Сухие строительные смеси. Раздел вяжущие.

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение
1. Сухие строительные смеси.
1.1. Общие сведения
2. Основные составляющие строительных смесей
2.1. Вяжущие вещества
2.2. «Цемент – всему голова»
2.3. Заполнители для сухих строительных смесей
3. Модификация сухих смесей
Заключение
Список литературы:

Сухие строительные смеси. Раздел вяжущие.

Портландцемент
Цементы пуццолановые, шлаковые, глиноземистый, расширяющийся
Глина
Серный цемент
Фурановые
Полиэфирные
Гидролизаты этилсиликата
Магнезиальные
Автоклавные вяжущие
Щелочные вяжущие
Фосфатные цементы
Эпоксидные
Известен и ряд других классификаций вяжущих по механизму твердения.
Н.Ф.Федоров предложил все вяжущие материалы разделять на две группы – на основе коллоидно-дисперсных систем (цементы) и молекулярно-дисперсных систем (связки). Каждая из этих групп делится на две подгруппы в зависимости от химической природы дисперсионной среды – на основе воды и водных растворов различных соединений и неводных растворителей и растворов. В соответствии с классификацией М.М.Сычева вяжущие материалы предложено разделять на три группы – твердеющие в результате химических, физико-химических и физических процессов. Все предложенные классификации являются условными. В свете современных представлений гидратообразование не является определяющим признаком проявления материалами вяжущих свойств. Недостаточно также для полной классификации вяжущих разделять их по степени дисперсности дисперсной фазы и химической природе дисперсионной среды. При твердении вяжущих характерно протекание комплекса процессов, в т.ч. химических, физико-химических и физических.
Развитие науки о вяжущих материалах сопровождается и эволюцией представлений о природе вяжущих свойств. Впервые в 1937 году В.Ф.Журавлев выдвинул гипотезу о том, что вяжущие возможны на основе оксидов четных рядов второй группы периодической системы элементов с радиусом катионов r › 0,103 нм.5 Оксиды кальция, стронция, бария по В.Ф.Журавлеву, взаимодействуя с кислотными оксидами Al2O3, SiO2, Fe2O3, Cr2O3, Mn2O3, GeO2 и SnO2, должны обладать вяжущими свойствами.6 Гипотеза В.Ф.Журавлева подтвердилась, однако не в полной мере, хотя она и позволила предсказать новые вяжущие системы и в частности на основе соединений стронция и бария. Позднее Н.А.Мощанским установлено, что вяжущие свойства определяются не только размерами ионов, но также их зарядами, степенью поляризации и активности, и другими факторами.
Н.Ф.Федоров, проанализировав процессы твердения портландцемента, гипсовых вяжущих веществ, зубных и других цементов, предположил, что основой проявления вяжущих свойств являются реакции кислотно-основного взаимодействия. Для оценки кислотно-основных свойств силикатов можно использовать значения электроотрицательности. Была выявлена зависимость проявления вяжущих свойств различными оксидными соединениями от значения их электроотрицательности.
Для гидратационных вяжущих характерны реакции гидратации и гидролитической диссоциации:
А+aq → A∙q
A+B+aq → AB∙aq
A+aq → A`∙aq+A``∙aq,
Где A, A`, A``, B – исходные соединения; aq – вода.7
Важная роль в проявлении вяжущих свойств принадлежит растворимости исходной фазы вяжущего. В.Д.Глуховский и П.В.Кривенко показали, что требование ограниченной растворимости не всегда может быть определяющим. Так, для открытых В.Д.Глуховским щелочных вяжущих характерным является очень высокая растворимость щелочного компонента, однако продукты гидратации вяжущих, определяющие его строительно-технические свойства, имеют, в основном, низкую растворимость.
Проявление вяжущих свойств связано с пониженной координацией активных катионов структуры минеральных веществ. Неустойчивая координация ионов кальция (2-4) при взаимодействии вяжущего с водой переходит в более устойчивую (повышается до 6). Это характерно для гипса, составляющих портландцемента, шлаковых вяжущих и плавленых глиноземистых цементов, а также некоторых стекол. Соединения с координацией катионов более шести, насыщены и обычно не формируют вяжущих систем.
Важную роль в проявлении вяжущих свойств играют искажения в структуре безводных силикатов – дыры, каналы, полости, способствующие нарушению координации. Они обуславливают склонность силикатов, алюминатов, аллюмоферритов размещать в своих решетках инородные атомы взамен основных компонентов структуры и образовывать твердые растворы.
Способность некоторых кристаллических горных пород при измельчении проявлять вяжущие свойства также связана с дефектностью их структуры, которая может быть достигнута за счет механической активации.
