Строительные материалы обладают комплексом физических свойств. Числовые показатели физических свойств определяются с помощью специальных методов и приборов.

Механические свойства материалов определяют поведение конструкций под действием внешних нагрузок. Последние вызывают разрушение либо деформацию материалов. Сопротивление материалов механическому разрушению характеризуется их прочностными свойствами: прочностью, твердостью, истираемостью, сопротивлением удару, износом. Способность материалов изменять под нагрузкой

форму и размеры характеризуется деформационными свойствами: упругостью, пластичностью, хрупкостью и ползучестью.

Под действием внешних сил строительные конструкции претерпевают деформацию. Изменение формы и размеров тела под действием внешних сил называется деформацией. При этом твердые тела по-разному реагируют на снятие нагрузки, проявляя свойства упругости или пластичности.

Упругость - свойство материала восстанавливать свои форму и объем после прекращения действия внешних сил. Упругую деформацию называют обратимой. Наибольшее напряжение, при котором действует лишь упругая деформация, называют пределом упругости. В области упругих деформаций действителен закон Гука ~ деформация материала пропорциональна действующему напряжению.

Пластичность - свойство материала необратимо деформироваться под действием внешних сил. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой.

Механические свойства материалов характеризуются диаграммой деформаций, которую строят в координатах «механическое напряжение а - относительная деформация.

 

5) Керамика (др.-греч. κέραμος — глина) — изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.^[1]

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал, широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой.

Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики — гончарная керамика. кроме того различают керамику карбидную, боридную, силицидную и пр.

Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора — каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 — 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса — беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 — 5 %, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырье — беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками — ангобами.

Глина - это мелкозернистая осадочная порода, в сухом состоянии она может быть кусковатой или пылевидной, а при намокании раскисает и становится эластичной.

Водные свойства

Водные свойства глин проявляются при их свободном взаимодействии с водой. Поэтому для раскрытия и понимания механизма этих свойств необходимо прежде всего рассмотреть строение системы глина - вода.

Механические свойства

Механические свойства глин проявляются при воздействии на них внешних усилий. Главнейшим из этих свойств является пластичность.

Пластичностью глины называется ее способность под воздействием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действия усилий. В керамической литературе принято говорить о пластичности как о свойстве глин. Однако в действительности пластичность является не свойством, а одним из состояний глин, которое отлично от хрупкого и вязко-текучего. Хрупкое состояние, как известно, характеризуется тем, что образец при разрыве разрушается без изменения своего поперечного сечения.

Сушильные свойства

Сушильные свойства отражают изменения, которые происходят в глиняной массе при ее сушке. К их числу относятся воздушная усадка, чувствительность глин к сушке и влагопроводные свойства глины.

Воздушная усадка представляет собой уменьшение размеров глиняного образца при его сушке и является одним из наиболее важных сушильных свойств глины.

Чувствительность глин к сушке характеризует их трещино-стойкость в этом процессе. Причиной возникновения трещин является неодинаковая величина усадки по сечению и по поверхности изделия, в результате чего на поверхности изделия или внутри него возникают напряжения. Когда их величина превосходит предел прочности материала, образуются трещины.

Термические свойства

Термические свойства проявляются в процессе нагрева глины при высоких температурах. Важнейшими из них являются огнеупорность, огневая усадка, спекаемость и интервал обжига.

Огнеупорностью называют свойство керамических материалов и изделий противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Показателем (количественной мерой) огнеупорности является температура, при которой образец из данного материала, имеющий форму трехгранной усеченной пирамиды (условно именуется «конусом»), деформируется под влиянием собственной тяжести, касаясь при этом своей вершиной керамической подставки.

Под огнеупорностью глины понимают условную температуру ее плавления. Условной эта температура является потому, что глинистая порода не представляет собой мономинеральное вещество, а является полидисперсной системой. Поэтому она не имеет строго определенной температуры плавления, а плавится в некотором интервале температур. В связи с этим за температуру плавления глины условно принимают показатель ее огнеупорности. Глины по огнеупорности делятся на три класса: огнеупорные - огнеупорность выше 1580° С, тугоплавкие - от 1350 до 1580° С и легкоплавкие - ниже 1350° С.

Огнеупорность глины зависит от ее химического состава глинозем повышает огнеупорность глины, кремнезем тонкодисперсный понижает, а крупнозернистый повышает огнеупорность. Примеси щелочных металлов являются наиболее сильными плавнями (флюсами) - веществами, понижающими температуру плавления глины. Окислы щелочноземельных металлов также являются плавнями, но их флюсующее действие проявляется при более высокой температуре.

