При твердении протекает реакция

СаSО4∙0,5Н₂О + 1,5 Н₂О → СаSО₄∙2Н₂О

При t = 600-700°С образуется обожженный гипс, ангидритовый цемент.

При 800-1000°С получают высокообожженный гипс – эстрихгипс, который твердеет при затворении водой без катализатора, так как в нем присутствует примесь СаО, образовавшаяся в результате частичного разложения СаSО₄.

В строительной технике гипсовые вяжущие широко применяются для изготовления блоков, панелей, перегородок, гипсобетона, сухой штукатурки, легковесных теплоизоляционных изделий. Заполнителями служат известь, шлак, пемза, мел, опилки и т.д. Все строительные изделия из гипса неводостойки и поэтому их применяют во внутренних элементах сооружений. Водостойкость повышают органические и минеральные добавки, а также водоотталкивающие обмазки.

Воздушная известь

Воздушную известь получают путем обжига известняков, мела, доломитовых известняков, содержащих не более 8% примесей

900-1000°С

СаСО₃ → СаО + СО₂

Негашеную известь (СаО) – кипелку измельчают. При действии воды образуется известь гашеная СаО + Н₂О → Са(ОН)₂. Реакция сопровождается выделением тепла.

Известковое тесто, смешанное с песком, измельченным шлаком и т.п. применяют в виде строительных растворов при кладке стен и для штукатурки.

Известковый раствор на воздухе постепенно отвердевает под влиянием двух одновременно действующих факторов: удаления свободной воды и действия СО₂. Удаление воды приводит к выделению и кристаллизации Са(ОН)₂. В результате действия СО₂ образуется карбонат кальция

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О

Кристаллы срастаются между собой и с зернами наполнителя, образуя искусственный камень. Твердение воздушных известковых растворов протекает медленно и связано с протеканием реакции

Са(ОН)₂ + SіО₂ → СаО∙SіО₂∙Н₂О

компоненты которой находятся в твердой фазе. Для ускорения этого процесса к извести добавляют цемент, гидравлические добавки или гипс.

Гидравлическая известь

Гидравлическая известь, в отличие от воздушной, начав твердеть на воздухе, может продолжать твердение в воде. Способность гидравлической извести сохранять и увеличивать прочность в воде объясняется наличием в ее составе, кроме свободной СаО, силикатов, алюминатов и ферритов кальция, которые образуются при обжиге за счет реакций между глиной и известняком. Эти реакции, если глинистых примесей 6-20%, приводят к получению извести с гидравлическими свойствами. Гидравлическая известь оценивается по основному (гидравлическому) модулю

m =

Для слабогидравлической извести он равен 4,5 – 9,0, сильногидравлической – 1,7 – 4,5, романцемента – 1,7.

Портландский цемент

Наибольшее значение как вяжущий материал в строительстве имеет портландцемент – продукт помола клинкера, полученного обжигом до спекания смесей из известняков и глин, встречающихся в природе (мергели) или искусственно составленных. При помоле к клинкеру добавляется гипс (до 2%) для замедления схватывания и гидравлические добавки (до 15%), увеличивающие стойкость портландцемента к разрушающему действию природных вод. Химический состав портландцемента следующий: СаО – 62-67%, SiО₂ – 20-24%, Al₂О₃ – 4-7%, Fe₂О₃ – 2,5%, MgO, SO₃ и прочих 1,5-3%. Состав портландцемента выражают при помощи модулей основного, или гидравлического – Г, силикатного – n и глиноземистого – Р, соответственно определяемых:

Г = = 1,9 2,4;

n =

Р = .

Оксиды связаны в клинкере в следующие минералы

3СаО∙SiO₂ (C₃S) – алит, 37 - 60%

2СаО∙SiO₂ (C₂S) – белит, 15 - 37%

3CaO∙Al₂О₃ (С₃А) – трехкальциевый алюминат, 7 - 15%

4CaO∙Al₂О₃∙Fe₂О₃ (C₄AF) – четырехкальциевый алюмоферрит, 10 - 18%

эти соединения реагируют при затворении цемента водой и дают различные гидраты, выделяющиеся в виде студней-гелей; они образуют пластичное тесто, которое затем схватывается и упрочняется в цементый камень

