Лекція 17
В'яжучими матеріалами(або просто терпкими) називають тонкодисперсні порошкоподібні речовини або композиції речовин, що утворюють при взаємодії з рідинами тверді високополімерні матеріали. Як в'яжучі матеріали можуть бути речовини органічної, елементоорганічної та неорганічної природи. Як рідина для неорганічних в'яжучих матеріалів зазвичай використовують воду, іноді - ортофосфорну кислоту.
Алебастр.Зустрічається в природі гіпс CaSО 4 ·2Н 2 Про частковим зневодненням при 160°С переводять у так званий палений гіпс - суміш CaSО 4 ·0,5Н 2 Про високодисперсного CaSO 4 або алебастр:
2CaSО 4 · 2Н 2 О = CaSО 4 · 0,5Н 2 О + CaSО 4 + 3,5 Н 2 О
Палений гіпс досить швидко твердне, знову перетворюючись на CaSО 4 ·2Н 2 О. Завдяки цій властивості гіпс застосовується для виготовлення відливальних форм і зліпків з різних предметів, а також як в'яжучий матеріал для штукатурки стін та стель. Отримують також гіпсобетонні вироби, що містять у матеріалі, крім гіпсу, різні наповнювачі. У хірургії при переломах використовують гіпсові пов'язки.
Вапняний розчин. Суміш гашеної вапна з піском і водою називається вапняним розчином і служить для скріплення цегли при кладці стін. Гашене вапно застосовують також як штукатурку. Затвердіння вапна відбувається спочатку через випаровування води, а потім в результаті поглинання гашеним вапном діоксиду вуглецю з повітря та утворення карбонату кальцію:
Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСОз + Н 2 О.
Внаслідок невеликого вмісту СО 2 у повітрі процес твердіння протікає дуже повільно, а так як при цьому виділяється вода, то в будинках, побудованих із застосуванням вапняного розчину, довго тримається вогкість. При затвердінні вапняного розчину також протікає процес:
Са(ОН) 2 + SiО 2 = CaSiО 3 + Н 20.
Цемент.До найважливіших матеріалів, що виготовляються силікатною промисловістю, належить цемент, що споживається у величезних кількостях під час будівельних робіт.
Звичайний цемент (силікатцемент) одержують шляхом випалювання суміші глини з вапняком. При випалюванні цементної суміші карбонат кальцію розкладається на діоксид вуглецю та оксид кальцію; останній вступає у взаємодію з глиною, причому виходять силікати та алюмінати кальцію.
Цементна сумішзазвичай готується штучно. Але місцями в природі зустрічаються вапняно-глинисті породи - мергелі, які за складом якраз підходять до цементної суміші.
Хімічний складцементів виражають зазвичай у відсотках (мас.) оксидів, що містяться в них, з яких головними є СаО, Аl 2 Оз, SiO 2 і Fе 2 Оз.
При замішуванні силікатцементу з водою виходить тістоподібна, через деякий час маса, що твердне. Перехід її з тістоподібного стану в тверде називається "схоплювання".
Процес затвердіння цементу протікає три стадії. Перша стадія полягає у взаємодії поверхневих шарів частинок цементу з водою згідно зі схемою:
ЗСаО · SiO 2 + nН 2 О = 2СаО · SiO 2 · 2Н 2 О + Са(ОН) 2 + (n - 3) Н 2 О.
З розчину, що міститься в цементному тесті, насиченого гідроксидом кальцію, останній виділяється в аморфному стані і, обволікаючи цементні зерна, перетворює їх у пов'язану масу. У цьому полягає друга стадія – схоплювання цементу. Потім починається третя стадія – кристалізація або твердіння. Частинки гідроксиду кальцію укрупнюються, перетворюючись на довгі голчасті кристали, які ущільнюють масу силікату кальцію. Водночас наростає механічна міцністьцементу.
При вживанні цементу як в'язкий матеріал його зазвичай змішують з піском і водою; ця суміш називається цементним розчином.
При змішуванні цементного розчину з гравієм або щебенем одержують бетон. Бетон - важливий будівельний матеріал: з нього будують склепіння, арки, мости, басейни, житлові будинки тощо. Споруди з бетону з основою із сталевих балок або стрижнів називаються залізобетонними.
Крім силікатцементу, випускаються й інші види цементів, зокрема глиноземистий та кислототривкий.
Глиноземистий цементотримують сплавленням тонко розмеленої суміші бокситу (природного оксиду алюмінію) з вапняком. Цемент містить у відсотковому відношенні більше оксиду алюмінію, ніж силікатцемент. Головними сполуками, що входять до його складу є різні алюмінати кальцію. Глиноземистий цемент твердне набагато швидше, ніж силікатний. Крім того, він краще протистоїть дії морської води. Глиноземистий цемент набагато дорожчий за силікатцемент, тому він застосовується в будівництві лише в спеціальних випадках.
Кислотостійкий цементявляє собою суміш тонко розмеленого кварцового піскуз «активною» кремнеземистою речовиною, що володіє високорозвиненою поверхнею. Як таку речовину застосовують або трепел, підданий попередньо хімічної обробки, або штучно одержаний діоксид кремнію. Після додавання до зазначеної суміші розчину силікату натрію виходить пластичне тісто, що перетворюється на міцну масу, що протистоїть усім кислотам, крім фтороводню.
Кислотоупорний цемент застосовується як в'язка при футеровці хімічної апаратури кислототривкими плитками. У ряді випадків їм замінюють дорожчий свинець.
Магнезіальний цемент. Технічний продукт, одержуваний шляхом замішування прожареного при 800°З оксиду магнію з 30% (мас.) водним розчином магнію хлориду, носить назву магнезіального цементу (цементу Сореля). Така суміш через деякий час твердне, перетворюючись на щільну білу масу, що легко полірується. Затвердіння можна пояснити тим, що основна сіль, що спочатку утворюється відповідно до рівняння
MgO + MgCl 2 + H 2 O = 2MgCl(OH),
потім полімеризується в ланцюгах типу - Mg - О----- Mg - O - Mg -, на кінцях яких знаходяться атоми хлору або гідроксильні групи.
Магнезіальний цемент як в'яжучий матеріал застосовується при виготовленні млинів, точильних каменів, різних плит. Його суміш з тирсою (ксилоліт) використовують для покриття підлог.
