Неорганические вяжущие вещества

                                Содержание 

 

Введение

1. Неорганические вяжущие  вещества

1.1 Общие сведения и  классификация

1.2 Воздушные вяжущие вещества

1.3 Гидравлические вяжущие  вещества

2. Производство и применение  вяжущих веществ

2.1 Основа производства  неорганических вяжущих веществ

2.2 Производство воздушных  вяжущих веществ

2.3 Применение воздушной  извести, магнезиальных и гипсовых  веществ

3. Способ получения влагостойких изделий на основе гипса

3.1 Способ получения портландцемента

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

В штукатурных растворах  применяют неорганические вяжущие  вещества, заполнители, воду и различные  добавки. Для декоративных штукатурок в качестве заполнителя применяют  каменную крошку, получаемую дроблением природного камня, пигменты для придания раствору заданного цвета.

Вяжущие вещества — строительные материалы, применяемые для изготовления бетонов и растворов. Вяжущие  вещества, применяемые в штукатурных  работах, подразделяются на три основные группы: минеральные (воздушные и  гидравлические); органические и смешанные  со специальными свойствами.

Вяжущие материалы разделяют  также на марки. Марка вяжущего характеризует  его прочность при сжатии при  стандартном методе испытания.

Вяжущие материалы различают  и по скорости твердения. Наибольшей быстротой твердения обладают гипсовые вяжущие (несколько часов). Медленнее  других твердеет воздушная известь (в течение нескольких месяцев).

Неорганические вяжущие  вещества появились примерно за 3 ... 4 тыс. лет до н.э. Тогда получали их путем обжига гипсового камня, известняков  и применяли при возведении сооружений. Для повышения водоустойчивости к вяжущим веществам прибавляли тонкоизмельченные минеральные  порошки, например вулканические пеплы  и пемзу.

В России первые руководства  по изготовлению неорганических веществ  появились в XVIII в. Они обобщали опыт русских ученых с описанием способов получения строительного гипса  и гидравлической извести. Так, В. М. Севергин доказывал целесообразность использования известняков с  глинистыми примесями, а также мергелистых  пород для получения водоустойчивых вяжущих веществ. В Петербургском институте путей сообщения в 1822 г. проф. Шарлевилем были опубликованы научные исследования мергелистых пород для получения гидравлической извести и цементов. Автор указывал, что при обжиге таких пород или смесей известняков и глин возникают химические взаимодействия между составными частями. Принципиально новым явились основные положения технологии производства гидравлического вяжущего, изложенные в работе Е. Г. Челиева, опубликованной в 1825 г. Он рекомендовал температуру обжига сырьевой смеси из известняков и глин свыше 1100. В работе Челиева содержатся основные элементы современной технологии цементов.

В физико-химические основы производства огромный вклад внесли труды Д. И. Менделеева, а также  работы А. Р. Шуляченко,. И. Г. Малюги, Н. Н. Лямина, Н. А. Белелюбского, В. Н. Черномского и других в конце XIX и начале XX в. Сырьевой базой для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Среди горных пород для этих целей используют сульфатные — гипс и ангидрит; карбонатные — известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломиты, доломитизированные известняки, магнезит; мергелистые — известковые мергели; алюмосиликатные — нефелины, глины, глинистые сланцы; высокоглиноземистое сырье — бокситы, корунды и др.; кремнеземистые горные породы — кварцевый песок, трассы, вулканический пепел (пуццолана), диатомит, трепел, опока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Неорганические  вяжущие вещества 

 

1.1 Общие сведения  и классификация 

 

Вяжущие вещества – вещества, выполняющие функцию цементирующего компонента. По происхождению вяжущие  вещества могут быть как органическими, так и неорганическими.

Вяжущие – вещества, способные  затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее  вещество скрепляет между собой  камни либо зёрна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используется для изготовления: бетонов, силикатного  кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов; строительных растворов – кладочных, штукатурных и специальных.

Вяжущие вещества по составу  делятся на

1. неорганические (известь, цемент, строительный гипс, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой (реже водными растворами солей). Включают: вяжущие воздушные, вяжущие гидравлические, вяжущие автоклавного твердения.

2. органические (битумы, дёгти,  животный клей, полимеры), которые  переводят в рабочее состояние  нагреванием, расплавлением или  растворением в органических  жидкостях.

