Твердение минеральных вяжущих

Гидравлические вяжущие вещества  

Гидравлические вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, состоящие в основном из силикатов(кСаОрSiO2) и алюминатов кальция (nСаОmAl2O3), взаимодействующих с водой с образованием прочного водостойкого искусственного камня.

Химический состав гидравлических вяжущих представляют в виде оксидов. Например, силикат кальция записывают СаОхSiO2 или сокращенно СS, трехкальциевый алюминат – 3СаОхAl2O3 или С3А, гидросиликат кальция – 2СаОхSiO2х2Н2О или С2SН2.

Способность гидравлических вяжущих образовывать в результате реакции с водой прочный камень оценивают по показателю активности, равному прочности (кгс/см2) образцов состава Ц:П = 1:3, твердевших  
28 суток в нормальных условиях (температура 18 – 20 оС, влажность 95 – 98 %). По активности при условии, что вяжущее удовлетворяет комплексу других, предусмотренных ГОСТом требований: тонкости помола, срокам схватывания, равномерности изменения объема, присваивают марку 200, 300, 400 и т.д.

К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, которая занимает промежуточное положение между воздушными и гидравлическими вяжущими, романцемент, разновидности портландцемента и специальные виды цементов.

Гидравлическая известь и романцемент

Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига при температуре 900 – 1000 оС мергелистых известняков, содержащих до 20 % глинистых примесей. При этой температуре известняк (СаСО3) и глина (основные минералы: nAl2O3×рSiO2×mН2О, nFe2O3×kSiO2×pH2O) разлагаются с образованием свободных оксидов СаО, Al2O3, SiO2, Fe2O3, которые при такой высокой температуре, обладая химической активностью, вступают в реакции между собой с образованием ряда минералов: силикатов, алюминатов и ферритов кальция (СаО×SiO2, СаО×Al2O3, СаО×Fe2O3) и обеспечивают в дальнейшем гидравлическое твердение этого вяжущего, а продукты гидратации – прочность и водостойкость изделий. Так как глинистый компонент составляет в сырье только 20 %, то часть СаО остается в несвязанном, свободном состоянии. Наличие в гидравлической извести негашеной, воздушной извести – СаО обусловливает необходимость обеспечения вначале воздушно-сухих условий твердения (около 7 сут) для гидратации оксида кальция с образованием гидрооксида, а затем – влажных для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция (оставшиеся 21 сут). Чем больше оксида кальция, тем продолжительнее должно быть начальное твердение в воздушной среде. В этом случае сильнее проявляются в извести свойства воздушного вяжущего, следовательно, водостойкость образованного камня будет ниже. Активность извести оценивают по гидравлическому или основному модулю (ОМ), равному отношению процентного содержания по массе оксида кальция к сумме оксидов, входящих в состав минералов: ОМ = СаО / (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3).

Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1,7 – 9. В зависимости от величины различают сильногидравлическую и слабогидравлическую известь. У первой модуль равен 1,7 – 4,5, у второй – 4,5 – 9. При показателе больше 9 получают воздушную известь, если он меньше 1,7 – романцемент.

Гидравлическая известь медленносхватывающееся вяжущее. В зависимости от содержания свободного оксида кальция сроки схватывания колеблются в пределах: начало – 0,5 – 2 и конец – 8 – 16 час. Равномерность изменения объема при твердении зависит от наличия грубоизмельченных зерен, свободного оксида кальция. Активность сильногидравлической извести составляет 5 МПа, слабогидравлической – не менее 1,7 МПа. Этот вид вяжущего используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях, а также для получения низкомарочных легких и тяжелых бетонов.

С целью повышения гидравлических свойств и исключения из состава свободного оксида кальция при производстве романцемента в качестве сырья используют мергели (известково-глинистые породы) с содержанием глинистых примесей не менее 25 %. В этом случае образующийся при 1000 – 1100 оС в результате разложения известняка свободный оксид кальция полностью связывается в минералы, обеспечивающие только гидравлическое твердение полученного минерального вяжущего. При помоле спекшегося продукта для обеспечения заданных сроков схватывания (начало – не ранее 20 мин, конец – не позднее 24 час) вводят добавку двуводного гипса в количестве 3 – 5 %.

Гидравлический модуль романцемента равен 1,1 – 1,7, что обеспечивает ему через 28 суток твердения во влажных условиях прочность от 2,5 до 15 МПа.

Строительные растворы и бетоны на романцементе отличаются от полученных на гидравлической извести более высокой стойкостью при эксплуатации во влажных условиях и при попеременном увлажнении и высушивании. Применяют романцемент для изготовления бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей зданий, а также в производстве стеновых камней и мелких блоков, особенно методом пропаривания.