Файл: Материалы и изделия на основе минеральных вяжущих веществ.doc

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Кафедра материаловедения

Реферат по дисциплине Строительное материаловедение, на тему: «Материалы и изделия на основе минеральных вяжущих веществ»

Студент группы НМТ-210803

Кулешов Д.А.

Преподаватель: Маслова О.В.

Екатеринбург 2022

Содержание



Введение

Вяжущие вещества – вещества, затвердевающие в следствии действия различных физико-химических процессов, иными словами, они работают в качестве цементирующего элемента. Переходя из вязкой пастообразной фазы в камневидную фазу, вяжущие вещества соединяют друг с другом частицы какого-нибудь заполнителя (песка, каменной крошки, щебня и прочих). Данная функциональная черта вяжущих веществ, нашла довольно обширное применение в строительной промышленности, их используют в рецептурах растворов – кладочных, штукатурных и специализированных, а кроме того бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных и других необожженных строительных материалов искусственного происхождения[2].

Вяжущие вещества классифицируются на органические и неорганические (минеральные) вещества. К органическому классу вяжущих веществ, принадлежат битумы, дегти, животные клеи, различные высокомолекулярные соединения. Они все переходят в эксплуатационную фазу в следствии воздействия повышенных температур, расплавления, либо растворения в разных органических растворителях. К неорганическому классу вяжущих веществ, принадлежат строительный гипс, известь, различные виды цементов, растворимое стекло и прочие. Неорганические вяжущие вещества, как правило, затворяются водой, а иногда и водными растворами различных солей. Их классифицируют на воздушные, кислотостойкие, гидравлические и вяжущие вещества автоклавного твердения. Также вяжущие вещества подразделяются на множество разных марок. Марка вяжущего вещества говорит о его прочностных показателях при сжатии, в стандартных условиях эксперимента. Еще их классифицируют по быстроте затвердевания. Самую большую скорость затвердевания имеют вяжущие вещества на основе гипса (до нескольких часов). Самую маленькую скорость затвердевания имеет воздушная известь (не один месяц)

---

О примитивных вяжущих веществах знали уже за несколько тысячелетий до нашей эры, их прародителем была необожженная глина. Уже в древнем династическом Египте, в эпоху властвования фараонов, при строительстве пирамид активно употребляли вяжущие вещества, которые получали из гипса. Наглядным примером является известная египетская пирамида Хеопса, построенная приблизительно 4000 лет назад, которая возведена именно на гипсовом растворе. Тогда вяжущие вещества получали в следствии обжига гипсового камня и известняковых пород. Римляне для повышения стойкости к воде, к ним добавляли различные сильно измельченные минеральные порошки, например вулканический пепел, туф или пемзу. В древней Руси вяжущие вещества на основе гипса начали применять приблизительно в XI веке, при строительстве Софийского храма в Киеве[1]. В растворы, обладающие хорошими гидравлическими показателями, наши предки также добавляли бычью кровь, творожную массу, яйца и прочие похожие материалы. В 1584 году в Москве был издан Каменный приказ, который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести.

Большой вклад в развитие производства вяжущих веществ внесли англичане. В 1796 году Джеймс Паркер получил патент на производство романцемента. А в 1824 году Джозефом Аспдином был заявлен патент на производство портландцемента[1].

В нашей стране первые рецептуры по приготовлению вяжущих веществ были разработаны в XVIII веке. Данные рецептуры были обобщенным плодом многолетних исследований многих русских ученых.

Так, Василий Михайлович Севергин говорил о целесообразности применения известняковых пород с примесями глин и мергелистых пород для приготовления вяжущих веществ, обладающих хорошими гидравлическими свойствами[2].