Органические вяжущие  вещества представляют собой природные  пли искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при нормальной температуре) продукты, способные изменять свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. В зависимости от химического состава, вида сырья и технологии производства органические вяжущие вещества разделяют на битумы и дёгти. На основе битумов и дёгтей изготовляют другие вяжущие вещества (битумно-дёгтевые) и материалы в виде эмульсий и паст (при температуре не ниже 2° С эмульсии имеют жидкую консистенцию, пасты до состояния, текучести разбавляются водой), асфальтовых лаков, асфальтовых растворов и бетонов. Битумы и дегти применяют также для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов.

Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой  пластичную удобообрабатываемую массу, затвердевающую со временем в камневидное прочное тело.

По составу, основным свойствам  и областям применения различают  вяжущие материалы: гидравлические, воздушные, кислотоупорные и автоклавного твердения. Каждую из этих групп в свою очередь делят на несколько разновидностей в соответствии с составом и основными свойствами.

Гидравлические вяжущие  вещества (цементы) способны при затворении водой после предварительного затвердевания на воздухе продолжать твердеть в воде, сохраняя и наращивая свою прочность. По виду клинкера и вещественному составу различают: Цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемеит, пуццолановый портландцемент) и цементы на основе глиноземистого клинкера (глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсоглиноземистый)(рис.1.1.)

Рис. 1.1. Цемент.

 

Воздушные вяжущие вещества при затворении водой схватываются, твердеют и превращаются в камень только на воздухе. Образовавшийся камень длительно сохраняет прочность также только в воздушной среде. Такие материалы применяют лишь в надземных сооружениях, не подвергающихся действию воды. К этой группе относятся строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы.

Кислотоупорные вяжущие  вещества после затвердевания на воздухе могут длительное время  сохранять прочность при действии на них минеральных кислот. Их применяют  в тех случаях, когда затвердевший материал работает в кислой среде. К  этой группе вяжущих принадлежит кислотоупорный цемент, кварцевый кремнефтористый цемент и др.

Вяжущие вещества автоклавного твердения превращаются в камень лишь при автоклавной (гидротермальной) обработке при давлении насыщенного  пара 0,9—1,3 МПа и температуре 440— 470 К, например известково-кремнеземистые вяжущие.

К основным свойствам вяжущих  веществ относятся плотность, насыпная плотность, водопотребность, скорость схватывания и твердения, прочность.

Плотность зависит от вида вяжущего. Выше всего она у негашеной  извести — 3,1—3,3 г/см³ и портландцемента — 3—3,2 г/см³, ниже всего у гипсовых вяжущих — 2,6—2,7 г/см³.

Насыпная плотность тем  ниже, чем меньше плотность и больше тонкость измельчения вяжущих. Насыпная плотность портландцемента в  рыхлонасыпном состоянии — 900—1100 кг/см³.

Водопотребность характеризуется количеством воды, необходимым для получения теста стандартной консистенции (нормальной густоты). Чем ниже водопотребность, тем выше качество вяжущих, больше его прочность. Наиболее низкая водопотребность у портландцемента— 24—28%, наиболее высокая у гипсовых вяжущих — 50—80%.

Сроки схватывания определяют период, в течение которого смесь  вяжущего вещества с водой сохраняет  свою пластичность. Особенно быстро схватываются гипсовые вяжущие: начало схватывания — 4—5 мин, конец—через 10—15 мин после затворения водой. Очень медленно схватывается гидратная известь — через 3—5 сут. Гидравлические вяжущие (цементы) в соответствии с ГОСТ 23464—79 по срокам схватывания классифицируют на медленносхватывающиеся (с началом схватывания более 1 ч 30 мин); нормальносхватывающиеся (с началом схватывания от 45 мин до 1 ч 30 мин) и быстросхватывающиеся (с началом схватывания менее 45 мин).

Скорость твердения определяют интенсивностью реакций взаимодействия вяжущего вещества с водой. У гипсовых вяжущих она составляет 1—2 ч. Твердение  гашеной извести протекает годами и десятилетиями. Цементы по скорости твердения различают: обычные (с  нормированием прочности в возрасте 28 сут), быстротвердеющие (с нормированием прочности в возрасте 1 и 28 сут), особо •быстротвердеющие (с нормированием прочности в возрасте 1 сут :.и менее).