Огнеупорность керамических материалов, содержащих в своем составе железистые окислы, зависит еще от химического характера газовой среды при обжиге: восстановительная среда существенно понижает огнеупорность вследствие того, что окись железа восстанавливается в закись, а последняя, обладая большой реакционной способностью, образует с кремнеземом файялит, имеющий температуру плавления 1205° С.

Спекаемость является вторым очень важным термическим свойством глин. Под спекаемостью глин понимают их способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камнеподобного черепка.

Спекание глин может происходить вследствие стягивания и склеивания твердых частиц жидкой фазой - силикатными расплавами, образующимися при обжиге глины (жидкостное спекание), вследствие рекристаллизации минералов, составляющих керамическую массу, и благодаря реакциям в твердой фазе между отдельными компонентами глины или продуктами их распада (твердофазовое спекание). Результатом процесса спекания является уплотнение обжигаемого материала и, как следствие, уменьшение его открытой пористости. Поэтому степень спекания контролируется водопоглощением керамического черепка и спекшимся считается черепок, имеющий водопоглощение не ниже 5%. В связи с этим спекаемость иногда определяют как способность глины давать без признаков пережога керамический черепок с водопоглощением менее 5%. Признаками пережога считаются деформация образца, видимое вспучивание или снижение объемного веса более чем на 0,1 г/см3.

Спекаемость является важнейшим признаком, определяющим пригодность глин для производства многих керамических изделий - канализационных труб, плиток для полов, кислотоупорных изделий.

Степень спекаемости глин характеризуют также температурным интервалом спекания.

Глинозем увеличивает интервал спекания глин, окись кальция резко его понижает, щелочные окислы расширяют интервал спекания. У каолинитовых глин интервал спекания, как правило, выше, чем у монтмориллонитовых. Запесоченность глин резко снижает их интервал спекания. Наименьшим интервалом спекания (примерно 50 - 100°) обладают легкоплавкие глины, лёссовые глины почти совсем его не имеют, наибольшее его значение (до 400°) у огнеупорных глин.

Интервал спекания определяет возможность обжига изделий в печах, характеризующихся определенным перепадом температур между верхом и низом печи.

Для некоторых видов керамических изделий низкое водо-поглощение черепка является необязательным или даже недопустимым. В этих случаях температурные границы, в пределах которых можно вести обжиг изделий, определяет не интервал спекания, а интервал обжига. Под интервалом обжига понимают температурные границы, в пределах которых изделие при обжиге приобретает необходимые свойства. Так, например, для строительного кирпича минимальная температура обжига будет ограничена достижением прочности, соответствующей марке 50 (минимальная допускаемая марка кирпича), а максимальная - водопоглощения черепка, равным 8%, что соответствует нормам. Интервал температур, в пределах которого соблюдаются эти величины, и будет интервалом обжига. Интервал обжига по своей величине много больше интервала спекания. Этим объясняется то, что глины с очень малым интервалом спекания оказываются пригодными для обжига кирпича в печах с относительно большими перепадами температур.

Огневая усадка представляет собой сокращение размеров абсолютно сухого глиняного образца при его обжиге. Сближение глинистых частиц происходит в обжиге под воздействием сил поверхностного натяжения, носителем которых является жидкая
фаза, возникающая в материале в виде смлмкатных расплавов.

Огневая усадка глин колеблется в пределах от 2 до 8% и достигает в отдельных случаях 14%. С увеличением содержания глинистой фракции усадка возрастает. Сильно запесоченные глины могут совсем не давать усадки и даже обнаруживать в обжиге «рост» (усадка в этом случае получает отрицательный знак). Монтмориллонитовые глины имеют большую огневую усадку, чем каолинитовые. Щелочные окислы всегда повышают огневую усадку, а железистые - лишь при обжиге в восстановительной среде. С повышением температуры обжига усадка, как правило, возрастает. По этой причине неравномерно обожженные изделия могут иметь заметный разброс в размерах.

Строительная Известь

• Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов. Известь строительная должна удовлетворять требованиям ДСТУ Б В.2 7-90-99.

Для производства тонкодисперсной строительной извести гасят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей.

В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашенная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками.