М.М.Сычев и Л.Б.Сватовская, исходя из общих положений химии комплексных соединений и кристаллохимии, выдвинули гипотезу о наличии корреляции между типом химической связи в соединении и наличием вяжущих свойств.8 Проявление вяжущих свойств путем формирования межзерновых (межкристаллитных) контактов в вяжущих системах может быть связано с проявлением координационных и водородных связей, что характерно для соединений с насыщенными ионными или смешанными ионно-ковалентными связями.
К настоящему времени можно считать, что к минеральным вяжущим веществам относятся материалы, отвечающие следующим требованиям:
■ способностью к образованию (в результате тепловой обработки) безводных или частично обезвоженных соединений, которые могут взаимодействовать с водой или растворами некоторых электролитов;
■ способностью к коллоидному диспергированию и созданию пересеченных систем с последующим образованием при этом твердеющих с течением времени пластических паст;
■ прочностью и стойкостью вновь созданных структур, последовательность и предпочтительность которых определяются наибольшей термодинамической вероятностью их возникновения.
2.2. «Цемент – всему голова»
В мире строительных материалов цемент играет главенствующую роль. Несмотря на появление новых строительных материалов и развитие производства уже известных вяжущих материалов, цемент, благодаря уникальным реологическим и строительно-техническим характеристикам, является основным строительным материалом, использующимся при строительстве и реконструкции объектов самого широкого назначения.
Даже при производстве такого нового материала как сухие строительные смеси, объем производства, в России которых составляет около 3,5 млн. т в год, в качестве основного компонента в большинстве случаев используется цемент.
Вид и свойства применяемого вяжущего в сухих смесях определяют большинство технологических и эксплуатационных свойств смесей и растворов на их основе. Вид вяжущего определяет условия твердения и эксплуатационные свойства: влажностный режим, стойкость в условиях знакопеременных температур, коррозионная стойкость и др. Наибольшее распространение получили смеси на основе гидравлических вяжущих: портландцемент, глиноземистый цемент, цветной и белый портландцемент и т. д. В настоящее время основные технические требования к цементам изложены в ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» и ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия». Согласно указанным ГОСТам, цементы подразделяются на общестроительные и специальные. Общестроительным называют цемент, основным требованием к которому является обеспечение прочности и долговечности бетонов и растворов. К специальному цементу (наряду с формированием прочности) предъявляют специальные требования. И общестроительные, и специальные цементы используются в технологии ССС. ГОСТ 30515-97 приближен к европейскому стандарту EN 197-1. По новому ГОСТу, вместо марок введены классы по прочности на сжатии: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.
2.3. Заполнители для сухих строительных смесей
В качестве заполнителей строительных смесей служат минеральные природные или искусственно полученные материалы определенного гранулометрического состава. В зависимости от крупности частиц заполнители подразделяют на крупные и мелкие. К крупному относят грубозернистые материалы размером зерен более 5 мм – щебень (продукт, получаемый дроблением, частицы которого имеют угловатую форму) или гравий (материал с округлой формой частиц). Мелкий заполнитель – песок – имеет предельный размер зерен до 5 мм. По плотности заполнители относят к плотным с плотностью зерен более 2 г/см3 и к пористым, обладающим меньшей плотностью.9 По происхождению заполнители подразделяют на 3 группы: природные; из отходов промышленности; искусственные. Применение заполнителей и наполнителей в составах бетонных и растворных смесей позволяет:
■ улучшить их удобообрабатываемость;
■ повысить водоудерживающую способность;
■ снизить расход вяжущих веществ и стоимость смесей.
Наиболее распространенными и наиболее часто используемыми в составах строительных растворных смесей, в том числе и сухих, являются кварцевые пески. Пригодны также полевошпатовые, известняковые, доломитовые, гранитные, диоритовые и др. пески, которые отвечают требованиям ГОСТ 8736 «Песок для строительных работ. Технические условия» и ГОСТ «Песок для строительных работ. Методы испытаний». В качестве заполнителей могут применяться материалы, предназначенные для использования в иных (не строительных) отраслях промышленности – формовочные пески, кварцевые, полевошпатовые и кварцполевошпатовые пески для стекольной промышленности, для тонкой и строительной керамики и др. при условии, что свойства этих материалов отвечают требованиям, предъявляемым к песку для строительных работ - ГОСТ 8735 и ГОСТ 8736, а для пористых неорганических заполнителей – требованиям ГОСТ 9758 – «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний».
Минералого-петрографический состав заполнителей может включать от одного до двадцати и более минералов и определяется происхождением и условиями формирования горных пород.