Прочность характеризует  способность вяжущего вещества после  затвердевания воспринимать без  разрушения сжимающие, растягивающие  и другие внешние нагрузки. Чем  выше прочность камня и чем  быстрее она достигается, тем-выше качество вяжущего. Прочность искусственного камня зависит от многих факторов: вида вяжущего, степени его измельчения, водопотребности, условий и длительности твердения. Для большинства гидравлических вяжущих прочность оценивают испытанием на изгиб балочек 40x40X160 мм и их половинок на сжатие из раствора 1 : 3 при водоцементном отношении 0,4 в возрасте 28 сут. По прочности различают цементы: высокопрочные (М550, 600 и выше), повышенной прочности (М500), рядовые (М300 и 400), низкомарочные (ниже М300). Высокой прочностью характеризуются также вяжущие автоклавного твердения. Прочность воздушных вяжущих значительно ниже (5—20 МПа).[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Воздушные вяжущие  вещества

 

Воздушные вяжущие вещества в результате смешивания с водой  способны отвердевать и сохранять  прочность только на воздухе. Под  воздействием воды изделия на их основе постепенно разрушаются. Поэтому воздушные  вяжущие вещества используются только в наземных строительных сооружениях.

В группу воздушных вяжущих входит воздушная известь, а также гипсовые и магнезиальные вяжущие вещества.

Воздушная известь может  быть нескольких видов: негашеная комовая  известь, негашеная молотая известь, гидратная известь (пушонка).

Гипсовые вяжущие вещества изготовляют из гипсового камня, представляющего собой, в основном, двуводный гипс — CaS0₄·2H₂0, ангидрита, состоящего главным образом из безводного гипса — CaS0₄, и некоторых отходов химической промышленности, содержащих преимущественно двуводный или безводный сульфат кальция. Химически чистый двуводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% S0₃ и 20,93% воды, а ангидрит—из 41,19% СаО и 58,81% S0₃. Двуводный гипс — мягкий минерал, его твердость по шкале Мооса равна 2. Твердость ангидрита колеблется в пределах 3—3,5. Плотность двуводного гипса 2,2—2,4, а ангидрита — 2,9—3,1. Растворимость двуводного гипса, пересчитанного на CaS0₄ в воде, равна 2,05 г в 1 л воды при 20 °С. Растворимость ангидрита— 1 г на на 1 л воды.

Известны два магнезиальных  вяжущих вещества: каустический магнезит и каустический доломит. Каустическим магнезитом называется продукт, получаемый обжигом магнезита (MgC0₃) с последующим его измельчением в тонкий порошок. Каустический доломит отличается от каустического магнезита тем, что сырьем для его изготовления служит не магнезит, а доломит (CaC0₃·MgC0₃). Оба эти вяжущие вещества затворяют раствором хлористого магния, сернокислого магния или некоторых других солей.

Магнезит (горький шпат) встречается  в природе в двух видах —  кристаллическом и аморфном. Твердость  обоих видов магнезита по шкале  Мооса колеблется в пределах 3,5—4,5; плотность 2,9—3,1. Теоретический состав магнезита 47,82% MgO и 52,18% С0₂.

Природный магнезит всегда содержит различные примеси: глину, углекислый кальций и др. В зависимости  от примесей он бывает белого, желтого, серого is другого цвета. Для аморфного магнезита характерны примесь кремнезема и отсутствие примесей соединений железа. В природе магнезит встречается реже, чем известняк и доломит.

Доломиты являются распространенной горной породой. Твердость доломита по шкале Мооса 3,5—4; плотность 2,85—2,95. Теоретическое содержание в доломите СаСОз — 54,27%; MgC0₃ —45,73% или в окислах: СаО —30,41%; MgO —21,87% и С0₂ — 47,72%.

Природный доломит имеет  обычно некоторый избыток углекислого  кальция. Кроме того, в доломите встречаются  глинистые и другие примеси. Цвет доломита белый, желтый и буроватый, в зависимости от примесей, главным  образом железистых соединений.

Известь воздушная – воздушное вяжущее, получаемое путем обжига дробленых известковистых пород (известняка, мела, ракушечника и т. д.), содержащих не более 6% глинистых компонентов. Получаемая известь носит название комовой, а после измельчения – молотой.

Строительную известь  получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых  горных пород — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов. Для производства тонкодисперсной строительной извести гасят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей. В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашенная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками. Строительную негашеную известь по времени гашения делят на быстрогасящуюся — не более 8 мин, среднегасящуюся — не более 25 мин, медленногасящуюся — более 25 мин. Строительную воздушную известь получают из кальциево-магниевых карбонатных пород. Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьерах, его подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.