Порошкообразные вещества
При затворении водой образуют пластичное тесто
С течением времени тесто самопроизвольно отвердевает, превращаясь в искусственный камень
В массивных сооружениях египтян уже встречается прообраз соединения каменных блоков с помощью раствора, состоящего из смеси песка и вяжущего материала (обожженного гипса)
Начало строительства III в. до н.э. Сохранившиеся участки 14-17 в. н.э.
Начиная со II в. до н. э. при строительстве фундаментов, сводов, дорог, акведуков в Риме начали широко применять бетон. Римский Пантеон был перекрыт бетонным куполом диаметром 42,7 м. Пантеон в Риме – это античный храм, посвященный древнеримским богам. Предполагается, что он был построен во 2 веке н.э. В 7 веке Пантеон был переосвящён в католический храм.
Группа исследователей изучила состав античного бетонного волнолома, который находился в бухте Путтеолы в Средиземном море. На иллюстрации желтоватые включения - пемза, черные - лава, основной фон - кристаллические материалы, белые - известь.
α-модификация гипса 120-180 ºС 600-1000 ºС CaSO 4 ·2 H 2 O → CaSO 4 ·0,5 H 2 O + 1,5 H 2 O 600-700 0 С 800-1000 °С CaSO 4 Катализаторы: сульфаты, известь, обожженный доломит, доменный шлак CaSO 4 CaO SO 3 120-180 °С Минерал гипс CaSO 4 ·2H 2 O волокнистый пластинчатый Зернистый (алебастр) Строительный гипс CaSO 4 ·0,5 H 2 O
1 – каналы, подводящие горячие газы; 2 – направляющие патрубки; 3 – вал; 4 – диски; 5 – молотки (била); 6 – шахта.
1 – стальной барабан; 2 – сферическое днище; 3 – жаровые трубы; 4 – дымовая труба; 5 – вал; 6 – верхние лопасти; 7 – нижние лопасти с цепями-волокушами; 8 – крышка; 9 – патрубок для водяных паров; 10 – питательный шнек; 11 – привод; 12 – бункер остывания гипса.
CaSO 4 ·0,5H 2 O + 1,5H 2 O = CaSO 4 ·2H 2 O Реакция гидратации 7,4 г СаО на 1 л воды 2,05 г СаО на 1 л воды CaSO 4 ·0,5H 2 O CaSO 4 ·2H 2 O 2,05 г СаО/л 7,4 г СаО/л
Марка гипса Предел прочности, МПа, не менее Марка гипса Предел прочности, МПа, не менее при сжатии при изгибе при сжатии при изгибе Г – 2 2 1,2 Г – 10 10 4,5 Г – 3 3 1,8 Г – 13 13 5,5 Г – 4 4 2,0 Г – 16 16 6,0 Г – 5 5 2,5 Г – 19 19 6,5 Г – 6 6 3,0 Г – 22 22 7,0 Г – 7 7 3,5 Г – 25 25 8,0
Вид вяжущего по срокам схватывания Ин-декс Сроки схватывания, мин начало конец Быстро- схватывающийся А От 2 до 6 Не позднее 15 Нормально- схватывающийся Б Св. 6 до 20 Св. 15 до 30 включительно Медленно-схватывающийся В Св. 20 Не нормируется
Вид вяжущего Индекс Остаток на сите № 02, % Грубого помола I Св. 14 до 23 Среднего помола II Св. 2 до 14 Тонкого помола III До 2 включ. Пример условного обозначения гипсового вяжущего: Г–25 В III
обжиг при 750-850 °С помол Вяжущее Каустический магнезит Минерал Магнезит MgCO 3 = MgO + C О 2 Выше 1300 о С, продукт обжига может достигнуть мертвообожженного состояния, которому по кристаллическому строению соответствует природный минерал периклаз (МgО)
обжиг помол Вяжущее Каустический доломит Минерал Доломит MgCO 3 ·СаСО 3 = MgO·СаСОз + C О 2 не выше 720-750 °С Не менее 19 % MgO
Затворяются не водой, а растворами MgCl 2, MgSO 4, FeSO 4 и др. 4МgO+MgCl 2 +7H 2 O=3MgO·MgCl 2 ·6H 2 O+Мg(ОН) 2
Прессованный брус Стеновые панели из ксилолита Фибролит Магнезиальные вяжущие вещества применяются для изготовления штукатурок, искусственного мрамора, лестничных ступеней, а также фибролита – стенового материала, на основе магнезиальных вяжущих и древесных волокон или стружек, и ксилолита, включающего мелкий древесный заполнитель (опилки и др.) и магнезиальный цемент
Известь была известна очень давно в Греции или еще раньше на Крите. Римляне заимствовали ее у греков.
