Общие сведения о бетоне

Для производства автоклавных изделий используют различные шлаки, золы от сжигания сланцев  и углей, горелые породы. При твердении  автоклавных изделий ряд шлаков и зол может частично и даже полностью заменить известь (шлакопесчаные и золопесчаные автоклавные изделия). Разнообразные шлаки и золы могут быть заполнителями в автоклавных изделиях, что практикуется обычно в производстве ячеистых материалов (газосиликат и др.). Для получения газошлакозолобетонных изделий используют шлаки и золы частично в виде вяжущих, частично — в виде заполнителей. Шлаки и золы не должны содержать посторонних примесей (мусора, отходов древесины и т. д.), они должны противостоять железистому распаду. 

. ФИБРОЛИТ  МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ

Материалы и изделия на основе магнезиальных вяжущих получают путем формования и последующего высушивания смеси каустического магнезита или доломита и органического заполнителя, затворенного раствором хлористого магния. В качестве органических заполнителей применяют древесные опилки, получая ксилолит, или древесные шерсть и стружку, получая фибролит. Возможность использования органических заполнителей в смеси с магнезиальными вяжущими определяется полной сохранностью   их   в   результате   минерализации   оксихлоридом магния, образующимся при твердении вяжущих. Наряду с этим органические заполнители, отличаясь небольшим объемным весом, придают фибролиту и ксилолиту высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, а также легкость обработки: материал пилится, режется, имеет  хорошую гвоздимость.

Технология  фибролитовых плит следующая. Каустический магнезит затворяют раствором хлористого или сернокислого магния и тщательно  смешивают с дозированной частью древесной шерсти. Приготовленную фибролитовую массу загружают в металлические или деревянные формы, прессуют под давлением 0,4—0,5 кГ]см2 и направляют в камеры сушки.

В зависимости  от объемного веса различают фибролит теплоизоляционный, конструктивный и  фибролитовую фанеру. Применяют теплоизоляционный  фибролит для утепления стен, полов и перекрытий, конструктивный — для заполнения стен, перегородок и перекрытий каркасных зданий, а фибролитовую фанеру используют в качестве штукатурки. 

2. КСИЛОЛИТ

Ксилолит  представляет собой затвердевшую смесь  древесных опилок и магнезиального вяжущего, затворенного раствором хлористого магния. В ксилолит можно вводить также добавки асбеста, трепела, кварцевого песка и красители. Ксилолитовую массу получают тщательным перемешиванием сухих каустического магнезита, заполнителей и красителей с последующим затворением раствором хлористого магния. Если ксилолитовая масса предназначается для полов, то смесь должна иметь пластичную консистенцию. Уложенную на основание ксилолитовую массу выравнивают и   уплотняют  вибрацией   или  трамбованием.

При изготовлении ксилолитовых плиток на заводе приготовляют массу жесткой консистенции, которую прессуют в горячем состоянии под давлением 300 кГ/см2. Состав массы для производства ксилолитовых плиток 1:4 (1 объемная часть вяжущего и 4 объемных части опилок). Ксилолитовые плитки выпускают квадратной или шестиугольной формы размером 20X20 или 15x15 см и толщиной 12—15 мм.

На основе магнезиальных вяжущих приготавливают также пено-и газомагнезиты —  высокоэффективные теплоизоляционные  материалы. Их получают путем смешивания каустического магнезита, затворенного раствором хлористого магния, с устойчивой пеной или с газообразователем.

Теплоизоляционный магнезиальный материал получают также  из смеси каустического магнезита  или каустического доломита и  асбеста, затворенных раствором хлористого магния. Количество асбеста составляет 15%. Из массы на каустическом магнезите вырабатывают теплоизоляционные асбестомагнезиальные материалы, а на каустическом доломите — совелит 
 

Химический  состав клинкера определяется содержанием оксидов (% по массе), причем главных из них: СаО 63- 66, SiQ2 21-24,  А1203 4-8,  Fe203 2-4; их суммарное количество составляет 95-97%. В небольших количествах в виде различных соединений могут входить MgO, S03, Na2О и К2О, а также ТiO2, Сг203, Р2О5. В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферрит кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу. 

