![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Классификация вяжущих веществСтр 1 из 5Следующая ⇒
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВАХ
Понятие о вяжущих веществах
Вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичную удобообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное, камневидное тело. Строительные вяжущие вещества в зависимости от происхождения делятся на две группы: 1. Неорганические (минеральные) вяжущие вещества; 2. Органические вяжущие вещества, в основном продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти). В дальнейшем рассмотрены неорганические вяжущие вещества (минеральные). Минеральными вяжущими называются дисперсные неорганические вещества, которые после затворения водой или водными растворами образуют пластичную массу, способную затвердевать в камневидное тело. На основе вяжущих веществ создают искусственные материалы, применяемые в строительстве. В строительстве применяют различные смеси, которые в зависимости от состава называют: цементное тесто – смесь вяжущего вещества и воды; цементный камень – отвердевшее цементное тесто; растворная смесь – смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка); строительный раствор – отвердевшая растворная смесь; бетонная смесь – смесь вяжущего вещества, воды, крупного и мелких заполнителей (песка и гравия или щебня); бетон – отвердевшая бетонная смесь; железобетон – бетон в сочетании со стальной арматурой.
Классификация вяжущих веществ
Минеральные вяжущие вещества классифицируются в зависимости от состава, условий твердения, основных свойств, области применения. По механизму упрочнения различают вяжущие гидравлического и воздушного твердения. Наиболее обширную группу составляют гидравлические вяжущие вещества, которые после смешивания (затворения) с водой начинают твердеть на воздухе и продолжают набирать прочность под водой. Благодаря этой способности гидравлические вяжущие вещества применяют как в наземных, так и в подземных гидротехнических сооружениях, подверженных действию воды. К гидравлическим вяжущим веществам относят следующие: 1. Известковые: слабогидравлические, сильногидравлические; 2. Романцемент; 3. Портландцемент и его разновидности (портландцемент быстротвердеющий, БТЦ, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, декоративный и др.); 4. Пуццолановые цементы (пуццолановый портландцемент, известково-пуццолановые цементы); 5. Шлаковые цементы (шлакопортландцемент, известково-шлаковые цементы); 6. Глиноземистый цемент; 7.Специальные цементы (расширяющиеся и безусадные, жароупорные, кислотостойкие цементы и др.). Воздушные вяжущие материалы после смешивания с водой переходят в камневидное состояние, твердеют, повышая свою прочность только на воздухе. К воздушным вяжущим материалам относят: 1. Известковые (негашеная молотая, гашеная (гидратная) известь, известковое тесто); 2. Гипсовые (низкообжиговые: строительный, формовочный, высоко-прочный гипс; высокообжиговые: ангидритовое вяжущее, эстрих-гипс); 3. Магнезиальные (каустический магнезит, каустический доломит); 4. Растворимое стекло. Портландцементный клинкер обычно получают в результате высокотемпературного спекания известково-глинистого сырья при температуре, достигающей 1450-1500оС. В результате сложных высокотемпературных физико-химических процессов, протекающих в твердой и газовой фазах, формируется полиминеральный и поликристаллический продукт – клинкер. Фазовый состав клинкера в основном может быть описан системой СаО-Al2O3-Fe2O3-SiO2. Главными минеральными составляющими портландцементного клинкера являются алит, белит и так называемое промежуточное вещество, заполняющее интерстиции между кристаллами силикатных фаз (рис. 1).
