строительные матерьялы

лий из природного камня высока, но они более долговечны, чем бетонные.

М е р ы з а щ и т ы п р и р о д н о г о к а м н я о т к о р р о з и и в с о о р у ж е н и я х

Факторы, обусловливающие коррозию природного камня:

–физические – колебания температуры, расширение воды при замерзании, механическое воздействие песчаных частиц и атмосферных явлений;

–химические – растворяющее действие воды при наличии

вней кислот, действие атмосферных газов;

–биологические – разрушающее действие продуктов жизнедеятельности низших организмов.

Меры защиты природного камня от коррозии могут быть конструктивные и химические.

Конструктивные меры защиты:

–придание открытой части здания (сооружения) пологой формы, обеспечивающей сток воды;

–шлифование и полирование поверхности камня.

Химические меры защиты:

–обработка поверхности гидрофобизаторами;

–нанесение полимерных составов, образующих на поверхности камня прозрачную плотную защитную пленку;

–флюатирование, т.е. пропитка изделий из карбонатных пород уплотняющим составом – водным раствором кремнефторида (флюата) магния. В результате химического взаимодействия кальцита с флюатом в поверхностных порах камня выделяются практически нерастворимые в воде продукты:

2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2 .

Некарбонатные породы предварительно обрабатывают растворами солей кальция и содой, а затем – флюатом магния.

31

Вопросы для самоконтроля

1.Что называется горной породой, минералом?

2.Как классифицируют горныепороды попроисхождению?

3.Какие минералы являются породообразующими для магматических пород?

4.Какие минералы являются породообразующими для осадочных пород?

5.Какие свойства придают горным породам железистомагнезиальные силикаты?

6.Какие свойства придает горным породам кварц?

7.Какиесвойствапридаютгорным породам полевыешпаты?

8.Какие свойства присущи глубинным магматическим породам?

9.Какие свойства присущи массивным излившимся магматическим породам?

10.Какие свойства присущи вулканическим породам?

11.Приведите примеры мономинеральных осадочных пород и опишите условия их формирования.

12.Какой минерал является породообразующим для известняка? Какая метаморфическая порода сложена этим же минералом?

13.В каких условиях сформировались метаморфические породы? Какие свойства им присущи?

14.Какими свойствами должны обладать блоки для кладки стен жилых и общественных зданий? Перечислить горные породы, рекомендуемые для этого.

15.Какими свойствами должны обладать материалы для устройства оснований и фундаментов зданий? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

16.Какими свойствами должны обладать плиты для облицовки цоколей зданий, подземных переходов? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

17.Какими свойствами должны обладать материалы для

32

полов общественных зданий (торговый зал магазина, зал ожидания вокзала, фойе кинотеатра) и лестничных ступеней? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

18.Какими свойствами должны обладать плиты для облицовки стен кино- и театральных залов? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

19.Какими свойствами должны обладать материалы для облицовки гидротехнических сооружений? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

20.Какими свойствами должны обладать материалы для дорожных покрытий, бортовых камней? Перечислите горные породы, рекомендуемые для этого.

21.Как получают бутовый камень? Каково его применение в строительстве?

22.Как получают щебень? Каково его применение?

23.Перечислите горные породы, которые используют в качестве заполнителя для тяжелых бетонов.

24.Перечислите горные породы, которые используют в качестве заполнителя для легких бетонов.

25.Перечислите горные породы, которые используют как основное сырье в производстве вяжущих.

26.Перечислите горные породы, используемые как активные минеральные добавки к вяжущим.

27.Назовите породы, используемые как сырье в производстве керамики.

28.Чем обусловлена коррозия изделий из природного камня?

29.В чем заключаются конструктивные меры защиты от коррозии?

30.В чем заключаются химические меры защиты природного камня от коррозии?

31.Можно ли защитить мрамор от коррозии методом флюатирования?

33

3.4. Неорганические вяжущие вещества

Вяжущими называют вещества, способные склеивать разнородные компоненты в единое целое. В современном строительстве применяют большое количество вяжущих веществ общего и специального назначения. По химической природе вяжущие делят на неорганические (минеральные) и органические.

Неорганические вяжущие – тонкодисперсные порошкообразные материалы, которые при затворении водой (иногда водными растворами солей) образуют пластично-вязкое легко формующееся тесто, способное со временем твердеть и переходить в камнеподобное состояние.

В зависимости от условий твердения различают три группы минеральных вяжущих.

Вяжущие воздушного твердения способны твердеть и сохранять прочность только в сухих условиях, т.е. на воздухе. К этой группе относятся гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, воздушная строительная известь, жидкое стекло.

Вяжущие гидравлического твердения способны твердеть и сохранять прочность как в сухих, так и во влажных условиях, т.е. на воздухе и в воде. Причем во влажных условиях гидравлические вяжущие набирают прочность лучше, чем в сухих. К этой группе относятся портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент и его разновидности, а также гидравлическая известь и роман-цемент.

