Что нельзя получить без цементного вяжущего

Обновлено: 05.05.2024

Гидратация, процесс коллоидации цементной смеси и ложное схватывание? Давайте разбираться!

Цемент – это минеральное вещество вяжущей консистенции, которое производится искусственно и превращается после взаимодействия его с водой в пластичную массу, затвердевающую после высыхания. От прочих вяжущих субстанций данный стройматериал отличается своей способностью схватываться, набирая прочность, даже при повышенной влажности. Цемент используют в основном для приготовления бетонной смеси, а также различных растворов. Чтобы научиться грамотно использовать этот уникальный стройматериал, необходимо изучить все его свойства и характеристики и понять, какие процессы происходят в бетоне либо цементных растворах (штукатурных, клеевых и других назначений).

Гидратация
Как известно, цемент представляет собой вяжущее гидравлическое вещество. Иными словами, для получения твердого камнеподобного тела, используемый порошок следует залить водой. Добавив необходимое количество воды, вы запустите необратимый процесс, которым можно при желании управлять.
Что же происходит в ходе этого необратимого процесса?
Проясним простыми словами. Начинается химическая реакция: молекулы воды соединяются с молекулами минералов, которые входят в состав цемента. Это приводит к растворению порошка и образованию пластичной массы. Явление, в ходе которого вода соединяется с растворенным в ней материалом, называется гидратацией.

В ходе гидратации происходит постепенное насыщение раствора продуктами реакции, отвечающими за прочностные характеристики будущего изделия.

В определенный момент процесс растворения заканчивается, а цементная масса утрачивает свою подвижность и схватывается, превращаясь в желеподобную массу. Схватывание происходит вскоре после замешивания раствора – в первые же часы.

Время начала данного процесса, называемого коллоидацией , а также его продолжительность зависят:

Что такое минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие – это тонкоизмельченные минеральные порошки, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая с течением времени под влиянием физико-химических процессов переходит в камневидное состояние.

Это свойство вяжущих используют для скрепления зерен заполнителей и получения искусственных каменных материалов (бетонов, растворов и т.д.)

Минеральные вяжущие – неорганические вещества. Способность смачиваться водой, гидрофильность – один из основных признаков (в отличие от органических – битумы, дегти)

Различают две группы минеральных вяжущих:

Воздушные вяжущие характеризуются тем, что, будучи смешанными с водой, способны твердеть, т.е. переходить из жидкого и тестообразного в

Рис.1. Минеральные вяжущие

камневидное состояние, долго сохранять и повышать свою прочность только на воздухе.

Гидравлические вяжущие вещества после затворения их водой способны твердость, а после предварительного твердения на воздухе продолжать наращивать свою прочность в воде

-портландцемент и его разновидности

-глиноземистый и расширяющиеся цементы

Для получения гипсовых минеральных вяжущих веществ используют следующие основные сырьевые материалы:

-гипсосодержащие отходы химической промышленности

Для получения основного гидравлического вяжущего – портландцемента чаще всего используют:

Обычное соотношение между известняком и глиной 3:1.

Получение минеральных вяжущих веществ сводится к двум технологическими операциями:

С увеличением тонкости помола увеличивается связывающая, клеящая способность пластичной массы, которая образуется после перемешивания вяжущего с водой. В результате выше плотность и прочность искусственных камней.

При этом происходит реакция дегидратации – отдачи части воды:

При t=900-1200 0 C обжигаются известняковые породы для получения воздушной извести. После диссоциации карбонатов и удаления углекислого газа объем кусков не меняется, а их масса уменьшается примерно в 2 раза. После обжига получаются легкие пористые куски белого цвета состоящие в основном из оксидов кальция и магния (CaO, MgO).

Полученный продукт – комовую негашеную известь – подвергают помолу или гашению путем затворения водой.

Обжиг сырья для получения портландцемента производят во вращающихся печах (Ø 5м; l=185 м,1800 т/сутки; Ø7 м, l=230 м, 3000 т/сутки).

Смесь сырьевых материалов, перемещаясь вдоль барабана вращающейся печи, соприкасается с горячими газами, идущими навстречу. Температура обжига в начальной стадии 100-600 0 C, а в последней зоне печи достигает 1450 0 C, т.е. температура больше, чем при получении воздушных вяжущих.

Клинкер не является химическим индивидуумом по составу, он характеризуется наличием, прежде всего силикатов и алюминатов кальция и представляет собой систему из нескольких искусственных минералов подобно тому, как гранит состоит из нескольких природных материалов.

Но, в отличие от гранита, составные части клинкера нельзя различать невооруженным глазом, так как клинкер состоит из тонкозернистых и аморфных фаз.

Далее клинкер подвергают помолу (в шаровых мельницах) и получают готовый продукт – цемент.

При помоле к клинкеру обычно добавляют гипс (1,5-3,5%) и другие активные минеральные компоненты. Самый распространенный вид цемента – портландцемент, может содержать до 15% по массе клинкера активных минеральных добавок.

Реакции, происходящие при твердении минеральных вяжущих – главным образом реакции гидратации, присоединения частей воды.