обжиг 900-1300 о С гашение помол ~75 % Молотая негашеная известь Известь пушонка ~250 % Комовая негашеная известь Известняк СаСО 3 → CaO + СО 2 МgСО 3 → МgO + СО 2 Са(ОН) 2 Тесто
СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 + 65 кДж Примеси глинистых минералов и кварца, с одной стороны, уменьшают способность извести к гашению, а с другой стороны, сообщают извести способность к гидравлическому твердению. Если содержание этих примесей в известняке превышает 6 %, продукт обжига называется гидравлической известью. Примесь MgCO 3, дающая в результате обжига магнезию MgO, также снижает скорость гашения.
Известегасильный барабан (гашение в пушонку) Творильная яма (гашение в тесто)
Воздушную известь в зависимости от содержания MgO делят на: 1) кальциевую (≤5 %), 2) магнезиальную (5-20 %), 3) доломитовую (свыше 20 до 40 %). Сорт извести Активность извести (содержание СаО+MgO), %, не менее Кальциевая известь Магнезиальная и доломитовая извести I 90 85 II 80 75 III 70 65
Гидрокарбонатное твердение складывается из двух процессов: 1) Испарение воды и кристаллизация Ca(ОН) 2 из насыщенного раствора 2) карбонизация Ca(ОН) 2 углекислотой воздуха Ca(ОН) 2 + СО 2 =СаСО 3 + Н 2 О.
Гидросиликатное твердение под воздействием пара повышенного давления 0,8-1,6 МПа и температуры 170-200 °С: CaO + SiO 2 + H 2 O → CaO·SiO 2 ·H 2 O Соотношение молотого кварца и извести в силикальците составляет обычно 1:1. Содержание извести в силикатном бетоне равно 8-12 % (мас.). Автоклав
1. Прочность гашеной извести через 28 - 0,5-1,0 МПа 2. Прочность молотой негашеной извести примерно в 2-3 раза выше. 3. Дает высокую усадку, которую снижают добавлением песка. 4. Образует пластичную легко формуемую растворную смесь 5. Медленно схватывается и твердеет Усадочные трещины в штукатурке
1. В составе строительных растворов для каменной кладки и штукатурных работ
2. Для производства автоклавных (силикатных) строительных материалов.
Греки и римляне знали, что некоторые вулканические породы будучи измельчены и добавлены к извести придают ей гидравлические свойства. Среди таких веществ наибольшей известностью пользовались пуццоланы ( pulvis puteolanus ) – землистые вещества вулканического происхождения (туфы), добывавшиеся в окрестностях Рима и на берегу Неаполитанского залива и получившие свое название по местечку Пуццуоли близ Рима. Долгое время пуццоланы оставались незаменимы и их вывозили в другие страны, несмотря на связанные с этим расходы.
Джон Смитон (John Smeaton) (1724—92), англ. инженер по гражд. строительству, строитель Эдисонского маяка Маяк на скалах Эддистона, построенный в 1698 г., был уничтожен бурей в 1703 г. Второй маяк, деревянный, сгорел в 1755 г. В 1756 г. третий вариант маяка, уже из камня, построил Джон Смитон. 120 лет спустя маяк разобрали. Отстроенный заново маяк можно видеть на фото Д. Смитон искал наилучшее сырье для получения извести. Из известкового раствора он лепил шары жесткой консистенции и опускал их в воду немедленно после схватывания. Оказалось, что те из них, которые содержат значительное количество глинистых примесей, дают известь более высокого качества. В 1756 г. Д. Смиту был выдан патент на гидравлическую известь Джон Смитон,, обратил внимание на то, что известняки, дающие в слабой азотной кислоте нерастворимый осадок, сходный с глиной, обладают гидравлическими свойствами.