Металофосфатні в'яжучі матеріали . Широке застосування знаходять в'яжучі матеріали на основі оксидів різних металів та ортофосфонної кислоти (або її солей). Особливостями одержуваних на їх основі речовин є підвищена адгезія до різних матеріалів, жароміцність та жаростійкість.
Вперше фосфатні в'яжучі матеріали були застосовані в зуболікарській практиці (їх так само, як і магнезіальний цемент, називають цементом Сореля) на основі гідрофосфату та гідроксофосфату цинку. Цей цемент виходить із оксидів цинку, магнію, кремнію та вісмуту. Суміш після випалу подрібнюють на порошок і обробляють ортофосфорною кислотою. Пластична маса, що утворюється, схоплюється за 1-2 хв.
Розчини цинкфосфатних та алюмофосфатних сполучних з мольним ставленням оксидів цинку та алюмінію до оксиду фосфору (V) 1:5 після нанесення на деревину створюють тонкошарове (товщиною менше 1 мм) покриття, переводять деревину в категорію важкозгоряних матеріалів.
Виробництво алюмохромфосфатного в'яжучого матеріалузводиться до отримання суміші сполук хрому (+3), гідроксиду алюмінію та ортофосфорної кислоти. Отриманий в'язкий прозорий розчин зеленого кольору відповідає складу Аl 2 Оз · 0,8 Cr 2 O 3 · 3P 2 O 5 . На основі фосфатних зв'язок розроблені антикорозійні, вогнезахисні та декоративні покриттята фарби, жаростійкі бетони, обмазки, клеї та керамічні вогнетривкі, теплоізоляційні та конструкційні матеріали.
Органічні в'яжучі матеріали
Бітуми- це в'яжучі, що складаються з різних вуглеводнів та кисневих органічних сполук азоту та сірки. Вони розчиняються в органічних розчинниках і поділяються на природні та нафтові. Бітуми– складні органічні в'яжучі, що являють собою колоїдні системи, в яких дисперсійним середовищем є олії та смоли, а дисперсною фазою – асфальтени.Масляні фракції бітумів складаються з вуглеводнів із середньою молекулярною масою 600 а.е.м. У смол вона близько 800 а.е.м. Сірка, кисень і азот входять до складу активних груп OH, NH, SH, COOH. У бітумах є вуглеводні метанового, нафтенового і бензольного рядів і становлять понад кілька сотень тисяч сполук.
Властивості бітумів оцінюють за температурою розм'якшення, твердості та розтяжності, які характеризують їх пластичність та здатність пов'язувати мінеральні матеріали. Парафіни погіршують властивості бітумів, підвищуючи крихкість за низької температури. Згодом відбувається повільне зміна властивостей бітумів – їх старіння. Крихкість і твердість бітумів у своїй зростають.
Асфальт– суміш бітуму та тонко подрібнених мінеральних матеріалів, які надають їм міцності при зміні температури. Різновидами природних асфальтів є гірські смоли, асфальтиди, асфальтові породи. В асфальтових породах переважають мінеральні речовини типу вапняків та пісковиків (до 70-80%). Асфальти отримують штучно шляхом змішування порошкоподібного вапняку з бітумом, кількість якого коливається в межах від 13 до 60%.
Асфальтени– найбільш високомолекулярні речовини природної нафти, масова вага яких коливається не більше 600-6000а.е.м. Залежно від хімічного складу нафти вони можуть бути у вигляді істинних або колоїдних розчинів. Асфальтени в основному складаються з (80-86%), О(1-9%), N(lj 2%), S(0-9%),кількість яких залежить від складу нафти. Асфальтени розглядають як продукти конденсації нафтових смол. Це темно-бурі порошки, які легко розчиняються в бензолі, хлороформі, сірковуглецю, що використовується для виділення з нафти та нафтопродуктів.
Асфальтові розчиниготують із суміші нафтового бітуму з тонкодисперсними мінеральними добавками (вапняк, шлаки, кварцовий пісок тощо). Їх включення в бітуми підвищує твердість та температуру розм'якшення розчину. Асфальтові розчини водоенпроникні, атмосферостійкі, досить міцні та застосовуються для покриття тротуарів, нанесення гідроізоляції та захисту від корозії.
Якщо асфальтовий розчин ввести великий заповнювач, то отримують асфальтобетони, які потім укладають у гарячому вигляді при покритті автошляхів. На основі бітумів і латексів виробляють рубемаст, склобіт, склопласт, бітумно-полімерний елабіт, що має високу еластичність на холоді при великій механічній міцності.
Новий рулонний гідроізоляційний матеріал фольгоруберойд виготовляють з алюмінієвої фольги, бітумного в'яжучого та картону. Він застосовується для захисту та теплоізоляції трубопроводів при температурах від - 40 до +70 о С. Випускається також битумна черепиця різного кольорустійка в суворих кліматичних умовах.
В'яжучі матеріали (мінеральні в'яжучі речовини) - це порошкоподібні речовини, які після замішування водою здатні переходити з в'язкого (тістоподібного) стану в каменеподібний. Багатство мінеральних сировинних ресурсів нашої країни, відносно нескладна технологія отримання та високі будівельно-технічні властивості мінеральних в'яжучих забезпечують їм необмежене застосування при оздоблювальних робітах для приготування штукатурних розчинівта інших видів робіт.
Залежно від здатності твердіти на повітрі та у воді в'яжучі матеріали поділяють на дві групи: повітряні та гідравлічні. Якщо в'яжуча речовина може твердіти, довго зберігати свою міцність або підвищувати її тільки на повітрі, то її називають в'язким повітряного твердіння. В'яжуча речовина, здатна твердіти, зберігати і підвищувати свою міцність не тільки на повітрі, але ще краще у воді або у вологих умовах, називають гідравлічним твердінням.
Глина- найдешевший і найпоширеніший в'яжучий матеріал. Об'ємна маса – 1500-1700 кг/м. Глина утворилася внаслідок вивітрювання гірських порід. Залежно від домішок глини ділять на жирні, середні та худі. Чим менше домішок, тим вона жирніша. Основний мінералогічний склад – каолініт. Глину застосовують для приготування чистих глиняних розчинів і як добавку цементні розчинидля кращої пластичності та зручності. Якщо глина сильно забруднена, її проціджують та відмучують. При цьому великі частинки осідають у процесі перемішування глини з водою, воду зливають, а сметаноподібну масу (глиняне тісто) використовують під час будівельних робіт.
