Вяжущими материалами называются порошкообразные вещества, которые при затворении водой приобретают пластичные свойства, образуя постепенно твердеющее тесто, способное связывать отдельные куски или массу твердых пород в монолит.

Вяжущие материалы подразделяются на воздушные (при смешении с водой они затвердевают и длительное время сохраняют прочность только на воздухе) и гидравлические (могут затвердевать на воздухе и в воде). Поэтому воздушные вяжущие применяются в надземных сооружениях, а гидравлические - как в надземных, так и в подземных гидротехнических сооружениях.

Сырьем для производства вяжущих материалов служат природные горные породы: известково-глинистые (мергели), магнезиальные, карбонаты, кремнеземистые, гипс и другие, а также отходы некоторых производств: доменные шлаки, золы, фосфогипс и др.

Гипсовые вяжущие материалы

сырьем для производства является природный двуводный гипс СаSO4•2Н2О, природный ангидрит СаSO4 и отход производства фосфорной кислоты - фосфогипс.

Получение строительного гипса основано на химической реакции 170-180°

СаSО4•2Н2О > СаSО4•0,5Н2О + 1,5 Н2О

Воздушную известь получают путем обжига известняков, мела, доломитовых известняков, содержащих не более 8% примесей

900-1000°С

СаСО3 > СаО + СО2

Глиноземистый цемент представляет собой продукт тонкого помола обожженной до плавления или до спекания сырьевой смеси, состоящей из боксита и известняка. Химический состав глиноземистого цемента следующий: около 40% СаО, около 40% Al2О3, остальное - примеси Fe2О3 (нежелательные) и др. оксиды СаО и Al2О3 находятся в глиноземистом цементе главным образом в виде минерала - однокальциевого алюмината СаО•Al2О3. глиноземистый цемент быстро твердеет

2(СаО•Al2О3) + 11Н2О > 2 Al(ОН)3 + 2СаО•Al2О3•8Н2О.

Уже на третий день твердения прочность его приближается к максимальной. Сооружения из глиноземистого цемента стойки к сульфатной коррозии, но не стойки в щелочных средах, в которых идет разрушение камня в результате взаимодействия Al2О3 и Al(ОН)3 со щелочами.

Магнезиальные цементы

Активным началом магнезиальных цементов является оксид магния. Сырьем служат природный магнезит MgСО3 и доломит СаСО3•MgСО3. В соответствии с этим различают два вида магнезиальных цементов - каустический магнезит, получаемый обжигом до полного удаления СО2 при 800-1000° С, и каустический доломит. В отличие от других вяжущих магнезиальные цементы затворяются не водой, а растворами солей MgCl2 или MgSO4, в некоторых случаях - серной или соляной кислотой. При твердении магнезиальных цементов происходит образование Mg(ОН)2 сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии; частично образуется оксихлорид магния

mMgO + MgCl2 + pH2O > (MgO)m•(MgCl2)•(H2O)p.

Магнезиальное вяжущее находит применение в производстве ксилолита, фибролита (термоизоляционного, конструктивного и фибролитовой фанеры), пено- и газомагнезита, оснований под чистые полы и других строительных деталей.

Коррозия бетонов

Камневидное тело портландцемента подвержено коррозии в водах, богатых углекислотой, солями постоянной жесткости СаSО4, MgSО4 и др.

Са(ОН)2 + СО2 > СаСО3 + Н2О углекислотная

коррозия

сульфатная коррозия сопровождается образованием сульфоалюминатов, вызывающих местные напряжения за счет увеличения в объеме изделий, в объеме структуры последних.

3CaO•Al2О3•6 H2O + 3 СаSО4 + 25Н2О > 3CaO•Al2О3•3СаSО4•31Н2О.

Для сооружений, соприкасающихся с морской водой, характерна магнезиальная коррозия

3CaO•Al2О3•6H2O + 3MgSО4 > 3СаSО4 + 2Al(ОН)3 + 3Mg(ОН)2

при углекислотной коррозии известь, содержащаяся в камне, переводится в легкорастворимый гидрокарбонат кальция и вымывается водой; при сульфатной коррозии образуется цементная бацилла (гидросульфоалюминат), приводящая к растрескиванию бетонного сооружения. При магнезиальной коррозии идет разрушение трехкальциевого гексагидроалюмината с образованием сульфата кальция (образует бациллу) и рыхлой структуры Mg(ОН)2 и Al(ОН)3. Сульфат магния может также взаимодействовать с Са(ОН)2 с увеличением объема

ЬпЫО4 + Са(ОН)2 + 2Н2О > СфЫЩ4•2Р2Щ + Ьп(ЩР)2ю

Образование гипса сопровождается увеличением в объеме, что также приводит к возникновению напряжений в бетоне и его разрушению.

Повысить коррозионную стойкость можно применением добавки к клинкеру кремнеземистого компонента с большой удельной поверхностью. Это объясняется более полным связыванием исходных компонентов в гидросиликаты кальция.

Контрольные вопросы

391. Перечислить общие физико-химические свойства вяжущих веществ. Дать их краткую характеристику.

392. Составить уравнения реакций, которые имеют место при получении вяжущих веществ на основе извести. Привести состав воздушной извести.

393. Описать химические процессы, происходящие при получении портландцементного клинкера.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18