🗊Презентация Минеральные вяжущие вещества

ЛЕКЦИЯ 2 МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА Учебные вопросы: Воздушные вяжущие вещества Гидравлические вяжущие вещества

Вяжущие вещества - строительные материалы для изготовления бетонов и растворов. Различают: - неорганические (минеральные) вяжущие вещества (цемент, гипс, известь и др.); - органические (битумы, дегти, пеки).

Классификация минеральных вяжущих

Вопрос 1 Воздушные вяжущие вещества Для вяжущих воздушного твердения характерна сравнительно высокая растворимость как веществ, из которых состоит вяжущее, так и соединений, которые образуются в результате реакции гидратации. Поэтому изделия из этих вяжущих при контакте с водой теряют свою прочность, а при действии проточной водой размываются – коэффициент размягчения менее 0,5. Следовательно, их можно использовать только для изготовления изделий, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях внутри помещения.

1.1 Гипсовые вяжущие. Сырье и условия получения Гипсовыми вяжущими веществами принято называть тонкомолотые материалы, состоящие из полуводного гипса (СaSO4 * 0,5H2O) или ангидрита (CaSO4). Получение гипсовых вяжущих основано на способности двуводного гипса СaSO4 * 2H2O в процессе нагревания частично или полностью отдавать кристаллизационную воду (дегидратировать):   СaSO4 * 2H2O = СaSO4 * 0,5H2O + 1,5H2O   и постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.

По условию тепловой обработки, от которой в дальнейшем зависят свойства полученных веществ, гипсовые вяжущие подразделяют на: - низкообжиговые гипсовые вяжущие; - высокообжиговые гипсовые вяжущие; Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на: - строительный; - формовочный; - высокопрочный гипсы.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является их низкий срок схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ. По срокам схватывания они разделяются на: - быстротвердеющие; - нормальнотвердеющие; - медленнотвердеющие.

Твердение и свойства гипсовых вяжущих В процессе твердения гипсовых вяжущих можно выделить три этапа: 1) подготовительный - образование раствора, насыщенного по отношению к продуктам гидратации; 2) период коллоидации (схватывание) - переход новообразований в раствор в гелеобразном виде, минуя растворение; 3) период кристаллизации (твердение) - перекристаллизация коллоидных частиц в большие кристаллы и образование сростка. При твердении строительного гипса происходит химическая реакция присоединения воды и образования двуводного сульфата кальция CaSO4*0,5H2O + 1,5Н20 = CaS04*2H20.

Основными характеристиками гипсовых вяжущих служат: - сроки схватывания, - тонкость помола, - прочность при сжатии и растяжении, - водопотребность и др.

Тонкость помола характеризуется массой гипсового вяжущего (% пробы, взятой для просеивания, но не менее 50 г), оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм. Установлены три степени помола, обозначаемые соответственно I, II, III: I (грубый помол) - остаток на сите не более 30 %; II (средний помол) - остаток на сите не более 15%; III (тонкий помол) - остаток на сите не более 2 %.

Водопотребность Водопотребность гипсового вяжущего определяется количеством воды, % массы вяжущего, необходимым для получения гипсового теста стандартной консистенции (диаметр расплыва 180±5 мм). По срокам схватывания ГОСТ 125-79 предусматривает выпуск следующих вяжущих; быстротвердеющего (индекс А) - с началом схватывания не ранее 2 мин, конец - не позднее 15 мин; нормально твердеющего (индекс Б) - с началом схватывания не ранее 6 мин, конец - не позднее 30 мин; медленнотвердеющего (индекс В) - с началом схватывания не ранее 20 мин (конец схватывания не нормируется) .

В зависимости от степени помола различают вяжущие: - грубого; - среднего; - тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек 0,2 мм не более соответственно 23% 14% и 2%, обозначаемые индексами I, II и III.

Воздушная известь. Сырье и условия получения Сырьем для производства воздушной извести служат плотные известняки, ракушечники, мел, доломитизированные известняки при условии, что содержание глинистых примесей в них не превышает 6%. Сырье обжигают при температуре 1000 ... 1200°С до полного удаления углекислого газа. Обжиг известняка производится в печах различных конструкций: шахтных, вращающихся, с «кипящим» слоем, в циклонно-вихревых печах во взвешенном состоянии, а также на движущихся агломерационных решетках. Распространен обжиг в шахтных печах, которые надежны в эксплуатации, позволяют использовать местные виды топлива и требуют меньшего его расхода. После обжига получают комовую известь или известь - кипелку (так ее называют из-за бурной химической реакции с водой). Это вещество обладает сильно развитой внутренней микропористостью и большим запасом свободной внутренней энергии, что проявляется при гашении комовой извести, т. е. присоединении воды с выделением большого количества теплоты.

