Минеральные вяжущие материалы представляют собой обычно порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны постепенно переходить из пастообразного состояния в твердое, приобретая свойства камня.
Минеральные вяжущие по характеру твердения делят на две группы:
воздушного твердения, обладающие способностью после затворения водой твердеть в сухой среде (воздушная известь, гипсовые и магнезитовые вяжущие, жидкое стекло);
водного твердения (или гидравлические вяжущие материалы), после затворения их водой твердеющие на воздухе и в воде, причем во влажной среде вяжущие приобретают большую прочность. Представителями этой группы являются цементы.
Гидравлическая известь и романцемент по составу и особенностям процессов твердения занимают как бы промежуточное место между воздушными и гидравлическими вяжущими: после затворения водой, начав твердеть на воздухе, они продолжают твердеть как на воздухе, так и во влажной среде. При дальнейшем твердении во влажной среде они приобретают большую прочность.
Воздушная известь
Воздушную известь получают в результате обжига до возможно полного разложения чистых или доломитизированных известняков или мела, содержащих глинистого вещества не более 6...8 %. Полученную таким способом известь СаО в виде кусков белого или сероватого цвета называют негашеной (комковой или кипелкой).
Производство воздушной извести заключается в том, что вращающиеся печи загружают мелкодробленым известняком, который при медленном вращении печи подвергается равномерному обжигу. В процессе обжига известняк (или мел), нагреваясь до температуры 900...1200 °С, диссоциирует с большим поглощением тепла по реакции СаСО3 + 180кДж → Са + СО2. Недожог и пережог отрицательно сказываются на качестве извести. Пережженные куски при затворении водой медленно гасятся. Поэтому наличие зерен пережига в строительном растворе приводит к тому, что при гидротации зерен связанное с этим увеличение объема вызывает растрескивание уже затвердевшего раствора.
Гашение извести протекает по реакции:
СаО + Н2О → Са(ОН)2 + 66,52 кДж,
т.е. при гашении выделяется значительное количество тепла. Полученная при гашении малым количеством воды гидратная известь, значительно разрыхленная за счет резкого увеличения пустотности, называется пушонкой.
В дорожном строительстве известь используют для укрепления грунтов, а также в качестве активатора при приготовлении асфальтобетонных смесей.
Портландцемент
Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое тонким помолом цементного клинкера, минеральных добавок и природного гипса (1,5...3,5 % в пересчете на SО3). Цементный клинкер получают путем обжига до спекания природных мергелей определенного химического состава или искусственных смесей известняка с глиной (доменными шлаками), подобранных в соответствии с требуемым химическим составом. Обычно клинкер имеет следующий химический состав: СаО - 63...67 %; А lO3 - 4...7 %; 2 SiО2 - 20...24 %; Fe2 O3 - 2...6 %; MgO, SO3 и др. - 1,5...3 %.
Свойства портландцемента зависят от его минералогического состава, наличия добавок, а также тонкости помола клинкера. По этим признакам определяют вид портландцемента (алитовый, белитовый, быстротвердеющий и так далее).
Тонкость помола цемента характеризуют массой порошка, прошедшего сито № 0,08 (не менее 85 %), и удельной поверхностью зерен, содержащихся в единице массы цемента. Удельная поверхность обычных портландцементов 2000...3000, быстротвердеющих 3500...5000 см2/г.
Плотность портландцемента составляет - 900...1300 кг/м3. При расчете вместимости складов принимают насыпную плотность портландцемента - 1200, а при его дозировании для приготовления бетона - 1300 кг/м3.
Активность - способность затвердевать при затворении водой, превращаясь в прочное камневидное тело.
Активность и марку цемента характеризуют показателем прочности при изгибе образцов - балочек и их половинок при сжатии в возрасте 28 суток.
Предел прочности при изгибе определяют на балочках размером 40 ´40 ´160 мм, изготовленных из раствора пластичной консистенции состава 1:3 - одна часть цемента и три части песка по массе при водоцементном отношении 0,4, уплотненных на стандартной виброплощадке и выдержанных в воде при температуре 20+3°С 28 суток. Предел прочности при сжатии определяют после испытания на изгиб на половинках балочки. Нарастание прочности происходит неравномерно: вначале на 3 сутки она достигает 50 %, а на 7 сутки - 70 % от прочности в 28-суточном возрасте.
По прочности на сжатие портландцементы подразделяют на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.
Водопотребность цемента характеризуют показателем нормальной густоты - количество воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для портландцемента нормальная густота составляет 21...28 %. Чем меньше водопотребность (нормальная густота), тем выше качество цемента.
Скорость схватывания цемента зависит от минералогического состава, тонкости помола, количества воды затворения, температуры. Скорость схватывания является важной технологической характеристикой цемента. У портландцемента начало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Обычно начало схватывания у портландцемента наступает через 2...3 часа, а конец - через 5...8 часов. Как быстрое, так и медленное схватывание затрудняет и усложняет организацию производства строительных работ.
воды; при этом они не должны обнаружить усадочных деформаций. Неравномерность изменения объема может быть обусловлена наличием в цементе окиси кальция, окиси магния и гипса. Цемент, неравномерно изменяющий объем при твердении, является недоброкачественным.
Цемент хранят в силосах, реже в сараях с обшивкой стен и крыш, непроницаемых для воды. Пол сарая должен быть плотным и приподнятым над поверхностью земли не менее чем на 30 см. При длительном хранении активность цемента снижается. Интенсивность снижения активности зависит от минералогического состава, тонкости помола и др. Наименее устойчивы тонкомолотые цементы, содержащие повышенное количество С3А (трехкальциевого алюмината), C3 S (трехкальциевого силиката). Влажный воздух, соприкасающийся с цементом, значительно снижает его активность. В среднем активность портландцемента снижается через 3 месяца на 10...20 %, через 6 месяцев на 15...30 % и через 12 месяцев - на 25...40 %.