Вапно будівельнебуває декількох сортів:
Вапно негашене мелене;
Вапняне тісто;
Вапно гідратне (пушонка).
Вихідним матеріалом для перерахованих сортів вапна є кускове негашене вапно (), яке утворюється в результаті термічної обробки вапнякових порід ():
При помелі в тонкий порошок виходить мелена негашене вапно. При гашенні шматкової вапна надлишком води, отримують вапняне тісто, а при гашенні комової вапна обмеженою кількістю води отримують гідратне вапно у вигляді тонкого білого порошку (пухлинне вапно).
Процес гасіння вапна має екзотермічний характер, тобто. виділяється тепло:
Ця реакція відбувається дуже бурхливо. Звідси назва – кип'ячка.
Термін "пушонка" виник у зв'язку з тим, що дуже пориста грудка вапна під впливом певної кількості води розсипається в тонкий порошок. Відокремлений від розчину гідрат окису кальцію обволікає частинки негашеного вапна, і процес гасіння припиняється. Тому для повного гасіння вапна необхідно безперервне перемішування. Що знаходиться в штукатурному шаріреагує з вуглекислим газомокружного повітря:
Процес утворення карбонату кальцію відбувається тільки на повітрі, протікає повільно і супроводжується виділенням води. Таким чином, в результаті ряду хімічних і технологічних перетворень знову утворюється вапняк у вигляді шару штукатурки заданої форми та фактури.
Будівельний гіпс.Природною сировиною для отримання будівельного гіпсу є сірчанокислий вапняк. Гіпсовий камінь (сірчанокислий вапняк) при нагріванні дегідратується. Він легко виділяє воду і не вимагає великої кількості тепла, як для отримання вапна. При нагріванні до температури 800 "З виходить кальцинований гіпс, який швидко схоплюється. Процес схоплювання (твердіння) визначається тим, що речовина, що зачиняється, володіє більшою розчинністю ніж продукт, що утворюється в результаті взаємодії в'яжучого і води. Тому в розчин переходить нову кількість напівводного гіпсу, знову утворюється пересичений розчин, з якого виділяються кристали гіпсу:
Процес набору міцності в'яжучих є наступною послідовністю: розчинення - гідратація - колоїдація - кристалізація.
В'яжучі гідравлічного твердіння(Цементи) - продукт тонкого помелу попередньо обпаленої природної сировини - мергель або суміші вапняку та глини у співвідношенні 1:3. Мають здатність після замішування водою під впливом фізико-хімічних процесів переходити з тістоподібного стану в дуже міцне каменеподібне.
Основним в'язким гідравлічного твердіння є портландцемент. Це в'яжуче має складну полімінеральну структуру, що складається в основному із сполук чотирьох оксидів:
Матеріал, що утворився після випалу при температурі 1450°С, носить назву клінкер. Клінкер після випалу витримують на спеціальних складах протягом двох-трьох тижнів для погашення вільного вапна і потім перемелюють на спеціальних кульових млинах. Отриманий таким чином тонкий порошок зеленого кольору об'ємною масою 1200-1400 кг/м є портландцементом. Міцність (марку) портландцементу визначають стиском до руйнування зразка-кубика стандартного приготування через 28 діб. з моменту виготовлення зразка у кілограмах на квадратний сантиметр (кг/см) або у мегапаскалях (МПа). Марки портландцементу: 200 (20 МПа); 300 (30 МПа); 400 (40 МПа); 500 (50 МПа); 600 (60 МПа); 700 (70 МПа). Для штукатурних робіт використовуються цементи низьких марок.
Пуццолановий портландцементвиходить шляхом спільного тонкого подрібнення портландцементного клінкеру, гіпсу та активних мінеральних добавок (трепелу, пемзи, туфу, траса, пуццолани). Пуццолановий портландцемент має марки 200, 250, 300, 400, 500. Крім зазначених випускають цементи: шлакопортландцемент, кольорові, розширюється, гідрофобний, кислотостійкий та ін.
Заняття №13
Мінеральні в'яжучі речовини застосовуються як кладочні та штукатурні розчини. Залежно від можливих умовформування структури штучного каменю в них виділяють повітряні (вапно повітряне, гіпс, магнезіальні в'яжучі речовини - формування штучного каменю відбувається в сухому середовищі) і гідравлічні - відрізняються складнішим складом, штучний каміньутворюється і зберігається як у сухому, так і у вологому середовищі (гідравлічне вапно та цементи: портландцемент, шлакопортландцемент, спеціальні цементи).
Найчастіше у будівництві застосовують суміші мінерального в'яжучого речовини, води та заповнювача. Необхідність використання заповнювача викликана двома основними причинами:
1) в'яжучі речовини в суміші тільки з водою при затвердінні мають підвищену схильність до набухання та усадки, що призводить до утворення тріщин та руйнування конструкцій. Заповнювачі зменшують усадкові явища;
2) використання заповнювача зменшує витрати в'язкої речовини, а отже, і вартість споруд.
Суміш в'яжучої речовини, води та дрібного заповнювача (піску) називається будівельним розчином, а суміш в'яжучої речовини, води, піску та великого заповнювача (щебеню, гравію) - бетоном.
Оцінюючи якості мінеральних в'яжучих розглядають такі основні показники.
1. Тонкість помелу (дисперсність) визначають просівом навішування в'яжучого через сито зі стандартним розміром осередків і характеризують залишком на ситі (% маси проби). Крім того, тонкість помелу оцінюють питомою поверхнею порошку.
2. Водопотреба являє собою кількість води в % маси в'яжучого, необхідне отримання тесту стандартної консистенції. Для різних в'яжучих методик оцінки консистенції різні, що, пояснюється неоднаковими способами укладання сумішей виробничих умов. Використання тесту стандартної консистенції забезпечує порівняні умови щодо термінів схоплювання, міцності та інших властивостей в'яжучих. Терміни схоплювання показують, як тісто, що швидко в'яже, втрачає пластичність, стаючи жорстким і незручно оброблюваним. Початок і кінець схоплювання визначають значною мірою щодо зміни в часі глибини проникнення голки приладу Віка в тісто стандартної консистенції.