Технология получения, твердения и показатели качества гипсовых вяжущих

Технология получения, твердения и показатели качества воздушной извести

По содержанию оксида магния в извести она подразделяется на: - кальциевую (MgO < 5%), - магнезиальную (MgO = 5 ... 20%); - доломитовую (MgO = 20 ... 40%); По времени гашения различают известь: - быстрогасящуюся (время гашения < 8 мин), - среднегасящуюся (время гашения 8 ... 25 мин); - медленногасящуюся (время гашения не менее 25 мин).

Твердение и свойства воздушной извести Известь применяют в виде строительных растворов, т.е. в смеси с песком и другими заполнителями. На воздухе известковый раствор постепенно отвердевает под влиянием двух одновременно протекающих процессов: а) высыхания раствора, сближения кристаллов Са(ОН)2 и их срастания; б) карбонизации извести под действием углекислого газа, который в небольшом количестве содержится в воздухе: Са(ОН)2 + С02 СаС03 + Н20.

Наиболее важные показатели качества извести: Наиболее важные показатели качества извести: - активность - процентное содержание оксидов, способных гаситься; - количество непогасившихся зерен (недожог и пережог); - время гашения. В зависимости от времени гашения извести всех сортов различают: - быстрогасящуюся известь с временем гашения до 8 мин, - среднегасящуюся - время гашения не превышает 25 мин; - медленно гасящуюся с временем гашения более 25 мин.

Сорт воздушной извести устанавливают не по прочности, а по характеристикам ее состава. Чем меньше глинистых и других примесей в исходном известняке, тем выше активность извести, быстрее происходит ее гашение и больше выход известкового теста. Марки гипса от Г-2 до Г-7 (группы А, Б, В и I, II, III) применяют для изготовления разнообразных гипсовых строительных изделий. Марки Г-2 до Г-7 (группы А, Б и II, III) применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки от Г-2 до Г-25 (Б, В и II, III) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.

  Для производства растворимого стекла сырьем служат в основном чистый кварцевый песок и кальцинированная сода или сернокислый натрий, значительно реже вторым компонентом является поташ. Тщательно перемешанную сырьевую смесь расплавляют в стекловаренных печах при температуре 1300...1400°С, а затем стекломассу выгружают в вагонетки. При быстром охлаждении она твердеет и раскалывается на куски, именуемые силикат - глыбой. Лучше всего растворять силикат-глыбу в автоклавах при давлении 0,6 ... 0,7 МПа и температуре 150°С, превращая ее в сиропообразную жидкость. Жидкое (растворимое) стекло применяют для производства: - кислотоупорных цементов, - жароупорных бетонов, - силикатных красок и обмазок, - для пропитки (силикатизации) грунтовых оснований.

Вопрос 2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 2.1 Классификация гидравлических вяжущих веществ Гидравлические вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, состоящие из силикатов, алюминатов и ферритов кальция, гидратирующихся в водной среде с образованием прочного водостойкого искусственного камня. К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, которая занимает промежуточное положение между воздушными и гидравлическими вяжущими, романцемент, разновидности портландцемента и специальные виды цементов.

Гидравлическая известь и «романцемент» Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига при температуре 900-1100 °С мергелистых известняков, содержащих до 20% глинистых примесей. При этой температуре известняк и глина разлагаются с образованием свободных оксидов, которые при такой высокой температуре, обладая химической активностью, вступают в реакции между собой с образованием ряда минералов: силикатов, алюминатов и ферритов кальция — обеспечивающих в дальнейшем гидравлическое твердение этого вяжущего, а продукты гидратации — прочность и водостойкость изделий. Так как глинистый компонент составляет в сырье только 20% , то часть СаО остается в несвязанном, свободном состоянии. Наличие в гидравлической извести СаО обуславливает необходимость обеспечения вначале воздушно-сухих условий твердения (около 7 суток) для гидратации оксида кальция в гидрооксид, а затем влажных — для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция (оставшиеся 21 сутки).

Активность извести характеризует также гидравлический или основной модуль (ОМ), равный отношению процентного содержания по массе оксида кальция к сумме процентного содержания оксидов, входящих в состав минералов: Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1,7 — 9. Различают: - сильногидравлическую известь; - слабогидравлическую известь. У первой гидравлический модуль равен - 1,7 — 4,5; у второй - 4,5 - 9. При гидравлическом модуле больше 9 получают воздушную известь, а если он меньше 1,7 — романцемент. Гидравлическая известь — медленно схватывающееся вяжущее.

Технология получения и показатели качества гидравлической извести и романцемента

Портландцемент Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания известково-глинистой смеси при температуре 1400 – 1500оС, гипса и минеральных добавок Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3-5 %) гипса.   Клинкер представляет собой зернистый материал (в виде порошка или гранул), полученный обжигом до спекания (при 1450оС) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.).

В качестве сырья при производстве портландцемента смешивают карбонатно-глинистую горную породу - чистые известняки и глину в соотношении 3 : 1, а также карбонатно-глинистую горную породу - мергели, с корректировкой состава до заданного. В этом случае в качестве карбонатных пород используются: - известняки, - мел, - известковые ракушечники; в качестве глинистых - глины, - глинистые сланцы, - лёссы, - доменные шлаки; кроме того, в состав сырьевой смеси вводятся различные корректирующие добавки, например гипс.  

