Вяжущие вещества: свойства, классификация, описание, применение
Вяжущие вещества известны своим широким использованием в сфере строительства для приготовления бетонов и растворов, применяемых при возведении зданий, сооружений и прочих конструкций. Имеется множество их разновидностей, и сегодня мы вкратце коснемся основных существующих подгрупп.
Классификация вяжущих веществ
По своему происхождению они могут относиться к органической или неорганической группе. К первой принадлежат всевозможные битумы, смолы, дегти и пеки. Основная сфера их применения - изготовление кровельных покрытий, которые могут быть рулонного либо штучного типа, асфальтобетона и множества разнообразных гидроизоляционных материалов. Главное отличительное качество их - гидрофобность, то есть способность размягчаться и принимать рабочее состояние в процессе нагрева или при взаимодействии с какой-либо органической жидкостью.
Вторая группа - неорганические вяжущие вещества - состоит из извести, гипса и цемента. Все они востребованы в процессе приготовления бетонов и самых разных строительных растворов. Внешний вид неорганических вяжущих веществ представлен тонкомолотым материалом, имеющим свойство в процессе затворения водой превращаться в жидко-пластичную тестообразную массу, твердеющую до состояния прочного камня.
Что для них характерно
Главные свойства вяжущих веществ неорганического происхождения - гидрофильность, пластичность при взаимодействии с водой и способность переходить к твердому состоянию из полужидкого тестообразного. Именно этим они отличаются от представителей первой группы.
По способу твердения неорганические вяжущие вещества считают воздушными, гидравлическими, кислотными и автоклавного твердения. Зависит это разделение от способности к длительному противодействию природным климатическим факторам.
Воздушные вяжущие вещества твердеют, взаимодействуя с водой и, образовав прочный камень, могут оставаться в таком состоянии в воздушной среде на протяжении долгого промежутка времени. Но если изделия и строительные конструкции, выполненные с их применением, подвергать регулярному увлажнению, то прочность эта достаточно быстро будет утеряна. Здания и сооружения такого типа легко подвержены разрушению.
Что входит в эту группу? Сюда традиционно относят гипсовые магнезиальные вяжущие вещества - глину, воздушную известь. Если рассмотреть их химический состав, то всю данную группу, в свою очередь, можно подразделить ещё на четыре. Это значит, что все воздушные вяжущие вещества относятся либо к известковым (на основе окиси кальция), либо к магнезиальным (в составе которых каустический магнезит), либо гипсовым вяжущим, созданным на основе сернокислого кальция, либо являются жидким стеклом - силикатом калия или натрия, существующим в форме водного раствора.
Переходим к "водным" материалам
Теперь давайте рассмотрим другую группу - гидравлические вяжущие вещества. Им свойственно твердеть, а также надолго сохранять прочностные характеристики в среде не только воздушной, но и водной. Химический состав их достаточно сложен и представляет собой соединение различных окислов.
Всю эту большую группу, в свою очередь, можно разделить на цементы силикатного происхождения, в составе которых около 75% силикатов кальция (главным образом речь идет о портландцементе с его разновидностями, данная группа составляет основу ассортимента современных строительных материалов) и другую подгруппу - алюминатных цементов на основе алюмината кальция (самые известные представители - все разновидности глиноземистого цемента). К третьей группе причисляют романцемент и гидравлическую известь.
Какие вяжущие вещества относят к кислотостойким? Это - кислотоупорный кварцевый цемент, существующий в виде тонкомолотой смеси кварцевого песка с кремнием. Затворяется такая смесь водным раствором силиката натрия либо калия.
Характерной особенностью группы кислотостойких вяжущих является их способность, пройдя начальный этап твердения на воздухе, достаточно долго противодействовать агрессивному влиянию различных кислот.
Органика в строительстве
Другая большая подгруппа - органические вяжущие вещества (состоящая, как уже было упомянуто, в основном из разновидностей асфальта и битумных материалов) имеет совершенно иную природу. Тот же самый асфальт может быть искусственным либо природного происхождения. В составе его смешивается битум с представителями минералов в виде известняка или песчаника.
В строительной отрасли асфальт широко используют при прокладке дорог и возведении аэродромов как смесь песка, гравия или щебня с битумом. Такой же состав имеет асфальт, применяемый в виде гидроизоляции.
Что такое битум? Это - органическое вещество (либо природное, либо искусственное), в составе которого - высокомолекулярные углеводороды или их производные, содержащие азот, кислород и серу. Сфера применения битумов весьма широка и варьируется от дорожного и жилищного строительства до предприятий химической отрасли и лакокрасочной промышленности.
Под дегтями понимают вяжущие вещества органического происхождения, в составе которых - ароматические высокомолекулярные углеводы и их производные - серные, кислотные и азотистые.
Их полезные качества
Основные требования, существующие для органической группы вяжущих, заключаются в обладании достаточной степенью вязкости в момент взаимодействия с твердой поверхностью, что позволяло бы проявиться высоким смачивающим и обволакивающим свойствам с образованием водостойкой пленки. Другое требование - способность сохранять данные качества на протяжении большого промежутка времени.