При твердении воздушных вяжущих образуются соединения, которые растворимы в воде. Поэтому стройматериалы на основе гипса, воздушной извести, магнезиальных вяжущих требуется защищать от действия влаги.

Гидратные соединения, образующиеся при твердении гидравлических вяжущих, водонерастворимы. Поэтому гидравлические вяжущие с успехом твердеют как на воздухе, так и в воде.

Скорость схватывания и твердения минеральных вяжущих, после перемешивания с водой различна в зависимости от вида рассматриваемых продуктов.

Гипсовое тесто начинает затвердевать (терять пластичность) уже через 4-5 минут, конец схватывания наступает через 10-15 минут, а 90 минут достаточно, чтобы гипсовое тесто превратилось в прочный искусственный камень.

Начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее 45 минут, конец не позднее 10 часов. Прочность цементного камня растет интенсивно почти до месячного возраста.

Водопотребность минеральных вяжущих оказывают непосредственное влияние на свойства искусственных каменных материалов.

Водопотребность определяет то количество воды, которое необходимо, чтобы при перемешивании с вяжущим получит удобоукладываемую смесь (т.е. смесь с которой удобно работать и которой будет твердость с течением времени).

Для протекания химических реакций достаточно 20% воды по массе, а для удобства работы 60-70% (укладки, уплотнения)

Искусственный камень на основе гидравлических вяжущих обладает существенным недостатком – способностью к коррозии.

Коррозия может вызываться сотнями веществ, вредными для цементного камня. Даже обычная чистая вода является агрессивной средой.

Защита от коррозии

1) соответствующий подбор состава цемента

2) применение специальных добавок, связывающих свободную известь, повышающую плотность и однородность цементного камня

3) применение защитных покрытий или пропитки.

Прочность отвердевшей системы «минеральное вяжущее + вода» оценивается в определенном возрасте в зависимости от вида вяжущего.

Пределы прочности при сжатии: 400, 500, 550, 600 кгс/см 2

Деформативность системы «минеральное вяжущее + вода» при твердении и изменении влажностных условий среды весьма характерна. Искусственный камень при твердении не обладает постоянством объема. При высокой влажности он набухает, а, высыхая, дает усадку.

В России разработаны технологии производства более 30 видов цемента, всего в мире известно более 50 видов.

Кроме обычного портландцемента выпускается быстротвердеющий портландцемент (БТЦ). Этот цемент отличается более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается более тонким помолом, регулированием его химического и минералогического состава. Клинкер содержит 60-65 % 3СаО*SiO₂ и 3СаО*AlO₃ и ограниченное число (0,5 %) свободной СаО.

Все большую значимость приобретают портландцементы с поверхностно-активными добавками:

повышенная подвижность, удобоукладываемость бетонной смеси, повышенная морозостойкость

добавки образуют на зернах цемента, мономолекулярный пленки, уменьшенная способность цемента смачиваться водой.

Разновидности цементов:

1. Сульфатостойкий цемент – его минералогический состав:

Обладает повышенной морозостойкостью в сульфатных средах

3. Цветные получают путем совместного помола клинкера белого цвета с красителями охрой, железным суриком, ультрамарином, сажей, и т.д.

4. Пуццолановый цемент.

5. Шлакопортландцемент с активными минеральными добавками (обожженная глина, диатомит). Более высокая водостойкость и солестойкость.

6. Глиноземистые цементы.

9. Напрягающий цемент – для получения материалов с повышенной трещиностойкостью и плотностью.

Бетоны

К стройматериалам на основе минеральных вяжущих относятся бетонные и железобетонные строительные растворы, силикатный кирпич, гипсовые материалы, асбестоцементные.

Бетон– искусственный камень, полученный в результате перемешивания, формования (укладки) и последующего твердения рационально подобранной смеси минерального вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителей.

Основную классификацию бетонов производят по средней плотности:

1. особо тяжелый ρ >2600 кг/м 3 , содержит такие плотные и тяжелые заполнители как чугунная дробь, стальные опилки, и т.д.

2. тяжелый 2000-2600 кг/м 3 (песок, щебень или гравий)

3. облегченный 1800-2000 кг/м 3 (кирпичный щебень)

4. легкий 1200-1800 кг/м 3 (керамзитовый гравий, вспученный перлит, вермикулит шлаковая железа и т.д.)

Особо легкий ρ_ср<1200 кг/м 3 имеет ячеистую или крупнопористую структуру. Пористость П=80-90 %.

Классификация по виду вяжущего:

1. Цементные бетоны

2. Силикатные – на известковых вяжущих в сочетании с силикатными и алюминатными компонентами

4. На органичных вяжущих

По функциональному назначению:

1. Обычные (для несущих и ограждающих конструкций)

2. Специальные (декоративные, дорожные, гидротехнические)

По месту укладки:

Свойства бетонов.

Для придания бетонам газонепроницаемости на поверхность наносят газонепроницаемые пленки, например из пластмассы.

6) Усадка и расширение бетонов

Твердение на воздухе сопровождается уменьшением V, т.е. усадкой. При твердении в воде вначале его V несколько увеличивается. Наибольшую усадку дают бетоны с большим расходом цемента, и большим В:Ц.

