Деление вяжущих материалов в зависимости от состава. Органические вяжущие и материалы на их основе. Их полезные качества
Вяжущие вещества известны своим широким использованием в сфере строительства для приготовления бетонов и растворов, применяемых при возведении зданий, сооружений и прочих конструкций. Имеется множество их разновидностей, и сегодня мы вкратце коснемся основных существующих подгрупп.
Классификация вяжущих веществ
По своему происхождению они могут относиться к органической или неорганической группе. К первой принадлежат всевозможные битумы, смолы, дегти и пеки. Основная сфера их применения – изготовление кровельных покрытий, которые могут быть рулонного либо штучного типа, асфальтобетона и множества разнообразных гидроизоляционных материалов. Главное отличительное качество их – гидрофобность, то есть способность размягчаться и принимать рабочее состояние в процессе нагрева или при взаимодействии с какой-либо органической жидкостью.
Вторая группа – неорганические вяжущие вещества – состоит из извести, гипса и цемента. Все они востребованы в процессе приготовления бетонов и самых разных строительных растворов. Внешний вид неорганических вяжущих веществ представлен тонкомолотым материалом, имеющим свойство в процессе затворения водой превращаться в жидко-пластичную тестообразную массу, твердеющую до состояния прочного камня.
Что для них характерно
Главные свойства вяжущих веществ неорганического происхождения – гидрофильность, пластичность при взаимодействии с водой и способность переходить к твердому состоянию из полужидкого тестообразного. Именно этим они отличаются от представителей первой группы.
По способу твердения неорганические вяжущие вещества считают воздушными, гидравлическими, кислотными и автоклавного твердения. Зависит это разделение от способности к длительному противодействию природным климатическим факторам.
Воздушные вяжущие вещества твердеют, взаимодействуя с водой и, образовав прочный камень, могут оставаться в таком состоянии в воздушной среде на протяжении долгого промежутка времени. Но если изделия и строительные конструкции, выполненные с их применением, подвергать регулярному увлажнению, то прочность эта достаточно быстро будет утеряна. Здания и сооружения такого типа легко подвержены разрушению.
Что входит в эту группу? Сюда традиционно относят гипсовые магнезиальные вяжущие вещества – глину, воздушную известь. Если рассмотреть их химический состав, то всю данную группу, в свою очередь, можно подразделить ещё на четыре. Это значит, что все воздушные вяжущие вещества относятся либо к известковым (на основе окиси кальция), либо к магнезиальным (в составе которых каустический магнезит), либо гипсовым вяжущим, созданным на основе сернокислого кальция, либо являются жидким стеклом – силикатом калия или натрия, существующим в форме водного раствора.
Переходим к “водным” материалам
Теперь давайте рассмотрим другую группу – гидравлические вяжущие вещества. Им свойственно твердеть, а также надолго сохранять прочностные характеристики в среде не только воздушной, но и водной. Химический состав их достаточно сложен и представляет собой соединение различных окислов.
Всю эту большую группу, в свою очередь, можно разделить на цементы силикатного происхождения, в составе которых около 75% силикатов кальция (главным образом речь идет о портландцементе с его разновидностями, данная группа составляет основу ассортимента современных строительных материалов) и другую подгруппу – алюминатных цементов на основе алюмината кальция (самые известные представители – все разновидности глиноземистого цемента). К третьей группе причисляют романцемент и гидравлическую известь.
Какие вяжущие вещества относят к кислотостойким? Это – кислотоупорный кварцевый цемент, существующий в виде тонкомолотой смеси кварцевого песка с кремнием. Затворяется такая смесь водным раствором силиката натрия либо калия.
Характерной особенностью группы кислотостойких вяжущих является их способность, пройдя начальный этап твердения на воздухе, достаточно долго противодействовать агрессивному влиянию различных кислот.
Органика в строительстве
Другая большая подгруппа – органические вяжущие вещества (состоящая, как уже было упомянуто, в основном из разновидностей асфальта и битумных материалов) имеет совершенно иную природу. Тот же самый асфальт может быть искусственным либо природного происхождения. В составе его смешивается битум с представителями минералов в виде известняка или песчаника.
В строительной отрасли асфальт широко используют при прокладке дорог и возведении аэродромов как смесь песка, гравия или щебня с битумом. Такой же состав имеет асфальт, применяемый в виде гидроизоляции.
Что такое битум? Это – органическое вещество (либо природное, либо искусственное), в составе которого – высокомолекулярные углеводороды или их производные, содержащие азот, кислород и серу. Сфера применения битумов весьма широка и варьируется от дорожного и жилищного строительства до предприятий химической отрасли и лакокрасочной промышленности.
Под дегтями понимают вяжущие вещества органического происхождения, в составе которых – ароматические высокомолекулярные углеводы и их производные – серные, кислотные и азотистые.
Основные требования, существующие для органической группы вяжущих, заключаются в обладании достаточной степенью вязкости в момент взаимодействия с твердой поверхностью, что позволяло бы проявиться высоким смачивающим и обволакивающим свойствам с образованием водостойкой пленки. Другое требование – способность сохранять данные качества на протяжении большого промежутка времени.
Эти вяжущие вещества применение свое нашли при прокладке дорог и городских улиц, ими покрывают аэродромы и автомобильные трассы, устраивают тротуары и полы в подвалах и зданиях промышленного назначения.
Рассмотрим теперь основные виды строительных материалов, принадлежащие к двум перечисленным группам. Напомним еще раз – неорганическая группа в основном подразделяется на те, что отвердевают на воздухе и те, что способны делать это в водной среде.