Обжиг гипса

При изготовлении гипса в небольших количествах гипсовый камень можно обжигать в обычных русских печах. Печь протапливают так же, как для выпечки хлеба; когда дрова сгорят, уголь и золу разгребают в стороны. На очищенный под загружают ровным слоем куски гипсового камня. Величина кусков должна быть не больше 10 см. Печь закрывают заслонкой, края которой промазывают глиной. Через 12—16 часов печь открывают и выгружают обожженный гипс. За один раз в русской печи можно обжечь 150—200 кг гипсового камня. В течение месяца в русской печи можно обжечь 4—6 т гипсового камня.
При большей потребности гипс обжигают в камерных и напольных печах, предназначенных для обжига кирпича, черепицы, извести, или горнах для обжига гончарных изделий. Однако в таких печах получается значительная часть намертво обожженного гипса, потерявшего вяжущие свойства в результате пережога.
Лучшей для обжига гипса является малогабаритная печь. Она позволяет провести обезвоживание гипсового камня при умеренной температуре. В малогабаритной печи между топкой и обжиговой камерой устраивают смеситель, в котором топочные газы смешиваются с наружным воздухом и пропускаются в обжиговую камеру при температуре не выше 300°.
Обжиг (обезвоживание) гипса в малогабаритной печи производят следующим образом. На колосниковую решетку укладывают гипсовый камень: сначала крупные куски, затем средние, последние ряды на высоту 30 см загружают мелкими кусками. Закончив загрузку камня, ходок в печи закладывают кирпичом в один ряд на глиняном растворе и начинают прогрев печи на малом огне. В начале топки шиберы печи должны быть закрыты, а заслонка камеры-смесителя — открыта примерно на одну треть. После того как загружаемые дрова начнут быстро воспламеняться, проверяют температуру в обжиговой камере. Контроль за температурой ведут через смотровые отверстия, в которые вводится термометр. Отрегулировав температуру на 200°, ее поддерживают на таком уровне в течение трех часов. Когда из трубы печи перестанет выходить густой белый пар, а появится прозрачный газ, топку прекращают, закрывают заслонку камеры-смесителя и открывают полностью шиберы. Через час-полтора открывают ходок и приступают к выгрузке гипса. Первая выгрузка должна вестись в присутствии обжигальщика, который проверяет, не оказалось ли в каком углу печи недожога, с тем чтобы при следующей загрузке в этом углу уложить камни менее плотно. После трех-четырех оборотов печи обжигальщик научится правильно вести как загрузку печи, так и процесс обжига.
Обожженный гипс сортируют, из него удаляют куски недожженного камня, что определяется по цвету, плотности и весу камня.
Обжиг плотного глиногипса (ганч, гажа) производится так же, как и чистого двуводного гипса. Арзык, имеющий землистую сыпучую структуру, обжигают при температуре 250—280° на больших противнях или примитивных огневых зерносушилках с металлическими коробами для зерна. Обжиг ведут при постоянном перемешивании материала и более длительное время.
Помол обожженного гипса производят на жерновых поставах, в шаровых — обычных и примитивных мельницах, на молотковых дробилках, а также с помощью тяжелых металлических или каменных катков на бетонной площадке. Молотый гипс просеивают через сито с 64 отверстиями на 1 см2. Отсев, не прошедший через сито, подвергают повторному помолу. Варка гипса. Чтобы получить гипс более высокого качества, его обезвоживают в специальных варочных котлах. Котел представляет собой вертикально поставленный цилиндр диаметром 1500—2000 мм, высотой 700—1200 мм, изготовленный из листовой стали толщиной 12—15 мм. К нижнему краю котла, с внутренней стороны, приваривают металлическое кольцо, на которое укладывают чугунное дно. Для устранения внутренних напряжений, возникающих вследствие температурных колебаний, дно делают не сплошным, а из отдельных секторов. Сверху над котлом устанавливают крестовину для крепления вертикальной мешалки.
Котел устанавливают на кирпичных стенках. Под его днищем выкладывают топку с поддувалом, а по бокам на 7/8 высоты котла выкладывают стенки на расстоянии 100 мм от котла для образования вокруг него канала, по которому горячие газы проходят из топки в дымовую трубу. Сверху котел закрывают крышкой с патрубком для отвода пара и пыли и двумя люками. Один из люков служит для засыпки молотого необезвоженного гипса, а другой — для наблюдения за ходом варки. Над котлом устраивают бункер для засыпки молотого гипса. Подачу сырья в котел регулируют задвижкой, устроенной внизу бункера.
Варку гипса производят так. Когда котел достаточно нагреется, пускают мешалку и открывают задвижку в бункере — засыпают в котел небольшими порциями гипс. После того как первая порция гипса нагреется до 50—60°, засыпают вторую порцию и так далее, пока котел не будет полностью загружен. Обычно на это уходит 35—40 минут. Когда температура в котле поднимется до 100—120°, из гипса начнет бурно выделяться влага и масса начнет как бы кипеть; при температуре 130° кипение прекращается. При дальнейшем нагреве до 160° кипение начинается снова, но уже менее бурно. Когда второе кипение закончится, это наступает при температуре 170—180°, варку прекращают и готовый гипсовый порошок выгружают из котла.