Горные породы для заполнителей по происхождению могут быть разделены на 3 основные группы: изверженные, осадочные и метаморфические (видоизмененные). Изверженные породы составляют около 95% земной коры и в основном состоят из кремнеземсодержащих минералов. Главными породообразующими минералами этих пород являются полевые шпаты, кварц, фельдшпатоиды, слюды, пироксены, амфиболы и оливин10. Осадочные породы составляют только 5% земной коры. Тем не менее, они играют большую роль как источники материалов для заполнителей. Чаще всего из пород этой группы используются известняки и доломиты, основными породообразующими минералами которых являются карбонатные минералы кальция и магния – кальцит (CaCO3), магнезит (MgCO3) и доломит (CaCO3 × MgCO3). Осадочные породы могут быть твердыми и мягкими, плотными и пористыми, тяжелыми и легкими. При использовании этих пород в качестве заполнителей следует проявлять осторожность, т. к. известняки нередко загрязнены глинами, а также могут содержать кремнистые включения, которые являются реакционноактивными по отношению к щелочным примесям портландцемента, что может привести к неравномерности изменения объема при твердении. Глинистые примеси (в особенности бентонитового типа) в присутствии влаги набухают, вызывая появление трещин в растворах и бетонах. Из метаморфических пород в качестве заполнителей наиболее часто используют мраморы. Мрамор при дроблении образует зерна кубообразной формы с шероховатой поверхностью и является прекрасным материалом для заполнителей.
Присутствие в песках равномерно распределенных глинистых частиц в количестве 2-5% допустимо и даже может оказывать дополнительное пластифицирующее и водоудерживающее действие, но если глина присутствует в виде комков, то такие включения могут стать причиной последующих дефектов строительных растворов – появления трещин, снижения морозостойкости. Максимальное содержание глины в комках по ГОСТ 8736 в песке природном – до 1% и в песке из отсевов дробления – до 2%.11 Частицы с размером менее 0.05 мм по ГОСТ 8735 относятся к пылевидным и глинистым. При значительном содержании в песке таких примесей возможно понижение прочности и долговечности строительных растворов и бетонов. Особенно нежелательными являются глинистые пленки на зернах песка, нарушающие сцепление с ними цементного камня.
Содержание тонко распределенных вредных примесей органического происхождения (гумусовых веществ) не представляет опасности, если окраска щелочного раствора пробы песка (по ГОСТ 8735 п. 6) не превышает интенсивности окраски эталонного раствора. В песках для строительных работ ограничивается также содержание серы, сульфидов (марказита – лучистого колчедана, ромбической модификации FeS2 и пирротина – магнитного колчедана FenSn+1, где n=9-11), сульфатов (гипса, ангидрита и др.) в пересчете на SO3 не более 1%, пирита (серного колчедана, кубической модификации FeS2) в пересчете на SO3 – не более 4%; слюды не более 2%, галлоидных соединений (галита – NaCl, сильвина – KCl и др.) в пересчете на ион хлора – не более 0.15% и угля – не более 1%.12
При наличии в песке примесей цеолитов (алюмосиликатов кальция, калия, натрия и др. металлов), графита и горючих сланцев требуется проверка долговечности раствора. Цеолиты (натриево-кальциевые алюмосиликаты) в результате катионного обмена могут повысить количество щелочных катионов в поровой жидкости и явиться причиной высолообразования.
При наличии в заполнителе аморфных разновидностей кремнезема возникает опасность разрушения растворов и бетонов вследствие щелочной коррозии заполнителя. Щелочные примеси цемента, преимущественно в виде щелочных сульфатов, вступают в растворе в обменную реакцию с продуктом гидролиза клинкерных фаз – минералом портландитом (Ca(OH)2) с образованием CaSO4 × 2H2О, вследствие чего в растворе повышается концентрация гидроксид-ионов, а сульфат-ионы, связываясь с продуктами гидратации C3A и C4AF, выводятся из жидкой фазы в виде трудно растворимых эттрингитоподобных фаз (Aft-фаз)13.
В щелочной коррозии принимают участие такие минералы и породы, как опал, халцедон, кремень, вулканические стекла, кремнистые сланцы (роговики). Если петрографическое исследование указывает на наличие в заполнителе вышеуказанных и подобных им минералов или горных пород, необходимо проведение определения реакционной способности заполнителя. Испытание реакционной способности заполнителя проводят в соответствии с ГОСТ 8269. Заполнитель относится к потенциально реакционноспособному, если количество растворенного кремнезема в условиях опыта превышает 50 ммоль/л (ГОСТ 8736)14.
Заполнители занимают до 80%, а в некоторых случаях и более, объема строительных смесей и позволяют сократить расход минерального вяжущего и уменьшить усадочные деформации цементного камня, которые могут достигать 6-10 мм/м. Заполнители и наполнители в растворе способствуют релаксации (ослаблению) механических напряжений, возникающих в цементном камне вследствие его усадки. Деформации твердеющих смесей цемента при этом снижаются примерно в 10 раз по сравнению с собственными деформациями цементного камня. На формирование свойств строительных растворных (бетонных) смесей и получаемых при их отвердевании искусственных камнеподобных материалов (растворов и бетонов) оказывают влияние гранулометрический состав, форма зерен, состояние поверхности и прочность заполнителя.
Зерновой (гранулометрический) состав песков определяется просеиванием пробы заполнителя через набор стандартных сит с размером отверстий от 0.16 до 5 мм (по ГОСТ 6613). Наличие в песке частиц крупнее 10 мм не допускается, а содержание зерен 5-10 мм должно быть не более 5% (по массе).
Песок, просеянный на ситах двух близких номеров, т. е. состоящий из зерен почти одинаковой крупности, имеет пустотность 40-47%. При оптимальном содержании в песке крупных, средних и мелких зерен пустотность не должна превышать 38%. В отечественной литературе рекомендации по обоснованию выбора песков применительно к составам строительных растворных смесей ограничиваются указаниями о предельно допустимой крупности зерен: так, в соответствии с требованиями ГОСТ 28013 «Растворы строительные. Общие технические условия», наибольшая крупность зерен заполнителя должна быть, мм, не более:
■ в составах кладочных растворов (кроме бутовой кладки) – 2.50;
■ в составах для бутовой кладки – 5.00;
■ в штукатурных растворах (кроме накрывочного слоя) – 2.50;
■ в штукатурных растворах для накрывочного слоя – 1.25.15
В составах клеев для облицовочной плитки и в клеях для монтажа блоков из ячеистых бетонов предельный размер зерен составляет 0.63 мм. В шпатлевках и затирках используют еще более тонкодисперсные заполнители и наполнители с предельным размером частиц 0.25-0.315 мм.16 Содержание зерен песка крупностью более 2.50 мм для штукатурных растворов и более 1.25 мм для отделочных растворов не допускается. Аналогичные ограничения на крупность зерен заполнителя для штукатурных растворов содержит и «Свод правил» СП 82-101-98 Госстроя России «Приготовление и применение растворов строительных». Эти ограничения применительно к некоторым составам штукатурных растворов, в частности, к декоративным, требуют корректирования.
Нередко возникает необходимость в использовании строительных растворов (бетонов) с пониженной объемной массой (легкие и теплоизоляционные штукатурки, звукоизолирующие (акустические) штукатурки, санирующие штукатурные растворы, кладочные растворы с высокими теплоизолирующими свойствами и др.).
Понижение плотности таких строительных материалов, наряду с другими способами (воздухововлечение, газо- и пенообразование), может быть обеспечено применением в составе смесей пористых заполнителей. Основной квалификационной характеристикой пористых заполнителей является их насыпная плотность. Пористые пески по насыпной плотности подразделяют на марки от 75 до 1400. Марка соответствует максимальному значению насыпной плотности заполнителя в сухом состоянии, в кг/м3. Пористые заполнители могут быть получены:
■ из природного сырья (пемза, вулканические шлаки, вулканические туфы, пористые известняки, известняки-ракушечники, кремнеземистые породы);
■ из отходов промышленности (доменные шлаки, топливные шлаки, золы и золошлаковые смеси, древесные и другое отходы промышленности);
■ искусственным путем из природного сырья и отходов промышленности (керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, шунгизит, вспученные перлит, вермикулит и др.).
Искусственные пористые заполнители отличаются от заполнителей, полученных из промышленных отходов, стабильностью состава и свойств, и поэтому заполнители этой категории особенно рекомендуются для использования в составе сухих строительных смесей.
Наиболее низкую насыпную плотность среди минеральных искусственных заполнителей имеют вспученные заполнители – перлит и вермикулит. Перлит получают при термической обработке сырья, представляющего собой вулканические стекловидные водосодержащие породы кислого состава (с высоким содержанием SiO2). Вспученный перлитовый песок (ГОСТ 10832) находит широкое применение при изготовлении легких бетонов, легких тепло- и звукоизоляционных материалов, огнезащитных штукатурных покрытий, санирующих штукатурных растворов и т. п. Важной особенностью перлитовых песков является то, что при измельчении насыпная плотность их не растет, а снижается.
К ультралегким высокоэффективным заполнителям относится пенополистирол. Его плотность в компактном виде (плита) составляет 40-55 кг/м3. Пенополистирол обладает очень низкой теплопроводностью ~0,04 вт/мК.17 Полистирол в виде дробленой крошки с крупностью частиц до 1 мм вводится (в количестве 5-7% по массе) в составы смесей для теплоизоляционных штукатурок.
3. Модификация сухих смесей