Наибольшая усадка происходит в первые сутки твердения (60-70 %).

Для снижения усадки нужно использовать белые цементы, уменьшать количество воды при затворении, применять крупные заполнители из плотных пород, а также соблюдать влажностный режим твердения бетона.

Расширение бетона может произойти при выделении тепла при экзотермических реакциях цемента с водой в первый период твердения. Расширение бетона может вызвать значительные деформации, и даже появление трещин. Чтобы избежать этого в массивных бетонных к. делают температурные швы.

7) Свойства бетона в агрессивной среде и меры защиты

-применение защитных покрытий (облицовка керамическими плитками или камнями)

8) Бетон является огнестойким материалом. Некоторые виды бетонов могут выдерживать t=600 0 C (жароупорные бетоны)

При применении бетонных конструкций подвергаемых длительному воздействию высоких t 0 C, необходимо учитывать, что при t=150-200 0 C бетон на портландцементе теряет прочность на 25%.

Рис.4 Бетон В7,5(М100) – В30(М400)

Приготовление бетонной смеси.

Основные технологические операции:

1) дозирование осуществляется дозаторами (мерниками) периодического или непрерывного действия (по весу, по V);

2) перемешивание в бетоносмесителях гравитационного действия, бетономешалках с принудительным перемешиванием .

В гравитационных бетоносмесителях перемешивание достигается вращением барабана, на внутренней поверхности которого есть лопасти. При вращении лопасти захватывают составляющие бетонной смеси, поднимают на некоторую высоту, при падении вниз компоненты перемешиваются.

В бетоносмесителях принудительного действия материалы перемешиваются в неподвижном смесительном барабане при помощи вращающих лопастей, насаженных на вал → транспортирование (контейнерами, бункерами, вагонетками, бадьями, автосамосвалами) → укладка → уплотнение (прессование, вибрирование, прокат, трамбование, вакуумирование, центрифугирование).

Растворы

По составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и ему свойственны закономерности, которые присущи бетонам.

Классифицируют по объёмной массе, виду вяжущего вещества, назначению, по физико-механическим свойствам.

По объёмной массе:

Рис.5 Тяжелые растворы

По виду вяжущего вещества:

По назначению:

Искусственный мрамор (штук) изготовляют из обожженного и измельченного гипса с квасцами и клеем, иногда с добавлением мраморной пудры. После затвердевания поверхность многократно шлифуют и полируют до зеркального блеска.

Рис.7. Искусственный мрамор

Терразит – минеральные вяжущие + тонкомолотый мрамор + минеральный краситель + слюда

По физико-механическим свойствам:

Состав раствора выражается количеством материалов по массе или объему, приходящихся на 1 м 2 растворной смеси.

Например,1:6 (т.е. на 1 часть по массе или V вяжущего приходиться 6 частей песка).

Смешанные растворы 1:0,4:5 (песок + вяжущее (цемент)+известь (или глина))

Вяжущие вещества и требования к ним

В большинстве видов бетонных смесей используют вяжущие вещества природного происхождения.

Это неорганические минеральные порошкообразные материалы, которые получают из природного сырья. При смешивании таких вяжущих веществ с водой, они образуют плотную подвижную массу, которая после высыхания затвердевает и превращается в каменный материал.

Воздушные вяжущие вещества

Воздушные вяжущие вещества отличаются от других видов тем, что твердеют только на воздухе.

К воздушным видам вяжущих веществ относятся гипсовые вяжущие, такие как:

Для того, чтобы получить любой из видов данных гипсовых вяжущих, природный гипсовый камень подвергают термической обработке при температуре от 800°С до 1000°С в котором содержится около 70% двуводного гипса (CaS04 • 2Н20). Перед или после термической обработки, гипсовый камень подвергают помолу.

Бетоны и бетонные изделия на воздушных вяжущих:

гипсобетон — используется в виде легких или плотных строительных изделий, такие как сухие штукатурные панели;
силикатный бетон — используется в строительстве в виде плотных, легких или ячеистых изделий в основе которых используются помол кварца с известью или другим силикатным песком в результате чего получается известково-кремнеземистый вяжущий продукт, такой бетон используется в промышленных масштабах для непосредственно изготовления силикатного кирпича.

Гипсовые вяжущие вещества

В результате реакции с водой гипсовые вяжущие вещества твердеют с образованием двуводного гипса. После смешивания гипсового вяжущего с водой спустя около 50-ти минут, гипсоводный раствор насыщается. Именно поэтому гипсовые вяжущие отличаются от остальных коротким сроком затвердевания, но только при соотношении воды и вяжущего вещества равного 1 или более.

Гипсовые вяжущие вещества применяются для:

устройства штукатурного слоя;
производства лепных украшений;
производства плит для подоконников;
производства лестниц;
приготовления кладочного раствора;
приготовления гипсоизввсткового воздушного вяжущего;
приготовления гипсоцементнопуццоланового водостойкого вяжущего.

Известковые вяжущие вещества

Известковые вяжущие получают путем обжигания известняка или мела, который имеет формулу СаСО3. Известковое вяжущее получается на основе оксида (СаО) или гидроксида (Са(ОН)2) кальция.