Сырье - мергелистые известняки По мере повышения содержания глинистых и кремнеземистых примесей, в продукте обжига содержится все меньше свободной извести и больше силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Вместе с тем уменьшается способность извести к гашению и увеличивается ее способность к гидравлическому твердению. Производство : обжиг сырья (при 900-1100 о С ), гашение продукта обжига, помол непогасившихся частиц, смешение измельченных зерен с погасившимся материалом. Иногда выпускаются два раздельных продукта. Процесс твердения: - воздушное с участием Ca (ОН) 2 - гидравлическое, например: СаО·SiO 2 + Н 2 О → CaO·SiO 2 ·H 2 O Гидравлическая известь твердеет быстрее и достигает большей прочности, чем воздушная. . Мергелистый известняк → обжиг → СаО + 2СаО·SiO 2 + СаО·Al 2 O 3 + 2СаО·Fe 2 O 3 Применение: строительные растворы для каменной кладки и для штукатурных работ
В 1796 году он получил патент под названием «Некий Цемент или Террас, который будет использоваться в гидротехнических и других конструкциях и лепнине» и создал свой завод в Нортфлите, графство Кент. В 1797 году он продал свой патент производителю цемента Самуэлю Уайатту, а сам эмигрировал в Америку, и вскоре умер. Романцемент Уайатта был использован в строительстве знаменитого маяка Bell Rock. Цемент производился из мела и глины с острова Sheppey. Сильные гидравлические свойства были открыты Джеймсом Паркером, британским священником и производителем цемента, в глинистых известняках острова Шеппи. Превращенные после обжига в порошок, они чрезвычайно быстро твердели под водой. Продукт этот был назван романским (римским) цементом, что подчеркивало его сходство с вяжущим из римской пуццоланы. Обжигательная печь
Сырье: известковые или магнезиальные мергели, в которых соотношение между известковой и глинистой частями таково, что в результате обжига (1000—1100 °С), не доводящего эти материалы до спекания, получался продукт, в котором почти вся известь связана в силикаты, алюминаты и ферриты кальция (C 2 S, CA, С 5 А 3, C 2 F). Такой продукт при смачивании водой не гасится и поэтому превращается в вяжущее вещество исключительно путем помола. Гидравлические свойства романцемента сильнее, чем у гидравлической извести, но слабее, чем у портландцемента. Прочность его в жестком растворе могла достигать 10 МПа. 2СаО·SiO 2 = C 2 S СаО ·Al 2 O 3 = CA 5СаО·3Al 2 O 3 = С 5 А 3 2СаО·Fe 2 O 3 = C 2 F
Открытие Паркера вызвало множество исследований, среди которых особенно известны труды французского инженера Луи Викá, выяснившего причины гидравличности глинистых известняков. В 1817 он получил портландцемент, но не стал подавать заявку на патент Pont de Louis Vicat à Souillac Луи Вика (1786-1861) Прибор Вика
Компания Паркер и Уайатт вышла из бизнеса в 1846 году, и завод Нортфлит был продан компании Уильяма Аспдина. Джозеф Аспдин (1778 - 1855) старший из шести детей Томаса Аспдина, каменщик из Лидса, графство Йоркшир, считается изобретателем портландцемента. К 1817 он создал самостоятельный бизнес в центре Лидса. Он, должно быть, экспериментировал с производством цемента в течение следующих нескольких лет, потому что 21 октября 1824 им был получен британский патент BP 5022 под названием «Улучшение способа производства искусственного камня», в котором он ввел термин " Портландцемент " по аналогии с камнем Портленде, оолитового известняка, который добывается на острове Портленд в Дорсете.