Рисунок 1 – Микрофотография поверхности аншлифаклинкера [2]
Химический состав клинкера колеблется в широких пределах (% по массе): СаО 64-68; SiO2 21-24; Al2O3 4-7; Fe2O3 2-4; примеси (MgO, Na2O, K2O, SO3, P2O5и др.) 1, 5-3, 0 [1]. Ориентировочное содержание основных четырех минералов в портландцементном клинкере составляет (% по массе): алит 3CaO-SiO2(C3S) – 40...65, белит 2CaO-SiO2(C2S) – 15...40, трехкальциевый алюминат ЗСаО-А12О3(С3А) – 5...15, четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО-Al2O3-Fe2O3(C4AF) –10...20. Алитом принято называть группу твердых растворов в трехкальциевом силикате (C3S): Al2O3, MgO, Na2O, P2O5, Cr2O3 и др. Концентрация изоморфных примесей варьируется в широких пределах и зависит от технологических факторов. Наиболее распространенные составы алита (твердый раствор трехкальциевого силиката кальция): 54СаО× 16SiO2× А12О3 и 51СаО× 16SiO2× А12О3× MgO. Алит – главный минерал цементного клинкера – обладает большой активностью при реакции с водой, особенно в начальные сроки (величина тепловыделения к 3 сут достигает примерно 2/3 от тепловыделения при полной гидратации). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность. Белит – это собирательное название твердых растворов различных элементов в двухкальциевом силикате. В портландцементном клинкере белит представляет β -Са2SiO4, содержащим в виде изоморфных примесей Mg2+, К+, Na+, Cr3+, Mn2+, Ва2+ (замещают Са2+) и [SO4]2-, [PO4]3- (замещают [SiO4]4-). Состав белита колеблется в широких пределах. Наиболее изучен белит, имеющий следующее количество изоморфных примесей: (Са87MgAlFe)× (Na0, 5K0, 5)× (Al3Si42O180). Белит значительно менее активен, чем алит. Тепловыделение белита при полной гидратации примерно в 2 раза меньше, чем у алита, и к 3 сут составляет около 10 % от тепловыделения при полной гидратации. Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку продукт его твердения обладает сравнительно невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях (при положительной температуре и влажной среде) его прочность неуклонно возрастает. Промежуточное вещество, заполняющее пространство между кристаллами алита и белита, имеет полиминеральный состав и состоит в основном из трехкальциевого алюмината и браунмиллерита. Часто в небольшом количестве также присутствует стеклофаза и другие соединения. Трехкальциевый алюминат (С3А). Состав этого соединения в обычном клинкере варьируется в широких пределах в связи с наличием изоморфных примесей R2O, FeO, Fe2O3, MgO, Al2O3, Cr2O3, MnO и др. Наиболее часто в промышленном клинкере трехкальциевый алюминат имеет следующий состав: Na6K2Ca78Mg4(Al44Fe8Si8O180). Трехкальциевый алюминат – самый активный клинкерный минерал, отличающийся быстрым взаимодействием с водой. Его тепловыделение при полной гидратации почти в 2 раза больше, чем у алита, а за 3 сут составляет не менее 80 % от общего тепловыделения. Однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низкие прочность и долговечность. Быстрое твердение С3А вызывает раннее структурообразование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (всего до нескольких минут). Если не ввести добавку гипса, то получается цемент «быстряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не успевают хорошо перемешать и уложить в форму. Браунмиллерит или четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF). Структурная формула Ca2[Fe0, 76Al0, 24](Al0, 76Fe0, 24)O5. В промышленном клинкере состав минерала усложнен присутствием изоморфных примесей MgO, СаО, Mn2O3, Cr2O3, SiO2и др. Четырехкальциевый алюмоферрит характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами. Прочность продуктов его гидратации в ранние сроки ниже, чем у алита, и несколько выше, чем у белита. Стеклофаза образуется в качестве неравновесного продукта в процессе быстрого охлаждения клинкера. Примерный ее состав приближается к эвтектическому в системе СаО-Al2O3-Fe2O3-SiO2 (% по массе): 54, 8 СаО, 22, 7 Al2O3, 16, 5 Fe2O3 и 6, 0 SiO2. Обычно содержание стеклофазы не превышает 3-5%. Прочие примесные минералы в клинкере представлены известью СаО, периклазом MgO, майенитом 12СаО× 7Al2O3, ангидритом CaSO4, сульфоалюминатом кальция 4СаО× 3Al2O3× SO3, хромитом кальция СаО× Cr2O3 и другими соединениями. Располагая данными о минеральном составе клинкера и зная свойства клинкерных минералов, можно заранее предопределить основные свойства цемента и особенности его твердения в различных условиях эксплуатации.
|