Вяжущие материалы

Вяжущими материалами называют минеральные и органические вещества, применяемые в строительстве для скрепления элементов сооружения в единое целое.

Древнейшие строения из кирпича историки датируют III-II тысячелетиями до н.э. Следовательно, такой же возраст и древнейших вяжущих материалов - без них не сложить из кирпича монолитную стену. И не только из кирпича - из любого строительного материала, включая бетон и железобетон.

Шире всего применяются вяжущие материалы, получаемые из минерального сырья. Так, один из самых известных вяжущих материалов - строительный гипс получают из гипсового камня - природного сульфата кальция Ca_SO⁴ · 2H₂O. Его измельчают и нагревают до 140-190°С. При этом часть кристаллизационной воды испаряется, гипс превращается в алебастр CaSO₄ · 0,5H₂O. Смешанный с водой алебастровый порошок начинает жадно присоединять воду, вновь превращаясь в гипс. При этом полужидкая масса твердеет, соединяя детали из твердых строительных материалов. Однако гипс недостаточно прочен и потому применяется ограниченно. Основным вяжущим материалом нашего времени стал портланд-цемент, изобретенный еще в первой четверти XIX в.

Главные компоненты цемент а - известняк СаСO₃ и глина. После измельчения их смешивают (обычно в воде) и направляют во вращающуюся печь, в разных зонах которой поддерживают температуры от 200 до 1450°С. Под действием нагрева из сырья удаляются вода, углекислый газ, летучие примеси. После прохождения зон подогрева и декарбонизации (освобождение от углерода, по реакции: СаСО₃ → СаО + СO₂) в печи образуется смесь четырех оксидов: СаО, SiO₂, А1₂О₃ и Fe₂O₃, которые вступают между собой в твердофазные химические реакции при температуре от 400°С и выше. В результате этих реакций происходит образование минералов цемента, из которых главные - алит 3CaO · SiO₂ и белит 2CaO · SiO₂. Из них в основном состоят гранулы к л инк ер а-окончательного продукта, получаемого во вращающихся печах цементного производства. Охлажденный клинкер размалывают в мельчайшую пудру: ярко выраженными свойствами вяжущих материалов обладают лишь частицы цемента размерами меньше 40 мкм. Из этих частиц изготовляют и цементное тесто, и бетонную массу, способную твердеть под действием воды.

Цемент - основной материал в строительстве зданий и сооружений

"Гидравлические свойства цементов, - писал Д. И. Менделеев, - определяются тем, что в них находятся известково-глиноземистые соединения, могущие соединяться с водой и образовывать гидратные, водой не изменяющиеся соединения". Время схватывания минеральных вяжущих материалов, применяемых в наши дни, от 45 мин до 12 ч после смешения с водой. Но это лишь первая стадия образования новых кристаллов. Их изменения - физические и химические - будут продолжаться еще долго: в полностью, казалось бы, отвердевшем цементном камне, в давно построенных сооружениях.

Минеральные вяжущие материалы, в том числе и цементы, бывают разными по составу и свойствам. Не одинакова прочность цементного камня, образованного цементами разных марок и сортов. Важнейшая характеристика цементного камня - предел прочности на сжатие - определяет марку цемента: 100, 500, 900 кг/см².

Почти 80% всех вяжущих материалов, применяемых в современном строительстве, - это цемент и материалы на его основе. Масштабы производства цемента - важный показатель экономического развития государства. Советский Союз вышел на первое место в мире по его производству уже в середине 60-х гг.

Наряду с минеральными вяжущими материалами современное строительство широко использует и органические - битумы и асфальты, получаемые из тяжелых фракций переработки нефти (см. Нефтехимия), и герметики, изготовляемые на основе некоторых синтетических полимеров. Герметики, как говорит их название, применяют для лучшей герметизации различных частей зданий и сооружений.