Вяжущие вещества

Вяжущими веществами называются материалы, которые в определенных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др.) образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем затвердевать (самопроизвольно или под действием определенных факторов), переходя из пластично-вязкого состояния в камневидное. Если в составе пластично-вязкого теста находятся зерна песка, гравия или щебня, происходит их скрепление. Это свойство вяжущих используется для получения бетонов, строительных растворов различного назначения, силикатного кирпича, асбоцемента и других искусственных каменных материалов.

Вероятно, первым вяжущим веществом была глина, потом появились гипс и известь.

Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на два больших класса.

1. Порошкообразные материалы, которые для использования нужно заливать водой, называются неорганическими. Разбавленная масса со временем застывает, формируя твердый массив, куда для прочности можно добавить вкрапления других материалов, например камней. К ним относятся глина, гипс, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло, известь, цемент. Для приведения в рабочее состояние их смешивают с водой (затворяют), реже водными растворами солей.
2. Органические (битумы, дегти, синтетические олигомеры и полимеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом, с помощью органических растворителей или сами они представляют собой вязкопластичные жидкости. Подробнее они будут рассмотрены в главе «Малярные работы».

Главным качественным показателем вяжущих является отношение к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и гидравлические вяжущие.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. К ним относятся глина, гипс, воздушная известь, каустический магнезит, жидкое стекло. Составы на основе этих вяжущих применяют в местах с сухим или нормальным влажностным режимом (см. таблицу «Влажностные режимы помещений»).

Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде, причем в водонасыщенной среде не происходит существенной потери прочности, а даже наблюдается упрочнение искусственного камня. К ним относятся гидравлическая известь и романцемент, силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция (портландцемент и его разновидности, являющиеся главными вяжущими в современном строительстве), алюминатные цементы (глиноземистый цемент и его разновидности), расширяющиеся и безусадочные цементы.

Воздушные вяжущие

Глина

Глина – осадочная горная порода, образующаяся выветриванием полевошпатовых и слюдистых пород. Свойства глин зависят от свойств глинистых минералов, размеры которых менее 0,004 мкм. Глинистые минералы при увлажнении образуют пластичное тело, сохраняющее свою форму при высыхании и обжиге. Среди глинистых минералов наиболее распространены каолинит и монтмориллонит.

Каолинит – очень мягкий минерал белого цвета, используется при производстве керамики, для получения бумаги и как наполнитель в полимерных материалах. Кристаллы представляют собой микроскопические и ультрамикроскопические чешуйки многогранной формы.

Монтмориллонит – водный алюмосиликат непостоянного состава. Размер чешуйчатых кристалликов меньше, чем у каолинита, из-за чего он обладает высокой адсорбционной способностью и очень пластичен в увлажненном виде. Благодаря большой поверхности частиц глина поглощает и удерживает до 20–30 % воды по массе, разбухает и переходит в вязкопластичное состояние. Следует помнить, что при высыхании глиняное тесто уменьшается в объеме на 10–20 % и при затвердевании дает большую усадку и растрескивается. По степени проявления усадки глины разделяют на жирные и тощие.

Жирными называют глины, содержащие большое количество частиц глинистых минералов. Они отличаются тем, что способны вбирать в себя большой объем воды, сильнее набухать, труднее сохнуть, давать большую усадку.

Тощие глины содержат много песчаных частиц. Они, наоборот, имеют небольшую усадку, легко сушатся, но отличаются пониженной пластичностью и прочностью по сравнению с жирными.

Чтобы избежать погрешностей при проявлении усадочных свойств, в глиняные смеси вводят наполнители: песок, опилки и другие крупнозернистые материалы.

Благодаря высокой водоудерживающей способности и пластичности глину используют в качестве пластифицирующей добавки к цементным растворам.

В сельском строительстве широко распространена практика добавки к глинистому вяжущему сечки соломы. Эта простая, но эффективная добавка, снижающая жирность глины. Она облегчает сушку, снижает плотность и армирует (т. е. создает внутренний каркас) материал и поверхность, в результате чего получается саман.

Глины различают в зависимости от температуры плавления и делят на огнеупорные тугоплавкие, легкоплавкие.

Огнеупорные – наиболее чистые, свободные от механических примесей глины. Выдерживают температуру до 1580 °C. Используются для производства специальных сортов кирпича и для изготовления футеровки (облицовки внутренней части промышленных печей), высококачественного фарфора, фаянса и высокопрочной керамической облицовочной плитки (керамогранита).

Тугоплавкие глины содержат следующие примеси: окислы железа, кварцевый песок, слюду. Выдерживают температуру от 1350 до 1580 °C. Их применяют при изготовлении печного тугоплавкого кирпича (из него кладут печи в жилых зданиях), облицовочного и лицевого кирпича, облицовочных плиток для полов, керамических труб.

Легкоплавкие глины содержат наибольшее количество примесей. Плавятся при температуре ниже 1350 °C. Из них делают обыкновенный глиняный кирпич, гончарную черепицу, пустотелые керамические камни.

Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие – довольно большая группа воздушных вяжущих веществ, к которым относятся гипс, ангидритовое вяжущее, высокообжиговый гипс (эстрихгипс) и ангидритовый цемент.

В строительной практике очень часто гипс называют алебастром (от греч. alebastros – «белый»).

Гипс – быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция, получаемого низкотемпературной (< 200 °C) обработкой гипсового сырья.

Наиболее распространен в качестве сырья природный гипсовый камень. Он часто загрязнен мелом, органическими примесями, глиной. Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства (в 4–5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и перспективным вяжущим. Если в гипсовом камне содержится не менее 90 % двуводного гипса, то получают гипс I сорта, если не более 65 %, то гипс II сорта.

При затворении гипса водой происходит его твердение. Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу с выделением тепла. При насыщении водой уже затвердевших материалов на основе гипса происходит размягчение готовых форм, т. е. процесс отвердения обратим. Это позволяет придавать изделиям из гипса и гипсокартонных листов любые архитектурные формы. Конечная стадия твердения заканчивается через 1–2 ч.

Гипс – один из древнейших строительный материалов. Структура гипса делает его природным «кондиционером». Это происходит за счет поглощения избыточной влаги в помещении и обратного ее выделения. Помещения, в отделке которых применяют гипсовые материалы, пропускают воздух. Гипс – материал экологически чистый, нетоксичный, не имеющий запаха, с рН = 5,5 (что соответствует кислотности кожи человека). Он негорюч и огнестоек (при действии высоких температур в результате термической диссоциации кристаллогидратов выделяет воду, тормозя распространение огня), обладает высокой парои газопроницаемостью, хорошей звуко– и теплоизоляцией.