,67.

Образование геля кремниевой кислоты при взаимодействии жидкого стекла с кремнефторидом натрия происходит по уравнению

10 кг X

2(Na₂O_*mSiO₂) + Na₂SiF₆ =(2m+1) SiO₂ + 6 NaF.

444 188

Молекулярная масса кремнефторида натрия - 188. Молекулярная масса с учетом силикатного модуля равна 444. Для связывания 10 кг натриевого жидкого стекла необходимо :

X=10^188/444=4,23 кг Na₂SiF_6.

Задача №19.

Для получения портландцементного клинкера обжигают смесь из трех частей известняка и одной части глины. Химический состав известняка и глины, масс. % :

	CaO	SiO2	Al2O3	Fe2O3
Известняк	62	5	2	0,5
Глина	2	52	10	4

Соответствует ли состав сырьевого шлама пределам, установленным для основного, силикатного и глиноземистого модулей?

Решение.

Модуль основности:

М_о= CaO/(SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃);

Силикатный модуль :

М_с= SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃);

Глиноземистый модуль :

М_г= Al₂O₃/Fe₂O₃.

27

С учетом соотношения известняка и глины в сырьевом шламе:

М_о=(3^62+2)/3^(5+2+0,5)+52+10+4 =2,1;

М_с= (3^5+52)/3^(2+0,5) +10+4 =3,1;

М_г=(3^2+10)/3^0,5+4 =2,9.

Для получения портландцементного клинкера модуль основности сырьевого шлама должен находиться в пределах от 1,9 до 2,4, силикатный модуль - от 1,7 до 3,5, а глиноземистый модуль - от 1 до 3. Следовательно состав сырьевого щлама соответствует этим требованиям.

Задача №20.

Определить пористость цементного камня, если цементное тесто при затворении содержало 0,28 масс. частей воды на 1 масс. часть цемента , а количество связанной воды составляет 0,20 масс. части на 1 масс. часть цемента. Истинная плотность цемента - 3100 кг/м³.

Решение.

Цементное тесто состоит из 1 масс. части цемента и 0,28 масс. частей , цементный камень - из 1 масс. части цемента и 0,20 масс. части химически связанной воды.

Абсолютный объем цементного теста :

V_a^цт =m_ц/_ц + m_в/_в=1/3100+0,28/1000=6,0^10^-4 об.ч.

Абсолютный объем цементного камня :

V_a^цк =m_ц/_ц + m_св.в/_в=1/3100+0,20/1000=5,2^10^-4 об.ч.

Объем пор в цементном камне, образующихся вследствие испарения несвязанной воды:

V_п^цк=V_a^цт -V_a^цк=6,0^10^-4-5,2^10^-4=0,8_*10^-4 об.ч.

Так как в условии задачи не указано на возможную усадку цемента при твердении, то естественный объем цементного камня равен абсолютному объему цементного теста:

V_е^цк=V_a^цт.

Пористость цементного камня:

П=(V_п^цк /V_е^цк) 100 =(0,8^10^-4/6,0^10^-4) ^100=13,3 %

28

Задача №21.

Какое количество портландита может быть связан активной минеральной добавкой в 1 т пуццоланового цемента. В состав цемента входит 0,25 масс. частей трепела, с массовой долей активного кремнезема 60 %. Предполагается , что в результате связывания будет образован однокальциевый гидросиликат СaO^SiO₂^H₂O.

Решение.

В 1 т цемента содержится 250 кг трепела, в котором содержится (250^60)/100=150 кг активного кремнезема. Связывание портландита Ca(OH)₂ происходит по уравнению :

X 150 кг

Ca(OH)₂+ SiO₂  CaO^SiO₂^H₂O.

74 60

Молекулярная масса портландита - 74, кремнезема - 60. Масса связанного портландита:

m_Ca(OH)2=150^74/60= 185 кг.