Минеральные гидравлические вяжущие вещества

18

Федеральное агентство по образованию

Минеральные гидравлические вяжущие вещества

(Реферат по архитектурному материаловедению)

Оглавление

Введение

I. Гидравлические вяжущие вещества.

1. Портланд-цемент

2. Производство портланд-цемента

II. Гидравлические вяжущие - специальные

1. Быстротвердеющий портландцемент

2. Пластифицированный портландцемент

3. Гидрофобный портландцемент

4. Сульфатостойкий портландцемен

5. Алинитовый портландцемент

6. Цветные портландцементы

7. Глиноземистый цемент

8. Водонепроницаемый расширяющийся цемент

9. Водонепроницаемый безусадочный цемент

10.Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент

11. Расширяющийся портландцемент

12. Напрягающий цемент

13. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество

14. Шлакощелочный цемент

15. Кремнийорганический силикатный кислотоупорный

IV. Список литературы

Введение

Минеральные вяжущие вещества - это тонко измельченные порошки, которые при затворении с водой образуют пластичное тесто, а со временем переходят в камневидное состояние.

Вяжущие материалы -- это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий).

К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая постепенно затвердевает, образуя прочное камневидное тело. Различают гидравлические вяжущие -- материалы, которые после смешивания с водой и предварительного затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают упрочняться («набирать» прочность) в воде -- это разновидности цементов, гидравлическая известь. Воздушные вяжущие -- это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе (гипс, воздушная известь, жидкое стекло).

Классификация минеральных вяжущих веществ

I. Гидравлические вяжущие вещества

Вяжущие гидравлические - самая многочисленная группа вяжущих. Способны твердеть и сохранять твердость на воздухе и в воде. К ним относятся известь гидравлическая, романцемент, портландцемент и некоторые другие материалы.

1. Портланд-цемент

Изобретен в 1824 году английским каменщиком.

Портланд-цемент- это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портланд-цементного клинкера с небольшим количеством гипса.

Портланд-цементный клинкер-это зерна серого или зеленого цвета, диаметром от 5 до 30 мм, получаемые обжигом сырьевой смеси, состоящей из известняков и глины (75% CaCO₃, 25% глины).

Гипс в количестве до 5% добавляют к клинкеру для регулирования сроков схватывания.

Химический и минералогический состав портланд-цемента:

CaO- 57-63% известняк

SiO₂- 25-30% составная глины

Al₂O₃- 4-10% составная глины

Fe₂O₃- 4-8% составная глины

Минералы:

3CaO*SiO₂ или C₃S- алит (45-60%)

2CaO*SiO₂или C₂S- двукальциевый силикат (белит, 20-30%)

3CaO*Al₂O₃или C₃A- трехкальциевый силикат (4-10%)

4CaO*Al₂O3*Fe₂O₃илиC4AF - 10-20%

где R- прочность, t- время.

2. Производство портланд-цемента

Процесс производства портланд-цемента:

1. Добыча известняка и глины

2. Приготовление сырьевой смеси (дробление, помол, корректировка состава сырья)

3. Обжиг

4. Помол клинкера совместно с гипсом

5. Магазинирование

В зависимости от способа подготовки сырья существует три способа производства цемента:

1. Сухой

2. Мокрый

3. Комбинированный

Сухой способ производства портланд-цемента.

Известняк и глина измельчаются при влажности 2-4%. Измельчение проводится в шаровых дробилках (шаровых мельницах).

Мокрый способ.

Известняк и глину измельчают в мокром состоянии при влажности 50-60%

Комбинированный способ.

Сырьевые компоненты измельчаются в мокром состоянии, а перед обжигом высушиваются.

Обжиг сырьевой смеси.

Осуществляется во вращающихся печах длиной 70-240 метров и диаметром 3-4 метра.

Стадии твердения.

1. Растворение компонентов цемента в воде

2. Образование пересыщенного раствора или геля

3. Кристаллизация

При твердении цемента образуются:

· Гидросиликаты

· Гидроаллюминаты

· Гидроферриты кальция

· Гидроксид кальция

Разновидности портланд-цемента.

1. Быстротвердеющий пртланд-цемент (БТЦ, ОБТЦ)

Отличия от обыкновенного цемента:

· Повышенное содержание C₃S(>60%)

· Повышенная тонкость помола

· Повышенная удельная поверхность S=3500 см²/г (у обыкновенного S=2500 см²/г)

Имеет нормированную прочность на третьи сутки.

2. Пластифицированный портланд-цемент.

Обладает пониженной водопотребностью за счет введения небольшого количества (до 3%) пластифицирующих добавок.

Добавки:ССБ- сульфитно-спиртовая барда

· ЛСТ- лигно-сульфанат технический

· Продукты переработки древесины на ЦБК

3. Гидрофобный портланд-цемент

Гидрофобные добавки:

· Асидол

· Мылонавт

· Олеиновые кислоты

4. Томпонажный портланд-цемент

Для гидроизоляции нефтяных и газовых скважин.

5. Белый и цветные портланд-цементы.

Белый цемент получают путем обжига беложгущихся глин.

Делится на три сорта по белизне:

· Белый

· Менее белый

· Еще менее белый

На основе белых цементов можно получить цветные путем введения щелочестойких пигментов.

Цветные цементы используются для изготовления полов.

6. Пуццолановый портланд-цемент.

Содержит до 60% активных минеральных добавок (АМД).

Активные минеральные добавки связывают гидрат окиси кальция в нерастворимые соединения.

Такой цемент лучше работает под водой, нежели на воздухе.

7. Шлако-портланд-цемент.

Содержит до 40% тонкомолотого доменного гранулированного шлака.

8. Расширяющийся портланд-цемент.

9. Напрягаемый портланд-цемент.

10. Безусадочный портланд-цемент

Коррозия цемента.

В процессе эксплуатации цементный камень может достаточно быстро разрушаться под воздействием растворов кислот, солей, агрессивных газов и других активно-влияющих химичесих соединений.

Виды коррозии:

1. Разрушение происходит за счет вымывания составляющих цемента, в основном гидроксида кальция, мягкими водами.

2. Разрушение цемента под воздействием растворов кислот и солей с образованием легко растворимых соединений.

3. Образуются соединения, конечный объем которых в несколько раз превышает суммарный объем исходных компонентов.

При коррозии третьего вида надо использовать сульфатостойкий портланд-цемент.

II. Гидравлические вяжущие - специальные

К специальным цементам, отличающимся от цементов, изготовленных на основе портландцементного клинкера, относятся: глиноземистый цемент и комплексные вяжущие (смешанные цементы) -- расширяющиеся и безусадочный, гипсоцементно-пуццолановые и шлакощелочные вяжущие вещества, кислотоупорный цемент.

1. Быстротвердеющий портландцемент

Разновидностью шлакопортландцемента является быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 (содержание гранулированного шлака до 50 % и более высокая тонкость помола), характеризующийся интенсивным нарастанием прочности в начале твердения.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) марок 400 и 500 отличается более интенсивным нарастанием прочности в первые трое суток твердения за счет повышенного содержания клинкерных минералов (С3S+С3А) до 60-65 %, а также более высокой тонкости помола с удельной поверхностью частиц 3500-4000 см2/г.

При помоле допускается введение до 15-20 % активных минеральных добавок, БТЦ применяется для уменьшения тепловлажностной обработки цементных бетонов, изготовления сборных высокопрочных, обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, ускорения темпов строительства, зимнего бетонирования.

Разновидностью БТЦ является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) марок 600 и 700, характеризующийся большой скоростью твердения и высокой прочностью, что позволяет отказаться от пропаривания изделий из него и сокращает расход цемента. Клинкер в этом цементе содержит до 60-65 % и не более 8 % С3А. При помоле не допускается введение минеральных добавок, тонкость помола составляет 4000-4500 см2/г. Наиболее целесообразно использование этих цементов при возведении зданий и сооружений из монолитного бетона, а также при ремонтных работах.

2. Пластифицированный портландцемент

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают тонким измельчением портландцементного клинкера совместно с гипсом и пластифицирующей добавкой сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) в количестве 0,25 % массы цемента. Придание растворным и бетонным смесям повышенной пластичности снижает расход цемента на 5-8 %.

3. Гидрофобный портландцемент

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с гипсом и 0,1-0,2 % гидрофобизирующей (водоотталкивающей) добавки: мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, окисленного петролатума и других поверхностно-активных органических веществ.

Гидрофобный портландцемент повышает подвижность бетонных смесей, что приводит к увеличению их водостойкости, водонепроницаемости и морозостойкости. Применяют гидрофобный и пластифицированный цемент наравне с обычным портландцементом, в том числе для конструкций, работающих в условиях циклического замораживания и оттаивания, а также при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния.

4. Сульфатостойкий портландцемен

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) (ГОСТ 22266-76*) марки 400 имеет нормированный минералогический состав клинкера: C3S -- не более 50%, С3А -- не более 5 %, C3A+C4AF -- не более 22 %, MgO -- 5 %. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается.

Сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовления конструкций гидротехнических и других сооружений, подвергающихся агрессивному воздействию сульфатных вод и работающих в условиях многократного замораживания и оттаивания в пресной и слабоминеральной воде.

Выпускаются разновидности сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками и cульфатостойкий шлакопортландцемент, имеющие нормированный минералогический состав.

5. Алинитовый портландцемент

Алинитовый портландцемент получают из сырья, аналогичного портландцементу с добавкой в смесь СаСl2. Клинкер после обжига измельчают совместно с гипсом (2,5-3,5% массы цемента). Допускается введение при помоле 10-30 % активных минеральных добавок или 30-50 % доменного гранулированного шлака. Одним из основных минералов клинкера являются алинит (хлорсиликат кальция 60-80 %) и хлоралюминат кальция. Активность алинитового цемента 40-50 МПа.

Преимуществом алинитового цемента перед портландцементом является пониженный расход энергии при обжиге сырья (температура обжига 1100 °С против 1400 °С для портландцемента), а также ускорение в 3-4 раза размола клинкера. К недостаткам его относится несколько пониженная морозостойкость бетонов и коррозия арматуры под влиянием ионов хлора.

6. Цветные портландцементы

Белый (ГОСТ 965-78) и цветные (ГОСТ 15825-80) портландцементы изготовляют путем совместного помола белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Белый клинкер получают обжигом на беззольном (газовом) топливе чистых известняков, мраморов и белых глин.

Белый портландцемент имеет марки 400 и 500 и по степени белизны делится на три сорта: БЦ-1, БЦ-2, БЦ-3.

Цветные цементы получают совместным помолом клинкера белого портландцемента со щелоче- и светостойкими пигментами (природными -- 15% или синтетическими -- 0,3%), активной минеральной добавки (белого диатомита) и гипса. Выпускается он трех марок: 300 400, 500, желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цветов. Применяют белый и цветные портландцемента как вяжущие для архитектурно-отделочных работ, облицовочного слоя крупных панелей и блоков, скульптурных работ и для изготовления искусственного мрамора. Для водных малярных составов, изготовления цементных и полимерцементных красок и шпатлевок белый и цветные портландцемента используются в качестве связующего и наполнителя.

К специальным цементам, отличающимся от цементов, изготовленных на основе портландцементного клинкера, относятся: глиноземистый цемент и комплексные вяжущие (смешанные цементы) -- расширяющиеся и безусадочный, гипсоцементно-пуццолановые и шлакощелочные вяжущие вещества, кислотоупорный цемент.

7. Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) -- быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением клинкера после обжига до плавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом (бокситы и известняки). Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным образом СаО.А12О3.

Твердение глиноземистого цемента происходит быстро и сопровождается большим тепловыделением, он имеет высокую прочность и химическую стойкость. Цвет глиноземистого цемента серо-зеленый, коричневый или черный, плотность в рыхлом состоянии 1000-1300, а в уплотненном -- 1600-1800 кг/м2, тонкость помола выше, чем у портландцемента, начало схватывания не ранее 30 мин, конец -- не позднее 12 ч. Марки глиноземистого цемента 400, 500 и 600, устанавливаются в возрасте трех суток. Применяется он для получения быстротвердеющих и жаростойких бетонов и растворов, а также при срочных аварийных и ремонтных работах и зимнем бетонировании. Бетоны на глиноземистом цементе водонепроницаемы, стойки в условиях пресных и сульфатных вод и морозостойки.

Применение этого цемента ограничено его высокой стоимостью. Не рекомендуется использовать его в массивных сооружениях, подвергать пропариванию, смешивать с портландцементом.

8. Водонепроницаемый расширяющийся цемент

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) -- быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола или смешивания глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Расширяющее воздействие оказывает минерал эттрингит (ЗСаО.А12О3.3CaSO4.31pO), образующийся при взаимодействии цемента с водой. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало -- не ранее 4 мин, конец -- не позднее 12 мин, через 25 сут имеет марку 500. Схватывание цемента можно замедлять добавками СДБ, уксусной кислоты, буры и др. ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбов труб, замоноличивания стыков и трещин в железобетонных конструкциях, заделки фундаментных болтов и подливки под оборудование. Не рекомендуется применять ВРЦ в конструкциях, эксплуатирующихся при температуре выше 80 °С.

9. Водонепроницаемый безусадочный цемент

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ) имеет свойства и область применения, аналогичные ВРЦ, но отличается составом. В нем гидроалюминат кальция при смешивании компонентов заменен гашеной известью.

10. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) получают совместным помолом высокоглиноземистого клинкера (70 %) и природного гипса (30 %). Он имеет более удобные для производства сроки схватывания: начало -- не ранее 20 мин, конец -- не позднее 4 ч. Применяют для получения безусадочных и расширяющихся растворов, бетонов, штукатурок, для гидроизоляции шахт, подвалов, заделки различных швов и т. п.

11. Расширяющийся портландцемент

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) -- продукт совместного помола портландцементного клинкера (60-65 %), высокоглиноземистого шлака или глиноземистого клинкера (5-7 %), гипса (7-10 %) и активной минеральной добавки. Применение добавки позволяет ускорить образование кристаллов эттрингита до схватывания цемента, что обеспечивает расширение теста и растворов в пластическом состоянии. По прочности РПЦ имеет марки 400, 500 и 600, начало схватывания -- не ранее 30 мин, конец -- не позднее 12 ч, применяют для высокопрочных бетонных и железобетонных конструкций, безусадочных расширяющихся бетонов и растворов.

12. Напрягающий цемент

Напрягающий цемент (НЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (65-70 %), глиноземистого цемента (13-20 %) и гипса (6-10 %). Начало схватывания составляет 4-7 мин, конец -- 4-7 мин. Замедлители схватывания: СДБ и винно-каменная кислота. Применяется для изготовления предварительно напряженных железобетонных изделий. Натяжение арматуры происходит одновременно с расширением самого цементного камня.

13. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество (ГЦПВ) получают смешением строительного или высокопрочного полуводного гипса (50-75 %),портландцемента (15-25 %) и минеральной добавки (10-25 %).

Вместо портландцемента в смеси возможно применение пуццоланового портландцемента с активной добавкой или шлакопортландцемента. ГЦПВ имеет марки 100 и 150, характеризуется быстрым твердением и повышенной водостойкостью. Прочность бетонов на ГЦПВ через 2-3 ч после их приготовления достигает 30-40 % марочной, коэффициент размягчения 0,6-0,8, морозостойкость 25-50 циклов. ГЦПВ применяют для изготовления панелей основания пола, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и других конструкций.

14. Шлакощелочный цемент

Шлакощелочный цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов (натрия, лития или калия). Важным свойством шлакощелочного цемента является возможность получения высококачественных растворов с местными некондиционными заполнителями, содержащими до 20 % пылеватых и 5 % глинистых частиц: щебни слабых пород, отходы камнепереработки, отвальные шлаки, мелкие местные пески, супеси, легкие суглинки. Прочность такого цемента превышает в 1,5-2 раза прочность портландцемента. Шлакощелочной цемент обладает повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью во многих коррозионных средах, биостойкостью, способностью твердеть при отрицательных температурах, хорошей адгезией к стали, жаростойкостью. Применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных изделий, в гидротехническом и дорожном строительстве.

15. Кремнийорганический силикатный кислотоупорный цемент

Кремнийорганический силикатный кислотоупорный цемент (КСКЦ) получают смешиванием или совместным помолом равных долей кремнийоргсиликата и кварцевого песка с добавлением вяжущего -- жидкого натриевого или калиевого стекла (10% общей массы). В качестве катализатора и ускорителя твердения применяют кремнефтористый натрий, кремнефтористый алюминий или этилсиликат-32 (эфир ортокремниевой кислоты).

Кремнийоргсиликат, входящий в состав КСКЦ, представляет собой продукт гидролиза жидкого стекла и тетраэтоксисилана в соотношении 1:1. Вместо наполнителя -- кварцевого песка могут использоваться порошки маршаллита, андезита, диабаза, кварцита.

Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких растворов, бетонов, замазок.

Бетон с применением кислотостойких, заполнителей (кварцевый песок, гранит, андезит) имеет прочность при сжатии 50-60 МПа. Изделия из него устойчивы в среде минеральных и органических кислот (кроме фтористо-водородной, кремнефтористо-водородной и фосфорной), но теряют прочность в воде, а в едких щелочах разрушаются.

Список литературы

1. Новиков В.У. "Полимерные материалы для строительства". М., "Высшая школа", 1995г.

2. Протвинеев И.В. и другие "Гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие материалы". М., 1963 г.

3. Бондарь К.Я., Ершов Б.Л., Соломенко М.Г. "Полимерные строительные материалы". Справочное пособие. М., Стройиздат, 1974 г.

4. Рыбьев И.А. "Технология гидроизоляционных материалов". М., "Высшая школа", 1964г.

5. Бурмистров Г.Н "Кровельные материалы". М., Стройиздат, 1980 г.