Неорганические вяжущие материалы

В строительстве применяют преимущественно гидравлические вяжущие, твердеющие на воздухе и в воде; значительно реже — воздушные вяжущие, твердеющие только на воздухе.

Гидравлические вяжущие

К гидравлическим вяжущим относятся различные виды портландцементов, глиноземистый цемент, сульфатно-шлаковые цементы, расширяющиеся цементы, гидравлическая известь и известковые цементы. Гидравлические вяжущие должны удовлетворять установленным требованиям в отношении прочности, сроков схватывания, равномерности изменения объема и тонкости помола. Начало схватывания для гидравлических вяжущих, кроме расширяющихся и известковых цементов, должно наступать не ранее 45 мин. (для глиноземистого цемента—30 мин.), конец схватывания не позже 12 час. после затворения. У большинства вяжущих начало схватывания — через 1—3 часа, конец — через 5—8 час. (табл. 7).

Все гидравлические вяжущие при испытании лепешек кипячением и в парах кипящей воды должны показывать равномерность изменения объема.

Тонкость помола определяется проходом через сито № 0085 (4900 отв/см2): не менее 90% для сульфатно-шлаковых и глиноземистого цементов и не менее 85% для всех других гидравлических вяжущих.

Портландцемент широко применяется для возведения бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций, для изготовления сборных бетонных и железобетонных деталей, а также строительных растворов. К числу недостатков портландце,мента относятся: малая стойкость против агрессивных жидкостей и газов; значительное понижение прочности при хранении; относительно невысокая текучесть цементного теста, что обусловливает повышенную водопотребность бетонных и растворных смесей; значительное водоотделение в приготовленных смесях, что приводит к их расслаиванию; большая усадка при твердении.

Ускорение схватывания и твердения портландцемента и его разновидностей достигается более тонким помолом, добавлением хлористого кальция, а также тепловлажностной обработкой изделий.

Содержание SО3 в цементе не должно превышать 3%.

Быстротвердеющий цемент (БТЦ) (ТУ 29—55 МПСМ2) отличается высокой активностью в раннем возрасте: прочность трамбованных растворных образцов суточного возраста — не менее 200 кГ/см2, трехсуточного — 300 кГ/см2. Активность через 28-дней — 450—600 кГ/см2. Начало схватывания — не ранее 40 мин., конец схватывания — не позднее 10 час. Предельное содержание гипса в пересчете на SC3 — 3,5%. Тонкость помола БТЦ соответствует удельной поверхности порядка 3600 Г/см2 для портландцемента 2500—3000 Г/см2). Расход БТЦ - на 35% ниже расхода портландцемента марки 400 и ~ на 13% ниже марки 500. При хранении БТЦ в течение одного месяца прочность понижается - на 15%, в течение двух месяцев — на 40%.

Магнезиальный портландцемент применяется для бетонных и железобетонных надземных и подземных конструкций, защищенных от воздействия грунтовых вод и для изготовления строительных растворов, применяемых в тех же условиях.

Пуццолановый портландцемент отличается наличием кремнеземистых или глинистых добавок, переводящих выделяющийся при твердении цемента гидрат окиси кальция в почти нерастворимые гидросиликат и гидроалюминат кальция. Это делает пуццолановый портландцемент стойким в пресных, магнезиальных, сульфатных и слабокислотных водах.

Применяется пуццолановый портландцемент при требовании повышенной водонепроницаемости и коррозиестойкости бетона и в условиях влажной среды, т. е. преимущественно для возведения подземных и подводных конструкций, а также для изготовления пропариваемых бетонных и железобетонных деталей. Плотность и водонепроницаемость бетонов на этом цементе повышенные, морозостойкость — пониженная. В связи с высокой водопотребностью пуццоланового портландцемента при затворении и с замедленным твердением (особенно в сухой среде) расход цемента в бетоне на 15—25% больше по сравнению с портландцементом. Незначительное тепловыделение пуццоланового портландцемента осложняет выполнение бетонных работ при отрицательных и низких положительных температурах Цемент хорошо реагирует на тепловлажностную обработку, в связи с чем рекомендуется для изготовления сборных бетонных и железобетонных деталей.

Сульфатостойкий портландцемент применяется для бетонных и железобетонных конструкций, находящихся под воздействием сульфатных вод при систематическом многократном замораживании и оттаивании или увлажнении и высыхании.

Шлакопортландцемент, в состав которого входит 20—80% гранулированного доменного шлака (обычно 35—40%), обладает примерно такой же стойкостью в агрессивных средах, как и пуццолановый портландцемент. Начало схватывания через 5—9 час., процесс твердения, особенно при пониженной температуре, замедленный. Расход цемента низких марок в бетоне примерно на 10% больше по сравнению с портландцементом. Бетоны на шлакопортландцементе обладают повышенной плотностью и относительно малой водопроницаемостью. По сравнению с портландцементом и пуццолановый портландцементом шлакопортландцемент обладает повышенной жароустойчивостью. Применяется для бетонных и железобетонных (при марке цемента не ниже 250) конструкций в том числе подземных, подвергающихся воздействию пресных вод, и строительных растворов, а также для изготовления жароупорного бетона. Рекомендуется при изготовлении пропариваемых железобетонных и бетонных деталей.

Шлаковый магнезиальный портландцемент — шлакопортландцемент на основе клинкера магнезиального портландцемента — применяется для возведения бетонных и железобетонных надземных и подземных конструкций, в том числе «инструкций, подвергающихся воздействию пресных вод, а также для изготовления строительных растворов.

Пластифицированный и гидрофобный портландцементы содержат поверхностноактивные добавки, что увеличивает подвижность бетонных и растворных смесей; при сохранении степени подвижности смеси возможно либо уменьшить величину водной добавки и увеличить этим прочность бетона (раствора), либо при той же прочности уменьшить расход цемента (на 6% и более). В качестве поверхностноактивных добавок для пластифицированного цемента применяют сульфитноспиртовую барду (отход при биохимической переработке сульфатного щелока для получения спирта), для гидрофобного — мылонафт (отход при щелочной очистке некоторых нефтепродуктов).

Пластифицированный и гидрофобный портландцементы изготовляются марок 300—600. Используются для тех же целей, что и портландцемент. Применение не рекомендуется при изготовлении пропариваемых изделий.

Гидрофобный портландцемент не подвержен слеживанию и комкованию при транспортировании навалом и складировании и почти не теряет активность при длительном хранении. Понижение водопотребности бетонных смесей на гидрофобном цементе наблюдается при расходе его не более 300—320 кГ/м3. Водонепроницаемость, стойкость против коррозии и попеременного увлажнения и высыхания, а также морозостойкость бетона (раствора) на гидрофобном цементе больше, чем на пластифицированном.

Декоративные белые и цветные портландцементы применяются для изготовления декоративных растворов и бетонов, используемых для наружной и внутренней отделки зданий.

Глиноземистый цемент отличается быстрым твердением. Плотность, водонепроницаемость, стойкость в агрессивных средах и морозостойкость бетонов на глиноземистом цементе значительно выше, чем при применении иных гидравлических вяжущих. Применяется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций с высокой маркой бетона (в короткие сроки твердения), для конструкций, подвергающихся попеременному воздействию воды и холода, воздействию сернистых газов и для жароупорных растворов и бетонов.

Глиноземистый ангидритовый цемент применяется для тех же конструкций, что и обычный глиноземистый цемент, но при температуре бетона в процессе твердения до 60°.

Расширяющиеся цементы (водонепроницаемый расширяющийся — ВРЦ, гипсоглиноземистый, тампонажный расширяющийся) отличаются значительным увеличением объема при твердении в воде; при твердении на воздухе эти цементы не дают усадки или расширяются в объеме, но в меньшей степени (табл. 8).

Плотность бетонов и растворов на расширяющихся цементах значительно больше, а водопроницаемость значительно меньше, чем при применении иных гидравлических вяжущих. Стойкость в агрессивных средах не изучена. Морозостойкость гипсоглиноземистого цемента удовлетворительна, остальных цементов не изучена.

Применяются для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, заделки раструбных труб, получения плотных стыков в сборных железобетонных конструкциях, изготовления растворов для торкретной гидроизоляции резервуаров, бассейнов и т. п.

Сульфатношлаковые цемент — гипсошлаковый и шлаковый бесклинкерный применяются для массивных бетонных и железобетонных (при марке цемента не ниже 250) конструкций, преимущественно в подземных сооружениях, в том числе подверженных действию сульфатных вод, а также для изготовления строительных растворов.

Известково-шлаковый цемент изготовляется марок 50, 100 и 150. Применяется для изготовления пропариваемых легкобетонных деталей, а также для возведения неармированных и слабоармированных конструкций марки не выше 100 и для изготовления строительных растворов марки не выше 25. He применяется в конструкциях, подвергающихся систематическому многократному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию. Начало схватывания — 2—6 час. конец — 5—20 час. При твердении на воздухе, особенно в случае использования шлаков с высоким содержанием кремнезема, наблюдается понижение прочности, начиная с 6-месячно го возраста; воздухостойкость цемента повышается при увеличении содержания извести (до 50—65% от веса цемента), а также при пропаривании бетона. Морозостойкость бетонов (растворов), подвергнутых пропариванию или твердевших не менее месяца при температуре не ниже +10° во влажных условиях, удовлетворительная Известково-шлаковый цемент обладает высокой стойкостью в мягкой пресной воде и в минерализованных водах, особенно сульфатных.

Известково-пуццолановые цементы — известково-трепельный, известковозольный, известково-глинистый, известково-горелопородный и др. изготовляются марок 50, 100 и 150. Цементы отличаются малой воздухе- и морозостойкостью и невысокой прочностью, применяются для строительных кладочных растворов и для неармированных бетонов низких марок, находящихся во влажной среде.

Область применения различных видов цемента приведена в табл. 9.

Хранят гидравлические вяжущие в закрытых складах, разделенных на отсеки. В каждый отсек ссыпают вяжущее одного вида, одной марки и одного поставщика. Разгрузка вяжущих на открытые площадки не допускается. Вяжущие выдаются на производство только после лабораторных испытаний или при наличии заводского паспорта.

При применении для монолитного бетона пластифицированного портландцемента расход цемента понижается на 8%; при применении шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента увеличивается соответственно на 10 и 20%. Для подвижных бетонных смесей и мелкозернистых песков расход цемента увеличивается на 6%.

Воздушные вяжущие

Известь воздушная (ГОСТ 1174—51) в зависимости от вида исходного сырья изготовляется маломагнезиальная (содержание MgO не более 5%), магнезиальная (от 5 до 20% MgO) и доломитовая (от 20 до 41% MgO).

Различают известь негашеную (кипелку), известь гашеную в порошок (пушонку) и известь гашеную в тесто (известковое тесто) (табл. 14).

По продолжительности гашения известь подразделяется на быстрогасящуюся (начало распада кусков до 10 мин.), среднегасящуюся (10—30 мин.) и медленногасящуюся (более 30 мин.). Для устранения отходов известь гасят в известегасильных машинах немедленно по получении Маломагнезиальная известь гасится быстрее магнезиальной и дает более жирное (пескоемкое) тесто; прочность магнезиальной извести выше.

Известь способна вступать во взаимодействие с активными минеральными добавками, образуя гидравлические вяжущие (известково-шлаковый и известково-пуццолановые цементы).

Применяется для изготовления строительных растворов, низкомарочных бетонов, силикатного кирпича, ячеистых бетонов и других автоклавных материалов.

Известь повышает подвижность (удобоукладываемость) строительных растворных смесей.

Известь строительная молотая негашеная — продукт тонкого измельчения негашеной комовой извести, получаемой обжигом известняков с содержанием глины до 20%; тонкость помола должна быть такой, чтобы известь полностью проходила через сито № 021 (900 отв/см2) и максимальный остаток на сите № 0085 не превышал 15%. Известь молотую негашеную изготовляют марок 4, 10, 25 и 50.

При хранении известь молотую негашеную защищают от увлажнения. Максимальная длительность хранения с момента обжига до употребления 30 суток; при упаковке в бумажные битуминизированные мешки срок хранения не должен превышать 10 суток для маломагнезиальной и магнезиальной извести и 20 суток для доломитовой извести.

Применяется для изготовления некоторых видов силикатных материалов, в том числе пеносиликата и газосиликата, а также строительных растворов.

Гипсовые вяжущие

Различают полуводные (строительный, формовочный, скульптурный, медицинский) и безводные гипсовые вяжущие (ангидритцемент и эстрихгипс). Наибольшее применение в строительстве имеет; строительный гипс.

Недостаток гипса — быстрое схватывание; замедление схватывания достигается специальными добавками. Наиболее целесообразно применение кератинового замедлителя схватывания из рогов и копыт (80%), растворенных в растворе каустической соды (20% твердой соды) или активированного клея (кипяченая в течение 5—6 час. смесь равных долей по весу животного клея и известкового теста). Добавление 0,05% кератинового замедлителя (в пересчете на сухое вещество) или 0,2% активированного клея (в пересчете на клей) замедляет начало схватывания гипса до 20 мин.

Применяется для штукатурных растворов, гипсовых; и гипсобетонных изделий — перегородочных плит и панелей, листов сухой штукатурки, архитектурных деталей, вентиляционных коробов и т. п.

Прочие вяжущие

Каустический магнезит и каустический доломит, затворяемые раствор рами хлористого или сернокислого мл гния, быстро твердеют и хорошо сцепляются с органическими заполнителями (опилки, стружка, древесная шерсть). Применяются для изготовления ксилолита, фибролита, архитектурно-строительных деталей и т. п.

Растворимое стекло (силикат натрия технический) поступает в виде кусков (силикат — глыба) и сиропообразной жидкости (жидкое стекло). Применяется для укрепления (силикатизации) грунтов, в бетонной и каменной кладке, а также для изготовления кислотостойких и жаростойких замазок, растворов и бетонов (совместно с кремнефтористым натрием или другими добавками к молотыми наполнителями).

Добавки к вяжущим веществам, бетонам и растворам

Добавки вводятся при помоле вяжущих и приготовлении бетонных и растворных смесей (в виде порошков или водных растворов и суспензий). Количество добавок устанавливается опытом.

Добавки активные минеральные применяются для повышения стойкости портландцемента и извести в пресных и сульфатных водах. Подразделяются на добавки, самостоятельно не твердеющие — туфы, пемза, диатомовые горные породы, горелые породы, кислые гранулированные доменные шлаки, кислые золы, и самостоятельно твердеющие — основные гранулированные доменные шлаки.

Добавки-наполнители применяются для уменьшения расхода вяжущего более высокой марки, чем это требуется для получения бетона или раствора заданной прочности. Получаются из горных пород или промышленных отходов, измельчаемых, или находящихся в пылевидном состоянии — песок кварцевый, природная доломитовая мука, пылевидный кварц, доменная мука, зола, топливные шлаки и пр.

Добавки, ускоряющие схватывание и твердение цемента: хлористый кальций, хлористый натрий, отходы содового производства, серная кислота (применяются при обеспечении надлежащих мер по технике безопасности).

Добавки, замедляющие схватывание вяжущих: цемента — сернокислое окисное железо и слабый раствор серной кислоты (применяются при обеспечении надлежащих мер по технике безопасности); гипса — кератиновый клей, активированный животный клей, микропенообразователь БС.

Добавки поверхностноактивных веществ — пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие. Пластифицирующие — концентраты сульфитно-спиртовой барды — применяются в количестве 0,15—0,25% от веса цемента (в расчете на сухое вещество) для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, в особенности для подвергающихся многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. Гидрофобно-пластифицирующие добавки применяются: мылонафт (ГОСТ 3853—47) — для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, подвергающихся одностороннему гидростатическому давлению, многократному попеременному замораживанию и оттаиванию (0,08—0,15% от веса цемента в расчете на жидкий мылонафт); при изготовлении легкобетонных смесей (до 0,5%); для строительных растворных смесей в целях экономии извести (0,03—0,1%); омыленный древесный пек — для тех же целей в количестве 0.02— 0,05% от веса цемента (в расчете на сухое вещество) для бетонных смесей и 0,15—0,25% — для растворных смесей; микропенообразователь БС — для растворных смесей и пр.