Воздушная известь.
Кроме гипса в качестве вяжущего используют также воздушную известь, которую получают путём равномерного обжига горных пород, состоящих из карбонатов кальция (речь идёт, в частности, о таких веществах как мел и известняки).
Чтобы при тепловой обработке образовалась в итоге воздушная известь, обжиг должен вестись при температуре от 900 до 1200 °С. Смысл данной процедуры состоит в удалении углекислого газа из исходного сырья (СаСО2 = СаО + СО2). После обжига вещество (комовая известь) становится пористым (так как газ его покидает) и лёгким, но сохраняет свой первоначальный объём. Дробление и помол – следующие этапы переработки материала, они позволяют изготовить молотую негашёную известь либо так называемую «известь-кипелку».
Гашение извести – это, по сути, добавление в неё воды (при данной реакции выделяется большое количество тепла и жидкость вскипает). Если воды будет меньше, чем 1,5 л. на килограмм кипелки, то в результате получится рассыпчатый порошок, превышающий в объёме исходный материал и носящий название «пушонка». В противном случае (когда воды добавляют больше, чем 1,5 л) выходит известковое тесто.
Главный элемент воздушной извести – оксид кальция, с ним в составе (в разных количествах) почти всегда находится и оксид магния (MgO). Доля содержания последнего компонента лежит в основе одной из классификаций извести: она может подразделяться на маломагнезиальную (когда оксида магния менее 5%), магнезиальную (в ней 5-20% оксида магния) и доломитовую (20-40%). Оксид магния в данном случае задерживает гашение извести, уменьшает её скорость.
Ещё известь бывает быстрогасящаяся (скорость гашения – до 8 минут), среднегасящаяся (8-25 минут) и медленногасящаяся (скорость гашения – более 25 минут). Следует, правда, уточнить, что здесь имеется в виду время, которое проходит с того момента, как вода падает на материал до начала понижения максимального уровня температуры.
Негашёная строительная воздушная известь делится на три сорта, гашёная – на два. Используется она как компонент кладочных растворов, штукатурки, а также в других целях.
Портландцемент.
Портландцемент представляет собой мелко измельчённую массу, которую получают посредством спекания смеси на основе известняка и глины – так называемого «клинкера». Во время помола в состав материала вводят 5-7% гипсового камня.
Изготовление портландцемента в упрощённом виде можно описать следующим образом: исходные компоненты (карбонатная и глинистая породы, добавки) измельчают либо при наличии воды (36-42%), либо в сухом виде (в зависимости от способа производства) и затем обжигают. При мокром способе (с добавлением воды) полужидкая масса (шлам) направляется в специальную вращающуюся печь, перемешивание смеси в данном случае не представляет труда, однако энергии на её обжиг требуется довольно много, что приносит за собой дополнительные расходы. Сухой способ более экономичен – здесь в печи (тоже вращающейся) обжигается сырьевая мука (исходная смесь, измельчённая в порошок без добавления воды).
Существует также комбинированный способ производства портландцемента – он заключается в том, что смесь засыпается в печь в виде гранул (он также менее затратный, чем мокрый).
В процессе тепловой обработки из сырья удаляются все органические соединения, вода, а при 1100°С образуются следующие минералы, содержащиеся в портландцементном клинкере:
- трёхкальциевый силикат (либо иначе – алит: 3CaO·SiO2 (C3S)), содержится его в конечном продукте около 40-65% ;
- двукальциевый силикат (белит: 2CaO·SiO2 (C3S)), 15-40%;
- трёхкальциевый алюминат 3CaO·Al2O3 (C3A), в конечном продукте – 3 -15%;
- четырёхкальциевый алюмоферрит 4CaO·Al2O3·Fe2O3 (C4AF) – 10-20%/
Собственно, само спекание материала происходит при температуре 1300—1450 °С, и в итоге получается мелкий гранулят зелёного цвета с серым оттенком. Его остужают (сначала потоком воздуха, затем естественным путём) и отправляют на склад. Через некоторое время полученный клинкер тонко измельчают, добавляя в него гипс (для уменьшения скорости схватывания) совместно с другими требуемыми элементами, и конечный продукт, возникший после этих манипуляций, является в итоге портландцементом.
Схватываеться получившееся вещество начинает не ранее чем через 45 минут с момента добавления в него воды, конечное же время его затвердевания – 10 часов после затворения водой.
