Для чего нужна химия в строительстве

Строительная химия – отличный помощник в современном строительстве

Вступление

Химическая промышленность, в частности та ее отрасль, которая занимается производством химической продукции для строительства, не стоит на месте, а динамично развивается. Благодаря этому постоянно обновляется перечень материалов и химических веществ, которые значительно облегчают процесс строительства и ремонта. Всю следующую химическую продукцию можно объединить общим названием – строительная химия.

Тут на сайте компании «Крепком» вы сможете найти широкий ассортимент строительной химии, а также огромный ассортимент стального такелажа и крепежа из разнообразных материалов.

Клей, пена, герметик – неотъемлемая строительная химия для строителя

Герметики, разнообразные клеи, пены строительные – мы, жители современного мира, уже даже представить не можем, что не так давно люди были лишены всех этих замечательных достижений химической промышленности!

Ведь при установке сантехники или строительстве бассейна будет уместным использование силиконового герметика, при ремонте кровли пригодится полиуретановая пена, а во время монтажа дверей и окон незаменимой является пена монтажная.

Насчет клеев – то на современном рынке строительной химии существует просто огромное количество их видов. И у каждого из них свое назначение. Специальный клей для прочности добавляют в бетонные и цементные растворы, клей под названием «жидкие гвозди» – лучший при склеивании гипсовых и деревянных деталей, а также чтобы надежно приклеить металлические и керамические детали к любой поверхности. А еще бывают:

Ассортимент настолько большой, что всех и не перечислить!

Строительная химия в интернет-магазине

Сегодня многие интернет-магазины предлагают качественные стройматериалы по выгодной стоимости в широком ассортименте. Это могут быть, как различные герметики, клеи, «жидкие гвозди», так и строительные пены, клеи Секунда и т.д. Ознакомиться со всеми характеристиками можно на сайтах этих магазинов и выбрать именно то, что нужно вам.

Если разобраться сложно или вы просто хотите сэкономить время – тогда можно связаться с менеджером магазина и задать интересующие вопросы, на которые сразу получите исчерпывающую профессиональную бесплатную консультацию по выбору нужного товара. Все, что потом останется сделать – это купить строительную химию, которую вы выбрали.

Заключение

Сегодня строительная химия – это качественная продукция, изготовленная по современным технологиям химической промышленности, экологически безопасная и надежная!

Источник

Химия в строительстве

Использование достижений химии в строительных технологиях. Секреты получения прочного бетона. Химические реакции при выплавке чугуна и стали. Механизм коррозионных процессов. Свойства лакокрасочных материалов. Применение наполнителей и отвердителей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 412 Петродворцового района города Санкт-Петербурга

Реферативная работа по химии

Химия в строительстве

Ученик 11 «А» класса

1. Связь химии с производством

3. Коррозия металлов

5. Лакокрасочные материалы

6. Минеральные вяжущие вещества

7. Механизм твердения вяжущих веществ

8. Воздушные вяжущие вещества

1. Связь химии с производством

Чтобы ответить на эти и другие вопросы надо знать природу материала, его молекулярное строение, состав, способность взаимодействовать с другими веществами. Нельзя с материалами работать наугад. За многие века накапливался опыт работы с каждым материалом, появилась наука и практика лабораторного анализа и эксперимента, научились получать чистыми химические элементы, соединять их для создания сплавов с новыми свойствами. Но на это ушли века.

Знания позволили человеку решать поставленные проблемы гораздо быстрее. Проникновение физики в химию и химии в другие области знания обогатило науку новыми направлениями, новыми материалами. Везде, где химия соприкасалась с другими отраслями производства, возникали «точки роста» новых наук. Изучение химических процессов в живых организмах привело к появлению биохимии, химический анализ горных пород привёл к развитию геохимии, химии полимеров, нефтехимии.

В основе современных строительных технологий лежат химические процессы. Строительство представляет собой важную ветвь химической технологии, использующей разные разделы неорганической, органической и коллоидной химии.

