Воздушные минеральные вяжущие вещества

Вариант №20

1. Воздушные минеральные вяжущие вещества 
2. Технология получения бетонных и железобетонных изделий и конструкций
3. Классификация горных пород

Содержание

1. Воздушные минеральные вяжущие вещества ……………………….. 4
2. Технология получения бетонных и железобетонных изделий и конструкций …………………………………………………………… 13
3. Классификация горных пород …………………………………………. 17

Литература ………………………………………………………………. 19

1. Воздушные минеральные вяжущие вещества

Воздушные вяжущие характеризуются сравнительно высокой растворимостью как исходных веществ, 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 воды размываются - коэффициент размягчения менее 0,5. Следовательно их можно использовать только для производства изделий, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях внутри помещения.

1.1 Гипсовые вяжущие

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкомолотые материалы, состоящие из полуводного гипса (СаS04х0,5Н2О) или ангидрита (СаS04). В качестве сырья используют природный каменный материал - гипс (СаS04х2Н2О), представляющий собой осадочную породу, образовавшуюся примерно 100 - 200 млн. лет назад в результате испарения участков Мирового океана. Кроме этого в качестве дополнительного источника дешевого сырья служат такие отходы химической промышленности, как фосфогипс, борогипс. Получение гипсовых вяжущих основано на способности сырья - двуводного гипса СаS04х2Н2О в процессе нагревания частично или полностью отдавать кристаллизационную воду (дегидратировать) СаS04х2Н2О = СаБ04х0,5Н2О+1,5Н2О. По условию тепловой обработки, от которой в дальнейшем зависят свойства полученных веществ, гипсовые вяжущие подразделяют на низкообжиговые и высокообжиговые. К низкообжиговым относятся строительный и высокопрочный гипс. Строительный гипс, полученный путем «варки» сырья при температуре 140 - 160 °С, представляет собой мелкие пластинчатые кристаллы, требующие большого количества воды (В/Г от 0,5 до 0,7) для получения пластичного теста. В связи с тем, что в химической реакции участвует около 19 % воды, а 30 - 50 % в процессе твердения испаряется, гипсовый камень обладает высокой пористостью, легкостью, пониженной теплопроводностью и звукопоглощением. Максимальная прочность изделий не превышает 25 МПа. С целью снижения водопотребности и повышения прочности при изготовлении гипсовых изделий вводят добавки-пластификаторы, обеспечивающие заданную пластичность при уменьшении расхода воды на 20 %. Повысить прочность гипсовых изделий можно также за счет использования так называемого высокопрочного крупнокристаллического гипса, который получают путем обработки сырья в специальных автоклавах насыщенным паром при температуре 123 °С. Его водогипсовое отношение равно 0,3 - 0,4, следовательно свободной испаряющейся воды содержится значительно меньше и изделия получаются более плотные и прочные (до 40 МПа).

Процесс твердения (гидратации) гипса проходит по следующей реакции: Са804х0,5Н2О+1,5Н2О = СаБ04х2Н2О

Низкообжиговые гипсовые вяжущие характеризуются быстрым схватыванием и твердением, что сопровождается большим выделением тепла (до 122 кДж/кг). Начало схватывания, контролируемое по загустеванию гипсового теста нормальной густоты (НГ), должно наступать, согласно требованиям ГОСТ 125-79 (с изм.), для быстротвердеющего не ранее 2 мин (А), нормальнотвердеющего - 6 мин (Б) и медленнотвердеющего - 20 мин (В). Конец схватывания - образование искусственного камня, соответственно не позднее 15, 30 мин после затворения гипса водой и для медленнотвердеющего не нормируется.