Известковое вяжущее вещество еще так же называют строительной известью. Такая строительная известь может выпускаться в форме гашенной в молотом или комовом виде, либо в форме гашенной.

Строительная известь используется для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а так же в иных бетонных смесях в паре с другими вяжущими веществами и минеральными добавками.

Магнезиальные вяжущие вещества

Для того, чтобы получить магнезиальное вяжущее, доломит (СаСО3 • МдСО3) подвергается обжигу в виде смеси магния и оксидов кальция. Так же магнезиальное вяжущее может быть на основе обожженного магнезита (MgCО3) в виде оксида магния (MgO).

Для использования в строительстве, магнезиальные вяжущее смешиваются с водным раствором сульфатов и хлоридов. Получившуюся смесь используют для приготовления штукатурных растворов легкого типа, которые так же могут включать в себя: тальк, диатомит, опал, оникс, имитирующий мрамор, а так же древесные опилки и стружку в качестве деревянной арматуры, так как в среде магнезиальных вяжущих веществ древесный материал не выделяет органических кислот.

Гидравлические вяжущие вещества

Цемент — это один из самых распространенных вяжущих веществ для приготовления бетонного раствора, представляющее из себя минеральный порошкообразный материал обладающий гидравлическими свойствами.

Гидравлические свойства цемента проявляются при твердении бетона, потому что он может затвердевать не только в воздушной, но и в водной среде.

При смешивании цементного порошка с водой получается так называемое подвижное цементное тесто, которое в дальнейшем начинает схватываться и постепенно теряет свою подвижность, будь оно на воздухе или под водой.

К гидравлическим вяжущим веществам так же относятся:

портландцемент;
гидравлическая известь;
сульфоалюминатный цемент;
роман-цемент.

Для приготовления портландцемента используют специальную сырьевую смесь, которая включает в себя глину и известняк в соотношении 1:3, а так же специальные смеси для корректировки состава, чаще всего это железистые добавки.

Обжиг данной смеси производится в специальных вращающихся печах при температуре от 1450°С до 1550°С и процесс идет до тех пор, пока не образуются гранулы портландцементного клинкера размером до 20 мм.

Состав бетона

Строительство нового образца зданий и сооружений диктует новые требования и стандарты, приближенные к европейским или которые являются таковыми.

Таким образом, появились новые строительные материалы, среди которых имеются и современные виды бетона, обладающие новыми, специфичными свойствами.

Рассмотрим же подробнее разновидности этого материала, их преимущества и недостатки, а также сферы применения той или иной разновидности. Статья очень большая, так что составим план, о чем будет идти речь. Перечень под тем таков:

Виды вяжущих для бетонных растворов (цемент, известь, гипс, жидкое стекло, битум, полимерные смолы).
Виды заполнителей для бетонных растворов (песок, щебень, шлак, керамзит).
Виды модифицирующих добавок для бетонных растворов (регуляторы схватывания, морозостойкости; пластифицирующие, армирующие, поризующие добавки, усилители прочности, ингибиторы коррозии).

Виды вяжущих для бетонных растворов

Главным компонентом, который обеспечивает прочность бетонной смеси после ее затвердевания, является вяжущее. Существуют разные виды вяжущих, которые обеспечивают прочное связывание, в каком-то роде «склеивание» различных компонентов в цельный (монолитный), твердый подобно камню материал. Рассмотрим разновидности этого компонента, которые имеются в видах современного бетона, перечень их выглядит так:

цемент;
известь;
гипс;
жидкое стекло;
битум;
полимерные смолы.

Современные вяжущие для бетонных смесей бывают проходят дополнительную обработку, в результате чего их свойства меняются (в лучшую сторону), а также могут поставляться на рынок в различном виде (фасованные, не фасованные; каменные, порошковые). Ниже поговорим и рассмотрим подробно их и ихние свойства.

Цементные вяжущие. Самые распространенные вяжущие, с содержанием которых производятся бетонные смеси для промышленного и гражданского строительства.

Цемент бывает разных марок, которые определяют его расход для получения бетонной смеси определенной марки. Например, для того, чтобы получить бетон марки М100, можно взять цемент марки М400 в соотношении с заполнителем 1:4 (одна часть цемента на четыре части вяжущего).

Кроме того, стоит сообщить, что бывают разновидности цемента, их не мало: портландцемент, белый цемент, гидрофобный цемент, быстротвердеющий цемент, водонепроницаемый расширяющийся цемент, напрягающий цемент, глинозёмистый цемент, магнезиальный цемент, карбонатный цемент, тампонажный цемент, песчанистый цемент, расширяющийся цемент, пластифицированный цемент, сульфатостойкий цемент, пуццолановый цемент, шлаковый цемент.

Кроме того, имеется специальный щелочной цемент, который разбавляется раствором щелочи с добавлением остальных ингредиентов для приготовления бетона и специального шлака, в результате чего появляется шлакощелочная бетонная смесь, состав бетона, обладающий кислотостойкостью.