Проблемы строительства решаются и совершенствуются с помощью разделов физической химии о создании поверхностно-активных веществ, об ускорении или замедлении твердения вяжущих материалов, их гидрофобизации. Изучение состава материала, плотности, взаимодействия с компонентами воздуха, с минерализованной водой, матрицы с армирующим компонентом и другими веществами приводят к оптимальному решению при создании и эксплуатации строительных конструкций. Знание химических свойств материалов позволяет правильно организовать их защиту от воздействия вредной среды.

Совершенствованию строительных технологий способствуют достижения в химии: получение синтетических волокон, каучуков, пластмасс; склеивание разнородных материалов; использование катализаторов, сварки в строительной практике, тончайших защитных покрытий. Понимание законов химии, их использование исключительно важно при решении проблемы повышения эффективности производства и качества продукции, так как его ухудшение вызывается нежелательными химическими процессами, например коррозией металла или старением полимера, растрескиванием гидроизоляции и т. п. Химия создала материалы, из которых строят не только дома, но и самолёты, автомобили, электронно-вычислительные машины, конструкционные материалы для станков, ракет и ядерных установок.

В технике к металлам относят как собственно металлы, так и сплавы, для которых также характерны металлические свойства: высокая электропроводимость и теплопроводность, металлический блеск, пластичность. Кроме того, они обладают специфическими механическими свойствами: большой прочностью при растяжении и сжатии, способностью к ковке, отрицательным коэффициентом электрической проводимости (понижением электрической проводимости с ростом температуры). Металлические свойства присущи металлам в твёрдом и жидком состоянии, пары металлов прозрачны и не проводят электрический ток.

силикаты, оксиды, сульфиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, галогениды.

Железо и его сплавы составляют основу современной техники. Основную массу железа выплавляют в виде чугуна и стали. Железную руду дробят и плавят в доменных печах, где поддерживают высокую температуру, сжигая кокс (специально обработанный уголь).

При сжигании угля образуется углекислый газ, который, проходя через слой раскалённого угля, восстанавливается до оксида углерода:

Оксид углерода восстанавливает руду (Fe₂O₃). По мере повышения температуры железо восстанавливается сначала при 400-500°С:

При температуре 600°С превращается:

При температуре 700-900°C железо восстанавливается до металлического:

При ещё более высокой температуре 1000-1100°С всё железо восстанавливается углеродом:

Восстановленное железо частично взаимодействует с оксидом углерода, образуя карбид железа:

В результате науглероживания железо переходит в жидкое состояние и стекает в нижнюю часть печи.

Пустую породу в руде составляют в основном оксиды кремния SiO₂, алюминия Al₂O₃ и другие оксиды, относящиеся к тугоплавким веществам. Для превращения тугоплавких примесей в более легкоплавкие соединения к руде добавляют флюс. В качестве флюса используют известняк или доломит.

При температуре 900°С известняк превращается в оксид кальция (известь):

Оксид кальция, являясь активным веществом, при температуре 1000-1200°С взаимодействует с веществами пустой породы, образуя шлаки, состоящие главным образом из силикатов и алюмосиликатов кальция.

В зоне высоких температур параллельно с восстановлением оксидов железа частично восстанавливается кремний:

Восстанавливаются марганец и фосфор, а сера превращается в сульфиды.

Сульфид железа хорошо растворим в чугуне. Снижение сульфида железа в чугуне осуществляется с помощью образующейся извести, часть серы переходит в шлак в виде сульфида кальция (СаS). Расплавленное железо при температуре 1600-1750°С растворяет в себе углерод, цементит, кремний, марганец, фосфор, серу, и образуется чугун.

В зависимости от условий охлаждения получаются два вида чугуна: белый и серый. При быстром охлаждении чугуна углерод выделяется в виде цементина Fe3C, образуется белый чугун, который имеет высокую твёрдость, но очень хрупок, поэтому его перерабатывают на сталь (передельный чугун).

Выплавляют сталь кислородно-конверторным, мартеновским, бессемеровским способами, а для выплавки качественных и высоколегированных сталей всё более широкое применение получил электросталеплавильный метод, позволяющий производить плавку в вакууме под высоким давлением при температуре расплава свыше 3000°С.