11) Цемент получается при нагревании извести и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% АI2О3, 3% Fе2O3 и 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и ферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50-70%. Это трехкальциевый силикат, Са3SiО5, состав и структура которого модифицированы за счет размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, АI3+ и Fе3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15-30%. Это двукальциевый силикат Ca2SiО4, модифицированный введением в структуру инородных
ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде, В-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5-10% для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат Са3Аl2O6, существенно измененный по составу, а иногда и по структуре, за счет инородных ионов, особенно Si4, Fe3+, Nа + и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5-15% обычного цементного клинкера. Это - четырехкальциевый алюмоферрит Ca2AIFeО5, состав которого значительно меняется при изменении отношения AI/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Типы цемента

Подавляющее большинство цементов, производимых во всем мире, предназначается для использования в обычном строительстве. Технические условия, которым должны соответствовать цементы, во всех странах схожи, но не идентичны, и часто используются различные наименования одного и того же материала: например, "ОРС" (ordinary portland cement, обычный портландцемент) в Великобритании или "тип 1 портландцемента" в США. Мы используем термин "обычные" цементы, чтобы отличить эти цементы широкого назначения от других типов цемента, изготовляемых в небольших количествах для специальных целей.

Технические условия в общем случае базируются частично на химическом составе и физических свойствах, таких, как удельная поверхность, и частично на данных испытаний, таких, как время схватывания и прочность на сжатие, развиваемая при стандартных условиях. Содержание MgО1) обычно ограничивается 4 или 5%, так как количество этого компонента, превышающее примерно 2%, склонно существовать в виде периклаза (оксид магния), который из-за медленной реакции с водой может вызвать деструктивное расширение твердеющего бетона. Свободная известь (оксид кальция) тоже может себя вести подобным образом, и возможность ее образования устанавливает на практике верхний предел содержания алита в клинкере; в технических условиях в Великобритании это регулируется параметром, определяющим химический состав и называемым "коэффициентом насыщения известью". Избыток SO3 также может привести к замедленному расширению верхний предел содержания этого компонента устанавливается обычно в 2,5 - 4,0%. Оксиды щелочных элементов (К2О и Na2О) могут давать с определенными компонентами реакции, приводящие к расширению материала, и некоторые национальные технические условия лимитируют их содержание, например до 0,6% эквивалента Nа2О (Na2О + О,66 К2О). Другие верхние пределы состава, широко используемые в технических условиях, связаны с нерастворимым в разбавленной кислоте остатком и потерей при прокаливании. Содержание многих других второстепенных компонентов необходимо ограничивать из-за их влияния на процесс производства, или на свойства, или на то и на другое вместе, и в некоторых случаях допустимое содержание определено в технических условиях.

Быстротвердеющие цементы можно получить различными путями. Это, например, изменение состава, с тем чтобы увеличить содержание алита; более тонкий помол клинкера; усовершенствования в самом процессе производства, а именно более тонкий помол или лучшее перемешивание сырьевых материалов. Содержание алита в цементах за последние полтора века, в течение которых производился цемент, постоянно увеличивалось, и многие современные цементы, которые сейчас считаются обычными, описывались бы как быстротвердеющие всего лишь несколько десятилетий тому назад. В технических условиях США быстротвердеющие цементы называются цементами с высокой ранней прочностью или цементами типа ПI.

Деструктивное расширение из-за реакции с сульфатами может возникнуть не только в случае, если последние присутствуют в цементе избытке, но и при воздействии на бетон сульфатных растворов. В реакцию вовлекаются А12Оз - содержащие фазы в затвердевшем цементе, а в сульфатостойком портландцементе влияние сульфатов понижается за счет уменьшения доли алюминатной фазы, иногда до нуля. Это достигается понижением отношения А12Оз/Fе2Оз в сырьевых материалах. В США сульфатостойкие цементы называются цементами типа V.