3. Міцність - це основна характеристика якості в'язких речовин, за якою встановлюють їхню марку. Так як міцність в'яжучих змінюється в часі, то марка знаходиться за міцністю, досягнутою за певний час при твердінні в умовах, зафіксованих у відповідному стандарті. Для в'яжучих, що твердіють з різною швидкістю, марка контролюється в різному віці: для гіпсових в'яжучих - після 2 год. твердіння на повітрі, а для портландцементу - після 28 діб перебування у вологих умовах.
Повітряне вапноє місцевою в'яжучою речовиною. Її отримують випалом при температурі 1000-1200 ° С кальцієво-карбонатних порід (вапняку, крейди та ін), що містять не більше 8% глинистих домішок. Повітряне вапно може випускатися у вигляді шматків білого або сірого кольоруі називається комовою; або, якщо комове вапно подрібнити, виходить мелене вапно. У порошкоподібний стан повітряне вапно може перетворюватися на гасіння. Гасіння вапна протікає бурхливо, з виділенням тепла та утворенням гідроксиду кальцію за реакцією:
СаО + Н2О = Са(ОН) 2 + 15,5 ккал.
Якщо для гасіння взяти 40-70% води від ваги вапна, то виходить тонкий порошок, який називається гідратним вапном.
Залежно від вмісту активних оксидів Са і Mg і зерен, що не погасилися, повітряне і гідратне вапно ділиться на два сорти: I і II. Для повітряного вапна вміст оксидів має бути не менше 70% для I сорту і 52% - для другого сорту, а для гідратного вапна відповідно 55% і 40%.
Застосовується вапно для приготування розчинів для кладки та штукатурки, отримання силікатної цеглита змішаних цементів.
Будівельний гіпс(застаріла назва - алебастр) одержують при випаленні двоводного гіпсового каменюпри температурі 120-170 °С. В результаті випалу відбувається гідратація і двоводний гіпсовий камінь переходить у напівводний стан по реакції: 2(CaSО 4 *2H 2 Про) = 2(CaSО 4 *0,5H 2 Про) + 3H 2 Про.
Будівельний гіпс відноситься до швидкотвердіючих в'яжучих - початок схоплювання 4-6 хвилин, а кінець - 30 хвилин. Будівельний гіпс ділиться на три сорти: I, II та III. Для I сорту тонкість помелу має бути не більше 15%, для II сорту – 20% та для III сорту – 30%. Межу міцності при стисканні відповідно 5,5 МПа, 4,5 МПа і 3,5 МПа.
Формувальний гіпс від будівельного відрізняється більш тонким помелом та вищою міцністю. Час схоплювання формувального гіпсу має бути не менше 30 хв. Застосовується формувальний гіпс для скульптурних та ліпних робіт, виготовлення форм для керамічної промисловості.
Ангідритовий цемент отримують при випалюванні двоводного гіпсового каменю при температурі 600-700 °С і наступним помелом з додаванням вапна та шлаку та інших активізаторів твердіння. За межі міцності на стиск (МПа) він ділиться на чотири марки, 10, 15, 20. Застосовується для кладки та оштукатурювання внутрішніх стінта виготовлення художніх виробів.
Недоліком гіпсових в'яжучих є низька водостійкість, тобто. їх можна використовувати у приміщеннях з вологістю трохи більше 60-70%. Тому були розроблені більш стійкі гіпсові в'яжучі, до них відносяться полімергіпс і гіпсоцементно-пуцоланові в'яжучі.
Полімергіпс одержують при змішуванні будівельного гіпсу з фенольно-фурфурольною смолою (17-20%). Цей матеріал, на відміну від будівельного гіпсу, має високу міцність на стиск -30 МПа і велику водостійкість. Використовується у виробництві облицювальних плиток, а також для оздоблювальних робіт у приміщеннях з підвищеною відносною вологістюповітря.
Магнезіальні в'яжучіречовини отримують шляхом випалу магнезиту (MgCO 3) або доломіту (CaCO 3 MgCO 3) при температурі 800-850 °С. Продукт випалу відповідно називається каустичний магнезит або каустичний доломіт. Магнезіальні в'яжучі добре зчіплюються з деревними, азбестовими та іншими волокнами і застосовуються для отримання теплоізоляційних матеріалів (фіброліт), влаштування теплої підлоги (ксилоліт). Магнезіальні в'яжучі зачиняються не водою, а розчинами солей хлористого та сірчанокислого магнію. Початок затвердіння цього матеріалу не раніше 20 хв і не пізніше 6 год. Магнезіальні в'яжучі мають високу межу міцності на стиск 40-60 МПа. Недоліком матеріалу є мала водостійкість, тому він використовується лише у сухих умовах.
Портландцемент- Основний вид гідравлічних в'яжучих речовин. Являє собою тонкий порошок сірого кольору із зеленуватим відтінком. Виходить помолом обпаленої до спікання при температурі 1450 С суміші вапняку (вуглекислий кальцій) 75% і 25% глини. Портландцемент з необхідними властивостями можна отримати в тому випадку, коли вміст основних оксидів буде в наступних кількостях: СаО - 60-67%, SiО 2 - 12-24%, Аl 2 Про 3 - 4-7% і Fe 2 Про 3 -2 -6%. Шкідливими домішками є MgO і SО 3 вміст яких відповідно допускається не більше 5 і 3,5%. Підвищений змістїх викликає нерівномірну зміну обсягу при затвердінні та підвищує сульфатну корозію.
По міцності при стисканні в 28-добовому віці цемент підрозділяється на марки: 400, 500, 550 і 600. Початок схоплювання Цементу має наступити не раніше 45 хвилин, а кінець - пізніше 10. год від початку замішування. Залишок на ситі № 008 не повинен бути більшим за 15%.
Шлакопортландцемент є портландцементом (20-85%) з добавками шлаків (15-80%). За властивостями схожий на портландцемент, але дешевшим. Випускається трьох марок: 300, 400 та 500.