При медленном охлаждении жидкого чугуна углерод выделяется в виде графита, образующийся чугун имеет серый цвет, поэтому его называют серым чугуном. Он характеризуется высокими литейными свойствами и применяется в машиностроении для отливки тяжёлых частей машин, маховиков, поршней, цилиндров и др. Это наиболее распространённый литейный сплав.

80-85% чугуна расходуется на получение стали. При переработке чугуна в сталь из него удаляют примеси серы, фосфора, кремния, содержание углерода снижается до 2,14% и менее. В результате выплавки из чугуна стали получают более пластичный материал, который подвергают легированию и раскислению.

С помощью раскисления восстанавливается железо, снижается красноломкость:

FeO + Mn = Fe + MnO или 2FeO + Si = 2Fe + SiO+О₂

Для полного удаления кислорода в конце процесса добавляется немного алюминия:

По степени раскисления сталь делят на спокойную, полуспокойную и кипящую.

Кристаллизация нераскисленной стали сопровождается выделением газообразного оксида углерода СО, металл как бы кипит. Такая сталь называется кипящей. Кипящие стали дешевле, но более деформативны, из них не делают ответственных конструкций.

Образующиеся оксиды кремния, марганца и алюминия переходят в шлак.

Всё многообразие способов получения металлов разбивают на три процесса: пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические процессы. Металлургические процессы, протекающие при высоких температурах, называются пирометаллургическими. Такие малоактивные металлы как: железо, цинк, свинец, медь и др. получают из оксидов восстановлением углеродом.

Самым замечательным свойством металлов является очень высокая электрическая проводимость, которая объясняется наличием свободных подвижных электронов в атоме металла. Движением электронов объясняется и большая теплопроводность металлов и даже их непрозрачность. Так как металлы почти полностью отражают свет всех длин волн спектра, то они имеют цвет серебристобелый (алюминий серебро, никель) или серебристо-серый (железо, свинец).

Большая прочность и твёрдость металлов объясняется максимально плотной упаковкой частиц и прочностью самих кристаллических решёток. Пластичность можно объяснить скольжением слоёв частиц, образующих металлическую решётку. Они сдвигаются относительно друг друга без разрыва, так как при этом сохраняются связи между слоями.

Сплавом называют однородную смесь компонентов, где основного компонента более 50%. Многие сплавы, такие как: сталь, чугун, бронза, были известны в глубокой древности и имели практическое применение. Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что многие их свойства (твёрдость, прочность, коррозионная стойкость и др.) значительно выше, чем у составляющих их чистых металлов.

Свойства стали зависят от состава, структуры сплава, термической обрботки и др.

Особенно опасна 38 межкристаллитная коррозия, при которой разрушение происходит по границам зёрен,из которых состоит металл, что приводит к быстрому разрушению изделия.

Изучение причин, вызывающих начало коррозии, выявило 3 фактора:

1) химическая природа металла, его микроструктура;

2) химическая природа окружающей среды, содержание в ней агрессивных веществ;

3) температура и влажность окружающей среды.

По механизму коррозионных процессов различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая происходит в атмосфере сухих газов (при высокой температуре) и в растворах неэлектролитов. Иначе её называют газовой коррозией. К ней относятся процессы окисления клапанов двигателей внутреннего сгорания, лопаток газовых турбин, жаровых труб и др.

Окисление металла в атмосфере кислорода при высокой температуре проходит:

На поверхности образуется пассивирующий слой, представляющий собой прочную тонкую сплошную плёнку толщиной до нескольких нм. Пассивация металлов обеспечивает коррозионную стойкость в агрессивной среде конструкций из алюминия, титана, хрома, никеля и других металлов.

Углеродистые стали и чугун подвергаются быстрому окислению с образованием непрочной окалины при температурах выше 600°С.

При газовой коррозии чугуна иногда наблюдается увеличение его объёма в результате образования на границе зёрен металла и графита оксидов, занимающих больший объём, чем исходные кристаллиты. Появляются многочисленные трещины.

Окалиностойкость зависит от природы металла.

Алюминий при обычных температурах покрывается прочной оксидной плёнкой, не разрушающейся даже при температуре плавления алюминия. Поэтому такие металлы как: алюминий, медь, никель, хром и сплавы на их основе применяют как жаростойкие конструкционные материалы.

При температуре выше 700°С в среде водяного пара процесс коррозии углеродистых сталей значительно ускоряется, так как одновременно с окислением происходит разрушение цементита:

Обезуглероживание вызывает ухудшение структуры стали и приводит к снижению прочности, понижает предел усталости. Помимо кислорода при высоких температурах становятся более агрессивными к металлам фтор, хлор, диоксид серы, сероводород, хлористый водород и др. Химическая стойкость металлов зависит от природы металла.

В технологии бетонных работ различают подвижные и жёсткие смеси.

Жёсткую и малоподвижную бетонную смесь укладывают в неармированные или малоармированные конструкции: фундаменты, полы, дорожные покрытия, а также используют при изготовлении железобетонных изделий.

Подвижную смесь укладывают в конструкции с редким расположением арматуры: колонны, массивные балки и плиты. Более подвижные смеси применяют в железобетонных конструкциях, обильно насыщенных арматурой: ажурных конструкциях, тонких стержнях, бункерах и т. п. Количество воды затворения, влияющее на подвижность бетонной смеси, определяют, исходя из требуемых показателей удобоукладываемости, пользуясь таблицами и графиками, составленными на основании практических данных с учётом вида и крупности заполнителя. Удобоукладываемость бетонной смеси зависит от вязкости цементного раствора и объёма вяжущего вещества.

Для получения прочного бетона следует брать меньше воды, но смесь должна быть однородной и при укладке в форму обладать такой подвижностью, чтобы частички как можно ближе и плотнее прилегали одна к другой. Если будет мало воды, не все зёрна цемента будут достаточно смочены, не появится в достаточной мере цементного клея (геля), смазывающего и склеивающего все заполнители. Кроме того, цементный гель уменьшает трение между зёрнами заполнителя, они легче перемешиваются до однородного состояния, плотнее укладываются, легче формуются, снижается пустотность, что ведёт к снижению расхода вяжущего и повышению плотности бетона.

Для упрочнения свежеуложенный бетон должен твердеть при температуре 15-20°С и высокой влажности 95-100%. Это объясняется тем, что процесс твердения происходит лишь в том случае, если вода находится в жидком состоянии. Если высокая температура, то вода испаряется и её не хватает на гидратацию, если вода замерзает, то реакции гидратации нет, строение молекулы воды видоизменяется, активность воды понижается. Цементный гель в отсутствии воды обезвоживается, происходит усадка.

Цементный гель лучше всего скрепляется с заполнителями, имеющими шероховатую остроугольную поверхность. Поэтому горные и овражные пески, а также дроблёный угловатый крупный заполнитель предпочтительнее речных и морских песков, а также гладко-окатанного гравия, но в овражных песках бывают вредные примеси в виде слюды, гипса, глины, гумуса и др., препятствующие лучшему сцеплению с цементным гелем. Частички глины способны разбухать от воды, органические примеси (гумусовые кислоты) вступают в химическое соединение с частицами цемента, что не способствует качеству бетона, снижает его химическую стойкость и долговечность. Поэтому все сырьевые материалы подлежат стандартным испытаниям, фракционированию (разделению по размерам) и очищению (обогащению). химия бетон лакокрасочный сталь

Подобными мелкозернистому бетону являются силикатные материалы, в том числе силикатный кирпич. Его изготавливают из смеси кварцевого песка (на 92-95%) и извести 8-5% в расчёте на оксид кальция с помощью прессования под большим давлением. Воды вводят всего 8-10%. Благодаря запариванию острым паром под давлением 0,8-1,2 МПа при температуре 175°С в автоклаве частично растворённый в воде кварцевый песок начинает реагировать с известью с образованием прочных гидросиликатов кальция:

Чтобы увеличить прочность, водостойкость и морозостойкость силикатных изделий, их после изготовления выдерживают на складе не менее двух недель. За это время происходит упрочнение с поверхности за счёт реакции углекислого газа с оставшейся свободной известью. При выгрузке из автоклава эта известь карбонизируется, постепенно переходит в карбонат кальция, что приводит к повышению прочности и твёрдости силикатных изделий. Если хотят уменьшить плотность и коэффициент теплопроводности, например силикатного кирпича, часть песка в его составе заменяют шлаком или золой.

Лёгкие бетоны получают из тех же вяжущих и той же известковокремнезёмистой смеси, что и тяжёлые, но с добавлением в растворную смесь до её отвердевания порообразователей: пенообразователей или газообразователей. Если смешать пену с цементным тестом, получится подвижная пенистая масса, состоящая из пены и цементного геля. По мере затвердевания этой массы образуется ячеистый материал, где ячейки (пузырьки) занимают до 90% всего объёма, поэтому такой материал называют ячеистым бетоном.

Плотность его может иметь показатели в зависимости от количества введённой пены от 250 до 700 кг/м3. В наименовании полученного бетона звучит способ образования ячеек и взятое вяжущее: пенобетон, пеносиликат, пеногипс, или пеномагнезит. Ячеистый бетон, полученный с помощью газообразователя (химическим способом), также звучит в названии разновидностей ячеистого бетона: газобетон, газосиликат, газогипс и другие.

Газообразование, обеспечивающее получение ячеистой массы, происходит вследствие химической реакции между газообразователем и гидратом окиси кальция.

В качестве газообразователя используют порошки алюминия, цинка, кальция, карбида кальция, перекись водорода и др. Чаще используют алюминиевую пудру, вступающую во взаимодействие с гидроксидом кальция. При этом выделяется на 1 г порошка 1,4 л водорода, вспучивающего растворную смесь по реакции:

Впоследствии водород из ячеек газобетона улетучивается, и они заполняются воздухом. Теплопроводность такого бетона намного ниже теплопроводности плотного бетона. Прочность тоненьких перегородок между ячейками незначительна, поэтому стремятся её увеличить и ускорить набор прочности с помощью добавок растворимого стекла, большего количества цемента на 1 м3 бетона и тепловой обработкой отформованных изделий.

При монолитном бетонировании, когда нет возможности организовать теплопрогрев забетонированной конструкции, прибегают к помощи ускорителей твердения, изготавливая безгипсовый цемент.

Введение наполнителей с пуццоланической активностью также способствует повышению прочности ячеистой структуры. К ним относятся: тонкоизмельчённые шлаки, золы, диатомиты и микрокремнезём. Тонкое измельчение их (? 0,16 мм) способствует образованию стойкой ячеистой массы, ускорению химической реакции с гидроксидом кальция, повышению прочности тонких перегородок между ячейками.

Эти соединения вызывают увеличение активной поверхности цементных зёрен, скорость взаимодействия цемента с водой, укрепляют цементный камень.

Ячеистые бетоны могут быть армированы стальной, стеклянной и синтетической арматурой (волокном). Прочность сцепления со стальной арматурой круглого сечения доходит до 12-16 кг/см2.

Применяют ячеистые структуры в основном как тепло- и звукоизоляционный материалы (в междуэтажных и чердачных конструкциях), а также в качестве стенового материала в жилищном и промышленном строительстве, при устройстве холодильных камер, изоляции паровых камер, сушилок и пр.

5. Лакокрасочные материалы

На основе различных плёнкообразователей получают не только краски, но и лаки, эмали, грунтовки, шпатлёвки. Эти покрытия необходимы при подготовке поверхности к покраске, для выравнивания подложки.

Число слоёв покрытия определяется типом подложки и условиями эксплуатации окрашиваемого изделия. Каждый слой имеет своё назначение. Грунтовка обеспечивает адгезию, уменьшает напряжения, возникающие в покрытии.

В составе на стальные покрытия содержится добавка (пигмент), тормозящая коррозию металла (рис. 11).

Для стабилизации водных дисперсий применяют защитные коллоиды (поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлозу). ПАВ являются также и диспергаторами. Загустители повышают вязкость составов, чтобы получить покрытие необходимой толщины. В качестве загустителей применяют водорастворимые высокомолекулярные соединения.

Отвердители добавляют к некоторым полимерным материалам для получения нерастворимого продукта. Ускорители вводят для повышения скорости отверждения.