Эти вяжущие вещества применение свое нашли при прокладке дорог и городских улиц, ими покрывают аэродромы и автомобильные трассы, устраивают тротуары и полы в подвалах и зданиях промышленного назначения.
Рассмотрим теперь основные виды строительных материалов, принадлежащие к двум перечисленным группам. Напомним еще раз - неорганическая группа в основном подразделяется на те, что отвердевают на воздухе и те, что способны делать это в водной среде.
Вяжущие вещества - материалы для строительства
Всем хорошо известная глина относится к наиболее распространенным из вяжущих материалов, твердеющих в воздушной среде. Она нашла свое применение при возведении самых разных зданий. Представляет собой глина осадочную породу, существующую как смесь пылевидных частиц микроскопического размера с песком и мелкими глинистыми вкраплениями. Мельчайшие из них получили название тонкодисперсных. Именно их наличие позволяет при попадании во влажную среду превращаться в тестообразную субстанцию. Высохнув, данная пластичная масса легко застывает в заданной ей форме.
Если такую форму обжечь, то полученный камень искусственного происхождения обладает достаточно высокой прочностью. Как и другие минеральные вяжущие вещества, из-за различного состава глины могут быть разнообразных оттенков. Из растворов на их основе кладут камины, печи, а также формуют кирпичи. Они же могут быть тощими, жирными и средними. Глина-шамот обладает огнеупорными качествами, поэтому незаменима при устройстве каминов и печей.
Какой бывает известь
Другой очень известный и имеющий обширную сферу применения вяжущий материал называется воздушной строительной известью и бывают получен из горных пород а именно мела, доломитов, известняков, ракушечника. Основной окисел в ней может быть разным, в зависимости от этого воздушную известь принято делить на доломитовую, магнезиальную, кальциевую. Все три разновидности получают, обжигая в печи известняки соответствующего происхождения.
Может быть воздушная известь либо негашеной, либо гашеной (или гидратной). Последняя образуется в процессе гашения одной из трёх вышеперечисленных.
Если взглянуть на существующие известковые фракции, то можно отнести ее к комковой либо порошкообразной. Негашеная известь представляет собой достаточно крупные пористые комки. В процессе гашения водой из неё образуется известковое тесто. Чтобы "добыть" из комковой извести порошкообразную, следует произвести процесс гидратации (гашения), либо смолоть комки. Применяться она может как с добавками, так и без таковых. Добавками же служат шлаки, активные минералы и песок кварцевого происхождения.
Все о гипсе
Следующий материал - алебастр, он же гипс. Его получают, обрабатывая термическим путем измельченный гипсовый камень. Гипс твердеет, проходя три промежуточных этапа, состоящих из его растворения с последующей коллоидацией и затем кристаллизацией. При прохождении первой стадии образуется насыщенный раствор двуводного гипса. Твердея, он увеличивается в объеме и приобретает ровную белую поверхность.
Применяя красящие пигменты, возможно придать изделиям из гипса любые цветовые оттенки. Процесс схватывания данного вяжущего вещества в норме начинается по прошествии 4 минут от момента начала затворения. Конец застывания происходит в промежутке от 6 до 30 минут спустя.
В процессе схватывания смесь гипса и воды перемешивать и утрамбовывать запрещается во избежание риска потери вяжущих качеств. Марок гипса существует достаточно много, обозначаются они различными цифрами, характеризующими степень прочности при сжатии.
Продается он расфасованным в мешки разного объема. Гипс нашел самое широкое применение в оформлении интерьеров жилых домов и общественных зданий. Из него с давних пор принято отливать самые разнообразные фигурные формы. Хранить его следует исключительно в сухом помещении, причём срок хранения ограничен в связи с возможной потерей прочности как основного полезного качества.
И еще о гипсе
Строительный гипс выглядит как порошок цветом от сероватого до ярко-белого. Если смешать его с водой, начинается характерная реакция, при этом происходит нагревание смеси. В гипс принято добавлять специальные материалы, именуемые удерживающими добавками, назначение которых - улучшать консистенцию и сцепление с поверхностью во время оштукатуривания, а также слегка продлевать срок твердения.
Чтобы повысить объем материала без потери рабочих свойств, вводят наполнители (например, из вспученного перлита или слюды). Специальный высокопрочный гипс обжигают при высоких температурах, в процессе кристаллическая вода из него удаляется. Срок его твердения увеличен до 20 часов, а твердость гораздо больше, чем у прочих разновидностей.
Штукатурный гипс пропитывают и получают мраморный (ярко-белый, медленно твердеющий и применяемый для оштукатуривания внутренних поверхностей), причём при изготовлении в него вводятся различные наполнители и удерживающие добавки. Основной смысл большинства таких добавок - служить замедлителем схватывания. С целью производства внутренней штукатурки его готовят в штукатурных машинах с возможным добавлением определенных наполнителей, например, песка.
Из него же получают сухую штукатурку или гипсокартонные строительные плиты, также гипс применяют при заполнении швов между ними. Бывает гипс шпатлевочный, обладающий аналогичными свойствами.
Поговорим о цементах
Какими еще свойствами обладают гидравлические вяжущие вещества? Процесс их твердения, начавшийся в воздушной среде, продолжается в воде, причем прочность их сохраняется и даже растет. Характерными и наиболее известными представителями семейства гидравлических вяжущих являются, конечно же, цементы. Они маркируются в зависимости от прочности, а марка конкретного образца определяется установлением предельной нагрузки на изгиб и сжатие. Причём каждый из образцов должен быть изготовлен в принятой пропорции цемента и песка и пройти испытание на определённом сроке, составляющем 28 суток.
Скорость схватывания цемента тоже может быть разной - медленной, нормальной либо быстрой. Точно так же в зависимости от скорости твердения любой цемент может быть обычным, быстротвердеющим или особо быстротвердеющим.
В качестве примера в данной группе можно назвать портландцемент, существующий в виде мелкого порошка серого цвета с лёгким зеленоватым оттенком с возможным введением добавок, которые могут быть из гранулированного шлака (шлакопортландцемент).
О скорости твердения
Испытание качества (как и производство) вяжущих веществ ведется с соблюдением многочисленных стандартов. Для каждой из существующих групп разработаны ограничения, определяющие нормативное время начала и окончания схватывания, считая от момента водного затворения.
Другой цемент - глиноземистый - относится к быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. На вид это мелкий порошок коричневого, серого, зеленоватого либо черного цвета (в зависимости от метода обработки и исходных составляющих). По тонкости помола он слегка превышает портландцемент и требует несколько большего объёма воды.
Смешанные виды вяжущих веществ - те, что могут твердеть и в воздушной, и водной среде и применяются при производстве лишь неармированных бетонов или строительных растворов.
Битумы и сфера их применения
Что же касается самых популярных органических вяжущих, то семейство их включает в себя множество битумов и дегтей, имеющих цвета от черного до тёмно-коричневого. Традиционная сфера, в которой используются такие вяжущие вещества, - работы по гидроизоляции. Этот строительный материал водостоек, водонепроницаем, устойчив к атмосферным влияниям и весьма эластичен. Размягчить и перевести в жидкое состояние данную группу вяжущих можно нагреванием. При понижении температуры вязкость их возрастает и может быть полностью утрачена.
Данная группа, прежде всего, состоит из битумов природного происхождения, а также полученных при нефтяной переработке. Химический состав их - соединения молекул кислорода, водорода, серы и азота. В строительстве востребованы нефтяные битумы (жидкие, твердые и полутвердые).
По своему назначению их также можно причислить к одной из трех групп - кровельным, строительным либо дорожным. Из кровельных готовят пропиточный состав, производят рубероид и множество самых разных мастик.
Промышленные битумы твёрдых и упруго-твердых сортов производят высоковакуумным методом с дополнительными ступенями переработки, на которых масло кипит при высоких температурах. Особенно устойчивыми к перепаду тепла и холода считаются оксидированные. Существуют также смеси битумов полимерами, влияющими на степень их вязкости. Характерной особенностью всех видов служит способность к изменению консистенции в зависимости от температуры, причём разные фазы могут чередоваться неоднократно. На ней же основаны клеящие свойства семейства битумных вяжущих.
Чем они ценны
Степень расширения битумов под воздействием высоких температур по сравнению с минеральными материалами больше в 20-30 раз. Ценные качества их - водостойкость, устойчивость к солям, щелочам, агрессивным кислотам и стокам. В качестве примера может служить соль, которой посыпают снег зимой на улицах для таяния.
Понижается стойкость битумов органическими растворителями, маслами и жирами, от света, тепла и воздушного кислорода, которые окисляют их составляющие части. При нагревании мягкие частицы испаряются, и поверхность битумов твердеет.
Достоинствами их является низкая воспламеняемость, то есть данный материал не относится к огнеопасным. Нефтяные битумы не являются вредными для здоровья веществами и не классифицированы как таковые. В качестве других их свойств можно говорить о термовязкости, высокой теплоизоляции, хорошем смачивании.
Твердость битумов устанавливают глубиной проникновения погружаемой в них иглы (измеряется она в сотых миллиметра) при нормированной нагрузке за определённое время в условиях конкретной температуры. Переход между твердым и жидким состоянием у них носит скользящий характер и определяется точкой размягчения при низких температурах. Помимо того, они характеризуются, так называемой точкой разрушения - это термин, обозначающий температуру, при которой изгибаемый слой битума трескается либо разрушается.
Другие материалы
Какие еще вяжущие вещества органического происхождения можно назвать? Каменноугольными пеками, представляющими собой вязкую либо твердую черную субстанцию и служащими продуктом перегонки дегтя, пропитывают толь. Этот материал довольно опасен и при попадании на кожу может вызвать ожог. Работать лучше всего с ним пасмурную погоду или при низком освещении.
Каменноугольным дегтем называют вещество, выделяющееся в качестве побочного продукта при коксохимическом производстве. Он нашел свое применение в изготовлении мастики для кровли и дорожном строительстве.