I.2. Воздушные вяжущие вещества
I.2.I. Строительный гипс
Строительный (полуводный) гипс CaSO4 · 0,5 H2 O получается из природного (двуводного) гипса СаSO4 · 2H2O путем нагревания при температуре 150-170°С. При этом происходит частичная дегидратация:
СаSO4 · 2H2O ↔ CaSO4 · 0,5 H2O + 1,5 H2O
Полученный полуводный гипс измельчается до порошкообразного состояния и при замешивании с водой подвергается гидратации при обычной температуре:
CaSO4 · 0,5 H2O + 1,5 H2O = CaSO4 ·2 H2O
Эта реакция протекает быстро и с выделением тепла, т.к. при обычных условиях двуводный гипс является более устойчивой формой, чем полуводный. Поэтому храниться гипс должен изолированно от внешних воздействий.
Процесс гидратации строительного гипса лежит в основе его твердения. Сложный физико-химический процесс твердения, согласно теории А.А.Байкова, слагается из трех стадий.
Первая стадия – стадия затворения (растворения и гидратации). На данной стадии происходит первоначальное взаимодействие порошкообразного вяжущего с водой с образованием насыщенного раствора полуводного гипса (растворимость которого 10 г/л). Полуводный гипс быстро гидратируется и переходит в двуводный, обладающий в 5 раз меньшей растворимостью (2 г/л). Вследствие этого CaSO4 · 2 H2O выделяется в виде мельчайших, постепенно растущих кристаллов в микродисперсном состоянии. Это состояние неустойчиво и непродолжительно, т.е. затворенная масса сохраняет пластичность на непродолжительный срок.
Вторая стадия – стадия схватывания, характеризуется прогрессирующей кристаллизацией двуводного гипса, выделением новых кристаллов, переплетающихся между собой. Жидкая фаза запустевает, ее подвижность Схватившаяся влажная масса не обладает еще заметной прочностью и при механическом воздействии вновь разжижается (тиксотропия).
Третья стадия – стадия твердения. На этой стадии наблюдается рост прочности массы. Влажная кристаллическая масса при хранении на воздухе высыхает. Эта стадия более длительная, чем стадия схватывания.
Воздушная известь
Воздушная известь получается путем обжига известняка, ракушечника и других природных материалов, содержащих карбонат кальция. Главной составной частью обожженного материала является безводная окись кальция – СаО («негашеная известь»):
СаСО3 900-1000°С СаО + СО2
Перед употреблением извести в качестве вяжущего ее гасят. При этом протекает следующая реакция:
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 15,5 ккал (64,8 кДж)
Свойством извести «гаситься» пользуются для превращения ее в дисперсное состояние. Известь является медленнотвердеющим вяжущим. В строительстве часто применяется в смеси с песком (1 часть извести на 3 части песка), которая называется известковым раствором.
Процесс твердения воздушной извести заключается в следующем: испаряющаяся с поверхности известкового теста влага способствует выделению Са(ОН)2 в кристаллическом состоянии как внутри, так и на поверхности теста. Находящийся на поверхности Са(ОН)2 поглощает из воздуха углекислый газ СО2, происходит очень медленное образование карбоната кальция СаСО3, называемое реакцией карбонизации, которая может протекать многие годы:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 +Н2О + 17 ккал (71,16 кДж).
СаСО3 – соединение, почти нерастворимое в воде. Из насыщенной жидкой фазы известкового теста, вследствие малой растворимости, выделяется Са(ОН)2 и СаСО3 сначала в коллоидном, затем в кристаллическом состоянии. За счет кристаллизации идет нарастание прочности известкового теста и превращение его в камневидное тело.
Таким образом, к получению твердого продукта приводят процессы гелеобразования, кристаллизации и карбонизации.
1.2.3. Магнезиальные вяжущие вещества
Магнезиальные вяжущие вещества получают при обжиге магнезита (МgCO3) или доломита (MgCO3 ·CaCO3):
MgCO3 → MgO + CO2
Получившийся обожженный магнезит называют каустическим магнезитом или магнезиальным вяжущим. Затворяются магнезиальные вяжущие насыщенными растворами хлорида или сульфата магния:
MgO + MgCl2 + H2O = 2MgOHCl
Это упрощенная схема твердения магнезиальных вяжущих. Чаще состав затвердевающих продуктов представляют формулой
xMgO · yMgCl2 · H2O.
Магнезиальные вяжущие имеют сроки схватывания от 20 минут до
6 часов. Хорошо соединяясь с древесно-волокнистыми материалами, позволяют готовить на их основе ксилолит (наполнитель – опилки) и фибролит (наполнитель – стружки). Ксилолит и фибролит – хорошие тепло- и звукоизоляционные материалы.