В зависимости от применяемой технологии строительных работ на объекте или технологического процесса получения гипсовых изделий на заводе твердение замедляют или ускоряют путем введения специальных добавок. Качество гипса контролируют в лаборатории (ГОСТ 125-79) по следующим показателям: тонкости помола - остаток на сите 02 (не более 23 % - грубого (I), 14 % - среднего (II) и 2 % - тонкого (III) помола), нормальной густоте (НГ) или водопотребности гипсового теста для обеспечения заданной пластичности, срокам схватывания, пределу прочности на изгиб и сжатие. По последним показателям гипсу присуждают следующие марки: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Число показывает предел прочности при сжатии в МПа образцов балочек размером 40х40х160 мм, отформованных из гипсового теста определенной пластичности (НГ) и твердеющих на воздухе в течение 2 часов. При этом предел прочности при изгибе должен составлять соответственно от 1,2 до 8 МПа. В условное обозначение гипсового вяжущего входят марка по прочности, индекс сроков твердения и степени помола. Например, Г-5АП - гипс с прочностью на сжатие не менее 5 МПа; сроками схватывания: начало до 6 мин и конец не позднее 15 мин; тонкостью помола до 14 %.

Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является способность гипсового теста при твердении расширяться до 1 %. Так как увеличение объема происходит еще в незатвердевшей массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это обеспечивает широкое применение гипса для отливки художественных изделий сложной конфигурации. Высокое содержание кристаллизационной воды позволило эффективно использовать гипсовые изделия и штукатурные растворы на его основе как огнезащитные средства. Большое значение, особенно в жилищном строительстве, имеет также способность гипсовых изделий при повышении влажности поглощать влагу, а при снижении отдавать в окружающую среду, регулируя тем самым микроклимат в помещении. Поэтому гипсовые крупноразмерные материалы в виде гипсокартонных или гипсо-волокнистых листов широко используют в строительстве в качестве сухой штукатурки, которая крепится к стенам при помощи специальных мастик. Гипсокартонные листы представляют собой отделочный материал, изготовленный из строительного гипса, защищенного с двух сторон специальным картоном. Толщина листов составляет от 6,5 до 24,0 мм. В зависимости от свойств их подразделяют на обычные (ГКЛ), влагостойкие (ГКЛВ), с повышенной сопротивляемостью воздействию открытого пламени (ГКЛО) и влаго-, огнестойкие (ГКЛВО). Этот материал нашел широкое использование в качестве огнезащиты конструкций, при выполнении подвесных потолков и устройстве перегородок. Современные модульные перегородки, которые можно демонтировать и переносить в любое место помещения, состоят, в частности, из оцинкованного стального каркаса, по обе стороны которого расположены листы толщиной до 13 мм, соединенные алюминиевыми профилями. Листы выполнены из гипсокартона с виниловым покрытием (гипсовинил). Этот материал обладает декоративностью, легко моется, неогнеопасен поэтому его целесообразно применять для отделки коридоров, фойе, холлов. В гипсоволокнистых плитах, получаемых методом проката дисперсной арматурой, снижающей хрупкость изделий, служит равномерно распределенное в гипсовой массе растительное волокно: льнокостра или макулатура. Для внутренней отделки помещений выпускают листы с декоративным покрытием из поливинилхлоридных пленок, текстурной бумаги под мрамор, дерева или отделанные лакокрасочными составами. Их применение исключает «мокрый» процесс внутренней отделки - оштукатуривание, что позволяет значительно быстрее сдавать объекты в эксплуатацию.

Высокая пористость гипсовых изделий обеспечила их применение в качестве звукопоглощающих плит, регулирующих акустические свойства помещений. Путем введения полимерных пенообразующих добавок получают пенополимергипсовые («Тизол») и пеногипсоволокнистые плитные утеплители. Первый - производят по литьевой технологии с последующей сушкой в виде плит размером 600(750)х500(600)х50(100) мм, маркой по плотности 100, 200 и 300 кг/м , прочностью от 0,8 до 4 кгс/см , теплопроводностью от 0,06 до 0,1 Вт/м-К и маркой по морозостойкости F50. Плиты имеют гидрофобное покрытие, их основное назначение - теплоизоляция стеновых панелей, перекрытий, покрытий и их огнезащита. Второй - получают из вспененной композиции, включающей гипсовое вяжущее, глину, базальтовое и стеклянное волокно, полимерные модифицирующие добавки и воду. Плиты обычные и гидрофобные в объеме выпускают в оболочке из нетканого полотна размером 3000х1200х40 мм, плотностью 150 кг/м , прочностью 0,15 МПа и теплопроводностью 0,05 Вт/м-К для изготовления трехслойных металлических навесных панелей типа «сэндвич».

В сочетании с древесными отходами и такими пористыми материалами, как керамзит получают крупноразмерные гипсобетонные блоки и панели для выполнения стационарных внутренних перегородок.

Важнейшими недостатками затвердевшего гипса являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Жесткость изделий повышают за счет армирования и введения недефор- мируемых прочных заполнителей (керамзита). Увеличить водостойкость можно за счет снижения В/Г, использования малопластичных (жестких) смесей, пропиткой изделий полимерными составами, введением в гипсовую массу гидрофобных (водоотталкивающих) добавок, шлифовкой и полировкой поверхности изделий. Одним из перспективных направлений является совместный помол гипса с цементом и шлаком - гипсоцементо- шлаковое вяжущее (ГЦШ) или цементом и пуццолановой добавкой (зола, опока) - гипсоцементопуццолановое вяжущее (ГЦП). И в том, и в другом случае получают смешанные вяжущие, медленно твердеющие и сохраняющие прочность (10 - 15 МПа) во влажных условиях (коэффициент размягчения не менее 0,65). Изделия на их основе обладают пониженной мо- розо- и воздухостойкостью (ГЦП), поэтому в наземном строительстве их не применяют вследствие резких природных колебаний температурно- влажностных условий. Основное назначение высокопрочного гипса - изготовление санитарно-технических кабин и монолитных полов в общественных зданиях, а также на предприятиях легкой промышленности.

Высокобжиговые вяжущие, прочность которых составляет от 5 до 20 МПа, медленно схватываются и твердеют, т. к. состоят преимущественно из безводного сульфата кальция, полученного обжигом сырья при температуре 600 - 1000 °С. К ним относятся ангидритовый цемент и эстрих- гипс. Ангидритовый цемент можно получить или путем обжига природного двуводного гипса при температуре 600 - 700 °С до полного удаления воды и последующего помола совместно с катализаторами (известь, шлак), ускоряющими процесс гидратации, или непосредственным размолом природного безводного ангидрита с введением этих добавок. Во втором случае качество вяжущего хуже из-за наличия примесей.

Эстрихгипс представляет собой обожженный при температуре 900 - 1000 °С природный ангидрит. При такой высокой температуре часть ангидрита разлагается с выделением серного газа - SO3. Таким образом, состав эстрихгипса представляет собой смесь СаSO4 и СаО, играющую роль катализатора в процессе гидратации. Затвердевший эстрихгипс обладает высокой прочностью на истирание. Основное применение этих вяжущих: выполнение монолитных полов или в сочетании с плитами из горных пород - мозаичных полов; изготовление путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки пола и стен в зданиях общественного назначения; для получения штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов.

1.2. Воздушная известь

Строительной воздушной известью называют продукт разложения при температуре 900 - 1200 °С кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка - СаСОз, доломита - СаСОзхМgСОз), содержащих не более 6 % глинистых и песчаных примесей. Основной объем извести получают по непрерывной технологии в шахтных печах во взвешенном «кипящем» слое, где мелкоизмельченное сырье и жидкое или газообразное топливо движутся противотоком, навстречу друг другу. Продуктом обжига является комовая негашеная известь - оксид кальция (СаО). Разложение известняка происходит по реакции СаСОз = СаО + СО2. Если в сырье имеются примеси карбоната магния, то его распад приводит к образованию оксида магния МgСОз = МgО + СО2. Полученную комовую известь впо- следствие мелят или гасят, добавляя воду, в специальных аппаратах. Процесс гашения - гидратация протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью-кипелкой. По скорости гашения известь подразделяют на быстро гасящуюся - до 8 мин, среднега- сящуюся - до 25 мин и медленногасящуюся - более 25 мин, по температуре гашения на низкоэкзотермичную (до 75 оС) и высокоэкзотермичную (более 75 оС).

В результате реакции СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q образуются мельчайшие, размером до 0,01 мм, кристаллы гидратной извести - пушонки Са(ОН)2. Объем полученной извести увеличивается в 2 - 3 раза по сравнению с исходной. В строительстве используют как негашеную, так и гид- ратную известь в виде тонкодисперсного материала или известкового теста, полученного в результате гашения извести с большим расходом воды.

В соответствии с ГОСТ 9179-77 воздушную известь в зависимости от содержания примеси МgО классифицируют на кальциевую, магнезиальную и доломитовую. Для кальциевой извести содержание МgО не должно превышать 5 %, магнезиальной - 5 - 20 %, доломитной - 20 - 40 %. Наибольшей активностью обладает кальциевая известь. Качество извести оценивают по тонкости помола, определяемой по остаткам на ситах 02 и 008 соответственно не более 1,5 и 15 %, температуре и времени гашения, содержанию активных окислов СаО + МgО (50 - 90 %) и наличию непога- сившихся примесей, составляющих в зависимости от вида и сорта до 20 %. Непогасившиеся зерна по своей природе подразделяют на «недожог», «пережог» и инертные примеси (песок и др.). «Недожог» представляет собой зерна недообожженного сырья (СаСО3), которые вследствие своей инертности по отношению к воде снижают активность извести. «Пережог» образуется при непосредственном контакте извести с теплоносителем, вызывающим оплавление частиц с поверхности. Наличие «пережога» приводит к появлению вздутий на отштукатуренной поверхности, так как прохождение реакции гидратации сопровождается увеличением температуры и объема в уже затвердевшем слое. По совокупности свойств известь делят на сорта.

Чистое известковое тесто из-за сильной усадки при твердении растрескивается, поэтому к нему добавляют от двух до четырех частей по объему песка. Известь с песком образуют пластичный строительный раствор. Твердение известковых растворов на воздухе идет медленно и складывается из следующих одновременно протекающих процессов: испарения воды, кристаллизации гидрооксида кальция из пересыщенного водного раствора и карбонизации гидрооксида с образованием кальцита путем взаимодействия с углекислым газом воздуха. Происходит так называемое гидратно-карбонатное твердение. Прочность раствора через 28 суток составляет 0,5 - 1,0 МПа, через десятки и сотни лет за счет карбонизации - 5 - 7 МПа и более.

Воздушную известь используют для приготовления смешанных строительных растворов: известково-цементных, известково-глинистых, применяемых для каменной кладки и штукатурки, приготовления сухих строительных смесей, в качестве связующего вещества для малярных красочных составов и в производстве силикатных изделий. При обычных условиях химическое взаимодействие между песком и известью протекает медленно и не имеет практического значения. Автоклавная обработка в течение 9 - 14 часов, предусматривающая постепенное повышение температуры до 174 - 200 °С, давления до 0,8 - 1,6 МПа, создает условия для прохождения интенсивной реакции между компонентами с образованием кристаллических гидросиликатов кальция, придающих водостойкость и высокую прочность изделиям до 30 - 50 МПа. Таким образом получают силикатный кирпич, силикатные плотные и пористые бетоны. В качестве вяжущего для их изготовления используют тонкомолотую смесь, состоящую из извести (8 - 12 %) и кварцевого песка (88 - 92 %) (из- вестково-кремнеземистое вяжущее). Вместо песка можно использовать золу, шлак и другие аналогичные минеральные отходы, содержащие кремнезем (SiO2).

Силикатный кирпич и камни выпускают рядовыми и лицевыми; кирпич - полнотелым и пустотелым, камни - только пустотелыми (СТБ 4.206-94). Размеры их такие же, как и у керамических изделий, максимальная марка по прочности 300, морозостойкости F50, водопоглощение не менее 6 %, средняя плотность 1800 - 1850 кг/м . Условное обозначение изделий состоит из названия, марки по прочности и морозостойкости. Например, кирпич СУЛ-200/35 СТБ 1228-2000 - кирпич силикатный утолщенный лицевой марки по прочности 200, морозостойкости F35. Эти мелкоштучные материалы используют для возведения стен выше нулевой отметки. Нельзя применять силикатный кирпич для фундаментов, подвергающихся воздействию грунтовых и сточных вод, содержащих углекислоту, а также для кладки печей и дымовых труб, так как он обладает пониженной коррозионной стойкостью и не выдерживает длительное воздействие высокой температуры.