Минеральный состав клинкера. Основные минералы клинекера: алит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.

Алит 3CaO-Si02 (или C3S*) - самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45-60 °С. Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2-4 %) MgO, А1203, Р205, Сг203 и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства.

Белит 2CaO-Si02 (или C2S) - второй по важности и содержанию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента. В интервале между нормальной температурой и 1500 °С существу ет пять кристаллических форм двухкальциевого силиката. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор В-двухкальциевого силиката (В-C2S) и небольшого количества (1-3%) А1203, Fe203, MgO, Сг203.

Обжиг смеси производится во вращающихся  печах, представляющих собой металлические  цилиндры, обложенные внутри огнеупорной  футеровкой. Печь укладывают на специальные катки с небольшим уклоном к поверхности земли, за счет чего по мере вращения сырьевая смесь продвигается по печи от приподнятого конца к опущенному. Длина печи достигает 180 м, а иногда доходит до 250 м, диаметр - до 6 м. По мере продвижения смесь подсушивается, скатывается в шарики и под действием высокой температуры (1450 ... 1500 °С) спекается в гранулы размером 5 ... 20 мм и более. Затем гранулы охлаждаются сначала в печи, в зоне охлаждения, впоследствии - в специальных устройствах - холодильниках.

Существует  и достаточно прогрессивный способ обжига клинкера. В печи силикатный расплав заменен расплавом на основе хлористого кальция. Существенно  снижается температура обжига (1100 ... 1150 °С), в 3 .. .4 раза облегчается помол, но в цементе появляется минерал - алинит, содержащий алюмохлоридсиликат кальция. Этот цемент быстрее твердеет в начальные сроки.

Остывший  клинкер подвергают размолу чаще всего в шаровых мельницах, представляющих собой металлические цилиндры диаметром до 3,5 и длиной до 15 ... 20 м, которые выложены изнутри бронированными плитами. Мельницы имеют 2 ... 3 камеры, отделенные друг от друга металлическими перегородками с отверстиями для прохождения размалываемого материала.

Размол  клинкера и постепенное продвижение  размалываемого материала обеспечиваются при вращении за счет наклона мельницы. По выходе из шаровой мельницы портландцемент подают на склад в силосы, где  он остывает и выдерживается некоторое время, достаточное для стабилизации. 
 

. ГИПСОВЫЕ  ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Гипсовые  вяжущие вещества делятся на две  группы — низкообжиговые и высокообжиговые. Низкбобжиговые вяжущие вещества получают при нагреве двуводного гипса  CaSO4-2H2O до температуры 150— 160° С; при этом происходит частичная дегидратация двуводного гипса с переходом его в полуводный гипс CaSO4 • 0,5 Н2О.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжигом  двуводного гипса при более высокой  температуре — до 700—900° С —  с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция — ангидрита CaSO4. К низкообжиговым относится строительный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).

Сырьем  для производства гипсовых вяжущих являются природный гипсовый камень CaSC>4-2H2O и природный ангидрит CaSO4, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций, например фосфогипс. 

Строительный  гипс

Строительным  гипсом называется воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемое путем термической обработки гипсового камня при температуре 150—160° С. При этом CaSOi >2Н2О, содержащийся в гипсовом камне, дегидратируется по реакции:

CaSO4 • 2Н2О -»- CaSOi • 0,5Н2О + 1,5Н2О — q.

Производство  строительного гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня 

2. АНГИДРИТОВЫЕ  ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Ангидритовый  цемент получают обжигом природного двуводного гипса при температуре 600—700° С с последующим измельчением совместно с добавками — катализаторами твердения (известью, смесью сульфата натрия с медным или железным купоросом, обожженным доломитом, основным доменным гранулированным шлаком, золами горючих сланцев, золами ТЭЦ и др.).)