Известковые вяжущие. Они являются довольно популярными в строительстве и имеют несколько особенностей перед остальными вяжущими, а конкретно: известь обладает бактерицидным свойством, то есть препятствует развитию грибка и плесени; растворы на основе извести не дают высолов после схватывания и на весь период эксплуатации; изделия из известковых растворов крепнут с годами в отличии от цементных, которые набирают прочность в течении месяца.

Бетонные смеси на основе известкового вяжущего называются силикатными бетонными смесями и могут быть тяжелыми (с наполнителем щебнем) и легкими (с наполнителем песком). В современном строительстве тяжелые бетоны на известковом вяжущем не применяются, так как являются гораздо менее износостойкими чем цементные, но штукатурные растворы с песочным наполнителем применяются во всю в штукатурных работах.

Гипсовое вяжущее. Данный материал природного происхождения, как и предыдущий и имеет не мало слабых сторон, как: низкая прочность, боязнь воды и влаги, высокий коэффициент деформации. Однако, бетон на основе гипса (гипсобетон) применяется в около строительном производстве.

По причине того, что он очень быстро схватывается и является легким материалом, его применяют в производстве искусственных декоративных изделий (лепнина, барельефы и скульптуры, имитация колотого камня и др.), а также блоков для устройства перегородок.

Конечно, существуют специальные добавки и раствор карбамидной кислоты, которые позволяют свести к минимуму недостатки гипсового бетона, но все же, в устройстве несущих и ответственных элементов сооружений его не используют.

Вяжущее жидкое стекло. Данное вяжущее используют для получения специального назначения бетона, который обладает особой стойкостью к водным воздействиям. Таким образом, эти смеси применяются широко в гидротехническом строительстве. Кроме того, часто-густо жидкое стекло выступает в качестве добавки в цементные растворы для улучшения их водоотталкивающих свойств.

Однако, в последнее время появилось множество более эффективных модификаторов, которые более легки в применении и способны усилить водостойкость бетона в большей степени, нежели жидкое стекло. Однако, свойства связующего у них нет, поэтому в данном списке находится именно жидкое стекло, а не тысячи брендовых модификаторов, состав бетона которых может вмещать в себе.

Битумные вяжущие. Смолы природного или синтетического происхождения, которые применяются как вяжущие компоненты в бетонных растворах, применяемых в дорожном строительстве (асфальтах).

Особенности такого бетона (асфальта), наверное, все знают, они являются не водными составами, в отличии от остальных, а также готовятся при высоких температурах и схватываются по мере того, как остывают.

Такие бетонные смеси являются канцерогенными и не могут применятся в строительстве внутри жилых сооружений. Ими выполняют производство дорог и площадей автостоянок, взлетных полос аэропортов.

Полимерное вяжущее. Данные компоненты являются синтетическими связующими, на основе которых производится полимербетон, который является весьма рентабельным на сегодняшний день в строительстве, особенно в производстве наливных полов.

Славен он своими свойствами абсолютно не поддаваться разрушению влаги, воды, микроорганизмов, а также имеет отличные показатели прочности и деформационной стойкости.

Этих смол довольно много, основные из них – это: фурановые, ненасыщенные полиэфирные, карбамид-ные, эпоксидные, кумарон-инденовые, термопластичные. Как и остальные бетонные растворы, полимербетонная смесь бывает тяжелой, средней тяжести и легкой, что определяется типом наполнителя. Важно понимать, что полимербетонная смесь по сути является смесью жидкой пластмастмассы и наполнителя, разновидностей которых бывает уйму.

В зависимости от того, какова пропорция вяжущего к наполнителю, смесь приобретает те или иные свойства. То есть, чем больше вяжущего имеет состав бетона, тем больше проявляются свойства пластмассы, то есть прочность при изгибе, растяжении, ударная вязкость. Ежели наибольшее содержание заполнителя, то такой бетон проявляет качества камня, то есть стойкость на сжатие и малый коэффициент деформации.

Виды заполнителей для бетонных растворов

Заполнитель в бетонных смесях является компонентом, который определяет прочность, плотность и вес готового изделия из бетонной смеси. Современные заполнители для бетонов различаются по происхождению (искусственные и природные), размеру и весу. Таким образом, на сегодняшний день существует такого вида перечень из основных, наиболее применяемых видов заполнителей в строительстве:

Заполнитель песок. Данный компонент является натуральным, мелкофракционным (размером до 5 мм) ископаемым, которое добывают разными путями. Так, различают речной и овражный песок, которые имеют происхождение, соответственно их названиям.

Есть важный нюанс: овражный песок имеет примесь глины и не может быть использован в бетонных растворах, предназначенных для изготовления железобетонных и иных несущих нагрузки (находящихся под напряжением) элементах.

Он широко распространен в мелкофракционных растворах, на основе вяжущих цемента, извести и гипса для применения в работах по оштукатуриванию помещений и работах по кирпичной кладке. Растворы на песчаном заполнителе принято считать легкими.

Заполнитель щебень. Это природного происхождения каменный материал, который имеет фракцию от 5 мм до 40 мм и считается что высокой плотности его разновидности являются ходовыми для тяжелых видов бетонных растворов.

Бывает нескольких разновидностей, к тяжелым относятся: пемзы, вулканического шлака, вулканического туфа и туфовых рядов. Легкие же состоят из карбонатных пород (известняка, извести-черепашника) с кремнеземистых пород (опоки, трепела, диатомита, спонголита).