Рідке скло– це водний розчин силікату натрію, що виготовляється шляхом випалу суміші, що складається з кварцового піску та соди. Отримане скло після подрібнення розчиняють у воді.
У будівництві рідке скло застосовують для захисту фундаментів від ґрунтових вод, гідроізоляції стін, підлог та перекриттів. підвальних приміщень, улаштування басейнів. Воно вдало підходить для склеювання та зв'язування будівельних матеріалів, виготовлення кислототривких, вогнестійких та вогнетривких силікатних мас Їм модно склеювати папір, картон, скло, фарфор, просочувати тканини, папір, картон, дерев'яні виробидля надання їм більшої щільності та вогнестійкості. Рідке скло успішно використовується для виготовлення силікатних фарб, клеїв.
В'яжучі речовини відомі своїм широким використанням у сфері будівництва для приготування бетонів та розчинів, що застосовуються під час зведення будівель, споруд та інших конструкцій. Є безліч їх різновидів, і сьогодні ми коротко торкнемося основних існуючих підгруп.
Класифікація в'язких речовин
За своїм походженням вони можуть належати до органічної чи неорганічної групи. До першої належать всілякі бітуми, смоли, дьогті та пеки. Основна сфера їх застосування – виготовлення покрівельних покриттів, які можуть бути рулонного або штучного типу, асфальтобетону та безлічі різноманітних гідроізоляційних матеріалів. Головне відмінна якістьїх - гідрофобність, тобто здатність розм'якшуватися і приймати робочий стан у процесі нагрівання або при взаємодії з органічною рідиною.
Друга група - неорганічні в'яжучі речовини - складається з вапна, гіпсу та цементу. Всі вони потрібні в процесі виготовлення бетонів і найрізноманітніших Зовнішній вигляднеорганічних в'яжучих речовин представлений тонкомолотим матеріалом, що має властивість у процесі замішування водою перетворюватися на рідко-пластичну тістоподібну масу, що твердне до стану міцного каменю.
Що для них характерне
Головні властивості в'яжучих речовин неорганічного походження - гідрофільність, пластичність при взаємодії з водою та здатність переходити до твердого стану з напіврідкого тестоподібного. Саме цим вони відрізняються від представників першої групи.
За способом твердіння неорганічні в'яжучі речовини вважають повітряними, гідравлічними, кислотними та автоклавного твердіння. Залежить цей поділ від можливості до тривалого протидії природним кліматичним чинникам.
Повітряні в'яжучі речовини тверднуть, взаємодіючи з водою і, утворивши міцний камінь, можуть залишатися в такому стані в повітряному середовищі протягом тривалого часу. Але якщо вироби і будівельні конструкції, виконані з їх застосуванням, піддавати регулярному зволоженню, то ця міцність досить швидко буде втрачена. Будівлі та споруди такого типу легко схильні до руйнування.
Що входить до цієї групи? Сюди зазвичай відносять гіпсові магнезіальні в'яжучі речовини - глину, повітряне вапно. Якщо розглянути їхній хімічний склад, то всю цю групу, у свою чергу, можна поділити ще на чотири. Це означає, що всі повітряні в'яжучі речовини відносяться або до вапняних (на основі окису кальцію), або до магнезіальних (у складі яких каустичний магнезит), або гіпсовим в'яжучим, створеним на основі сірчанокислого кальцію, або є рідким склом - силікатом калію або натрію, існуючим у формі водного розчину.
Переходимо до "водних" матеріалів
Тепер давайте розглянемо іншу групу – гідравлічні в'яжучі речовини. Їм властиво тверднути, а також надовго зберігати характеристики міцності в середовищі не тільки повітряної, але і водної. Хімічний склад їх досить складний і є з'єднанням різних оксидів.
Всю цю велику групу, у свою чергу, можна розділити на цементи силікатного походження, у складі яких близько 75% силікатів кальцію (головним чином йдеться про портландцемент з його різновидами, дана група складає основу асортименту сучасних будівельних матеріалів) та іншу підгрупу – алюмінієвих цементів на основі алюмінату кальцію (найвідоміші представники – всі різновиди глиноземистого цементу). До третьої групи відносять романцемент і
Які терпкі речовини відносять до кислотостійких? Це - кислототривкий кварцовий цемент, що існує у вигляді тонкомолотої суміші кварцового піску з кремнієм. Така суміш зачиняється водним розчином силікату натрію або калію.
Характерною особливістюгрупи кислотостійких в'яжучих є їхня здатність, пройшовши початковий етап твердіння на повітрі, досить довго протидіяти агресивному впливу різних кислот.
Органіка у будівництві
Інша велика підгрупа - органічні в'яжучі речовини (яка складається, як вже було згадано, в основному з різновидів асфальту та бітумних матеріалів) має зовсім іншу природу. Той самий асфальт може бути штучним або природного походження. У складі його поєднується бітум з представниками мінералів у вигляді вапняку або пісковика.
У будівельній галузі асфальт широко використовують при прокладанні доріг та зведенні аеродромів як суміш піску, гравію або щебеню з бітумом. Такий самий склад має асфальт, що застосовується у вигляді гідроізоляції.
Що таке - органічна речовина(або природне, або штучне), у складі якого високомолекулярні вуглеводні або їх похідні, що містять азот, кисень і сірку. Сфера застосування бітумів дуже широка і варіюється від дорожнього і житлового будівництвадо підприємств хімічної галузі та лакофарбової промисловості.
Під дьогтями розуміють в'яжучі речовини органічного походження, у складі яких - ароматичні високомолекулярні вуглеводи та їх похідні - сірчані, кислотні та азотисті.
Їхні корисні якості
Основні вимоги, що існують для органічної групи в'яжучих, полягають у володінні достатнім ступенем в'язкості в момент взаємодії з твердою поверхнею, що дозволяло б виявитися високим змочуючим і обволікаючим властивостями з утворенням водостійкої плівки. Інша вимога – здатність зберігати дані якості протягом великого проміжку часу.
Ці в'яжучі речовини своє застосування знайшли при прокладці доріг і міських вулиць, ними покривають аеродроми і автомобільні траси, влаштовують тротуари і підлоги в підвалах і будівлях промислового призначення.