Вяжущие автоклавного твердения способны твердеть с образованием прочного водостойкого камня только в условиях автоклавной обработки: в атмосфере насыщенного водяного пара при температуре 175…195 оС и давлении 0,8…1,2 МПа. К этой группе относятся известково-кремнеземистые вяжущие.

В ходе изучения темы следует обратить внимание на следующее. Твердение неорганических вяжущих – сложный многостадийный процесс, связанный с химическим взаимодействием вяжущего с водой затворения. Свойства вяжущего зависят от его

34

состава и продуктов, которые образуются при твердении. В свою очередь, состав, структура, активность вяжущего зависят от исходного сырья и технологии переработки.

Таким образом, при изучении того или иного вяжущего следует придерживаться логической схемы:

Сырье → Технологические принципы получения → Состав → →Физико-химические процессы, протекающие при твердении → →Строительно-технические свойства → Области применения.

Гипсовые вяжущие Гипсовые вяжущие – вяжущие вещества воздушного

твердения, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрита. Разновидности гипсовых вяжущих:

–строительный гипс (устар. алебастр),

–высокопрочный гипс,

–ангидритовый цемент,

–эстрих-гипс.

Основным сырьем для производства гипсовых вяжущих служит горная порода гипс.

Получают гипсовые вяжущие путем тепловой обработки и помола гипсового сырья. В зависимости от режима тепловой обработки различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие состоят из полувод-

ного гипса СaSO4 0,5H2O. К этой группе относятся строительный гипс и высокопрочный гипс. Их получают при температуре 110…180 оС. В основе получения лежит химическая реакция частичной дегидратации двуводного гипса:

Ca SO4 2H2О = СaSO4 0,5H2O + 1,5H2O.

В зависимости от условий протекания реакции можно получить различные модификации полуводного гипса:

–β-модификация СaSO4 0,5H2O – строительный гипс;

–α-модификация СaSO4 0,5H2O – высокопрочный гипс.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие состоят преиму-

35

щественно из ангидрита СaSO4. К этой группе относятся ан-

гидритовый цемент и эстрих-гипс. Их получают при темпе-

ратуре 600…900 оС.

В основе получения ангидритового цемента лежит химическая реакция полной дегидратации двуводного гипса, протекающая при 600 оС:

Ca SO4 2H2О = СaSO4 + 2H2O.

Ангидрит – «мертвый камень», он не обладает вяжущими свойствами. Поэтому при его помоле добавляют активатор твердения СаО в количестве 3…5 %.

Ангидритовый цемент можно получить, минуя стадию тепловой обработки: путем помола природного ангидрита СaSO4 с добавкой активатора твердения.

Эстрих-гипс получают в результате тепловой обработки сырья при 900 оС. При этом происходит частичное разложение ангидрита с образованием СаО. Таким образом, отпадает необходимость введения активатора твердения при помоле.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие схватываются и твердеют значительно медленнее, чем низкообжиговые, но дают более прочный и водостойкий камень.

Основная доля от общего объема производства гипсовых вяжущих приходится на долю строительного гипса, она составляет около 98 %.

Твердение гипсовых вяжущих обусловлено реакцией гидратации – химическим взаимодействием полуводного гипса с водой затворения:

CaSO4 0,5H2О + 1,5H2O = CaSO4 2H2О.

Таким образом, продукт твердения состоит из двуводного гипса.

Существует несколько теорий, объясняющих причины твердения. Согласно теории А.А. Байкова, процесс твердения можно условно разбить на три периода.

Первый – подготовительный период. Он наступает сразу после смешения вяжущего с водой затворения. Частицы полу-

36

водного гипса начинают растворяться, образуя насыщенный раствор. В растворе происходит реакция гидратации. Реакция экзотермична: при гидратации 1 кг полугидрата выделяется 133 кДж тепла. Растворимость полуводного гипса 8 г/л, а продукта реакции – двуводного гипса 2 г/ л, поэтому создаются условия для образования пересыщенного раствора.

Второй – период коллоидизации. Из пересыщенного раствора выделяются мельчайшие агрегаты двуводного гипса. Силы межмолекулярного взаимодействия связывают агрегаты в рыхлые коагуляционные структуры, образуется гель. Это приводит к потере пластичности гипсового теста, происходит схватывание.

Третий – период кристаллизации. Агрегаты двуводного гипса укрупняются, образуя кристаллы. По мере роста кристаллов формируются кристаллические сростки. Это приводит к образованию прочного камня.

Указанные периоды не следуют строго друг за другом, а налагаются один на другой и продолжаются до тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный.

Строительно-технические свойства регламентируются ГОСТ 125-79 (см. приложение 3). Основными показателями качества гипсовых вяжущих являются тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания и марка.

Тонкость помола оценивают просеиванием пробы гипсового вяжущего через контрольное сито № 02 с ячейками размером в свету 0,2 мм. После просеивания определяют остаток на сите.

В зависимости от величины остатка на сите различают три вида гипсовыхвяжущих: грубого, среднего и тонкого помола.