Производство портландцемента Производство портландцемента состоит из следующих процессов: - добычи сырья (известняк, глина или мергель) и доставки его на завод; - подготовки сырья и смеси (измельчение сырьевых материалов и приготовление из них однородной смеси заданного состава); - обжига смеси (подготовленной массы при температуре 1400 – 1500оС до спекания) - получения клинкера; - измельчения клинкера (охлаждение и помола) с добавками (небольшим количеством гипса и добавок) - получения цемента.

По характеру подготовки сырья и приготовления смеси различают мокрый и сухой способы изготовления цемента. При мокром способе (помол и смешивание сырья проводят в присутствии воды до получения однородного 60% шлама) сырье дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Весьма часто помол осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных емкостях - болтушках. Смесь готовят тщательным перемешиванием жидких молотых смесей в шламбассейнах. При сухом способе (материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом виде) тонкое измельчение исходного сырья - помол - осуществляют в сухом состоянии. Тщательное смешивание производят в специальных смесителях.

Химический и минералогический состав клинкера Обжиг подготовленного сырья сопровождается сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходным компонентов образуется спекшийся материал КЛИНКЕР, состоящий в основном из минералов: Минеральный состав клинкера. - алит, - белит, - трехкальциевый алюминат; -алюмоферрит кальция.  - 3СаО*SiO2 (C3S) – трехкальциевый силикат – алит (45 – 60%); - 2СаО*SiO2 (C2S) – двухкальциевый силикат – белит (10 – 30%); - 3СаО*Al2O3 (C3A) – трехкальциевый алюминат – целит (5 – 12%); - 4СаО*Al2O3*F2O3(C4AF) – четырехкальциевый алюмоферрит (10 – 20%) – стекловидная застывшая масса.

Свойства портландцемента К основным техническим свойствам портландцемента относятся: - истинная плотность, - средняя плотность, - тонкость помола, - сроки схватывания, - нормальная густота (водопотребность цемента), - равномерность изменения объема цементного теста, - прочность затвердевшего цементного раствора.

Виды цементов Портландцемент, или силикатный цемент, пользуется высоким спросом. Исходный вид портландцемента – порошок серо-зеленого оттенка. Его особенность – тонкий помол клинкера с гипсом и возможность примешивания специальных добавок. Виды: Быстротвердеющий портландцемент Гидрофобный портландцемент Белый портландцемент Пластифицированный портландцемент Шлаковый цемент Пуццолановый цемент Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) Глинозёмистый цемент Сульфатостойкий цемент Романцемент

Коррозия цементного камня Коррозия цементного камня в водных условиях по ряду ведущих признаков может быть разделена на три вида: Первый вид коррозии - разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей. Второй вид коррозии - разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные вступать в обменные реакции с составляющими цементного камня. К третьему виду коррозии относятся процессы, возникающие под действием сульфатов.

Контрольные вопросы: Классификация минеральных вяжущих веществ Классификация воздушных вяжущих веществ Сырье для получения воздушных вяжущих веществ Химическая реакция получения воздушной извести Химическая реакция получения строительного гипса Химическая реакция получения магнезиальных вяжущих Основы получения жидкого стекла и вяжущих на его основе Физико-химические процессы твердения воздушной извести Физико-химические процессы твердения строительного гипса Физико-химические процессы твердения магнезиальных вяжущих Физико-химические процессы твердения кислотоупорных вяжущих Активность вяжущих веществ Свойства вяжущих веществ Маркировка воздушных вяжущих веществ Транспортировка, складирование и хранение воздушных вяжущих веществ

Контрольные вопросы: Классификация минеральных вяжущих веществ Классификация гидравлических вяжущих веществ Гидравлическая известь Сырье для получения портландцемента Минералогический состав клинкера портландцемента Состав портландцемента Роль гипсового камня и активной минеральной добавки Физико-химические процессы твердения портландцемента Активность, марка и класс цемента Добавки к минеральным вяжущим веществам Коррозия портландцементного камня и меры защиты от нее Разновидности портландцемента и их применение Особенности и применение глиноземистого цемента Цементы на основе глиноземистого Смешанные цементы и сухие смеси Маркировка, складирование, хранение и транспортировка цементов

Литература: Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства: Учебник. 4-е изд., стер. - СПб.: Изд-во «Лань», 2011. – 752 стр. [http://e.lanbook.com/view/book/2032/] Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. - М.: Высшая школа, 2002.- 704 с. Киреева Ю. И., Лазаренко О. В. Строительное материаловедение для заочного обучения. – Мн.: Новое знание, 2008.- 368с. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учеб. пособие / Под ред. О.С. Комарова. – Мн.: Новое знание, 2009. - 671с. Строительное материаловедение. Учебное пособие для строительных специальностей ВУЗов России / Под ред. В.А. Невского.- М.: Феникс, 2009.- 589 с.