Розглянемо тепер основні види будівельних матеріалів, що належать до двох перелічених груп. Нагадаємо ще раз - неорганічна група в основному поділяється на ті, що твердіють на повітрі та ті, що здатні робити це у водному середовищі.
В'яжучі речовини - матеріали для будівництва
Усім добре відома глина відноситься до найбільш поширених з в'яжучих матеріалів, що твердіють у повітряному середовищі. Вона знайшла своє застосування при зведенні найрізноманітніших будівель. Являє собою глина осадову породу, що існує як суміш пилоподібних частинок мікроскопічного розміру з піском та дрібними глинистими вкрапленнями. Найдрібніші з них отримали назву тонкодисперсних. Саме їх наявність дозволяє при попаданні у вологе середовище перетворюватися на тістоподібну субстанцію. Висохнувши, дана пластична маса легко застигає у заданій їй формі.
Якщо таку форму обпалити, то отриманий камінь штучного походження має досить високу міцність. Як і інші мінеральні в'яжучі речовини, через різний склад глини можуть бути різноманітних відтінків. З розчинів на їх основі кладуть каміни, печі, а також формують цеглу. Вони ж можуть бути худими, жирними та середніми. Глина-шамот має вогнетривкі якості, тому незамінна при влаштуванні камінів і печей.
Яке буває вапно
Інший дуже відомий і має велику сферу застосування в'яжучий матеріал називається повітряним будівельним вапном і бувають отримані з гірських порід а саме крейди, доломітів. Всі три різновиди одержують, випалюючи в печі вапняки відповідного походження.
Може бути або негашеною, або гашеною (або гідратною). Остання утворюється у процесі гасіння однієї з трьох перелічених вище.
Якщо глянути на існуючі вапняні фракції, то можна віднести її до комкової або порошкоподібної. є досить великими пористими грудками. У процесі гасіння водою з неї утворюється Щоб "добути" з грудкового вапна порошкоподібну, слід зробити процес гідратації (гасіння), або змолоти грудки. Застосовуватися може як з добавками, і без таких. Добавками ж служать шлаки, активні мінерали та пісок кварцового походження.
Все про гіпс
Наступний матеріал – алебастр, він же гіпс. Його одержують, обробляючи термічним шляхом подрібнений Гіпс твердіє, проходячи три проміжні етапи, що складаються з його розчинення з наступною колоїдацією і потім кристалізацією. Під час проходження першої стадії утворюється насичений розчин двоводного гіпсу. Твердія, він збільшується в обсязі і набуває рівної білої поверхні.
Застосовуючи барвники, можна надати виробам з гіпсу будь-які колірні відтінки. Процес схоплювання цієї в'яжучої речовини в нормі починається через 4 хвилини від моменту початку замішування. Кінець застигання відбувається в проміжку від 6 до 30 хвилин.
У процесі схоплювання суміш гіпсу та води перемішувати та утрамбовувати забороняється, щоб уникнути ризику втрати в'яжучих якостей. Марок гіпсу існує досить багато, позначаються вони різними цифрами, Що характеризують ступінь міцності при стисканні
Продається він розфасованим у мішки різного об'єму. Гіпс знайшов саме широке застосуванняв оформленні інтер'єрів житлових будинків та громадських будівель. З нього з давніх-давен прийнято відливати найрізноманітніші фігурні форми. Зберігати його слід виключно у сухому приміщенні, причому термін зберігання обмежений у зв'язку з можливою втратою міцності як основної корисної якості.
І ще про гіпс
Будівельний гіпс виглядає як порошок кольором від сірого до яскраво-білого. Якщо змішати його із водою, починається характерна реакція, у своїй відбувається нагрівання суміші. У гіпс прийнято додавати спеціальні матеріали, що називаються утримуючими добавками, призначення яких - покращувати консистенцію та зчеплення з поверхнею під час оштукатурювання, а також злегка продовжувати термін твердіння.
Щоб підвищити обсяг матеріалу без втрати робочих властивостей, вводять наповнювачі (наприклад зі спученого перліту або слюди). Спеціальний високоміцний гіпс обпалюють при високих температурах, у процесі кристалічна вода з нього видаляється. Термін його твердіння збільшено до 20 годин, а твердість набагато більша, ніж у інших різновидів.
Штукатурний гіпс просочують і отримують мармуровий (яскраво-білий, повільно твердне і застосовується для оштукатурювання внутрішніх поверхонь), причому при виготовленні в нього вводяться різні наповнювачі та добавки, що утримують. Основний сенс більшості таких добавок – служити сповільнювачем схоплювання. З метою виробництва внутрішньої штукатуркийого готують у штукатурних машинахз можливим додаванням певних наповнювачів, наприклад піску.
З нього ж отримують суху штукатурку або гіпсокартонні будівельні плити, також застосовують гіпс при заповненні швів між ними. Буває гіпс шпаклювальний, що має аналогічні властивості.
Поговоримо про цементи
Які ще властивості мають гідравлічні в'яжучі речовини? Процес їх твердіння, що почався в повітряному середовищі, продовжується у воді, причому міцність їх зберігається і навіть зростає. Характерними та найвідомішими представниками сімейства гідравлічних в'яжучих є, звичайно ж, цементи. Вони маркуються залежно від міцності, а марка конкретного зразка визначається встановленням граничного навантаження на вигин та стиснення. Причому кожен із зразків повинен бути виготовлений у прийнятій пропорції цементу та піску та пройти випробування на певному терміні, що становить 28 діб.
Швидкість схоплювання цементу теж може бути різною – повільною, нормальною чи швидкою. Так само залежно від швидкості твердіння будь-який цемент може бути звичайним, швидкотвердіючим або особливо швидкотвердіючим.
Як приклад у цій групі можна назвати портландцемент, що існує у вигляді дрібного порошку сірого кольору з легким зеленуватим відтінком з можливим введенням добавок, які можуть бути з гранульованого шлаку (шлакопортландцемент).
Про швидкість твердіння
Випробування якості (як і виробництво) терпких речовин ведеться з дотриманням численних стандартів. Для кожної з існуючих груп розроблені обмеження, що визначають нормативний час початку та закінчення схоплювання, рахуючи від моменту водного замішування.
Інший цемент - глиноземистий - відноситься до швидкотвердіючих гідравлічних в'яжучих. На вигляд це дрібний порошок коричневого, сірого, зеленого або чорного кольору (залежно від способу обробки та вихідних компонентів). За тонкістю помелу він трохи перевищує портландцемент і вимагає трохи більшого обсягу води.
Змішані види в'язких речовин - ті, що можуть твердіти і в повітряному, і водному середовищі і застосовуються при виробництві неармованих бетонів або будівельних розчинів.
Бітуми та сфера їх застосування
Що ж до найпопулярніших органічних в'яжучих, то сімейство їх включає безліч бітумів і дьогтів, що мають кольори від чорного до темно-коричневого. Традиційна сфера, в якій використовуються такі в'яжучі речовини, – роботи з гідроізоляції. Цей будівельний матеріал водостійкий, водонепроникний, стійкий до атмосферних впливів і дуже еластичний. Розм'якшити і перевести в рідкий стан цю групу в'яжучих можна нагріванням. При зниженні температури в'язкість їх зростає і може бути втрачена.
Ця група, насамперед, складається з бітумів природного походження, і навіть отриманих під час нафтової переробки. Хімічний склад їх - сполуки молекул кисню, водню, сірки та азоту. У будівництві затребувані нафтові бітуми (рідкі, тверді та напівтверді).
За своїм призначенням їх можна зарахувати до однієї з трьох груп - покрівельним, будівельним чи дорожнім. З покрівельних готують просочувальний склад, виробляють руберойд і безліч різних мастик.
Промислові бітуми твердих та пружно-твердих сортів виробляють високовакуумним методом з додатковими ступенями переробки, на яких олія кипить при високих температурах. Особливо стійкими до перепаду тепла та холоду вважаються оксидовані. Існують також суміші бітумів полімерами, що впливають на ступінь їхньої в'язкості. Характерною особливістю всіх видів служить здатність до зміни консистенції залежно від температури, причому різні фази можуть змінюватись неодноразово. На ній же засновані клеючі властивості сімейства бітумних в'яжучих.
Чим вони цінні
Ступінь розширення бітумів під впливом високих температур у порівнянні з мінеральними матеріаламибільше у 20-30 разів. Цінні якості їх - водостійкість, стійкість до солей, лугів, агресивних кислот та стоків. Як приклад може бути сіль, якою посипають сніг взимку на вулицях для танення.
Знижується стійкість бітумів органічними розчинниками, маслами та жирами, від світла, тепла та повітряного кисню, які окислюють їх складові. При нагріванні м'які частинки випаровуються і поверхня бітумів твердне.
Перевагами їх є низька займистість, тобто даний матеріал не належить до вогненебезпечних. Нафтові бітуми є шкідливими здоров'ю речовинами і класифіковані як такі. Як інші їх властивості можна говорити про термов'язкість, високу теплоізоляцію, хороше змочування.
Твердість бітумів встановлюють глибиною проникнення занурюваної в них голки (вимірюється вона сотих міліметра) при нормованому навантаженні за певний час в умовах конкретної температури. Перехід між твердим і рідким станом у них носить ковзний характер і визначається точкою розм'якшення при низьких температурах. Крім того, вони характеризуються, так званою точкою руйнування - це термін, що позначає температуру, при якій шар бітуму, що згинається, тріскається або руйнується.
Інші матеріали
Які ще в'яжучі речовини органічного походження можна назвати? Кам'яновугільними пеками, що являють собою в'язку або тверду чорну субстанцію і служать продуктом перегонки дьогтю, просочують толь. Цей матеріал досить небезпечний і при попаданні на шкіру може спричинити опік. Найкраще працювати з ним похмуру погоду або при низькому освітленні.
Кам'яновугільним дьогтем називають речовину, що виділяється як побічний продукт при коксохімічному виробництві. Він знайшов своє застосування у виготовленні мастики на покрівлі та дорожньому будівництві.
В'яжучими будівельними матеріалами або просто в'яжучиминазивають природні або штучні речовини, які мають здатність в результаті фізико-хімічних процесів переходити з рідкого або тістоподібного стану в кам'яноподібний, при цьому одночасно розвиваємося зчеплення їх з іншими матеріалами.
Класифікація в'яжучих будівельних матеріалів
В'яжучі речовини поділяються на дві основні групи:
- неорганічні, або мінеральні в'яжучі (вапно, гіпс, цемент та ін.);
- органічні в'яжучі (бітум, дьоготь, клей та ін.).
Неорганічні в'яжучіматеріали в свою чергу поділяються на повітряні та гідравлічні.
Повітряні в'яжучіматеріали твердніють лише на повітрі; гідравлічні тверднуть і на повітрі, і у воді.
При твердінні неорганічних в'яжучих розрізняють дві стадії: схоплювання - процес поступового переходу тіста, що складається з в'яжучого і води, з рідкої фази в тверду фазу і власне твердіння, при якому матеріал, залишаючись зовні незмінним, поступово стає все більш міцним.
Усі неорганічні в'яжучі виготовляються з поширених нерудних копалин. Однак вони суттєво різняться за вартістю, що пояснюється різною складністю та енергоємністю процесу їх виготовлення.
Повітряні в'яжучі
До повітряних в'яжучих відносяться:
- вапно,
- гіпс,
- розчинне скло та
- кислотостійкий цемент.
Вапно- найпростіше і найдавніше в'яжуче - одержують шляхом випалу вапняків. В результаті випалу отримують безводний окис кальцію. негашене вапно, яку для отримання будівельного в'яжучого гасять водою При цьому виділяється велика кількість тепла, що зумовлює підвищення температури до 300 °.
Твердіння вапна протікає з приєднанням вуглекислого газу з повітря, що визначає її властивість твердіти тільки на повітрі. Малий вміст вуглекислот газу в повітрі обумовлює дуже повільне твердіння вапна, яке в дуже товстих стінах триває роками, у зв'язку з чим міцність будівельного вапна не регламентована.
Гіпсові в'яжучі матеріалиодержують шляхом випалу природного гіпсового каменю (двохводний гіпс). В результаті випалу двоводний гіпс втрачає 75% води і перетворюється на так званий напівводний гіпс, який у подрібненому вигляді при змішуванні з водою швидко схоплюється, а потім твердне на повітрі. Схоплювання гіпсу протікає настільки швидко, що БНіП обмежується термін не тільки закінчення, але і початку схоплювання (4 хв від початку замішування).