Водопотребность – количество воды, выраженное в процентах от массы гипсового порошка, которое необходимо для получения гипсового теста стандартной консистенции. Консистенцию гипсового теста определяют с помощью вискозиметра Суттарда по диаметру расплыва. Необходимое количество во-

37

ды определяется не из расчета полного химического взаимодействия вяжущего с водой, а из условия получения удобоформуемого теста. Водопотребность зависит от вида вяжущего: для высокопрочного гипса она составляет 35…45 %, для строительного гипса – 50…70 %. При твердении в химическую реакцию вступает лишь 18,6 % воды затворения. Не вступившая в

реакцию вода испаряется, образуя поры, которые снижают прочность продукта твердения.

Сроки схватывания. Схватывание характеризуется потерей пластичности теста. Различают начало и конец схватывания. Их определяют с помощью прибора Вика по глубине погружения стандартной иглы в тесто стандартной консистенции.

В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие делят на три вида: быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Марка гипсового вяжущего устанавливается в зависимости от пределов прочности стандартных образцов-балочек размером 40 40 160 мм. Их изготовляют из гипсового теста стандартной консистенции и испытывают через 2 часа от начала затворения.

В зависимости от предела прочности при сжатии и при изгибе гипсовые вяжущие подразделяют на 12 марок: самая низкая Г-2, а самая высокая Г-25.

Прочность гипсовых изделий зависит от марки вяжущего, а также от пористости и влажности изделий. Чтобы снизить пористость, в состав гипсового теста вводят пластификаторы – добавки, позволяющие получить удобоформуемое тесто при уменьшенном расходе воды затворения. Кроме того, для повышения прочности свежеотформованные изделия подсушивают. Для предотвращения последующего увлажнения на поверхность изделий можно нанести лакокрасочные или полимерные покрытия.

Гипсовые вяжущие применяют для изготовления штукатурных смесей, гипсобетонных панелей, гипсокартонных листов, гипсоволокнистых плит.

38

Воздушная строительная известь Воздушная строительная известь – продукт умеренного

обжига кальциево-магниевых карбонатных пород с содержанием глины не более 6 %.

В зависимости от способа обработки известь бывает негашеная и гашеная. В свою очередь, негашеная известь может быть комовая или молотая, а гашеная – гидратная, известковое тесто, известковое молоко.

Химическая основа негашеной извести – оксид кальция СаО. Кроме того, она может содержать другой активный компонент – оксид магния MgO.

Наиболее распространенным сырьем для производства извести служит плотный известняк. Его обжигают при температуре 900…1200 оС. В основе получения лежит реакция термической диссоциации карбоната кальция

CaСО3 = СаО + СО2 .

Реакция обратима, поэтому для получения целевого продукта СаО необходимо обеспечить отвод углекислого газа.

Продукт обжига – пористые куски комовой негашеной извести. Неравномерность обжига может привести к образованию в извести брака: недожога и пережога. Недожог – куски неразложившегося известняка. Недожог не гасится. Пережог – уплотненные оплавившиеся зерна оксида кальция. Пережог гасится очень медленно. Поскольку гашение сопровождается увеличением объема, пережог может вызвать растрескивание твердеющих известковых растворов в штукатурке или в кладочном шве.

Полученная в результате обжига комовая негашеная известь в дальнейшем направляется на гашение либо подвергается помолу.

Гашение заключается в обработке комовой негашеной извести водой. Вода поглощается пористыми кусками негашеной извести и активно с ней реагирует. В основе гашения лежит химическая реакция гидратации оксида кальция

СаО + Н2О = Са(ОН)2.

39

Реакция экзотермична: тепловой эффект 1160 кДж/кг. Это приводит сильному к саморазогреву, масса «кипит», поэтому негашеную известь называют кипелкой. В процессе гашения часть воды в пористых кусках кипелки превращается в пар, и они распадаются на мельчайшие частицы гидроксида кальция. Таким образом, происходит химическое диспергирование.

В зависимости от количества воды, взятой для гашения, можно получить гидратную известь или известковое тесто.

Гидратная известь-пушонка – рыхлый порошок, объем ко-

торого примерно в три разабольшеисходногообъема кипелки.

Известковое тесто – пластичная масса.

При разбавлении известкового теста водой получается из-

вестковое молоко.

Известь – медленно твердеющее вяжущее. Твердение происходит в две стадии: высыхание → карбонизация. Оно сопровождается значительной контракцией. Для уменьшения контракции известковое тесто смешивают с песком и используют виде известкового раствора.

На стадии высыхания происходит испарение свободной воды из известкового раствора, сближение и срастание кристаллов гидроксида кальция.

На стадии карбонизации происходит поглощение углекислого газа из атмосферы:

Са(ОН)2 + СО2 = CaСО3 + Н2О. Реакция протекает с поглощением тепла.

Образующийся карбонат кальция сращивается с кристаллами гидроксида кальция и упрочняет известковый раствор. К 28 суткам воздушного твердения достигается прочности лишь

0,4…1,0 МПа.

Показатели качества строительной извести регламентируются ГОСТ 9179-77 (см. приложение 4). В отличие от других вяжущих известь при твердении не дает прочного камня. Ее качество оценивают по способности к гашению. Важнейшие показатели:

40