А теперь поговорим о видах цементов. Вообще данный строительный материал разделяют на три группы, которые отличаются друг от друга добавками, вводимыми в исходное сырьё при помоле, либо пропорциями различных минералов в составе портландцемента.
В первую группу входят цементы, при изготовлении которых в состав исходного сырья при помоле вводятся активные минеральные добавки (АМД) искусственного и природного происхождения. Данные вещества обладают в измельчённом виде целым рядом свойств. Так, они сами по себе не могут отвердевать, однако при попадании в смесь с воздушной известью придают последней вышеупомянутую способность. Кроме того, портландцемент при добавлении в его состав АМД становится в твёрдом состоянии более стойким к пресной и минерализованной воде.
Активные минеральные добавки, как было уже сказано выше, могут быть природные и искусственные. Натуральные АМД – это вулканические и осадочные горные породы, а искусственные – цемянки, глиниты, белитовый шлам, кремнеземистые отходы и другие вещества.
Ниже представлены виды цемента первой группы:
- портландцемент с активными минеральными добавками (широко используется для изготовления сухих строительных смесей и строительных растворов), в ПЦ Д5 АМД не более 5%, в ПЦ Д20 – не более 20%;
- пуццолановый портландцемент (ППЦ, применяется для получения бетонов, эксплуатирующихся под зёмлёй и под водой, кроме того – при изготовлении специальных растворов, которые требуются для строительства конструкций из крупных блоков и бетонных панелей), добавок здесь от 20 до 40%;
- шлакопортландцемент (ШПЦ) (нужен строителям для возведения массивных сооружений из бетона), в качестве АМД в данном случае выступают шлаки (20-80%) .
Вторая группа образована портландцементами, которые изготовлены с помощью введения при помоле сырья ПАВ (поверхностно-активных веществ). ПАВ представляют собой органические элементы, добавляются они в совсем малых количества (до 0,3%) и делятся на два типа: гидрофилизирующего и гидрофобизирующего.
Гидрофилизирующий тип ПАВ обладает следующими свойствами: зёрна цемента при помощи данной добавки лучше смачиваются водой, самой же жидкости для изготовления раствора подходящей густоты требуется меньше. Называются добавки гидрофилизирующего типа согласно своему главному свойству – пластифицирующие и бывают: ЛСТ (лигносульфонат технический), СДб(сульфитно-дрожжевая бражка), ЛСТМ (лигносульфонат технический модифицированный), ССБ (сульфитно-спиртовая барда).
После включения ПАВ данного типа в итоге получается пластифицированный портландцемент (сокращённо ПЦ ПЛ), который используют при строительстве конструкций, подвергающихся периодическому перепаду отрицательных и положительных температур либо циклически намокающие и высыхающие.
Что касается ПАВ гидрофобизирующего типа, то они, наоборот, снижают способность цемента впитывать влагу, следовательно, его гигроскопичность уменьшается (и в результате становится больше срок хранения материала). Жидкость, требуемая для создания раствора, также нужна в меньших количествах, к тому же конструкции из цемента с такими добавками получаются более морозостойкими.
Называется цемент с такими добавками (а это мылонафт, асидол, синтетические жирные кислоты и другие вещества) «гидрофобным портландцементом».
Третья группа объединяет цементы, в которых определённый минералогический состав – их свойства модифицируют, изменяя в исходном сырье пропорции клинкерных минералов.
Среди цементов третьей группы выделяют:
- быстротвердеющие портландцементы (быстротвердеющий и особо быстротвердеющий), здесь основным является содержание алита и C3A (50%, 8-10% и 55%, 10% соответственно), часто используется такой вид строительного материала в зимнее время и при аварийных ремонтных работах;
- высокопрочные портландцементы (алит – более 60%, C3A – 8-10%, АМД ≤ 5%);
- сульфатостойкие портландцементы, а также шлакопортландцемент (регулируется содержание алита и C3A).
Существуют также декоративные виды портландцементов – белый и цветной. Белый получают, используя в качестве исходного сырья мел либо каолиновые глины, добавляя белый гипс и изредка белый доломит (до 6%). Цветной портландцемент можно изготовить, введя в его состав органические или минеральные красители. Стоит сказать, что все эти дополнительные элементы снижают морозостойкость цемента и его сопротивляемость коррозии.