Вяжущие вещества – материалы для строительства
Всем хорошо известная глина относится к наиболее распространенным из вяжущих материалов, твердеющих в воздушной среде. Она нашла свое применение при возведении самых разных зданий. Представляет собой глина осадочную породу, существующую как смесь пылевидных частиц микроскопического размера с песком и мелкими глинистыми вкраплениями. Мельчайшие из них получили название тонкодисперсных. Именно их наличие позволяет при попадании во влажную среду превращаться в тестообразную субстанцию. Высохнув, данная пластичная масса легко застывает в заданной ей форме.
Если такую форму обжечь, то полученный камень искусственного происхождения обладает достаточно высокой прочностью. Как и другие минеральные вяжущие вещества, из-за различного состава глины могут быть разнообразных оттенков. Из растворов на их основе кладут камины, печи, а также формуют кирпичи. Они же могут быть тощими, жирными и средними. Глина-шамот обладает огнеупорными качествами, поэтому незаменима при устройстве каминов и печей.
Какой бывает известь
Другой очень известный и имеющий обширную сферу применения вяжущий материал называется воздушной строительной известью и бывают получен из горных пород а именно мела, доломитов, известняков, ракушечника. Основной окисел в ней может быть разным, в зависимости от этого воздушную известь принято делить на доломитовую, магнезиальную, кальциевую. Все три разновидности получают, обжигая в печи известняки соответствующего происхождения.
Может быть воздушная известь либо негашеной, либо гашеной (или гидратной). Последняя образуется в процессе гашения одной из трёх вышеперечисленных.
Если взглянуть на существующие известковые фракции, то можно отнести ее к комковой либо порошкообразной. Негашеная известь представляет собой достаточно крупные пористые комки. В процессе гашения водой из неё образуется известковое тесто. Чтобы “добыть” из комковой извести порошкообразную, следует произвести процесс гидратации (гашения), либо смолоть комки. Применяться она может как с добавками, так и без таковых. Добавками же служат шлаки, активные минералы и песок кварцевого происхождения.
Все о гипсе
Следующий материал – алебастр, он же гипс. Его получают, обрабатывая термическим путем измельченный гипсовый камень. Гипс твердеет, проходя три промежуточных этапа, состоящих из его растворения с последующей коллоидацией и затем кристаллизацией. При прохождении первой стадии образуется насыщенный раствор двуводного гипса. Твердея, он увеличивается в объеме и приобретает ровную белую поверхность.
Применяя красящие пигменты, возможно придать изделиям из гипса любые цветовые оттенки. Процесс схватывания данного вяжущего вещества в норме начинается по прошествии 4 минут от момента начала затворения. Конец застывания происходит в промежутке от 6 до 30 минут спустя.
В процессе схватывания смесь гипса и воды перемешивать и утрамбовывать запрещается во избежание риска потери вяжущих качеств. Марок гипса существует достаточно много, обозначаются они различными цифрами, характеризующими степень прочности при сжатии.
Продается он расфасованным в мешки разного объема. Гипс нашел самое широкое применение в оформлении интерьеров жилых домов и общественных зданий. Из него с давних пор принято отливать самые разнообразные фигурные формы. Хранить его следует исключительно в сухом помещении, причём срок хранения ограничен в связи с возможной потерей прочности как основного полезного качества.
И еще о гипсе
Строительный гипс выглядит как порошок цветом от сероватого до ярко-белого. Если смешать его с водой, начинается характерная реакция, при этом происходит нагревание смеси. В гипс принято добавлять специальные материалы, именуемые удерживающими добавками, назначение которых – улучшать консистенцию и сцепление с поверхностью во время оштукатуривания, а также слегка продлевать срок твердения.
Чтобы повысить объем материала без потери рабочих свойств, вводят наполнители (например, из вспученного перлита или слюды). Специальный высокопрочный гипс обжигают при высоких температурах, в процессе кристаллическая вода из него удаляется. Срок его твердения увеличен до 20 часов, а твердость гораздо больше, чем у прочих разновидностей.
Штукатурный гипс пропитывают и получают мраморный (ярко-белый, медленно твердеющий и применяемый для оштукатуривания внутренних поверхностей), причём при изготовлении в него вводятся различные наполнители и удерживающие добавки. Основной смысл большинства таких добавок – служить замедлителем схватывания. С целью производства внутренней штукатурки его готовят в штукатурных машинах с возможным добавлением определенных наполнителей, например, песка.
Из него же получают сухую штукатурку или гипсокартонные строительные плиты, также гипс применяют при заполнении швов между ними. Бывает гипс шпатлевочный, обладающий аналогичными свойствами.
Поговорим о цементах
Какими еще свойствами обладают гидравлические вяжущие вещества? Процесс их твердения, начавшийся в воздушной среде, продолжается в воде, причем прочность их сохраняется и даже растет. Характерными и наиболее известными представителями семейства гидравлических вяжущих являются, конечно же, цементы. Они маркируются в зависимости от прочности, а марка конкретного образца определяется установлением предельной нагрузки на изгиб и сжатие. Причём каждый из образцов должен быть изготовлен в принятой пропорции цемента и песка и пройти испытание на определённом сроке, составляющем 28 суток.
Скорость схватывания цемента тоже может быть разной – медленной, нормальной либо быстрой. Точно так же в зависимости от скорости твердения любой цемент может быть обычным, быстротвердеющим или особо быстротвердеющим.