При изготовлении состав бетона необходимо понимать, что форма щебня имеет важное значение, от которого зависит качество бетона. Наилучшая форма считается округлой или квадрата подобной, так как лучше всего укладывается и образует равномерное распределение заполнителя в вяжущем.

Кроме того, имеет место и фракция заполнителя, которая чем меньше, тем считается смесь более легкая в укладке. Кроме того, чем меньше фракция щебня, тем меньше расход мелкого заполнителя в смесь (щебня).

Заполнитель шлак. Разнообразный заполнитель, разновидностей которого уйму и бывают они искусственного и природного происхождения.

Гранулированный шлак является искусственным заполнителем, так как является отходом от промышленности из доменных печей (пережег) и бывает разной формы и фракции. Бывает также отход от пережога топлива, так называемая зола-унос, размер частиц которых не превышает 0,14 мм и используется она как добавка в бетон, относиться к мелкофракционным заполнителям.

Что касается натурального шлака, то это обломки вулканических пород стекла, предоставляемые в сыпучем виде и в виде обломков. По причине пористой воздушной структуры, они обладают малым весом и плотностью, отсюда и применение их в составах легких бетонов обоснованно.

Бетон с содержанием данного природного или искусственного вида наполнителя соответственно называется шлакобетоном. Такой бетон применяется в второстепенном бетонировании и не может иметь применение для производства ответственных, несущих элементов.

Заполнитель керамзит. Пожалуй, самый популярный заполнитель среди легких бетонов с повышенными тепло/звукоизоляционными свойствами. Получают его путем обжига специальных сортов глины, которая заранее подготавливаются в виде гранул. После обжига глина вспучивается и твердеет, в результате чего образуются прочные, пористой структуры гранулы с фракцией 5мм – 40 мм.

Также имеется и песок из керамзита, который представляет собой гранулы-зерна фракцией до 5 мм соответственно. Имеется в продаже керамзит разных марок, которые определяют его плотность.

Состав бетона с таким заполнителем называют керамзитобетоном и используют для черновых бетонных стяжек полов, блоков для перегородок и других, второстепенных, не ответственных работ.

Виды модифицирующих добавок для бетонных растворов

Современные строительные смеси, в том числе и бетонные смеси, имеют разнообразные модифицирующие добавки, которые придают новые свойства или усиливают существующие. Это позволило расширить диапазон применения бетонных растворов в тех или иных климатических условиях.

Действуют они в смеси по-разному: одни вступают в реакцию с вяжущим, другие действуют независимо. Кроме того, они бывают направлены на улучшение различных показателей; универсальных добавок не существует, а посему ниже рассмотрим их разновидности и принципы действия. Перечень их таков:

регуляторы скорости схватывания;
регуляторы морозостойкости;
пластифицирующие добавки;
армирующие добавки и усилители прочности;
поризующие модификаторы;
ингибиторы коррозийных процессов;

Регуляторы скорости схватывания. Такие современные добавки в бетон отлично подходят для случаев, когда необходимо максимально ускорить строительное производство. Достигается оно путем ускорения времени схватывания, соответственно, уменьшением времени технологических пауз.

Добавки работают, вступая в реакцию с вяжущим (цементом) и ускоряя образование кристаллической сетки. Следовательно, за сутки можно добиться такой прочности бетона, что можно снимать опалубку и приступать к дальнейшим работам.

Регуляторы морозостойкости. Очень полезные составы при работе в зимних условиях. Предшественником этих регуляторов было хлорное железо, которое обладало токсичностью и было мало эффективным.

Современные же добавки для улучшения морозостойкости растворов способны дать возможность применять состав бетона даже при температуре впредь до -40 С. Как правило, это солевые добавки, которые растворяют в воде, которую применяют для приготовления бетонных смесей.

Пластифицирующие добавки. Это специальные составы, которые в бетоне действуют таким образом, что раствор содержит в себе воду более длительное время, не расслаиваясь, как это происходит очень быстро. Таким образом, процесс укладки становиться гораздо проще.

Сама же добавка создает множество мелких пузырей, внутри которых содержатся компоненты песок, вяжущее и вода. Так что ежели раствор со временем расслоился, его достаточно взболтать, чтобы он опять на долгое время набрал пластичность.

Армирующие добавки и усилители прочности. Что касается сугубо армирующих добавок, то это минеральные, органические составы в виде нитей. Это как правило – фибра – базальтовые нити, которые добавляются в раствор в определенной пропорции.

В смеси с вяжущим и мелкофракционным заполнителем в результате перемешивания возникает однородная, сплетенная нитями масса, которая по мере затвердения демонстрирует куда лучшую стойкость на изгиб и разрыв.

Что касается усилителей прочности, то это химические вещества, которые вступают в реакцию с вяжущим, образуя более мощную кристаллическую сетку, в результате повышается марка бетона.

Поризующие модификаторы. Нового образца строительные добавки, которые способствуют образованию воздушных пор в структуре бетона, делая его плотность меньше. Благодаря им повышается пластичность раствора во время работы, а в готовом изделии наблюдаются повышенные тепло/звукоизоляционные свойства за счет образования пор.