3СаО∙SiO₂ + (n+1)H₂O → 2 СаО∙SiO₂· nH₂O + Ca(OH)₂

2СаО∙SiO₂ + n H₂O → 2 СаО∙SiO₂ ·nH₂O

3CaO∙Al₂О₃ + 6 H₂O → 3CaO∙Al₂О₃∙6 H₂O

4CaO∙Al₂О₃∙Fe₂О₃ + (m + 6)H₂O → 3CaO∙Al₂О₃∙6 H₂O + CaO∙Fe₂О₃∙mH₂O

Ca(OH)₂

3(4)CaO∙Fe₂О₃∙xH₂O

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент представляет собой продукт тонкого помола обожженной до плавления или до спекания сырьевой смеси, состоящей из боксита и известняка. Химический состав глиноземистого цемента следующий: около 40% СаО, около 40% Al₂О₃, остальное – примеси Fe₂О₃ (нежелательные) и др. оксиды СаО и Al₂О₃ находятся в глиноземистом цементе главным образом в виде минерала – однокальциевого алюмината СаО∙Al₂О₃. глиноземистый цемент быстро твердеет

2(СаО∙Al₂О₃) + 11Н₂О → 2 Al(ОН)₃ + 2СаО∙Al₂О₃∙8Н₂О.

Уже на третий день твердения прочность его приближается к максимальной. Сооружения из глиноземистого цемента стойки к сульфатной коррозии, но не стойки в щелочных средах, в которых идет разрушение камня в результате взаимодействия Al₂О₃ и Al(ОН)₃ со щелочами.

Магнезиальные цементы

Активным началом магнезиальных цементов является оксид магния. Сырьем служат природный магнезит MgСО₃ и доломит СаСО₃∙MgСО₃. В соответствии с этим различают два вида магнезиальных цементов – каустический магнезит, получаемый обжигом до полного удаления СО₂ при 800-1000° С, и каустический доломит. В отличие от других вяжущих магнезиальные цементы затворяются не водой, а растворами солей MgCl₂ или MgSO₄, в некоторых случаях – серной или соляной кислотой. При твердении магнезиальных цементов происходит образование Mg(ОН)₂ сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии; частично образуется оксихлорид магния

mMgO + MgCl₂ + pH₂O → (MgO)_m∙(MgCl₂)∙(H₂O)_p.

Магнезиальное вяжущее находит применение в производстве ксилолита, фибролита (термоизоляционного, конструктивного и фибролитовой фанеры), пено- и газомагнезита, оснований под чистые полы и других строительных деталей.

Коррозия бетонов

Камневидное тело портландцемента подвержено коррозии в водах, богатых углекислотой, солями постоянной жесткости СаSО₄, MgSО₄ и др.

С а(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О углекислотная

коррозия

сульфатная коррозия сопровождается образованием сульфоалюминатов, вызывающих местные напряжения за счет увеличения в объеме изделий, в объеме структуры последних.

3CaO∙Al₂О₃∙6 H₂O + 3 СаSО₄ + 25Н₂О → 3CaO∙Al₂О₃∙3СаSО₄∙31Н₂О.

Для сооружений, соприкасающихся с морской водой, характерна магнезиальная коррозия

3CaO∙Al₂О₃∙6H₂O + 3MgSО₄ → 3СаSО₄ + 2Al(ОН)₃ + 3Mg(ОН)₂

при углекислотной коррозии известь, содержащаяся в камне, переводится в легкорастворимый гидрокарбонат кальция и вымывается водой; при сульфатной коррозии образуется цементная бацилла (гидросульфоалюминат), приводящая к растрескиванию бетонного сооружения. При магнезиальной коррозии идет разрушение трехкальциевого гексагидроалюмината с образованием сульфата кальция (образует бациллу) и рыхлой структуры Mg(ОН)₂ и Al(ОН)₃. Сульфат магния может также взаимодействовать с Са(ОН)₂ с увеличением объема

ЬпЫО₄ + Са(ОН)₂ + 2Н₂О → СфЫЩ₄∙2Р₂Щ + Ьп(ЩР)₂ю

Образование гипса сопровождается увеличением в объеме, что также приводит к возникновению напряжений в бетоне и его разрушению.

Повысить коррозионную стойкость можно применением добавки к клинкеру кремнеземистого компонента с большой удельной поверхностью. Это объясняется более полным связыванием исходных компонентов в гидросиликаты кальция.