Ангидритовое  вяжущее было предложено П. П. Будниковым, по данным которого оптимальные дозировки  катализаторов были: известь 2—5%; смесь  бисульфата или сульфата натрия с  железным или медным купоросом по 0,5—1 % каждого; доломит, обожженный при 800— 900° С 3—8%; основной гранулированный доменный шлак 10—15%. Железный и медный купорос уплотняют поверхность затвердевшего ангидритового цемента, вследствие чего катализаторы не выделяются и не образуют выцветы на поверхности изделия. Действие катализаторов объясняется   тем,   что   ангидрит   обладает   способностью   образовывать комплексные соединения с различными солями в виде неустойчивого сложного гидрата mCaSO4 • яН2О, который в дальнейшем распадается, образуя CaSO4 • 2Н2О.

Ангидритовый  цемент можно получить также путем помола природного ангидрита с указанными добавками,-^Ангидритовый цемент — медленно схватывающееся вяжущее: начало не ранее 30 мин, конец — не позднее 24 ч. По прочности на сжатие, различают марки 50, 100, 150 и 200.

Применяют ангидритовые цементы для приготовления кладочных и штукатурных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изделий. 

3. МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ  ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Разновидностями магнезиальных вяжущих веществ являются каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический  магнезит получают при обжиге горной породы магнезита MgCO3 в шахтных или вращающихся печах при 700—800° В результате магнезит разлагается по реакции MgCOe—^MgO + CO акция разложения MgCO3 обратимая, поэтому при обжиге магнезита необходимо интенсивно удалять из печи СО2 при помощи естественной или искусственной тяги. Оставшееся твердое вещество — окись магния — измельчают в тонкий порошок и упаковывают в металлические барабаны. Обожженный магнезит целесообразно размалывать в шаровой мельнице с сепаратором.

Каустический  магнезит твердеет сравнительно быстро: схватывание его должно наступать  не ранее 20 мин, а конец — не позднее 6 ч от момента затворения. Марки  каустического магнезита по СНиП 1-В.2г62 по показаниям прочности при сжатии образцов-кубов из жесткого трамбованного раствора состава 1 : 3 по весу через 28 суток воздушного твердения установлены 400, 500 и 600.

Каустический  доломит MgO • СаСО3 получают путем обжига при 650—750° С природного доломита MgCO3 • СаСО3 с последующим тонким измельчением продукта. При температуре обжига СаСО3 не разлагается и остается в инертном виде как балласт, что делает вяжущую активность каустического доломита ниже, чем каустического   магнезита.

Каустический доломит содержит значительное количество углекислого кальция: в нем должно быть не менее 15% окиси магния и не более 2,5% окиси кальция, поэтому качество его ниже, чем каустического магнезита и марки его только 100—300.

Магнезиальные вяжущие затворяют не водой, а водными растворами солей сернокислого или хлористого магния. Наиболее распространенным затворителем является раствор хлористого магния MgCb, так как он обеспечивает большую прочность. Магнезиальные вяжущие слабо сопротивляются действию воды, и их можно использовать только при твердении на воздухе с относительной влажностью не более 60%. Каустический магнезит легко поглощает влагу и углекислоту из воздуха, в результате чего образуются гидрат окиси магния и углекислый магний. Поэтому хранить его надо в плотной герметической таре.

На основе магнезиальных вяжущих изготовляют  ксилолит (смесь вяжущего с опилками), используемый для устройства полов, фибролит и другие теплоизоляционные  материалы. Применяют магнезиальные  вяжущие и при производстве изделий для внутренней облицовки помещений, изготовления пенобетона, оснований под чистые полы, скульптурных изделий. 

4. КИСЛОТОУПОРНЫЕ  ЦЕМЕНТЫ

Кислотоупорные  цементы применяют для футеровки  химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности. Эти цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки — ускорителя твердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, кварциты, андезит, диабаз и другие кислотоупорные материалы, ускорителя твердения — кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупорном цементе язляется растворимое стекло— водный раствор силиката натрия Na2O-nSiO2 или силиката калия КгО • nSiOz (величина п указывает отношение числа молекул кремнезема и щелочного окисла и называется модулем стекла; он колеблется в пределах от 2,5 до 3,5).