По принципу действия они бывают воздухововлекающие (связывающие раствор с воздухом, объёмом 6-12% от объёма раствора), пенообразующие (заранее приготовленные в виде пены, добавляемые в раствор) и газообразующие (при добавлении в раствор выделяют газ).

Ингибиторы коррозийных процессов. Вещества, которые препятствуют развитию процессов коррозии, а проще говоря, останавливающие ржавчину. Есть смысл их применять в составах бетона, которые предназначены для производства железобетонных конструкций. Суть их заключается в том, что будучи внутри раствора длительное время, арматурный металлический каркас не ржавеет.

Таким образом, не образуется ржавая прослойка, которая уменьшает сцепление раствора с металлическими арматурными изделиями. Кроме того, если бетонная конструкция не защищена гидроизоляцией и постоянно подвергается воздействию влаги, соответственно намокает до арматуры, арматура менее коррозирует.

«Нелегальное» вяжущее?

Как сделать прочный (до марки «600»), водостойкий, долговечный, экономичный бетон, не требующий ни грамма портландцемента — этого хлеба строительства? Об этом и рассказывает Э. Арбузина в своей новой статье.

Считается, что первый из найденных образцов бетона был изготовлен за 5600 лет до нашей эры, и в качестве вяжущего он содержал известь. С тех пор было предложено много различных вяжущих веществ и, чаще всего, основой для них служили окислы щелочных или щёлочноземельных металлов — кальция, магния, натрия. Кроме того, предлагались как объединение магния с натрием (а.с. 285571 и 342843), так и своеобразная «экзотика» в виде нитрида алюминия (а.с. 565895). Но все же наиболее распространенными сегодня являются вяжущие на основе кальция.

Это, прежде всего, известный портландцемент и множество его разновидностей (шлакопортландцемент, пуццолановый и др.). Важное достоинство данных материалов в том, что это гидравлические вяжущие. Бетон на портландцементе способен твердеть и под водой, тогда как другие вяжущие, например, магнезиальное или растворимое стекло на основе натрия, — вяжущие воздушные, бетоны на их основе разрушаются от действия воды.

Всем это было известно, все с этим смирились. За исключением одного человека — киевского учёного В. Д. Глуховского. Он обратил внимание на то, что природные конгломераты — как бетоны — представляют собой композиции из отдельных зерен, объединенных в единый монолит связкой на основе окислов тех же металлов — кальция, магния, натрия.

Большинство прочных, долговечных и водостойких минералов, таких как гнейс, гранит и другие, в качестве вяжущего содержат окислы натрия — который, по нашему мнению, создаёт неводостойкое вяжущее.

Удивило другое: оказывается, большинство весьма прочных, долговечных и водостойких минералов, таких как гнейс, гранит и другие, в качестве вяжущего содержат окислы не кальция, а того самого натрия, который, по нашему мнению, создаёт неводостойкое вяжущее. Тут же закипела работа. Выяснилось, что, воздействуя на аморфный кремнезём раствором едкого натра, вполне возможно получить прочный, водостойкий камень — силикат натрия и бетон на его основе.

Стоп. Но силикат натрия давным-давно известен строителям. Мало того, он широко применяется! Это то самое растворимое стекло, которое использовалось ещё при царице Клеопатре. Так что же открыл В. Д. Глуховский? С одной стороны, получен новый, весьма эффективный бетон, которого ранее, безусловно, не было, но с другой — новое оказалось хорошо забытым старым?

Известен безводный силикат натрия. В технической литературе он называется силикат-глыбой. Растворяя его в воде, и получают растворимое (или, как его ещё называют, жидкое) стекло. Эта вязкая киселеобразная жидкость, содержащая до 70 % воды, известна многим, она продаётся в магазинах канцтоваров под именем канцелярского клея. Надо сказать, что силикат-глыба обладает достаточной водостойкостью, она удовлетворительно растворяется только в условиях высоких значений температуры и давления, а потому при получении из неё жидкого стекла применяют автоклав.

Если жидким стеклом затворять бетонную смесь, не содержащую другого вяжущего, то из-за высокой вязкости стекла, потребуется большое количество затворителя. Соответственно, бетон получится излишне пористым, малопрочным и недостаточно водостойким.

Известно, что жидкое стекло может быть разным по качеству, оно характеризуется так называемым модулем, численно равным соотношению окислов кремния и натрия: чем меньше модуль, тем легче растворяется силикат натрия. Следовательно, для получения водостойкого бетона на основе окислов натрия, а не кальция, необходимо выполнение двух условий: во-первых, нужно ограничить содержание воды в бетоне, а во-вторых, обеспечить достаточное наличие реакционно-способного кремнезёма.

Традиционным путём, т.е. с использованием жидкого стекла, эта задача невыполнима, поскольку реализация одного из условий делает невыполнимым второе условие: повышение модуля (т.е. увеличение содержания кремнезёма) приводит к повышению вязкости затворителя и, соответственно, к необходимости дополнительного введения воды, повышающей пористость, снижающей прочность и водостойкость бетона.