В качестве примера в данной группе можно назвать портландцемент, существующий в виде мелкого порошка серого цвета с лёгким зеленоватым оттенком с возможным введением добавок, которые могут быть из гранулированного шлака (шлакопортландцемент).
О скорости твердения
Испытание качества (как и производство) вяжущих веществ ведется с соблюдением многочисленных стандартов. Для каждой из существующих групп разработаны ограничения, определяющие нормативное время начала и окончания схватывания, считая от момента водного затворения.
Другой цемент – глиноземистый – относится к быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. На вид это мелкий порошок коричневого, серого, зеленоватого либо черного цвета (в зависимости от метода обработки и исходных составляющих). По тонкости помола он слегка превышает портландцемент и требует несколько большего объёма воды.
Смешанные виды вяжущих веществ – те, что могут твердеть и в воздушной, и водной среде и применяются при производстве лишь неармированных бетонов или строительных растворов.
Битумы и сфера их применения
Что же касается самых популярных органических вяжущих, то семейство их включает в себя множество битумов и дегтей, имеющих цвета от черного до тёмно-коричневого. Традиционная сфера, в которой используются такие вяжущие вещества, – работы по гидроизоляции. Этот строительный материал водостоек, водонепроницаем, устойчив к атмосферным влияниям и весьма эластичен. Размягчить и перевести в жидкое состояние данную группу вяжущих можно нагреванием. При понижении температуры вязкость их возрастает и может быть полностью утрачена.
Данная группа, прежде всего, состоит из битумов природного происхождения, а также полученных при нефтяной переработке. Химический состав их – соединения молекул кислорода, водорода, серы и азота. В строительстве востребованы нефтяные битумы (жидкие, твердые и полутвердые).
По своему назначению их также можно причислить к одной из трех групп – кровельным, строительным либо дорожным. Из кровельных готовят пропиточный состав, производят рубероид и множество самых разных мастик.
Промышленные битумы твёрдых и упруго-твердых сортов производят высоковакуумным методом с дополнительными ступенями переработки, на которых масло кипит при высоких температурах. Особенно устойчивыми к перепаду тепла и холода считаются оксидированные. Существуют также смеси битумов полимерами, влияющими на степень их вязкости. Характерной особенностью всех видов служит способность к изменению консистенции в зависимости от температуры, причём разные фазы могут чередоваться неоднократно. На ней же основаны клеящие свойства семейства битумных вяжущих.
Чем они ценны
Степень расширения битумов под воздействием высоких температур по сравнению с минеральными материалами больше в 20-30 раз. Ценные качества их – водостойкость, устойчивость к солям, щелочам, агрессивным кислотам и стокам. В качестве примера может служить соль, которой посыпают снег зимой на улицах для таяния.
Понижается стойкость битумов органическими растворителями, маслами и жирами, от света, тепла и воздушного кислорода, которые окисляют их составляющие части. При нагревании мягкие частицы испаряются, и поверхность битумов твердеет.
Достоинствами их является низкая воспламеняемость, то есть данный материал не относится к огнеопасным. Нефтяные битумы не являются вредными для здоровья веществами и не классифицированы как таковые. В качестве других их свойств можно говорить о термовязкости, высокой теплоизоляции, хорошем смачивании.
Твердость битумов устанавливают глубиной проникновения погружаемой в них иглы (измеряется она в сотых миллиметра) при нормированной нагрузке за определённое время в условиях конкретной температуры. Переход между твердым и жидким состоянием у них носит скользящий характер и определяется точкой размягчения при низких температурах. Помимо того, они характеризуются, так называемой точкой разрушения – это термин, обозначающий температуру, при которой изгибаемый слой битума трескается либо разрушается.
Другие материалы
Какие еще вяжущие вещества органического происхождения можно назвать? Каменноугольными пеками, представляющими собой вязкую либо твердую черную субстанцию и служащими продуктом перегонки дегтя, пропитывают толь. Этот материал довольно опасен и при попадании на кожу может вызвать ожог. Работать лучше всего с ним пасмурную погоду или при низком освещении.
Каменноугольным дегтем называют вещество, выделяющееся в качестве побочного продукта при коксохимическом производстве. Он нашел свое применение в изготовлении мастики для кровли и дорожном строительстве.
Одним из главных компонентов некоторых отделочных материалов являются так называемые вяжущие, которые в целом делятся на две большие группы: водные и неводные. Первая группа, в свою очередь, делится на минеральные и органические.
К минеральным относятся цемент, известь и жидкое стекло.
К органическим относятся разнообразные клеящие вещества растительного, животного и синтетического происхождения.
Цемент
Он придает бетону высокую прочность. Благодаря ему бетон быстро схватывается и меньше находится в опалубке. Как правило, цемент делают из таких веществ, как глинозем или силикат кальция, которые тщательно измельчают, обжигают до спекания.
В результате обжигания получают цементный клинкер, который хорошо перемалывают. От тонкости помола и состава сырья зависит качество цемента.
Цемент служит для приготовления строительных растворов, бетонных смесей, для изготовления бетонных и железобетонных изделий. Подразделяют цементы по составу, прочности при твердении, скорости твердения и т. п.
Цемент имеет способность хорошо схватываться не только на воздухе, но и в воде, поэтому хранить его надо в сухом месте.
В строительстве чаще всего применяются портландцемент (силикатный цемент), шлакопортландцемент (портландцемент с добавлением в него шлака) и глиноземистый цемент, который получают из глинозема и извести, сплавленных при температуре 1400 °C.
Получившуюся таким образом массу дробят на куски, которые, в свою очередь, измельчают в порошок на трубных мельницах. Марочную прочность (глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500, 600) цемент набирает через 3 дня.
Портландцемент представляет собой порошок серо-зеленого цвета. Получают его путем обжигания глины и мела при температуре 1500 °C. После этого цементный клинкер (именно так называется полученная масса) размалывают на специальных мельницах, одновременно добавляя в него различные активные и неактивные (инертные) добавки: шлаки, гипс, кварцевый песок.
Если цемент растворить водой, то спустя непродолжительное время он застывает, превращаясь в твердое вещество наподобие камня. Портландцемент выпускают марок 400, 500, 600 и 700.
По сравнению с такими вяжущими, как глина и известь, цемент схватывается гораздо быстрее.
Схватывание наступает уже спустя 35-40 мин, а окончательное схватывание - не позднее 12 ч в зависимости от марки цемента. Можно ускорить процесс твердения, если добавить в цемент теплой воды.
И наоборот, применение холодной воды отодвигает на некоторое время схватывание разведенного цемента.
Марка цемента зависит от тонкости помола. В том случае, если марка цемента неизвестна или появились какие-то сомнения, можно ориентировочно определить ее по плотности цемента. Она снижается при длительном хранении: за 6 мес - на 25 %, за 1 год - на 40 %, за 2 года - на 50 %.
Портландцемент
Это гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения клинкера с добавлением гипса (от 3 до 5 %), регулирующего сроки схватывания цемента. По составу различают портландцемент без добавок, с минеральными добавками, шлакопортландцемент и др.
Начало схватывания портландцемента при температуре воды в растворе 20 °C должно наступить не ранее 45 мин с момента приготовления раствора и заканчиваться не позднее чем через 10 ч.
Если при изготовлении раствора используют воду температурой более 40 °C, схватывание может наступить слишком быстро.
Прочность портландцемента характеризуется марками 400, 500, 550 и 600. Для того чтобы приблизить российские стандарты к европейским, цемент разделен на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 55,5 МПа.
Быстротвердеющий портландцемент
Это портландцемент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью. Он достигает более половины запланированной прочности через 3 сут твердения.
Быстротвердеющий цемент выпускают марок 400 и 500.
Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент
Применяют в производстве сборных железобетонных конструкций и при зимних бетонных работах. Выпускают марки 600.
Белый портландцемент
Выпускают двух видов - белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. По степени белизны белые цементы разделяют на 3 сорта (по убыванию). Начало схватывания белого портландцемента должно наступать не раньше чем через 45 мин, конец - не позднее чем через 12 ч после приготовления раствора.
Цветной портландцемент
Он бывает красного, желтого, зеленого, голубого, коричневого и черного цветов. Применяется для изготовления цветных бетонов и растворов, отделочных смесей и цементных красок.
Выпускают марок 300, 400 и 500.
Шлакопортландцемент
В его состав входят доменный шлак и природный гипс, добавленные для регулирования сроков схватывания раствора.
Выпускается марками 300, 400 и 500.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент
Отличается повышенной прочностью уже через 3 суток твердения.
Выпускают марки 400.
Гипсоглиноземистый цемент
Его получают путем смешивания высокоглиноземистых шлаков и природного гипса. Начало схватывания гипсоглиноземистого цемента должно наступить не раньше чем через 10 мин, конец - не позднее чем через 4 ч после приготовления раствора.
Известь
Этот материал применяют в основном при работе с камнем и для приготовления штукатурной смеси. Известь бывает трех видов: гидравлическая, высокогидравлическая, воздушная. Различаются они по способу твердения. Воздушная известь затвердевает на воздухе. Ее главный недостаток - неводостойкость.
Гидравлическая способна затвердевать на воздухе и в воде, процесс затвердевания у нее проходит быстрее, чем у воздушной, и прочность ее гораздо выше. Высокогидравлическая известь характеризуется высокой прочностью и скоростью затвердевания.
При покупке извести необходимо обращать внимание на наличие инструкции по приготовлению и хранению раствора.
Известь гасят путем обработки водой негашеной комовой извести. В зависимости от количества воды, необходимой для гашения, получают гидратную известь (пушонку), известковое тесто и известковое молоко.
Порошковая гидратная известь получается в том случае, если объем воды составляет 60-70 %. В результате гашения объем извести увеличивается в 2-3 раза. Гашеная известь представляет собой белый порошок, состоящий из мельчайших частиц гидрата оксида кальция с плотностью от 400 кг/м3(в рыхлом состоянии) до 500-700 кг/м3(в уплотненном состоянии).
Для получения известкового теста при гашении воды берут в 3-4 раза больше, чем извести. Объем получившегося теста в 2-3 раза превышает объем извести, взятой для его приготовления.
Известковое тесто представляет собой пластическую массу белого цвета плотностью до 1400 кг/м3.
Известь, которая погасилась хорошо, увеличившись в объеме не менее чем в 3 раза, называется жирной, увеличившаяся в объеме менее чем в 2,5 раза - тощей.
По способности к затвердению делится на гидравлическую и воздушную. В первом случае известь затвердевает и в воде, и на воздухе, а во втором, как это видно из названия, только на воздухе.
Известь получают с помощью обжига известняков в шахтных печах. После обжига получается негашеная известь - известь-кипелка, или комовая. Для гашения извести ее заливают водой из расчета 35 л воды на 10 кг извести. В процессе гашения известь начинает «кипеть», рассыпаясь на мелкие части, после чего она заметно увеличивается в объеме. По времени гашения различают быстрогасящуюся (около 8 мин), среднегасящуюся (около 25 мин) и медленногасящуюся (более 30 мин) известь.
Гашеную известь называют пушонкой. Для того чтобы все частицы извести погасились, ее нужно выдержать около 2-3 нед под закрытой крышкой.
По истечении указанного срока остается тонкодисперсная масса с содержанием воды не более 50 %.
Воздушная известь бывает негашеной и гашеной (гидратной). Известь без добавок подразделяют на 3 сорта (1-й, 2-й, 3-й), известь с добавками - на два (1-й, 2-й). Гидратная порошковая известь (пушонка), с добавками и без добавок, бывает двух сортов (1-й, 2-й).
Область применения воздушной извести - приготовление известково-песчаных и смешанных строительных растворов, которые используют в каменной кладке и при оштукатуривании поверхностей, а также для побелки и в производстве силикатных изделий.
Гидравлическая известь бывает слабогидравлической и сильногидравлической. Применяют ее для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а также бетонов низких марок, предназначенных для твердения как на воздухе, так и в условиях повышенной влажности.
Подразделяют на известково-шлаковые с добавлением гранулированных шлаков, известково-пуццолановые с добавлением осадочных или вулканических активных пород, известково-зольные с добавлением зол некоторых видов топлива. Известесодержащие вещества участвуют в приготовлении низких марок бетонов и растворов, которые применяют в подземных сооружениях.
Гипсовые вяжущие
Получают путем обжига и помола из осадочной горной породы, в состав которой входит двуводный гипс. Гипсовые вяжущие обладают способностью быстро схватываться и затвердевать. В зависимости от температуры тепловой обработки сырья выделяют две группы гипсовых вяжущих: низкообжиговые (формовочный строительный и высокопрочный гипс) и высокообжиговые (ангидритовый цемент, экстрих-гипс).
По прочности на сжатие различают 12 марок гипсовых вяжущих - от низкопрочного Г-2 до высокопрочного Г-25. По срокам схватывания их разделяют на быстротвердеющие (А), нормальнотвердеющие (Б) и низкотвердеющие (В).
По степени помола гипсовые вяжущие также делят на три группы: I, II, III.
Марки от Г-2 до Г-7 (группы А, Б, В и I, II, III) используют для изготовления разнообразных гипсовых строительных изделий. Марки от Г-2 до Г-7 (группы А, Б и II, III) применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки от Г-2 до Г-25 (Б, В и II, III) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.
Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы. Они также придают большую гладкость и белизну штукатурному слою, их применяют в качестве основного вещества в мастиках.
Глина
Глина бывает жирной, полужирной (средней жирности) и тощей (суглинки). Это деление обусловлено степенью содержания в глине песка.
Глину используют в качестве вяжущего материала при изготовлении печных и штукатурных растворов, добавляют в цементные растворы, предназначенные для кладки конструкций в условиях нормальной влажности воздуха.
Плотная глина, не содержащая примесей, - прекрасный материал для строительства. Из нее делают кирпичи.
Если при строительстве дома будет использоваться глина, ее качество можно проверить следующим образом. Для этого в ведро кладут 1 кг материала и заливают его 4 л воды, хорошо все перемешивают и оставляют на 24 ч. Благодаря воде глина станет мягкой, а песок отделится от суглинка. Затем содержимое ведра снова тщательно перемешивают и сливают воду с содержащимся в ней пылеватым суглинком так, чтобы на дне ведра оказались только глина и песок. Взвешивают глину и песок и из 1 кг вычитают их массу - таким образом можно узнать, сколько суглинка было в исследуемом материале.
Качество глины зависит от ее пластичности, и его можно проверить на ощупь. Жирная глина напоминает кусок увлажненного мыла или ломтик сала. Качество глины можно определить и другим способом. Сделав из глины жгутик длиной 15 см и толщиной 2 см, нужно потянуть его за оба конца одновременно.
Тощая глина плохо растягивается, и в месте разрыва жгутика образуются неровные края. Жгутик из пластичной глины, плавно вытягиваясь, постепенно истончается и в конце концов разрывается, образуя в месте разрыва острые зубцы.
От того, какие примеси входят в состав глины, зависит ее цвет. В красный, желтый и бурый цвета окрашена глина с примесью оксида железа и оксида марганца, а в черный - с органическими примесями.
Пылеватый суглинок можно добавлять в глинобетон, чтобы увеличить его прочность и способность сохранять нужную форму после высыхания.
- Гипсокартон, заполнители и каменные отделочные материалы
- Строительные растворы: выбор марки и состава раствора
А также не забудьте
Приемка квартиры в новостройке: на что обратить внимание?
Цель применения вяжущих материалов - соединить в единое целое все элементы будущей конструкции или изделия. Вяжущие материалы разделяют на два вида - воздушные, затвердевание которых происходит только на воздухе, и гидравлические. Это материалы, на вяжущие свойства которых вода не оказывает отрицательного эффекта и даже может оказывать положительное воздействие. К воздушным вяжущим материалам относятся глина, воздушная известь и гипс. К гидравлическим вяжущим материалам- различные марки цемента и гидравлическая известь.
Свойства глины
Глина - это мягкая разновидность горных пород, имеющая мелкодисперсную структуру. При соприкосновении с водой образуется пластичная масса, легко поддающаяся любому формообразованию. При термическом обжиге глина твердеет и спекается, превращаясь по твердости в камень, а при крайне высоких температурах обжига достигает точки плавления и может перейти в стекловидное состояние.
Наличие примесей в материале определяет окрас глины. Наиболее ценным сырьем служит каолин - белая глина.
Глина хорошо впитывает воду только до определенного предела, по достижении которого материал пресыщается, и перестает пропускать ее через себя. При создании гидроизоляционных насыпных слоев используется именно эти свойства.
По степени устойчивости материала к воздействию высоких температур, выделяют глины огнеупорные, легкоплавкие и тугоплавкие. Температура плавления легкоплавкой глины - 1380 градусов, тугоплавкой - до 1550 и огнеупорной - выше 1550 градусов соответственно. Для белой глины температура плавления выше 1750 градусов. Для производства огнеупорных материалов применяют тугоплавкие глины.
Свойства извести
Получают известь, обжигая известняк при высоких температурах. Известь, полученную таким образом, называют кипелка за свойство при контакте с водой активно выделять углекислый газ. Процесс взаимодействия извести с водой называют "гашением". В большинстве случаев получила применение "гашеная" известь.
Погашенная известь имеет консистенцию теста, которое можно храниться много лет. В результате длительного хранения свойства извести не ухудшаются, а даже могут улучшиться.
Для приготовления вяжущего маиериала тесто известковое смешивают с песком. Полученный раствор применяют при кладке фундаментов для печей, дымовых труб и используют для оштукатуривания печей и стен домов.
Свойства цемента
Цемент - вяжущий материал, получивший наиболее широкое применение и позволяющий производить конструкции и изделия высокой прочности. Этот материал получают путем мелкодисперсного измельчения продуктов, полученных после спекания мергеля или смеси известняка и глины. Спекание происходит в специальных печах при высоких температурах. При измельчении продуктов спекания к ним добавляют песок, шлак, гипс и другие компоненты, благодаря чему цементу придаются различные свойства.
Готовые цементы разделяют на портландцементы и шлакопортландцементы, в зависимости от введенных добавок и исходного сырья. Среди портландцементов различают быстротвердеющие и с минеральными добавками.
Использование в бетонных конструкциях той или иной марки цемента придают им уникальные свойства. Это могут быть особо прочные взлетные бетонные полосы аэродромов и ракетных площадок, марки бетона, устойчивые к воздействию огня, соли и мороза.
Для обозначения максимально возможных прочностных качеств цемента используется понятие марка. Например, марка 400 обозначает, что цемент до разрушения выдерживает давление с нагрузкой 400 кг/см2. Чаще всего применяются марки от 350 до 500. Нашел применение цемент с маркой 600 и даже 700.
Быстрое время твердения имеют все марки цемента. Схватывание начинается через 40-50 мин, а весь процесса затвердевания занимает 10-12 часов.
Гипс строительный
В результате обжига гипсового камня с последующим измельчением продуктов обжига, получают строительный гипс. Этот материал существенно уступает цементу в гигроскопичности, влага проникает в конструкцию с применением гипса. Прочность изделий, в которых в качестве вяжущего материала использовался гипс, ниже, чем у аналогичных с цементом. Поэтому гипс строительный нашел применение в конструкциях внутри помещений. Различают следующие марки гипса: А - быстротвердеющий (время схватывания порядка 15 минут) и Б - нормально твердеющий (время схватывания порядка 30 минут).
Строительный гипс применяют в качестве основы для приготовления растворов, которые используют для заделки мелких трещин и неровностей стен и потолков, а также для оштукатуривания печей.
Вяжущие материалы (минеральные вяжущие вещества) - это порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны переходить из вязкого (тестообразного) состояния в камневидное. Богатство минеральных сырьевых ресурсов нашей страны, относительно несложная технология получения и высокие строительно-технические свойства минеральных вяжущих обеспечивают им неограниченное применение при отделочных работах для приготовления штукатурных растворов и других видов работ.
В зависимости от способности твердеть на воздухе и в воде вяжущие материалы разделяют на две группы: воздушные и гидравлические. Если вяжущее вещество может твердеть, долго сохранять свою прочность или же повышать ее только на воздухе, то его называют вяжущим воздушного твердения. Вяжущее вещество, способное твердеть, сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но еще лучше в воде или во влажных условиях, называют вяжущим гидравлического твердения.
Глина - самый дешевый и наиболее распространенный вяжущий материал. Объемная масса - 1500-1700 кг/м. Глина образовалась в результате выветривания горных пород. В зависимости от примесей глины делят на жирные, средние и тощие. Чем меньше примесей, тем она жирнее. Основной минералогический состав -- каолинит. Глину применяют для приготовления чистых глиняных растворов и как добавку в цементные растворы для лучшей пластичности и удобоукладываемости. Если глина сильно загрязнена, ее процеживают и отмучивают. При этом крупные частицы оседают в процессе перемешивания глины с водой, воду сливают, а сметанообразную массу (глиняное тесто) используют при строительных работах.
Известь строительная бывает нескольких сортов:
Известь негашеная молотая;
Известковое тесто;
Известь гидратная (пушонка).
Исходным материалом для перечисленных сортов извести является кусковая негашеная известь (), которая образуется в результате термической обработки известняковых пород ():
При помоле в тонкий порошок получается молотая негашеная известь. При гашении кусковой извести избытком воды, получают известковое тесто, а при гашении комовой извести ограниченным количеством воды получают гидратную известь в виде тонкого белого порошка (известь-пушонка).
Процесс гашения извести имеет экзотермический характер, т.е. выделяется тепло:
Эта реакция происходит очень бурно. Отсюда название - кипелка.
Термин "пушонка" возник в связи с тем, что очень пористый комок извести под воздействием определенного количества воды рассыпается в тонкий порошок. Отделившийся от раствора гидрат окиси кальция обволакивает частицы негашеной извести, и процесс гашения приостанавливается. Поэтому для полного гашения извести необходимо непрерывное перемешивание. Находящийся в штукатурном слоереагирует с углекислым газомокружающего воздуха:
Процесс образования карбоната кальция () происходит только на воздухе, протекает медленно и сопровождается выделением воды. Таким образом, в результате ряда химических и технологических превращений вновь образуется известнякв виде слоя штукатурки заданной формы и фактуры.
Строительный гипс. Природным сырьем для получения строительного гипса является сернокислый известняк . Гипсовый камень (сернокислый известняк) при нагревании дегидратируется. Он легко выделяет воду и не требует большого количества тепла, как для получения извести. При нагревании до температуры 800 "С получается кальцинированный гипс, который быстро схватывается. Процесс схватывания (твердения) определяется тем, что затворяемое вещество обладает большей растворимостью нежели продукт, образующийся в результате взаимодействия вяжущего и воды. Поэтому в раствор переходит новое количество полуводного гипса, снова образуется пересыщенный раствор, из которого выделяются кристаллы гипса:
Процесс набора прочности вяжущих представляет собой следующую последовательность: растворение - гидратация - коллоидация - кристаллизация.
Вяжущие гидравлического твердения (цементы) - продукт тонкого помола предварительно обожженного природного сырья - мергель либо смеси известняка и глины в соотношении 1:3. Обладают способностью после затворения водой под влиянием физико-химических процессов переходить из тестообразного состояния в очень прочное камневидное.
Основным вяжущим гидравлического твердения является портландцемент . Это вяжущее имеет сложную полиминеральную структуру, состоящую в основном из соединений четырех окислов:
Образовавшийся после обжига при температуре 1450°С материал носит название клинкер. Клинкер после обжига выдерживают на специальных складах в течение двух-трех недель для погашения свободной извести и затем перемалывают на специальных шаровых мельницах. Полученный таким образом тонкий порошок зеленого цвета с объемной массой 1200-1400 кг/мявляется портландцементом. Прочность (марку) портландцемента определяют сжатием до разрушения образца-кубика стандартного приготовления через 28 сут. с момента изготовления образца в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см) или в мегапаскалях (МПа). Марки портландцемента: 200 (20 МПа); 300 (30 МПа); 400 (40 МПа); 500 (50 МПа); 600 (60 МПа); 700 (70 МПа). Для штукатурных работ применяются цементы низких марок.
Пуццолановый портландцемент получается путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных добавок (трепела, пемзы, туфа, трасса, пуццоланы). Пуццолановый портландцемент имеет марки 200, 250, 300, 400, 500. Кроме указанных выпускают цементы: шлакопортландцемент, цветные, расширяющийся, гидрофобный, кислотостойкий и др.
Вяжущими строительными материалами или просто вяжущими называют природные или искусственные вещества, которые обладают способностью в результате физико-химических процессов переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное, при этом одновременно развиваемся сцепление их с другими материалами.
Классификация вяжущих строительных материалов
Вяжущие вещества подразделяются на две основные группы:
- неорганические, или минеральные вяжущие (известь, гипс, цемент и др.);
- органические вяжущие (битум, деготь, клей и др.).
Неорганические вяжущие материалы в свою очередь делятся на воздушные и гидравлические.
Воздушные вяжущие материалы твердеют только на воздухе; гидравлические твердеют и на воздухе, и в воде.
При твердении неорганических вяжущих различают две стадии: схватывание - процесс постепенного перехода теста, состоящего из вяжущего и воды, из жидкотекучей фазы в твердую фазу и собственно твердение, при котором материал, оставаясь внешне неизменным, постепенно становится все более прочным.
Все неорганические вяжущие изготовляются из широко распространенных нерудных ископаемых. Однако они существенно различаются по стоимости, что объясняется различной сложностью и энергоемкостью процесса их изготовления.
Воздушные вяжущие
К воздушным вяжущим относятся:
- известь,
- гипс,
- растворимое стекло и
- кислотостойкий цемент.
Известь - простейшее и наиболее древнее вяжущее - получают путем обжига известняков. В результате обжига получают безводную окись кальция - СаО - негашеную известь, которую для получения строительного вяжущего гасят водой. При этом выделяется большое количество тепла, обусловливающее повышение температуры до 300°.
Твердение извести протекает с присоединением углекислого газа из воздуха, что и определяет ее свойство твердеть только на воздухе. Малое содержание углекислот газа в воздухе об\ словливает очень медленное твердение извести, которое в очень толстых стенах продолжается годами, в связи с чем прочность строительной извести не регламентирована.
Гипсовые вяжущие материалы получают путем обжига природного гипсового камня (двуводный гипс). В результате обжига двуводный гипс теряет 75% воды и превращается в так называемый полуводный гипс, который в измельченном виде при смешивании с водой быстро схватывается, а затем твердеет на воздухе. Схватывание гипса протекает настолько быстро, что СНиПом ограничивается срок не только окончания, но и начала схватывания (4 мин от начала затворения).
Этим свойством гипса, как известно, широко пользуются в медицине при лечении переломов.
Прочность строительного гипса на сжатие 35-45 кг/см2.
Однако гипс обладает недостаточной водостойкостью, выражающейся в понижении прочности при увлажнении, и поэтому его используют только для внутренних работ (для перегородок, штукатурки) в сухих помещениях, а также в качестве добавки к другим вяжущим для ускорения схватывания.
Растворимое, или «жидкое», стекло представляет собой специально изготовляемый на стекольных заводах силикатный материал, имеющий вид стеклообразных глыб, которые могут быть растворены паром (в автоклавах) или горячен водой до необходимой консистенции. Растворенное стекло представляет собой минеральный клей, твердеющий на воздухе.
Жидкое стекло используют для изготовления огнезащитных красок, кислотостойких замазок и пленок, а также для укрепления слабых песчаных грунтов.
Кислотостойкий кварцевый кремнефтористый цемент (КЦ) представляет собой порошкообразную смесь молотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Смесь, затворенная на жидком стекле, после твердения на воздухе превращается в прочное камневидное тело, способное противостоять действию большинства кислот.
Кислотостойкий цемент применяется при защите строительных конструкций от кислотной коррозии, для устройства коррозионно-стойких иолов и т. д.
Гидравлические вяжущие
Наиболее массовым видом гидравлических вяжущих являются цементы, а среди них на первом месте стоит портландцемент - искусственное вяжущее, получаемое из природных мергелей или смеси известняка с глиной.
Исходный материал измельчают, затворяют водой и обжигают до спекания во вращающихся цилиндрических печах. Продукт обжига (клинкер) измельчают в шаровых мельницах. Получаемый при помоле тонкий порошок светло-серого цвета и является цементом.
Цемент является наиболее универсальным, но вместе с тем и наиболее дорогим из неорганических вяжущих.
При затворении цемента водой в количестве 20-50% образуется цементное тесто, которое по истечении некоторого времени схватывается, превращаясь в цементный камень. Твердение цементного камня при благоприятных температурно-влажностных условиях продолжается многие годы. Однако прочность нарастает быстро только в первое время и поэтому за стандартный срок твердения цемента принят период в 28 дней (4 недели).
Прочность цементов характеризуется их марками. Для определения марки цемента приготовляют стандартные образцы в виде балочек размерами 4X4X16 см (принимая 3 части песка на 1 часть цемента). Балочки испытывают на изгиб (до разрушения), а половинки их на сжатие.
Маркой цемента называется численная величина предела прочности в кг/см2 при испытании на сжатие. Кроме того, для цемента каждой марки стандартом установлена и минимальная прочность на изгиб.
Цементная промышленность сейчас производит основные марки портландцемента 300, 400, 500, 600 и 700.
Обыкновенный портландцемент применяется для бетонных и железобетонных конструкций, за исключением подверженных действию морской, минерализованной или даже пресной, но проточной воды.
Другие виды цемента:
- шлакопортландцемент, получаемый совместным помолом цементного клинкера с доменным гранулированным шлаком (в количестве 30-70%), который, являясь отходом доменного производства, сам со себе обладает вяжущими свойствами;
- пуццолановый портландцемент, получаемый совместным помолом цементного клинкера со специальными дотиками, которые при твердении цемента связывают свободную известь и этим повышают стойкость бетона против выщелачивания;
- глиноземистый цемент (марок 400, 500 и 600), отличающийся особо быстрым твердением; в отличие от других цементов, глиноземистый цемент достигает своей марочной прочности уже через 3 дня.
Расширение производства быстротвердеющих цементов имеет большое народнохозяйственное значение, так как дает возможность ускорить и удешевить процесс изготовления сборного железобетона, а также ускорить возведение монолитных железобетонных конструкций, так как скорость твердения цемента определи ет и скорость твердения бетона.
Органические вяжущие и материалы на их основе
Органические вяжущие делятся на три основные группы:
- битумные,
- дегтевые и
- синтетические.
Все эти материалы носят характер смол - размягчаются и плавятся при нагревании.
Битум и деготь имеют черный или темно-бурый цвет; поэтому их иногда называют черными вяжущими.
Природные битумы как вяжущие материалы встречаются в основном в составе осадочных горных пород. Такие породы в молотом, оплавленном и отформованном виде называются асфальтовой мастикой (асфальтом) .
Нефтяные жидкие и полутвердые битумы представляют собой продукт окисления тяжелых остатков перегонки нефти.
Каменноугольный деготь - побочный продукт коксования каменного угля - также выпускается в жидком или полутвердом виде.
Нефтяные битумы и каменноугольные дегти используются для изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов.
Рубероид представляет собой гибкий картон, пропитанный битумом. Покровный рубероид (для верхних слоев кровли) имеет такой же покровный слой. Такой же материал, только пропитанный битумом (без покровного слоя), называется подкладочным рубероидом (пергамин).
Аналогичные рубероиду и пергамину рулонные материалы, изготовленные на основе каменноугольного дегтя, называются соответственно толем и толькожей.
Мастика представляет собой смесь битума или дегтя с волокнистыми или пылевидными наполнителями (асбест, древесная мука, трепел, кварц и др.), повышающими теплостойкость мастики и расход вяжущего.
Различают мастики горячие, разжижаемые нагреванием, и холодные, разжижаемые растворителями.
Битумная и дегтевая мастика применяются при устройстве рулонных кровель из рубероида и толя, а также и самостоятельно - для гидроизоляции.
Асфальтовая мастика применяется для устройства асфальтовых полов, тротуаров, дорожных покрытий и т. д.
Синтетические смолы составляют основу пластмасс, которые вследствие ограниченного их применения в строительстве здесь не рассматриваются.
