Введение

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой вязкопластичное тесто, которое с течением времени под влиянием физико-химических процессов переходит в камневидное состояние. Это свойство вяжущих используется для получения искусственных каменных материалов (растворов, бетонов и др.).

Вяжущие материалы бывают минеральными (неорганическими) и органическими. К минеральным вяжущим относятся: гипсовые, известковые, магнезиальные, цементы, вяжущие гидротермального твердения. К органическим – смолы и битумы. Это продукты перегонки нефти и каменного угля, называемые часто «черными вяжущими». В строительстве в основном используют минеральные вяжущие вещества.

Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов с последующей термической обработкой при различных температурах. В этих условиях протекают разнообразные физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами. Обожженный материал подвергают тонкому измельчению.

Для минеральных вяжущих характерны следующие признаки:

1) гидрофильность (иначе смешивание с водой было бы невозможным);

2) способность образовывать с водой тестообразную легко формующуюся массу (вяжущее тесто);

3) способность переходить из тестообразного состояния в твердое.

Вяжущее тесто получают при смешивании порошка вяжущего с водой. Если воды недостаточно, то смесь будет рыхлой, рассыпчатой; избыток воды приведет к получению растекающейся массы, работать с которой также затруднительно. Количество воды, которое необходимо для придания водовяжущей системе нужной подвижности, называется водопотребностью, или нормальной густотой.

Способность вяжущего вещества давать в смеси с водой пластичную массу является весьма ценным свойством. Это свойство сообщает строительным растворам удобообрабатываемость, позволяющую заполнить все детали формы или опалубки и придать еще не схватившейся массе ровную поверхность.

Твердение вяжущего вещества, т.е. превращение вяжущего теста в камневидное тело происходит в результате химических и физико-химических процессов, специфичных для каждого вяжущего. Большинство минеральных вяжущих твердеет в результате возникновения гидратных новообразований при взаимодействии вяжущего вещества с водой. Лишь твердение гашеной извести происходит в итоге ее взаимодействия с углекислотой воздуха. Однако существует общая схема механизма гидратационного твердения вяжущих. В технологии строительных материалов принято различать два периода в процессе твердения вяжущего вещества: схватывание и собственно твердение.

Процесс схватывания выражается в том, что пластичная масса, обладающая большой подвижностью, начинает густеть и уплотняться, что отвечает началу схватывания. В дальнейшем эта масса все больше уплотняется, окончательно теряет пластичность и постепенно превращается в твердое тело, не обладающее сначала существенной прочностью. Этот момент соответствует концу схватывания. После этого происходят дальнейшие химические и физические преобразования, сопровождающиеся нарастанием прочности. Последнее характеризует собой твердение вяжущих веществ. Схватывание рассматривают как начальную стадию процесса твердения, при которой происходит превращение пластичной массы в твердое тело.

Если до начала схватывания смесь вяжущего вещества с водой называется вяжущим тестом, а при введении заполнителей – бетонной смесью, то по окончании схватывания применяются соответствующие названия: камень (например, цементный камень) и бетон. Знание сроков схватывания нужно для того, чтобы своевременно производить операции перемешивания, укладки и уплотнения бетонных (растворных) смесей, ибо по окончании схватывания тесто теряет свою пластичность [1].

Переходя из вязкопластичного состояния в камневидное, вяжущие вещества могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Начало использования человечеством вяжущих открыло новую эпоху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помощью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конструкции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому.

Прочность вяжущих изменяется во времени, поэтому оценивают вяжущие по прочности, набранной за определенное время твердения в условиях, установленных стандартом. Этот показатель принимают за марку вяжущего.

Минеральные вяжущие вещества используют в подавляющем большинстве случаев в смеси с водой и с так называемыми заполнителями – минеральными (а иногда и органическими) материалами, состоящими из отдельных зерен, кусков, волокон различных размеров. Вяжущие в смеси с мелким заполнителем (песком) дают растворы, а в смеси с мелким и крупным заполнителями (щебнем, гравием) – бетоны. Иногда вяжущее применяют только в виде смесей с водой без заполнителей (строительный гипс).

Использование вяжущего в смеси с заполнителями обусловлено двумя основными причинами. Первая причина экономического характера – стоимость вяжущих относительно высока, поэтому для снижения стоимости изделий или конструкций их необходимо изготовлять с минимальным расходом вяжущего. Для каждого вида изделий расход вяжущего определяется рядом требований, предусматривающих необходимую строительную прочность, надежность и долговечность того или иного сооружения. Вторая причина технического характера – вяжущие вещества в виде теста без заполнителей обнаруживают повышенную склонность к усадке и набуханию как при твердении, так и под влиянием тепловлажностных изменений. Это зачастую приводит к образованию трещин и ускоренному разрушению конструкций и сооружений.

Вяжущие вещества – основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, разнообразных бетонов (тяжелых и легких), всевозможных искусственных строительных конгломератов (асбестоцементные, силикатные изделия и т.п.). Из бетонов на вяжущих веществах изготовляют различные строительные изделия и конструкции, в том числе и армированные сталью (железобетонные, армосиликатные и др.). Из бетонов возводят отдельные части зданий и целые сооружения (мосты, путепроводы, плотины и т.п.). В современном жилищном строительстве на 1 м² жилой площади в среднем расходуется около 300 кг вяжущих веществ [2].