Белые портландцементы получаются при увеличении отношения А12O3/Fе2O3 и таким образом они по составу противоположны сульфатостойким цементам. Обычная темная окраска цемента связана с присутствием ферритной фазы, образование которой в белых цементах, следовательно, должно быть предотвращено. На практике не удается обойтись без сырьевых материалов, которые полностью свободны от Fе2О3 или других компонентов, таких как Мn2О3, вносящих свой вклад в окраску. Поэтому влияние этих компонентов обычно минимизируют, получая клинкер в слабо восстановительных условиях и при быстрой закалке. В дополнение калиту, белиту и алюминатной фазе может образовываться некоторое количество стекла.

Реакция цемента с водой экзотермична, и, будучи преимуществом в некоторых случаях, поскольку ускоряется твердение, в других это может быть недостатком, например, при строительстве больших дамб или плотин или при футеровке нефтяных скважин, когда цементное тесто нужно нагнетать под давлением на большое расстояние, а иногда и при высокой температуре.

Медленное выделение тепла достигается при более грубом помоле и уменьшении суммарного выделения тепла путем понижения содержания алита и алюминатной фазы. В США разработаны технические условия для цементов типа II, как цементов со средним тепловыделением при твердении, и цементов типа IV, или цементов с низким тепловыделением. Цементы типа II годятся также для использования в сооружениях, подвергающихся умеренному сульфатному воздействию. Тепловыделение может быть понижено и при частичной замене цемента на пылеобразную золу топлива (золу уноса) или на другие материалы, и в настоящее время это, по-видимому, наиболее обычное решение проблемы.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Портландцемент является основным материалом в современном промышленном, гражданском, жилищном, сельскохозяйственном, гидротехническом и дорожном строительстве. Бурный рост строительства в нашей стране обусловил невиданные темпы производства цемента — с 15 млн. т в 1953 г. до 95 млн. т в 1970 г. Непрерывно улучшается качество цемента.и,-в. частности, повышаются его прочностные показатели — средняя марка портландцемента превысила 500.

Состав портландцемента

Портландцементом называется гидравлическое йяжуЩёе вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинкером;.от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях

Для регулирования сроков схватывания цемента к клинкеру при помоле добавляют гипс в количестве не менее 1,5 и не более 3,5% веса цемента в пересчете на ангидрид серной кислоты SO3. Портландцемент можно выпускать без добавок или с.активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента.

Качество клинкера зависит от его химического и минералогического составов.

Известняк, используемый для производства портландцемента, в основном состоит из двух окислов — СаО и СОг, а глина — из различных минералов, содержащих в основном окислы S1O2, А1гО3, РегОз- В процессе обжига сырьевой смеси СО2 удаляется, а оставшиеся окислы СаО, SiO2, А12О3 и Fe2O3 образуют клинкерные минералы. Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующим процентным содержанием основных окислов

Повышенное содержание окиси кальция (при условии обязательного связывания его в химическое соединение с кислотными окислами) свидетельствует о повышенной скорости твердения портландцемента, его высокой прочности и несколько пониженной водостойкости. Повышенное содержание кремнезема замедляет сроки твердения цемента в начальный период при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; такие цементы отличаются повышенной водостойкостью. Повышенное содержание АЬОз способствует ускоренному твердению цемента в первые сроки, но цемент характеризуется пониженной водостойкостью, сульфатостойкостью и морозостойкостью. Окись железа способствует снижению температуры спекания клинкера и повышению стойкости цемента к действию сульфатных вод.

13) Общая схема твердения минералов портландцемента аналогична схеме твердения строительного гипса, разница лишь состоит в большей сложности из-за скорости протекания процессов различных минералов и наложения процессов один на другой. В общем эта схема для отдельных минералов выглядит так.
1-я стадия: растворение и гидратация. В этой стадии в раствор выделяется определенное количество молекул различных минералов в зависимости от их растворимости. Растворимость минералов портландцемента различна. Растворенные минералы гидратируют с присоединением молекул воды и переходят в гидратное состояние. Гидратация происходит по следующей схеме:
2(3CaO·SiО₂) + 6Н₂О = 3CaО·2SiО2·3H₂О + 3Ca(OH)₂
2(2CaO·SiО₂) + 4H₂О =3CaО₂·SiО2·3H₂О + Ca(OH)₂
ЗСаО·А1₂О₃+ 6Н₂О = ЗСаО·А1₂О₃·6Н₂О
4CaO·Al2О₃.Fe₂О₃ + mH₂О = ЗСаО·А1₂О₃-6Н₂О + CaO·Fe₂О₃·nH₂О

2-я стадия: коллоидация или схватывание. Эта стадия характеризуется образованием перенасыщенного раствора гидратных соединений по отношению к исходному веществу за счет меньшей растворимости новообразований. В результате происходит образование коллоидных частиц с высокой степенью дисперсности (раздробленности).При прохождении этого процесса образуется гелеобразная масса, которая
обволакивает непрореагировавшие зерна клинкера, создавая вокруг ге-
леобразные оболочки, препятствующие дальнейшему проникновению во-
ды вглубь зерен цементного клинкера. Затруднительное проникновение
воды к цементным зернам вызывает неполную гидратацию минералов, что
предопределяет частичное использование потенциальных возможностей
цемента в целом. Если размолоть затвердевший цементный камень в порошок,
то можно наблюдать, что примерно 50 % зерен находится в непро-
реагировавшем состоянии.
С увеличением коллоидных частиц в массе раствор, или как мы его называем тесто, начинает терять пластичность за счет уплотнения и образования коагуляционных связей. Другими словами, структура переходит в коагуляционное состояние, обладающее тиксотропными свойствами, т. е. способностью восстанавливать свои свойства после механического разрушения.
Строители это состояние называют процессом схватывания цемента и различают начало и конец схватывания по проникновению стандартной иглы в тесто.

3-я стадия - стадия кристаллизационного структурообразования. Здесь гелеобразные новообразования кристаллизуются, превращаясь в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. П. А. Ребиндер и его ученики еще более детально расширили наше
представление о процессах твердения минеральных вяжущих. Они считают, что 3-я стадия развивается в два этапа:
— на первом этапе образуются небольшие кристаллики, которые являются центрами кристаллизации. Эти кристаллики срастаются между собой, образуя каркас.
- затем возникший каркас обрастает. Это проявляется в росте кристалликов, что приводит к повышению прочности системы, но при известных условиях служит причиной, ведущей к нежелательным внутренним напряжениям. Возникновение кристалликов новообразований достаточной величины при минимальных напряжениях обусловливает наибольшую прочность твердеющих систем.
П. А. Ребиндер считает, что любая кристаллизационная система во времени является неустойчивой. Вначале на стадии кристаллизационного структурообразования происходит процесс упрочнения за счет роста кристаллов, а затем по мере замедления этого процесса происходит перекристаллизация, т. е. растворение неустойчивых контактов новообразований с последующим ростом крупных кристаллов. Это приводит, как было сказано ранее, к возникновению внутренних напряжений и снижению прочности структуры в целом.
Такова в общем представлении для каждого минерала в отдельности схема твердения, однако цемент - это полиминеральное вещество и скорость прохождения процессов для минералов различна, что приводит к усложнению этих процессов и наложению их друг на друга в такой сложной системе.
Упрощенно процесс твердения в цементе протекает следующим образом. В первую очередь происходит растворение и гидратация С₃А. В силу того, что процесс перехода С₃АН в коллоидное и кристаллизационное состояние происходит очень быстро, цемент может схватиться за 4-6 мин. Такой цемент строители называют «быстряк», и использоваться в строительстве он не может в силу технологических причин. Для того, чтобы увеличить сроки схватывания цемента, к нему при помоле клинкера добавляется гипс в количестве до 5 %. Механизм действия замедляющей добавки заключается в следующем: гипс взаимодействует с трехкальциевым гидроалюминатом, переводя последний в менее растворимое соединение трехкальциевого сульфогидроалюмината с замедленными сроками кристаллизации по сравнению с исходным минералом.
Одновременно с растворением С₃А происходит растворение и гидролиз трехкальциевого силиката, в результате чего раствор насыщается Са(ОН)₂.
Когда концентрация Са(ОН)₂ в растворе достигает предела, при котором устанавливается соотношение между СаО: SiО₂ не менее 3, происходит образование трехкальциевого гидросиликата. Чем дольше будет сохраняться соотношение СаО: SiО₂, равное 3, во времени, тем больше в системе будет образовываться высокоосновных гидросиликатов. Реакция образования трехкальциевого гидроалюмината при разложении четырехкальциевого алюмоферрита может происходить также при условии насыщенного раствора Са(ОН)₂.

 

14) смотреть вопрос 11!!!

Физическая коррозия

Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.

Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).

Химическая коррозия

Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.

Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO₂) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.

Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)₂ и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным.

Защита бетона