Физико — химические свойства твердения вяжущих веществ

Затем происходит образование геля (тоберморитового) и свободного гидрооксида кальция. При изучении кинетики развития прочности установлено, что скорость образования геля растет с ростом РН (с увеличением щелочности). Установлено также, что для ускорения получения кристаллизационной структуры можно вводить, так называемые, затравки — например, предварительно гидратированный цемент. Интенсифицируют процесс твердения вяжущих веществ также электролиты типа хлорида или оксихлорида кальция.

В начальный период образования цементной смеси, смесь обладает пластичностью и тиксотропностью, поэтому уплотнение такой смеси наиболее совершенно. стр. 207

+ m H2 O → 3CaO Al 2 O3 6 H2 O +

+ 3 (CaSO4) 2H 2O) +19 H2O =

= 3CaO Al2O3 3 CaSO4 31H 2O

Гипсовые вяжущие вещества Гипсовые вяжущие материалы широко распространены как строительные и формовочные материалы, в том числе и медицинский гипс. Гипсовые вяжущие материалы получают на основе природного двухводного гипса CaSO4 2H2O, природного ангидрита CaSO4, а также некоторых отходов промышленных материалов, содержащих в основном CaSO4. Гипсовые вяжущие материалы подразделяют на быстро и медленнотвердеющие вяжущие материалы. Быстротвердеющие гипсовые материалы состоят в основном из полуводного гипса и на его основе изготавливают строительный и медицинский гипс. Медленнотвердеющие гипсовые материалы получают на основе полуводного гипса, к ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс (5).

Минерал гипс CaSO4 2H2O встречается в природе в больших количествах. При нагревании до 150−170°С гипс теряет ¾ воды, превращаясь в полуводный гипс 2CaSO4 H2O, который принято было называть жженый гипс или алебастр. При смешивании с водой полуводный гипс превращается в жидкое тесто и быстро затвердевает с образованием гипса CaSO4 2H2O. Именно эти превращения являются основой применения гипса в качестве медицинского и как строительного материала.

Безводный сульфат гипса CaSO4 называется ангидритом и на его основе также изготавливают вяжущие материалы. Ангидрит смешивают с водой, причем количество воды для затворения ангидрита составляет 25−35%, затем происходит гидратация сульфата кальция и твердение с образованием двухводного гипса.

Строительный гипс получают в результате термообработки гипсового камня при температуре 140−190 °С до полуводного гипса. При термообработке гипсового камня можно получить две модификации полуводного гипса — бетаи альфа-полугидраты. Бета-полугидрат гипса состоит из мелких кристаллов с нечетко выраженными гранями и плотностью 2,67−2,68 г/см3, альфа-полугидрат гипса — это крупные кристаллы в виде прозрачных игл или призм плотностью 2,73−2,72 г/см3. Альфаи бета-модификации полуводного гипса отличаются по показателю водопотребления, для более плотного альфа-полугидрата необходимо большее количество воды. энц. с. 715

Ангидритовый цемент получают из безводного сернокислого кальция, образующегося после обжига природного гипса при температуре 600−700 °С. После обжига продукт измельчают совместно с добавками-катализаторами твердения. В качестве катализаторов твердения применяют известь, сульфат или бисульфат натрия в смеси с железным или медным купоросом. Водопотребность ангидритового цемента для получения теста нормальной густоты составляет 30−40% (консистенция примерно 1:3), время твердения составляет 28 суток.

Высокообжиговый гипс получают при обжиге природного ангидрита или природного двухводного гипса при температуре 800−1000 °С. После обжига продукт также измельчают. В процессе высокотемпературного обжига происходит обезвоживание и частичное разложение сульфата кальция с образованием свободной извести СаО, которая играет роль катализатора твердения. При твердении реакция гашения извести со значительным выделением тепла и образованием гидрооксида кальция.

Магниевые вяжущие вещества Магнезиальный цемент представляет собой смесь концентрированного раствора хлорида магния с оксидом магния. При твердении происходят реакции, в результате которых образуется неорганический полимер. Форулу магнезиального цемента представляют следующим образом:

MgO (-Mg-O-)n MgCl или MgOOHCl. Магнезиальный цемент представляет собой плотную белую массу (5,6).

Твердение представляют как взаимодействие:

MgO + MgCl 2 + H2 O = MgOOHCl HCl, затем образующееся соединение полимеризуется в цепи — -Mg-O-Mg-O-Mg-, на концах которых находятся атомы хлора и гидроксильные группы.

магнезиальный цемент в силу своих свойст широко применяется в в качестве вяжущего материала при изготовлении таких деталей как жернова, алмазный и абразивный инструмент, для покрытия полов в смеси с другими материалами и для стеновых каменных блоков. Изготавливают его из магнезита — карбоната магния обжигом при 800 °C.

Фосфатные вяжущие вещества Фосфатные вяжущие материалы образуются при смешивании с ортофосфорной кислотой материалов, содержащих оксиды алюминия, титана и меди и других элементов. При твердении фосфатных цементов образуются титанофосфаты, медьфосфаты, цинкофосфаты, силикатофосфаты (зубной цемент) (7).

Технология получения фосфатных вяжущих также включает процесс обжига и дробления обожженного материала до порошкообразного состояния определенного гранулометрического состава. Следующим этапом является обработка порошка ортофосфорной кислотой, которые образуют коллоидно-дисперсные новообразования. Следующим этапом является нагрев с образованием кристаллических фосфатов, имеющих высокую прочность. Процесс твердения происходит во времени. Например, зубные цинкофосфатные цементы твердеют в течение суток.

Фосфатные цементы обладают хорошей адгезионной активностью и их используют для получения покрытий на металл, керамику и стекло. Фосфатные вяжущие цементы используют также для защиты конструкционных металлов от внешних воздействий.

Заключение

Твердение минеральных вяжущих веществ является сложным физико-химическим процессом. Твердение заключается в том, что при взаимодействии порошков вяжущих веществ с водой или другими растворами (магнезиальная соль и ортофосфорная кислота) из исходных веществ образуются новые вещества, обладающие повышенной прочностью.

Полученные в результате твердения новообразования являются не только прочными, и долговечными, что позволяет их широко применять в строительстве, медицине, приборостроении. Механизм твердения различных вяжущих материалов сеейчас изучен достаточно детально, что позволяет не только производить известные марки строительных цементов, бетонов, но также модернизировать составы и разрабатывать эффективные технологические процессы их производства.

1. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы. М.: Строиздат, 1986 г.

2. Рыбьев И. А. Строительное материаловедение. М.: Высшая школа 2002 г.

3. Бутт Ю. М. Технология цемента и других вяжущих материалов. М.: Химия, 1985 г.

4. Глинка Н. Л. Общая химия. М.: Металлургия, 1985 г.

5. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1992 г

6. Куколев Г. В. Химия кремния и физическая химия силикатов.М.: Высшая школа, 1966 г.

7. Химическая энциклопедия. т. 1 и т. 5. М.: Советская Энциклопедия.