Вот это противоречие и удалось гениально разрешить В. Д. Глуховскому: бетонную смесь нужно затворять не вязким растворимым стеклом, а истинным водным раствором щелочи и, кроме того, ввести в бетонную смесь достаточное количество активного кремнезёма. В результате синтез высокомодульных водостойких силикатов натрия будет начинаться не ранее, а позднее затворения бетонной смеси, при этом затворитель — истинный раствор — не будет обладать повышенной вязкостью и не сможет сыграть свою отрицательную роль. Нужно сделать так, чтобы силикаты натрия (т.е. жидкое стекло) начали образовываться тогда, когда бетонная смесь уже перемешана и уложена в опалубку. Автоклав здесь не нужен, поскольку нет силикат-глыбы, которую нужно растворять.

Оказывается, бетонную смесь нужно затворять не вязким растворимым стеклом, а истинным водным раствором щелочи и добавлять достаточное количество активного кремнезема.

Роль активного окисла кремния прекрасно сыграл молотый доменный шлак, содержащий много аморфного кремнезёма, а роль щелочного компонента — водный раствор едкого натра (позднее стали применять не товарную едкую щелочь, а промышленный отход — содощелочной плав). Выяснилось, что с несколько меньшим эффектом едкая щелочь может быть заменена содой, что сделало бетон ещё более экономичным.

Бетон получился прочным (до марки «600»), водостойким (применялся для лотков оросительных систем, где обычный бетон не всегда выдерживал), он не требовал ни грамма портландцемента — этого хлеба строительства, был долговечным (применяется около полувека) и экономичным.

Надо было защищать приоритет и автора, и государства, т.е. обеспечить бетон патентной защитой. Но созданное техническое решение было настолько, с одной стороны, революционным, а с другой стороны, оно кое-кому представлялось не новым (ведь силикат натрия уже использовался), что появились проблемы. Закончилось всё тем, что автор «замаскировал» своё изобретение, назвав полученный бетон безобидным и ничего не защищающим словом грунтосиликат, где в качестве отличительной особенности было указано использование местных грунтов. Позднее за этим уникальным вяжущим закрепилось название шлакощелочное, что тоже представляется не вполне правильным, поскольку шлак является далеко не единственным носителем аморфного кремнезёма — необходимого компонента для этого вяжущего, имеется ещё и микрокремнезём, и диатомит, и туф, и вулканический пепел (пуццолана), и золы ТЭС, и др.

Таким образом, новое вяжущее было настолько законспирировано, что до сих пор находится на полулегальном положении.

Портландцементу около 200 лет, и он всё ещё изучается и совершенствуется. Рассматриваемое вяжущее в четыре раза моложе, не удивительно, что его тоже пытаются улучшить. Одним из недостатков вяжущего является необходимость применения едкой щелочи, которая может вызывать ожоги, а потому требует особых условий хранения, осторожности при дозировании, да и цена её не низкая.

Как уже говорилось, установлено, что едкую щёлочь (NaOH) в этом вяжущем можно заменить содой (NaCO3). Это делает производство более безопасным и экономичным, но приводит к снижению прочности. Было бы весьма заманчивым сделать так, чтобы едкой щелочи не было среди ингредиентов затворяемого бетона, а появлялась бы она самопроизвольно, внутри бетонной смеси уже после её затворения.

Едкую щёлочь (NaOH) можно заменить содой (NaCO3).

Оказывается, это вполне возможно, если к смеси добавить ещё один недорогой и недефицитный компонент — известь (СаО). Реакция идет по уравнению:

Новый продукт реакции — карбонат кальция — выпадает в осадок, а образовавшаяся едкая щелочь соединяется с аморфным кремнезёмом, создавая так необходимый высокомодульный силикат натрия — основу нового вяжущего. В общем случае, вместо конкретных соды и извести, могут быть взяты: любая углекислая соль щелочного металла и окисел щелочно-земельного металла (авт. свид. №313805).

Использования негашеной извести, как вяжущего, вместо цемент

Профи и просто интересующиеся, прошу сильно не бить.
Но всвязи с сильно доражающим цементом и не высоким его качеством. Возникла мысль использовать негащеную известь, как основное вяжущее.
Поясню.
Мне предстоит построить несколько десятков метров подпорных стен вокруг моего дома (участок горный).
Для этих целей я приобрел 16 камазов бутового камня.
прекрасно понимаю огромный расход цемента, связанный с кладкой этих стен.
есть два варианта у меня:
1. в скользящей опалубке заливая слои бута пластифицированным бетом марки 100-150 ( сразу с внешенй гладкой стороной)
2. просто кладка на кладочный раствор (тоже подходит, меньше разовые физические нагрузки)

ПОЭТОМУ решил общитать вариант с известью.
ознакомился с книгами с данного сайта, но возик закономерный вопрос-ПОЧЕМУ, если известь как хороша, ее практически не применяют сейчас.
А если еще применяют, то прошу поделитесь опытом и возможно своими наблюденями и способами общения с данным вяжущим.

КЕстати задумался добовлять известь при производстве стеновых пустотных блоков. Может и здесь есть у кого соображения или опыт применения.

Читайте также: