Seo-friends.ru

Большая стройка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Цемент с добавлением известняка

Строительный цемент: свойства и применение

Цемент является одним из основных связующих материалов, которые используются в строительстве. Качество цемента, решающим образом определяющее долговечность возводимого объекта, а также уровень расходов на его эксплуатацию, всегда может быть эффективно подтверждено современными методиками испытаний. Такими методиками и соответствующим лабораторным оборудованием располагает лаборатория «СтройЭкспертЭкология».

В России для производства строительного раствора должен использоваться цемент, характеристики которого регламентируются ГОСТ 25328-82. В частности, его основой является клинкер на основе портландцемента, куда вводятся корректирующие добавки – гипс, активные минеральные вещества и компоненты, играющие роль наполнителей. После тщательного измельчения и перемешивания, составляющие цемента могут применяться для кладки стен зданий и сооружений, а также для приготовления штукатурных или облицовочных растворов.

Разновидности строительного цемента определяются составом добавок, среди которых:

  • Гранулированные шлаки, являющиеся отходами или побочными продуктами металлургического производства;
  • Различные виды каменного гипса, предусматриваемые ГОСТ 4013-82;
  • Кристаллическая мраморно-известняковая пыль, которую извлекают из электрофильтровых установок;
  • Пластификаторы и гидрофобизаторы (их количество ограничено, и не должно превышать 0,3…0,5 % по массе).

Стандартом допускаются и другие добавки, свойства которых не ухудшают конечное качество продукта. Сюда включаются борогипс, некоторые разновидности фосфоритов и прочие добавки, способствующие улучшению процесса приготовления цемента.

Основа любого вида цемента – кварцевый песок по ГОСТ 8736-93, который предназначен для строительных работ. Содержание в нём кварцита не может быть меньше 90%, а посторонних веществ – глины или ила (даже особо мелких фракций) не должно превышать 3 %.

Производителям строительного цемента разрешается вводить в его состав технологические добавки на основе активных минеральных веществ, при условии, что они не ухудшают свойств продукта.

Физические свойства строительного цемента

  1. Размеры частиц. Они обеспечиваются размолом клинкера на последнем этапе процесса производства цемента. Степень дисперсности частиц определяет скорость гидратации цемента в процессе приготовления растворов.
  2. Объёмная прочность. Характеризует способность цемента не давать усадки при затвердевании. Цемент хорошего качества сохраняет свой объем после схватывания без замедленного расширения, что обусловлено содержанием свободной извести и оксида магния.
  3. Консистенция – способность свежеприготовленной цементной пасты к текучести.
  4. Прочность. Во внимание принимаются три типа прочности цемента – на сжатие, на растяжение и на изгиб. ГОСТ 25328-82 оговаривает прочность строительного цемента не ниже 19,6 МПа. На прочность влияют различные факторы: соотношение воды и цемента, соотношение цемента и мелкого заполнителя, условия отверждения, размер и форма образцов, способ формования и смешивания, условия загрузки и время приготовления цементной смеси.
  5. Продолжительность схватывания. Цемент застывает и затвердевает при добавлении воды. Время схватывания может варьироваться в зависимости от множества факторов, таких как размер фракций, соотношение цемент-вода, химический состав добавок. Цемент, используемый в строительстве, должен иметь начальное время схватывания не слишком низкое, и конечное время схватывания не слишком высокое.
  6. Тепло гидратации – реакции, которая происходит при добавлении к цементу воды. Гидратация генерирует тепло (которое может влиять на качество продукта), а также способствует поддержанию температуры отверждения в холодную погоду. Однако избыточное тепло, особенно при строительстве высотных зданий и сооружений, может вызвать нежелательные напряжения. На тепло гидратации больше всего влияют активные добавки, присутствующие в цементе, а также водоцементное соотношение, размеры частиц и температура отверждения..
  7. Потеря веса. Нагревание образца цемента при 900…1000 ° C вызывает потерю веса вещества. Неправильное (или длительное) хранение или транспортировка продукта или транспортировке могут привести к предварительной гидратации и карбонизации цемента.
  8. Объёмная плотность. Когда цемент смешивается с водой, она заменяет участки, где обычно находится воздух. Из-за этого насыпная плотность цемента обычно не оценивается, а конечный продукт имеет различный диапазон плотности (1100…1300 кг/м 3 ) в зависимости от процентного содержания компонентов.
  9. Удельный вес. Этот параметр обычно используется в расчетах дозирования смеси. Стандартный портландцемент имеет удельный вес 3100…3200 кг/м 3 , но другие виды цемента (например, портланд-доменный шлак или портланд-пуццолановый цемент) могут иметь удельный вес около 2900 кг/м 3 .

Лаборатория «СтройЭкспертЭкология» располагает всеми необходимыми методиками, оборудованием и специалистами, для того, чтобы качественно и оперативно проверить качество и соответствие техническим требованиям всех марок цемента и цементных растворов. Это гарантирует безопасную эксплуатацию возведённых зданий и сооружений.

Химические составляющие цемента

Сырьем для производства цемента являются известняк (кальций), песок или глина (кремний), боксит (алюминий) и железная руда. В ограниченных количествах огут включаться также ракушечник, мел, мергель, сланец, глина, доменный шлак, сланец. Химический анализ цементного сырья даёт представление об эксплуатационных свойствах цемента. Вещества, которые входят в состав цементного сырья:

  1. Трикальций алюминат. Его пониженное содержание делает цемент устойчивым к сульфатам. Гидратация вещества снижается при увеличенном содержании гипса, при этом одновременно снижается и тепловыделение, особенно на ранних стадиях.
  2. Силикаты кальция. Трикальций силикат вызывает быструю гидратацию и затвердевание. Он также отвечает за раннее повышение прочности цемента при укладке строительного раствора. Двухкальциевый силикат в цементе способствует повышению его прочности при отверждении (примерно через неделю).
  3. Феррит. Является флюсующим агентом, обеспечивающим снижение температуры плавления сырья в обжиговой печи ( примерно с 1650°С до 1430°С). Феррит быстро гидратируется, поэтому не вносит большой вклад в прочность.
  4. Окись магния/магнезит. Процесс производства портландцемента использует данное вещество в качестве сырья для сухих технологических установок. Небольшое количество магнезита (до 6 % по массе) способствует повышению прочности цемента, и обеспечивает снижение выбросов двуокиси углерода в атмосферу.
  5. Оксиды железа. Повышают прочность и твёрдость цемента, в больших количествах могут изменять цвет конечного продукта на слабо-розовый.
  6. Щёлочи. Содержание щёлочи в цементе определяет количество оксида калия (K2O) и оксида натрия (Na2O). Цемент, содержащий большое количество щёлочи, может вызвать определенные трудности в регулировании времени схватывания. Низкощёлочной цемент, при совместном применении (в бетоне) с хлоридом кальция, может вызвать изменение цвета. В шлаково-известковом цементе измельченный гранулированный доменный шлак сам по себе не является действующим веществом, поскольку активируется лишь с добавлением щелочей. Обычно считается, что предел общего содержания щелочи в конечном продукте не должен превышать 0,60%.
  7. Кремнезёмная пыль. Она добавляется в цемент с целью улучшения таких эксплуатационных показателей, как прочность на сжатие, сопротивление истиранию и прочность сцепления. Одновременно увеличивается продолжительность схватывания, поэтому применение кремнезёма (в количестве 5…20%) оправдано лишь для реализации строительных проектов, где важна именно повышенная прочность цемента.
  8. Глинозём. Обязательно присутствует в цементе, который используется при возведении зданий и сооружений в холодную пору года.

Из нежелательных добавок к строительному цементу, количество которых технологически ограничивается, стоит выделить триоксид серы и неконтролируемое наличие извести.

Строительная лаборатория «СтройЭкспертЭкология» (г. Краснодар) выполняет самые сложные исследования химического состава строительных цементов, а также обеспечит проверку правильного подбора бетонной смеси для разных типов ее применения, что гарантирует последующее качество возведения объектов любой степени сложности.

Также проводим независимую судебную и досудебную строительно-техническую экспертизу объектов и строительных материалов с заключением сертифицированного эксперта.

Применение известняка и доломита

Известняки и доломиты имеют следующие наиболее распространенные виды использования:

1. В виде щебня или дробленого камня для использования в качестве заполнителя бетона, дорожной щебенки, железнодорожного балласта и грубого фильтра сточных вод; в более тонкомолотой форме— в качестве известковой подкормки для птиц, для шту- катурок, искусственного декоративного песка, наполнителя и побелочного материала. На эту группу видов потребления уходит около половины общей добычи карбонатных пород. 2. В качестве флюсов при выплавке и первичной переработке железа и других металлов. 3. Для известкования почв с целью корректировки их кислотности и обеспечения лучших условий роста растений. Хотя используемый для последней цели материал называется «сельскохозяйственной известью», в действительности он представляет собой просто тонкоизмельчен- ную карбонатную породу. 4. Для производства извести, основного химического продукта, имеющего важное значение в весьма многочисленных отраслях производства. 5. В качестве химического сырья в стекловарении, для нейтрализации кислот и во многих других процессах. 6. Для получения естественного штучного камня.

Читать еще:  Жидкость для удаления цементного раствора

Известняки (но не доломиты) представляют собой основное сырье для производства портландцемента. Доломиты служат сырьем для получения высококачественных огнеупоров и в сочетании с асбестом используются для производства теплоизоляционных материалов. Особенности использования доломитов кратко характеризуются на стр. 241. Исчерпывающие описания использования известняков и доломитов приведены в работах Баулса и Дженсена (Bowles, Jensen, 1947), а также Ламара и Уиллмэна (Lamar, Willman, 1938).

Применения, основанные на использовании физических свойств

При использовании в качестве заполнителя в бетоне и других применениях, опирающихся на физические свойства сырья, известняки (или доломиты) должны быть однородными, лишенными пористости, бескремнистыми, не содержать примеси органического вещества и пирита. Свежие известняки не только дают вязкий и прочный заполнитель бетона, а также весьма устойчивы в других службах, но обладают, кроме того, меньшим абразивным воздействием на дробильное оборудование по сравнению с другими , типами естественного камня. Эти факторы, а также широкая распространенность известняков объясняют, почему они используются в 2,3 раза больше по сравнению с базальтами, гранитами и песчаниками, вместе взятыми, Применение и свойства дробленого и тонкомолотого известняка рассмотрены в работах Баулса (Bowles, 1939, стр. 378—385) и Мазера (Mather, 1953).

К штучному известняковому камню предъявляются те же требования, как и к другим типам естественных каменных строительных материалов (гранит, стр. 50; мрамор, стр. 116; песчаник, стр. 156). Помимо требования однородности окраски и строения, желательно также отсутствие окислов железа, за счет изменения которых могут возникнуть ржавые потеки, а также отсутствие кварца и кремня, затрудняющих обработку камня. Пористость в кондиционном камне обычно составляет не более 10%; при этом сохраняется вполне достаточная прочность для использования известняков во всех обычных строительных целях. Некоторые известняки, хорошо воспринимающие полировку, используются в качестве орто- мрамора. Физические свойства разновидностей известняков, наиболее широко используемых в США в качестве штучного камня, охарактеризованы Кесслером и Слайгом (Kessler, Sligh, 1927).

Применения, основанные на использовании химических свойств

Свойства известняков как цементного сырья

Приблизительно 240 лет назад в Англии установили, что некоторые известняки, содержащие примесь глинистого материала и кремнезема, после отжига и помола образуют в смеси с водой твердый цемент. Этот натуральный цемент оказался не только прочнее ранее использовавшихся цементов, например пуццоланового типа (стр. 75), но и был устойчив под водой, в связи с чем его можно было применять при сооружении устоев мостов, фундаментов маяков, шлюзов и в других подобных целях. В связи со своими свойствами известняки, пригодные для производства натурального цемента, получили название гидравлической извести (hydraulic lime, waterlime). При дальнейших исследованиях было установлено, что смеси известняков различных типов с глиной и песком также могут давать хороший натуральный цемент. В 1818 г. производство натурального цемента было начато и в США, в восточной части штата Нью-Йорк, где для этих целей оказались весьма пригодными известняки типа гидравлической извести горизонта Розендейл (верхний силур). В конце XIX в. годовое производство натурального цемента в Нью-Йорке достигло почти 10 млн. баррелей, однако появление портландцемента вызвало уменьшение выпуска натурального цемента, который в настоящее время составляет примерно лишь 1 % в общей цементной продукции США.

Портландцемент был получен в 1824 г. англичанином Эспдином, который назвал свое детище, таким образом, в честь портландского камня, широко используемого в Англии каменного естественного строительного материала. Эспдин использовал для получения нового типа цемента то же сырье, которое применялось для производства натурального цемента, нр подверг его обжигу при значительно более высокой температуре. Полученный при таком режиме цемент обладал более высокими показателями, чем натуральный, в особенности по прочности и быстроте схватывания. В США производство портланд-цемента было начато в 1875 г. в Лихай-Валли, Пенсильвания.

В качестве сырья для производства цемента необходимы известь, кремнезем, глинозем и окислы железаИдеальное цементное сырье—загрязненный примесями известняк, в котором необходимые окислы содержатся в требуемых количествах. Подобный состав встречается лишь у немногих известняков, например у присутствующих в формации Джэксонберг в восточной Пенсильвании, которые рассматриваются на стр. 242. О сравнительной редкости сырья, содержащего все необходимые для цемента компоненты, может свидетельствовать тот факт, что из него получают лишь 16% продукции цемента в США. Около 80% цемента изготовляется из относительно чистых известняков с добавлением глины или глинистых сланцев. Остальные 4% цемента получают из сочетания различных типов сырья, например известняков и металлургических шлаков, мергелей и глин или устричных раковин и глин.

Наиболее строгое требование к известняку для производства портландцемента: он не должен содержать более 3% MgO (около 5% MgCOs). Это жесткое требование не дает использовать в цементном производстве доломиты и доломи- тизированные известняки. При выборе места для разработки известняков в качестве цементного сырья необходимо убедиться, что в пределах эксплуатируемого участка они не переходят в доломитовые фации ни по простиранию, ни в вертикальном направлении. Максимальное допустимое содержание магнезии в конечном продукте — 5%. Щелочи (сода и поташ) обычно вводятся в количестве до 1,5%, но в тех случаях, когда в бетонах используются заполнители, способные к химической реакции с цементом (стр. 140), их содержание должно быть уменьшено до 0,6%.

Размеры и качество месторождений известняка и другого цементного сырья представляют лишь один из факторов, определяющих место сооружения цементного завода. Приходится также учитывать наличие топлива, но самое важное значение при этом имеет близость населенных пунктов и промышленного рынка. Влияние последнего фактора можно видеть в концентрации цементных заводов вблизи крупных городов в США: 13 заводов в восточной Пенсильвании, пять в долине Гудзона (Нью-Йорк), четыре близ Далласа, семь в районе Лос-Анжелеса и т. д.

Существуют подробные печатные работы, знакомящие с технологией и экономикой цемента (Bowen, 1957; Williamson, 1958; Anonymous, 1955).

Смотрите также:

Применяют доломит для производства щебня, изготовления облицовочных плит, огнеупоров и вяжущих материалов.
Известняк состоит в основном из минерала кальцита СаСОз и примесей глины, доломита, кварца и др.
Применение портландцемента.

Исходными материалами для производства воздушной извести являются многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.).

Каустический доломит.
Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Портландцементы для строительных растворов и бетонов автоклавного твердения.

Цемент с добавлением известняка

Попробуем проследить основной путь превращения белого чистого известняка в прочный и плотный камень с современных научных позиций.
Если обжигать куски добытого в карьере известняка на сильном огне, то из камня по мере подъема температуры будут последовательно выделяться вода и углекислый газ с образованием Углекислоты. При температуре порядка 900° С из известняка выделяется безводный продукт оксида кальция, т. е. белые куски негашеной извести. Это первое превращение известняка.
Следует очень осторожно обращаться с этими белыми камнями, так как негашеная известь способна разъедать руки, одежду, обувь. Она «съедает» все, как серная кислота. Если, же на груду камней извести вылить ведро воды, известь зашипит, закипит, вздуется и над ней поднимется густой белый пар. Белые куски извести быстро превращаются в мелкий порошок. Через минуту кипение прекратится. Известь нз негашеной превратилась в гашеную, а полученный порошок — в так называемую «пушонку».
Пушонка — сухой на ощупь порошок. Вылитая на негашеную известь вода химически соединилась с ней. Произошло второе превращение известняка.
Смешаем еще раз пушонку с водой. Кипеть, т. е. гаситься, она уже не будет, а просто превратится в тесто с техническим названием гидроксида кальция. Чем больше добавлять в него воды, тем более жидким становиться известковое тесто. Если это тесто плотно закрыть сверху грунтом, то оно не затвердеет десятки лет и при этом еще станет очень пластичным, наподобие сливочного масла. Если же тесто оставить на воздухе, то оно скоро покроется твердой корочкой и постепенно окаменеет. Жидкое тесто — третье превращение известняка. Это почти готовый клей. Слово «почти» означает, что таким тестом нельзя хорошо склеить кирпичи или камни, так как чистое известковое тесто быстро рассохнется и растрескается. Чтобы этого не произошло, необходимо тесто смешать с песком. Такая смесь будет называться известковым раствором, а процесс перехода растворной смеси в твердый камень — четвертое и одновременно пятое превращение известняка. Это наиболее важный и сложный этап при твердении гашеной извести.
Переход известкового раствора или бетона в камень-известняк нли карбонат кальция известен как карбонатное твердение известковых вяжущих веществ. При обычной температуре он складывается из двух одновременно протекающих процессов: испарения свободной воды из известкового теста (четвертое превращение), с постепенным образованием кристаллического каркаса из гидроксида кальция (пятое превращение).
Процесс кристаллизации гидроксида кальция протекает весьма медленно. Испарение воды вызывает постепенное слипание его мельчайших частиц в более крупные и их кристаллизацию. Растущие кристаллы срастаются между собой, образуя известковый каркас, который окружает частицы песка.
Эти два процесса протекают почти одновременно и проходят достаточно интенсивно только в присутствии влаги и углекислого газа.
Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период твердения раствора на его поверхности, затрудняет попадание углекислоты во внутренние слои гидроксида кальция. В результате процесс карбонизации почти приостанавливается, и твердение камня идет, главным образом за счет кристаллизации, при которой необходима пониженная влажность и положительная температура.
В результате образования слабых кристаллических сростков прочность раствора на воздушной извести получается очень незначительной и к 28 сут твердения составляет в среднем 0,5 МПа. Помимо этого полученное соединение не стойко к воде и морозу. Правда, впоследствии в результате протекающего процесса карбонизации, прочность такого раствора и бетона увеличивается в 5—7 раз и более, но сам процесс протекает очень медленно — на протяжении десятков и сотен лет. Очевидно, что римлян с их интенсивным строительством не устраивала не только низкая прочность бетонов и растворов на воздушной извести, но и то, что они твердели только на воздухе и не могли твердеть в условиях влажной среды. Потребности в гидравлических вяжущих веществах подтолкнули античных строителей к выявлению принципиально новых добавок для бетонов и растворов, с помощью которых можно было избавиться от перечисленных недостатков.
Сегодня мы хорошо знаем, что для того чтобы улучшить качество бетонов и растворов на воздушной извести, надо слабый и растворимый в воде гидроксид кальция (известковое тесто) перевести в более стойкое и нерастроримое соединение, например, в гидросиликат кальция. Для этого необходимо добавить в него активный кремнезем. Реакция в этом случае идет только в присутствии воды, хотя полученное новое соединение — гидросиликат кальция — почти не растворяется в воде. Активный кремнезем в отличие от пассивного — обыкновенного кварцевого песка, получил название гидравлической добавки за свою способность твердеть и набирать прочность не только на воздухе, но и в воде.
Римляне, конечно, не подозревали о сложных процессах, происходящих при смешивании воздушной извести с гидравлической добавкой, но, используя опыт этрусков и греков, они хорошо знали, что если к известковому тесту добавить не просто обыкноьенный песок и камни, а кирпичный песок и кирпичные камни, то такое соединение будет способно твердеть в воде, а полученный при этом искусственный камень окажется гораздо прочнее, чем бетон или раствор на одной воздушной извести с обыкновенным песком и галькой. Впоследствии кирпичную или черепичную добавку стали называть цемянкой.
Обычно цемянку применяли в виде тонкомолотого порошка или пыли для водонепроницаемых штукатурок, бетонных полов и подобных покрытий, главным образом в сырых местах. Кроме этого, ее использовали в виде муки в штукатурках водопроводных каналов, давильных площадок для вина и резервуаров виноделен, рыбозасолочных ванн, а также для защиты бетонных сооружений от износа и разрушения.
Помимо цемянок, т. е. искусственных гидравлических добавок, Римляне широко применяли естественные добавки вулканического происхождения. Им даже приписывали честь открытия этих добавок, точнее, их действия на воздушную известь, так как вулканические камни использовались в строительной практике очень давно.
Витрувий в кн. II, гл. 6 описывает эти добавки следующим образом: «. существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях, вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».
К таким добавкам относились: санторинская земля, добываемая на греческом острове Тире, рейнский трасс, расположенный на территории Германии, и туфф, залегающий мощными пластами почти по всей Италии. К ним также относились многие другие горные породы вулканического происхождения, получившие общее название пуццоланы.
Особенно широкое применение получили такие добавки, залегавшие в районе древних Путеол (совр. Поццуоли). Однако название свое — пуццолана, ставшее родовым для всех гидравлических добавок вулканического происхождения, они получили не поэтому, а потому что широко использовались в строительстве очень важного для древней Италии порта в Путеолах, бывшего к тому же долго центром торговли пуццоланой. Впервые термин «pulvis puteolanus» встречается у философа Сенеки (4 г. до н. э.— 65 г. н. э.) в его труде «Естественно-научные вопросы», и упоминается Плинием Старшим.
Одним из первых сооружений, при строительстве которого была использована пуццолана в качестве гидравлической добавки в бетон, был волнолом в окрестностях Неаполя близ Путеол, сохранившийся до наших дней. Несмотря на то, что туфовые блоки из этого волнолома подверглись эрозии, сам пуццолановый раствор между ними хорошо сохранился.
В зависимости от назначения раствора или бетона римляне применяли различные соотношения между известью и пуццоланой. Однако наиболее распространенным был состав 1:2 — на 1 часть извести, 2 части пуццоланы. Прочность такого бетона, вероятно, составляла 5—10 и более МПа.
Итальянскую пуццолану, как и греческую санторинскую землю, в большом количестве применяют и теперь в гидротехническом строительстве в разных странах. На Канарских островах, где пуццолана, как и в Италии, встречается повсеместно, соотношение между известью и пуццоланой принималось 1 : 5. Из бетонов таких составов построены гидротехнические и ирригационные сооружения, которые стоят в течение многих веков.
Воздушная известь в сочетании с пуццоланой и другими гидравлическими добавками была практически единственным гидравлическим цементом того времени, поскольку гидравлическая известь и роман-цемент применялись, как полагает большинство ученых, эпизодически и в ограниченном количестве. Таким образом, в применении гидравлической добавки к воздушной извести заключена одна из главных отгадок секрета долговечности римского бетона. Американские ученые уже давно заинтересовались этим вопросом и в середине 70-х годов нашего века получили новое вяжущее — геополимерный цемент — аналог древнеримского известково-пуццоланового вяжущего. По мнению зарубежных специалистов, новые цементы более долговечны и прочны, чем современные портландцементы.

Читать еще:  Cx plus shofu цемент

Цемент с добавлением известняка

Попробуем проследить основной путь превращения белого чистого известняка в прочный и плотный камень с современных научных позиций.

Если обжигать куски добытого в карьере известняка на сильном огне, то из камня по мере подъема температуры будут последовательно выделяться вода и углекислый газ с образованием Углекислоты. При температуре порядка 900° С из известняка выделяется безводный продукт оксида кальция, т. е. белые куски негашеной извести. Это первое превращение известняка.

Следует очень осторожно обращаться с этими белыми камнями, так как негашеная известь способна разъедать руки, одежду, обувь. Она «съедает» все, как серная кислота. Если, же на груду камней извести вылить ведро воды, известь зашипит, закипит, вздуется и над ней поднимется густой белый пар. Белые куски извести быстро превращаются в мелкий порошок. Через минуту кипение прекратится. Известь нз негашеной превратилась в гашеную, а полученный порошок — в так называемую «пушонку».

Пушонка — сухой на ощупь порошок. Вылитая на негашеную известь вода химически соединилась с ней. Произошло второе превращение известняка.

Смешаем еще раз пушонку с водой. Кипеть, т. е. гаситься, она уже не будет, а просто превратится в тесто с техническим названием гидроксида кальция. Чем больше добавлять в него воды, тем более жидким становиться известковое тесто. Если это тесто плотно закрыть сверху грунтом, то оно не затвердеет десятки лет и при этом еще станет очень пластичным, наподобие сливочного масла. Если же тесто оставить на воздухе, то оно скоро покроется твердой корочкой и постепенно окаменеет. Жидкое тесто — третье превращение известняка. Это почти готовый клей. Слово «почти» означает, что таким тестом нельзя хорошо склеить кирпичи или камни, так как чистое известковое тесто быстро рассохнется и растрескается. Чтобы этого не произошло, необходимо тесто смешать с песком. Такая смесь будет называться известковым раствором, а процесс перехода растворной смеси в твердый камень — четвертое и одновременно пятое превращение известняка. Это наиболее важный и сложный этап при твердении гашеной извести.

Читать еще:  Силос для цемента pft

Переход известкового раствора или бетона в камень-известняк нли карбонат кальция известен как карбонатное твердение известковых вяжущих веществ. При обычной температуре он складывается из двух одновременно протекающих процессов: испарения свободной воды из известкового теста (четвертое превращение), с постепенным образованием кристаллического каркаса из гидроксида кальция (пятое превращение).

Процесс кристаллизации гидроксида кальция протекает весьма медленно. Испарение воды вызывает постепенное слипание его мельчайших частиц в более крупные и их кристаллизацию. Растущие кристаллы срастаются между собой, образуя известковый каркас, который окружает частицы песка.

Эти два процесса протекают почти одновременно и проходят достаточно интенсивно только в присутствии влаги и углекислого газа.

Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период твердения раствора на его поверхности, затрудняет попадание углекислоты во внутренние слои гидроксида кальция. В результате процесс карбонизации почти приостанавливается, и твердение камня идет, главным образом за счет кристаллизации, при которой необходима пониженная влажность и положительная температура.

В результате образования слабых кристаллических сростков прочность раствора на воздушной извести получается очень незначительной и к 28 сут твердения составляет в среднем 0,5 МПа. Помимо этого полученное соединение не стойко к воде и морозу. Правда, впоследствии в результате протекающего процесса карбонизации, прочность такого раствора и бетона увеличивается в 5—7 раз и более, но сам процесс протекает очень медленно — на протяжении десятков и сотен лет. Очевидно, что римлян с их интенсивным строительством не устраивала не только низкая прочность бетонов и растворов на воздушной извести, но и то, что они твердели только на воздухе и не могли твердеть в условиях влажной среды. Потребности в гидравлических вяжущих веществах подтолкнули античных строителей к выявлению принципиально новых добавок для бетонов и растворов, с помощью которых можно было избавиться от перечисленных недостатков.

Сегодня мы хорошо знаем, что для того чтобы улучшить качество бетонов и растворов на воздушной извести, надо слабый и растворимый в воде гидроксид кальция (известковое тесто) перевести в более стойкое и нерастроримое соединение, например, в гидросиликат кальция. Для этого необходимо добавить в него активный кремнезем. Реакция в этом случае идет только в присутствии воды, хотя полученное новое соединение — гидросиликат кальция — почти не растворяется в воде. Активный кремнезем в отличие от пассивного — обыкновенного кварцевого песка, получил название гидравлической добавки за свою способность твердеть и набирать прочность не только на воздухе, но и в воде.

Римляне, конечно, не подозревали о сложных процессах, происходящих при смешивании воздушной извести с гидравлической добавкой, но, используя опыт этрусков и греков, они хорошо знали, что если к известковому тесту добавить не просто обыкноьенный песок и камни, а кирпичный песок и кирпичные камни, то такое соединение будет способно твердеть в воде, а полученный при этом искусственный камень окажется гораздо прочнее, чем бетон или раствор на одной воздушной извести с обыкновенным песком и галькой. Впоследствии кирпичную или черепичную добавку стали называть цемянкой.

Обычно цемянку применяли в виде тонкомолотого порошка или пыли для водонепроницаемых штукатурок, бетонных полов и подобных покрытий, главным образом в сырых местах. Кроме этого, ее использовали в виде муки в штукатурках водопроводных каналов, давильных площадок для вина и резервуаров виноделен, рыбозасолочных ванн, а также для защиты бетонных сооружений от износа и разрушения.

Помимо цемянок, т. е. искусственных гидравлических добавок, Римляне широко применяли естественные добавки вулканического происхождения. Им даже приписывали честь открытия этих добавок, точнее, их действия на воздушную известь, так как вулканические камни использовались в строительной практике очень давно.

Витрувий в кн. II, гл. 6 описывает эти добавки следующим образом: «…существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях, вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».

К таким добавкам относились: санторинская земля, добываемая на греческом острове Тире, рейнский трасс, расположенный на территории Германии, и туфф, залегающий мощными пластами почти по всей Италии. К ним также относились многие другие горные породы вулканического происхождения, получившие общее название пуццоланы.

Особенно широкое применение получили такие добавки, залегавшие в районе древних Путеол (совр. Поццуоли). Однако название свое — пуццолана, ставшее родовым для всех гидравлических добавок вулканического происхождения, они получили не поэтому, а потому что широко использовались в строительстве очень важного для древней Италии порта в Путеолах, бывшего к тому же долго центром торговли пуццоланой. Впервые термин «pulvis puteolanus» встречается у философа Сенеки (4 г. до н. э.— 65 г. н. э.) в его труде «Естественно-научные вопросы», и упоминается Плинием Старшим.

Одним из первых сооружений, при строительстве которого была использована пуццолана в качестве гидравлической добавки в бетон, был волнолом в окрестностях Неаполя близ Путеол, сохранившийся до наших дней. Несмотря на то, что туфовые блоки из этого волнолома подверглись эрозии, сам пуццолановый раствор между ними хорошо сохранился.

В зависимости от назначения раствора или бетона римляне применяли различные соотношения между известью и пуццоланой. Однако наиболее распространенным был состав 1:2 — на 1 часть извести, 2 части пуццоланы. Прочность такого бетона, вероятно, составляла 5—10 и более МПа.

Итальянскую пуццолану, как и греческую санторинскую землю, в большом количестве применяют и теперь в гидротехническом строительстве в разных странах. На Канарских островах, где пуццолана, как и в Италии, встречается повсеместно, соотношение между известью и пуццоланой принималось 1 : 5. Из бетонов таких составов построены гидротехнические и ирригационные сооружения, которые стоят в течение многих веков.

Воздушная известь в сочетании с пуццоланой и другими гидравлическими добавками была практически единственным гидравлическим цементом того времени, поскольку гидравлическая известь и роман-цемент применялись, как полагает большинство ученых, эпизодически и в ограниченном количестве. Таким образом, в применении гидравлической добавки к воздушной извести заключена одна из главных отгадок секрета долговечности римского бетона. Американские ученые уже давно заинтересовались этим вопросом и в середине 70-х годов нашего века получили новое вяжущее — геополимерный цемент — аналог древнеримского известково-пуццоланового вяжущего. По мнению зарубежных специалистов, новые цементы более долговечны и прочны, чем современные портландцементы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector