Неоднократно слышал от мастеров и продавцов, что сухие строительные смеси бывают на различном вяжущем. То есть их можно классифицировать по применяемым вяжущим. Правда, когда стал допытываться, какие вяжущие существуют в природе, то кроме цемента да гипса или ангидрита ничего вспомнить не смог. Только эти варианты упоминают мастера и продавцы. Давайте общими усилиями разберёмся в этом вопросе.
В общем случае, минеральными вяжущими веществами называются тонкодисперсные порошки моно- или полиминерального состава, которые при затворении водой или растворами солей способны образовывать коагуляционные и кристаллизационные структуры, обладающие определенной прочностью и долговечностью. По способности вяжущих веществ образовывать структуру они делятся на три группы:
Все рассмотренные вяжущие относятся к вяжущим гидратационного твердения, т.е. для получения твердого камня из них требуется затворение вяжущего водой, только в первом случае твердение происходит на воздухе, во втором в воде, в третьем – в воде при температуре и давлении.
Портландцемент часто называется просто цементом – это важнейшее минеральное вяжущее вещество. Он служит базовым материалом для большинства модифицированных специальных цементов, в то же время он может и без модификации применяться в широком диапазоне условий цементирования. Портландцемент – порошкообразный материал, содержащий искусственные минералы, большинство которых в природе не встречаются или встречаются крайне редко. Эти минералы обладают высокой химической активностью и способны взаимодействовать с водой.
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом и другими специальными добавками. Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины, кремнезёма. Гипс вводится с целью регулирования, скорости схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень с пониженными прочностными свойствами. Согласно ГОСТ 1581-96 в портландцемент разрешается вводить при помоле до 15 % активных минеральных добавок. При этом, название, цемента не меняется. Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера.
Историческая справка. Считается, что портландцемент был изобретён в Англии каменщиком Джозефом Аспдином, который получил патент в 1824 г. на изготовление вяжущего вещества из смеси извести с глиной обжигом её до полного удаления углекислоты. Это вяжущее он назвал портландцементом. Однако в России, портландцемент был получен несколько ранее, в 1817 г. начальником военно-рабочей команды Е. Г. Челиевым. В 1825 г. им была издана книга о получении вяжущего вещества, аналогичного по составу применяемому ныне портландцементу.
А в эпоксидных клеях или затирках как это работает? Там какое вяжущее? В смысле, я знаю что там два компонента и при смешивании они твердеют, но что там происходит, так сказать, на молекулярном уровне? Что во что заходит и кто кого вяжет :)))))))
Всю жизнь думал, что портландцемент назван в честь города Портленд :)))))) Спасибо за историческую справку!
Согласно ГОСТ 31189 по применяемым вяжущим сухие смеси подразделяют на:
Постепенно доберёмся и до эпоксидных клеёв и затирок. Пока только цементные слегка охватили.
Для начала следует ознакомиться с определениями следующих терминов: гипс, ангидрит. В зависимости от способа получения гипсовые вяжущие вещества делятся на три основные группы:
В I группу входят: гипсовые вяжущие, основной составляющей которых является α- или β-полугидрат сульфата кальция (или их смесь), а также растворимый ангидрит; ангидритовые вяжущие, состоящие, главным образом, из полностью обезвоженного гипса или даже частично диссоциированного ангидрита, содержащего небольшое количество свободного оксида кальция.
Во II группу входят: вяжущие, получаемые на основе природного двугидрата сульфата кальция; вяжущие, получаемые на основе природного ангидрита. Для активации твердения этих вяжущих вводятся специальные добавки.
В III группу входят вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I и II групп с различными компонентами (известь, портландцемент и его разновидности, активные минеральные добавки, химические добавки и др.).
Вяжущие I и II групп являются неводостойкими (воздушными) гипсовыми вяжущими. Вяжущие III группы относятся, за некоторым исключением, к водостойким гипсовым вяжущим.
Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются: цвет, плотность, удельная поверхность, тонкость помола; водопотребность; сроки схватывания теста; механическая прочность, старение и др.
