Глава 2. Минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие материалы – порошкообразные материалы, образующие при смешении с водой или с водными растворами некоторых солей пластичную тестообразную массу, которая со временем затвердевает и превращается в камневидное тело.

В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, долговечность и другие свойства на воздухе или в воде минеральные вяжущие материалы подразделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. Можно выделить следующие группы воздушных вяжущих: известковые, состоящие из гидрооксида кальция Са (ОН)₂; гипсовые, состоящие из сульфата кальция (СаSО₄·0, 5Н₂О или СаSО₄); магнезиальные, главным компонентом которых служит оксид магния МgO; жидкое стекло – раствор силиката натрия или калия, из-за способности сохранять прочность в кислых средах его называют кислотоупорным вяжущим.

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. Причем, находясь в воде, они могут повышать свою прочность. К этой группе вяжущих относятся: гидравлическая известь и романцемент; портландцемент и его разновидности, отличающиеся специальными свойствами (быстротвердеющий, особо быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, дорожный, тампонажный, белый и цветной); пуццолановый портландцемент; шлакопортландцемент, глиноземистый.

Сырьем для производства минеральных вяжущих веществ служат природные материалы: горные породы и некоторые промышленные отходы. Эти материалы используются как в отдельности, так и в виде смеси нескольких сырьевых компонентов.

Для экономии и регулирования свойств вяжущих материалов в их состав вводят добавки, которые можно разделить на следующие группы:

· активные минеральные гидравлические добавки, повышающие плотность и стойкость цементного камня, растворов и бетонов в пресных и сульфатных водах;

· инертные микронаполнители, обеспечивающие экономию цемента;

· добавки, регулирующие сроки схватывания и твердения;

· поверхностно-активные добавки, которые делятся на пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие.

Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и гидравлических, – прочность и скорость твердения.

Прочность вяжущих изменяется во времени, поэтому ее оценивают по прочности (обычно на сжатие и изгиб) стандартных образцов, твердеющих определенное время в условиях, установленных стандартом. По этим показателям устанавливают марку вяжущего. Например марка гипсовых вяжущих определяется по прочности образцов из гипсового теста спустя 2 ч после их изготовления, а портландцемента – по прочности образцов из цементо-песчаного раствора – через 28 суток твердения во влажных условиях при температуре (20±2) ⁰С.

Скорость твердения. Очень высокой скоростью твердения обладают гипсовые вяжущие: они полностью затвердевают за несколько часов; очень медленно твердеет воздушная известь: процесс ее твердения длится сотни лет.

В процессе твердения строители различают две стадии: схватывание и набор прочности (собственно твердение). Такое разделение процесса удобно для практических целей.

Схватывание – потеря тестом вяжущего пластично-вязких свойств. Момент, когда появляются признаки загустевания теста, то есть оно начинает терять пластичность, говорит о начале схватывания. Момент, когда тесто превращается в твердое тело, окончательно теряя пластичность, но еще не приобретая значимой прочности, называют концом схватывания. Сроки схватывания гипса 4–30 мин, портландцемента 1, 5–10 ч.

Сроки схватывания необходимо знать, так как все работы со смесями на основе вяжущих должны заканчиваться до начала их схватывания, пока они не потеряли пластичности.

Повторное перемешивание после схватывания, особенно с добавлением воды, может привести к существенному снижению прочности материалов на этом вяжущем.