Совершенно новым стали правила технологии получения гидравлических вяжущих, представленные в научной работе русского военного техника Егора Герасимовича Челиева, изданной в XIX веке. В своих исследованиях он приводит описание изготовления гидравлического вяжущего, полученного из извести и глины (в отношении 1:1) смешанных в присутствии воды; изготовления кирпичей и обжига их в горне на сухих дровах (примерно при температуре 1100 – 1200 °C). Уже тогда Егор Челиев предложил применять гипс при затворении получаемого им цемента водой, как для повышения устойчивости к воздушной среде только что обожженного продукта, так и для повышения прочности лежавшего без употребления в течение долгого времени цемента[1].

---

В 1822 году профессором строительной отрасли Петербургского института инженеров путей сообщения Антуаном Рокуром де Шарлевилем был издан «Трактат об искусстве изготовлять хорошие растворы», в нем описывались итоги изучения известковых пород Петербургской губернии. В данном издании рассказывается о приготовлении вяжущего вещества в следствии обжига смеси известняковых пород и глины с дальнейшим перемолом продуктов.

В XIX – XX веках в усовершенствование базы по производству вяжущих большой вклад внесли исследования Дмитрия Ивановича Менделеева, а также работы таких великих ученых, как Алексей Романович Шуляченко, Иван Григорьевич Малюга, Николай Николаевич Лямин, Николай Аполонович Белелюбский[1].


1. Неорганические вяжущие

Неорганическими вяжущими называют порошкообразные вещества высокой степени перемола, которые переходят в следствии затворения водой в вязкотекучее сходное с тестом вещество, затвердевающее при конкретных условиях до камневидного состояния.

По своему составу, важным показателям и применению выделяют несколько разновидностей неорганических вяжущих: воздушные, кислотоустойчивые, гидравлические и вяжущие автоклавного затвердевания. Каждую из приведенных групп подразделяют еще на некоторое количество различных подгрупп[2].
Таблица 1. Классификация минеральных вяжущих

Вид минерального вяжущего	Примеры	Основные сфер использования
Воздушные	Гипсовые вяжущие, воздушная известь, магнезиальные вяжущие, кислотостойкий цемент, растворимое стекло	При постройке жилых домов
Гидравлические	Гидравлическая известь, романцемент, разновидности портландцемента, расширяющиеся и напрягающие цементы, глиноземистый цемент	При постройке мостов и прочих гидротехнических сооружений
Автоклавного твердения	Известково-кремнеземистые вяжущие, известково-пуццолановые вяжущие, известково-зольные вяжущие, известково-шлаковые вяжущие, известково-нефелиновые и прочие	Изготовление кирпичных изделий

В контакте с воздухом, затворенные воздушные вяжущие схватываются, затвердевают и упрочняются. В конечном итоге выходит камневидный материал, долго сохраняющий свои прочностные показатели, но исключительно на воздухе. Эти материалы, в силу особенности своих свойств, не используются ни в каких сооружениях, кроме наземных, в коих исключено действие не воздушных сред. К этому классу принадлежат строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие[2].

---

Кислотостойкие вяжущие после затвердевания в воздухе некоторый период сохраняют свои прочностные характеристики под влиянием неорганических кислот. К данному классу вяжущих принадлежат кислотостойкий цемент и прочие[1].

Затворенные водой, гидравлические вяжущие обладают особенностью, увеличивать свои прочностные характеристики в воде. По клинкерному и вещественному составу бывают: цементы на базе портландцементного клинкера (портландцемент, портландцемент с неорганическими добавками) и цементы на базе глиноземистого клинкера (глиноземистый и гипсоглиноземистый).

Вяжущие автоклавного твердения превращаются в камень исключительно в автоклавных условиях, то есть при паровом давлении 0,9 – 1,3 МПа и температуре 440 – 470 K. К ним принадлежат, к примеру известково-кремнеземистые, известково-пуццолановые, известково-зольные вяжущие и прочие [2].

Важными показателями вяжущих являются плотность, насыпная плотность, показатель водопотребления, быстрота схватывания и твердения, прочностные показатели.

Плотность сильно зависит от класса неорганического вяжущего. Больше остальных у негашеной извести – 3,1 – 3,3 г/см³ и портландцемента – 3 – 3,2 г/см³, меньше всего у гипсовых вяжущих – 2,6 – 2,7 г/см³.

Насыпная плотность вяжущих сильно зависит от основной плотности и степени перемола порошка. Насыпная плотность портландцемента – 900 – 1100 кг/м³.

Водопотребление – это объем воды, нужный для достижения вязкотекучего тестообразного состояния. Маленький показатель водопотребления дает лучшее качественные и прочностные характеристики. Самый маленький показатель у портландцемента – 24 – 28%, самый большой у вяжущих на базе гипса – 50 – 80 %.

Время схватывания – это время, за которое затворенное неорганическое вяжущее, поддерживает свои показатели пластичности. Очень скоро схватываются гипсовые вяжущие: начинают через 4 – 5 минут, заканчивают через 10 – 15 минут после затворения водой. Очень долго схватывается гидратная известь, аж через 3 – 5 суток.

Быстрота затвердевания зависит от взаимодействия компонентов неорганического вяжущего с водой. У гипсовых вяжущих скорость затвердевания около 1 – 2 часов. Гашеная известь затвердевает не один год. Цементы по быстроте твердения выделяют: обычные (с нормировкой прочностных показателей за срок 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за срок 1 – 28 суток), быстротвердеющие (с нормировкой прочностных показателей за 1 сутки и меньше).

---

Прочность показывает способность вяжущего сохранять свои свойства под действием различных внешних нагрузок. Прочностные показатели камневидной фазы являются зависимыми от нескольких условий: вида вяжущего, тонкости его перемола, показателя водопотребления, быстроты твердения. По прочностным характеристикам выделяют цементы: высокопрочные (550 – 600 и более), повышенной прочности (500), рядовые (300 – 400), низкомарочные (менее 300). Большие прочностные показатели имеют вяжущие автоклавного твердения. А вот, прочностные показатели воздушных вяжущих намного меньше (5 – 20 МПа)
1.1 Воздушные вяжущие

Затворенные водой воздушные вяжущие затвердевают и сохраняют прочностные характеристики исключительно в воздухе. Под влиянием водной среды такие материалы достаточно быстро подвергаются разрушению. Из-за этого воздушные вяжущие используются только при возведении наземных сооружений. К таким материалам принадлежат гипсовые вяжущие, воздушная известь (негашеная комовая известь, гашеная молотая известь), магнезиальные вяжущие, кислотостойкий цемент, растворимое стекло и прочие[2].

Гипсовые вяжущие классифицируются на две группы – низко обжиговые и высоко обжиговые. Исходным сырьем для них служит гипсовый камень – двухводный гипс – CaSО₄·2H₂О, и ангидрит, в его состав входит безводный гипс – CaSО₄, а кроме того отходы химической индустрии, содержащее двухводный или безводный сернокислый кальций. Чистый двухводный гипс состоит из 32,56% СаО; 46,51% SО₃ и 20,93% воды, а ангидрит – из 41,19% СаО и 58,81% SО₃. Растворимость двухводного гипса, равна 2,05 грамм в одном литре воды при 20 °С. Растворимость ангидрита – один грамм на один литр воды[3].

Магнезит широко распространенный минерал, который назван от области Магнесия (Фессалия, Греция), где был впервые обнаружен. В природных условиях магнезит существует в двух разновидностях – кристаллическом и аморфном. Прочностные показатели и того и другого вида магнезита по шкале Мооса находится в интервале 3,5 – 4,5; плотность 2,9 – 3,1. Состав магнезита 47,82% оксида магния и 52,18% CO₃. В природном магнезите имеют место разные примеси: глинистые породы, углекислый кальций и прочие. В зависимости от состава примесных компонентов различают белый, бурый, серый и желтый магнезит. В аморфном состоянии всегда есть наличие кремнезема, но отсутствуют соединения железа. В природных условиях магнезит более редкий минерал, чем известняк и доломит. Наиболее известны два магнезиальных вяжущих: каустический магнезит и доломит. Каустический магнезит получают в следствии обжига магнезита (MgCО

---