Цвет гипсовых вяжущих зависит от химической чистоты гипсового сырья, содержания примесей и способа производства. Гипсовые вяжущие белого цвета получают из чистого сырья, а серого - из сырья с примесями минерального и органического происхождения.
Плотность определяют по ГОСТ 6427. Значения истинной, насыпной в уплотненном и насыпной в рыхлом состоянии плотности гипсовых вяжущих составляют соответственно 2,6–2,75 г/см3, 1200–1450 и 800–1100 кг/м3.
Внешняя удельная поверхность гипсовых вяжущих веществ - это суммарная поверхность всех зерен в единице объема или массы - находится в пределах 0,3–0,5 м2/г, а высокопрочных - 0,09–0,12 м2/г.
Тонкость помола характеризует степень измельчения гипсового вяжущего и выражается остатком в массовых процентах на стандартном сите № 02, либо удельной поверхностью порошка вяжущего в м2/кг (см2/г).
Водопотребность является важнейшим свойством гипсовых вяжущих и характеризует минимальное количество воды, необходимое для получения теста заданной консистенции. Отношение количества воды к массе гипсового вяжущего называется водогипсовым отношением (В/Г). Теоретически для гидратации полугидрата сульфата кальция необходимо 18,62 % воды от массы вяжущего. Практически для получения теста нормальной густоты из β-полугидрата сульфата кальция требуется 50–70 %, для α-полугидрата сульфата кальция – 30–40%, для ангидритовых вяжущих – 30–35 %. Водостойкие гипсовые вяжущие в зависимости от состава и технологии получения могут иметь нормальную густоту от 30 до 65 %. Вода, остающаяся в гипсовом камне после гидратации испаряется, образуя в нем поры и капилляры, отрицательно влияющие на физико-технические свойства вяжущих.
Механическая прочность затвердевшего гипсового вяжущего определяется по результатам испытаний стандартных образцов на изгиб и (или) сжатие после твердения. При стандартных режимах твердения прочность высушенных образцов становится в 2 и более раз выше прочности образцов через 2 ч после формования. Так прочность образцов из строительного гипса через 2 ч составляет 4–6 МПа, а сухих 10–16 МПа, из формовочного гипса соответственно – 6–8 и 18–20 МПа, из высокопрочного – 15–20 и 35–40, супергипса – 22–30 и 60–70 МПа.
Сырьё для производства воздушной извести служат плотные известняки, ракушечники, мел, доломитизированные известняки при условии, что содержание глинистых примесей в них не превышает 6%. Сырьё обжигают при температуре 1000 ... 1200°С до полного удаления углекислого газа. После обжига получают комовую известь или известь-кипелку (так её называют из-за бурной химической реакции с водой). Это вещество обладает сильно развитой внутренней микропористостью и большим запасом свободной внутренней энергии, что проявляется при гашении комовой извести, т. е. присоединении воды с выделением большого количества теплоты. Известняки при обжиге разлагаются на известь СаО и углекислый газ, который полностью удаляется. Реакция разложения известняка обратимая.
Признаком высокого качества извести является высокое содержание в ней СаО + MgO. Недожог и пережог извести в печи снижают её качество. Особенно опасен пережог — остеклованная известь. Частицы пережога медленно гасятся с увеличением в объёме и могут вызвать трещины в штукатурке и изделиях. Содержание чистых окислов CaO + MgO в общем количестве извести называют её активностью. По активности и содержанию непогасившихся зёрен определяется сорт извести. Если комовую известь измельчить, то получится молотая негашёная. Более распространена в строительстве известь гашёная, получаемая путём затворения водой негашёной извести. При выделении теплоты часть воды гашения превращается в пар, под воздействием которого комовая известь превращается в тончайшие частицы гидратной извести размером в несколько микрон с высокой удельной поверхностью. Гашёная известь медленно схватывается и твердеет, обладает низкой прочностью, поэтому кроме гашеной извести в строительстве применяют известь негашеную. По содержанию оксида магния в извести она подразделяется на кальциевую (MgO < 5%), магнезиальную (MgO = 5 ... 20%) и доломитовую (MgO = 20 ... 40%); по времени гашения различают известь быстрогасящуюся (время гашения < 8 мин), среднегасящуюся (время гашения 8 ... 25 мин) и медленногасящуюся (время гашения не менее 25 мин).
Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и отделочных растворов, изготовления штучных бетонных изделий, например известковошлаковых, силикатного кирпича и других известково-песчаных изделий автоклавного твердения.
Сырьём для магнезиальных вяжущих служат магнезит и доломит. Обжиг магнезита производится при температуре 750 ... 800°С (во вращающихся печах до 1000°С) до полного разложения MgСО3 на MgO и СО2 с удалением углекислого газа. После помола MgO представляет собой воздушное вяжущее вещество, называемое каустическим магнезитом, оно имеет предел прочности при сжатии 40 ... 60 МПа, достигая иногда до 100 МПа.
Обжиг доломита производят при более низких температурах в интервале 650 ... 750°С, так как при повышении температуры обжига начинает разлагаться и СаСО3 с образованием извести. Особенностью применения магнезиальных вяжущих веществ является затворение их водными растворами магнезиальных солей, причём начало схватывания наступает не позднее 20 мин, а конец — не позднее 6 ч. Магнезиальные вяжущие вещества имеют хорошее сцепление с органическими заполнителями и применяются для производства либо с древесными опилками — ксилолита, либо с древесной шерстью (узкой и длинной древесной стружкой) — фибролита. Ксилолит используется для изготовления бесшовных полов и облицовочной плитки, фибролит — для производства теплоизоляционных изделий и перегородок помещений в поселковом строительстве.
Полимерные вяжущие - класс вяжущих веществ, основой которых являются продукты переработки органических соединений (полимеры и сополимеры различного химического состава). Полимеры применяют природные, но чаще — синтетические высокомолекулярные вещества. Среди них — каучуки дивинильные и дивинилстирольные, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиакрилаты и полиметакрилаты, полистирол, фенолоформальдегиды, карбамиды, полиэфиры, кремнийорганические и др., а также совмещённые полимеры. Из природных — натуральный каучук (латекс), битумы, углеводы (декстрин, альгиновая кислота), протеин (казеин) и др. Выбор отвердителей, катализаторов и наполнителей обусловлен видом и характером применяемого полимера.
Поскольку получение полимерных вяжущих достаточно затратный процесс, их применение в чистом виде ограничено. Наиболее часто их используют в качестве добавок к минеральным вяжущим. Тем самым получается ещё один вид вяжущих - композиционные.
Композиционные вяжущие - класс вяжущих веществ, представляющих собой подобранную в определенной пропорции композицию (смешанную в заводских условиях) минеральных и полимерных вяжущих. В твердении вяжущих веществ с полимерными добавками обычно участвуют оба компонента. Степень такого участия в большой степени зависит от свойств и состава как минерального вяжущего (портландцемент, глиноземистый цемент, гипс, магнезит и др.), так и полимерной добавки. В результате основания на таких композициях приобретают свойства, заимствованные от каждого компонента исходной смеси. Так, они могут способствовать пластификации смесей со значительным снижением водосодержания в них, а также воздухововлечению и гидрофобизации с резким повышением морозостойкости. Добавки полимеров увеличивают предельную растяжимость, ударную вязкость, прочность на растяжение и изгиб, сопротивление истиранию, адгезию к другим материалам и др.
В минеральные вяжущие и бетонные смеси в качестве добавок вводят:
водные дисперсии полимеров — латексы (натуральный и синтетические каучуки), поливинилацетатные, поливинилхлоридные и другие эмульсии, способные в смеси с минеральным вяжущим распадаться с выделением воды, связываемой при его гидратации, и частиц полимера, которые слипаются в тонкие эластичные плёнки на поверхности новообразований из неорганического вяжущего, усиливая соединение их друг с другом за счёт склеивания;
водорастворимые полимеры — фенольные, карбамидные, эпоксидные и так далее, способные в твердеющем цементном камне переходить в твёрдое нерастворимое состояние под действием нагревания или щелочной среды, возникающей при гидратации цемента, или специально вводимых добавок-отвердителей.