Цією властивістю гіпсу, як відомо, широко користуються в медицині під час лікування переломів.
Міцність будівельного гіпсу на стиск 35-45 кг/см2.
Однак гіпс має недостатню водостійкість, що виражається в зниженні міцності при зволоженні, і тому його використовують тільки для внутрішніх робіт(для перегородок, штукатурки) у сухих приміщеннях, а також як добавка до інших в'язких для прискорення схоплювання.
Розчинне, або «рідке», склоє спеціально виготовленим на скляних заводах силікатний матеріал, що має вигляд склоподібних брил, які можуть бути розчинені парою (в автоклавах) або гарячий водою до необхідної консистенції. Розчинене скло є мінеральним клеєм, що твердне на повітрі.
Рідке скло використовують для виготовлення вогнезахисних фарб, кислотостійких замазок та плівок, а також для зміцнення слабких піщаних ґрунтів.
Кислотостійкий кварцовий кремнефтористий цемент(КЦ) являє собою порошкоподібну суміш меленого кварцового піску та кремнефтористого натрію. Суміш, зачинена на рідкому склі, Після твердіння на повітрі перетворюється на міцне кам'янеподібне тіло, здатне протистояти дії більшості кислот.
Кислотостійкий цемент застосовується для захисту будівельних конструкційвід кислотної корозії, для влаштування корозійностійких іолів і т.д.
Гідравлічні в'яжучі
Найбільш масовим видом гідравлічних в'яжучих є цементи, а серед них на першому місці стоїть портландцемент - штучне в'яжуче, що отримується з природних мергелів або суміші вапняку з глиною.
Вихідний матеріал подрібнюють, зачиняють водою і обпалюють до спікання в циліндричних печах, що обертаються. Продукт випалу (клінкер) подрібнюють у кульових млинах. Тонкий порошок світло-сірого кольору, що отримується при помелі, і є цементом.
Цемент є найбільш універсальним, але водночас і найдорожчим з неорганічних в'яжучих.
При замішуванні цементу водою в кількості 20-50% утворюється цементне тісто, яке через деякий час схоплюється, перетворюючись на цементний камінь. Твердіння цементного каменю за сприятливих температурно-вологісних умов триває багато років. Однак міцність наростає швидко тільки спочатку і тому за стандартний термін твердіння цементу прийнятий період в 28 днів (4 тижні).
Міцність цементівхарактеризується їх марками. Для визначення марки цементу готують стандартні зразки у вигляді балок розмірами 4X4X16 см (приймаючи 3 частини піску на 1 частину цементу). Балочки випробовують на вигин (до руйнування), а половинки на стиск.
Маркою цементу називається чисельна величина межі міцності кг/см2 при випробуванні на стиск. Крім того, для цементу кожної марки стандартом встановлена мінімальна міцність на вигин.
Цементна промисловість зараз виробляє основні марки портландцементу 300, 400, 500, 600 та 700.
Звичайний портландцемент застосовується для бетонних і залізобетонних конструкцій, за винятком схильних до діїморської, мінералізованої чи навіть прісної, але проточної води.
Інші види цементу:
- шлакопортландцемент, одержуваний спільним помелом цементного клінкеру з доменним гранульованим шлаком (у кількості 30-70%), який, будучи відходом доменного виробництва, сам має в'яжучі властивості;
- пуццолановий портландцемент, що отримується спільним помолом цементного клінкеру зі спеціальними дотиками, які при твердінні цементу пов'язують вільне вапно і цим підвищують стійкість бетону проти вилуговування;
- глиноземистий цемент (марок 400, 500 і 600), що відрізняється особливо швидким твердінням; На відміну від інших цементів, глиноземистий цемент досягає своєї марочної міцності вже через 3 дні.
Розширення виробництва швидкотвердіючих цементів має велике народногосподарське значення, так як дає можливість прискорити і здешевити процес виготовлення збірного залізобетону, а також прискорити зведення монолітних залізобетонних конструкцій, так як швидкість твердіння цементу визначає і швидкість твердіння бетону.
Органічні в'яжучі та матеріали на їх основі
Органічні в'яжучі поділяються на три основні групи:
- бітумні,
- дьогтьові та
- синтетичні.
Всі ці матеріали мають характер смол - розм'якшуються і плавляться при нагріванні.
Бітум і дьоготьмають чорний чи темно-бурий колір; тому їх іноді називають чорними в'яжучими.
Природні бітуми як в'яжучі матеріали зустрічаються переважно у складі осадових гірських порід. Такі породи в меленому, оплавленому та відформованому вигляді називаються асфальтовою мастикою (асфальтом).
Нафтові рідкі та напівтверді бітуми є продуктом окислення важких залишків перегонки нафти.
Кам'яновугільний дьоготь - побічний продукт коксування кам'яного вугілля - також випускається у рідкому чи напівтвердому вигляді.
Нафтові бітуми та кам'яновугільні дьогті використовуються для виготовлення. рулонних покрівельних та гідроізоляційних матеріалів.
Руберойдє гнучкий картон, просочений бітумом. Покривний руберойд (для верхніх шарів покрівлі) має такий самий покривний шар. Такий самий матеріал, лише просочений бітумом (без покривного шару), називається підкладковим руберойдом (пергамін).
Аналогічні руберойду та пергаміну рулонні матеріали, Виготовлені на основі кам'яновугільного дьогтю, називаються відповідно толем і тількижою.
Мастикає сумішшю бітуму або дьогтю з волокнистими або пилоподібними наповнювачами (азбест, деревне борошно, трепел, кварц та ін.), що підвищують теплостійкість мастики і витрата в'яжучого.
Розрізняють мастики гарячі, розріджувані нагріванням, і холодні розчинники, що розріджуються.
Бітумна та дьогтьова мастика застосовуються при влаштуванні рулонних покрівель з руберойду та толю, а також і самостійно – для гідроізоляції.
Асфальтова мастика застосовується для влаштування асфальтових підлог, тротуарів, дорожніх покриттів тощо.
Синтетичні смоли складають основу пластмас, які внаслідок обмеженого їх застосування у будівництві не розглядаються.
Завантаження...