6. Минеральные вяжущие вещества

Вяжущими эти вещества называют за способность с небольшим количеством воды образовывать пластичное тесто, связывающее в единый материал все сыпучие компоненты и постепенно затвердевающее в камень. Важнейшим условием проявления вяжущих свойств является высокая степень измельчения материала, так как минеральные порошки вступают во взаимодействие с водой только на поверхности раздела жидкой и твёрдой фаз. Скорость твердения будет тем выше, чем больше величина поверхности раздела, т. е. выше дисперсность порошка. Тонкое измельчение является необходимым условием для вяжущих веществ. Например: размер частиц цемента на 60-80% составляет от 1 до 40 мкм.

Характерным для вяжущих является:

1) невысокая растворимость в воде, поэтому реакция взаимодействия с водой начинается на твёрдой частичке вяжущего, а так как частиц много, то площадь поверхности, контактирующей с водой, велика;

2) гидрофильность поверхности порошка необходима для хорошего смачивания его и образования однородного пластичного теста с полярными группами (анион-катион);

3) поляризация ионов, способствующая химическому взаимодействию с водой (гидратации), образованию гидратов, занимающих больший объём, чем исходный порошок, и потому уплотнению и затвердеванию смеси.

Вяжущие обладают избытком свободной энергии, при их гидратации происходит снижение свободной энергии, поэтому образующиеся гидраты более устойчивы. Силы взаимодействия между частичками зависят от расстояния между ними, т. е. от количества воды затворения. Чем тоньше частички, тем сильнее капиллярные силы, удерживающие их поверхностным натяжением воды.

По условиям твердения и водостойкости цементного камня минеральные вяжущие вещества подразделяют на воздушные и гидравлические.

К воздушным относят вяжущие, способные затвердевать и набирать прочность только на воздухе. Изделия на воздушных вяжущих теряют прочность при намокании, поэтому их используют только в сухих помещениях (воздушная известь, гипс, магнезиальное вяжущее).

К гидравлическим вяжущим относят минеральные порошки, способные после смешивания с водой затворения твердеть и набирать прочность как в воздушных условиях, так и в воде. К гидравлическим относят: портландцемент, смешанные цементы на его основе, сульфатостойкий, глинозёмистый и белый цементы.

И воздушные, и гидравлические вяжущие получают в основном из мономинеральных горных пород. Минералы в природе подвержены всем метеорологическим воздействиям и не реагируют на дождь или снег, они инертны. Чтобы их активировать, надо разрушить кристаллическую решётку минералов, увеличить удельную поверхность, передать им энергию, поляризовать. Для этого разработана технологическая переработка горных пород, главными операциями в которой являются процессы термической обработки (обжиг, варка, запаривание) и тонкий помол (диспергация).

Механизм активации веществ проходит по трём схемам:

а) при обжиге или варке происходит удаление веществ из кристаллической решётки минерала. Эти реакции эндотермические, идут с поглощением энергии. Отдав газ или воду, под воздействием этой энергии минералы изменяют химический состав, становятся энергетически неуравновешенными, так как они получены и стабильны при высокой температуре. При нормальной температуре только после взаимодействия с водой или химическим раствором вяжущее вещество приходит в равновесное состояние, насыщая кристаллическую решётку гидратами;

б) при обжиге до появления расплава, когда при высокой температуре плавления происходят гетерогенные реакции обмена, образования новых минералов с другими свойствами, новых фаз, отсутствующих в составе до плавления;

в) при измельчении веществ, когда повышается их удельная поверхность вместе с передачей энергии и образованием дополнительных центров активизации на кристаллической решётке диспергированного вещества. Чем выше удельная поверхность, тем больше избыток свободной энергии.

7. Механизм твердения вяжущих веществ

Главным свойством вяжущих является способность к самопроизвольному твердению, т. е. к превращению пластичного теста в камневидное тело. Процесс твердения разделяют на две стадии: схватывание и твердение.

Процесс твердения объясняет теория академика Байкова. Вяжущее после соединения с водой проходит три физико-химические стадии реакции:

8. Воздушные вяжущие вещества

Повышение температуры обжига нецелесообразно не только по причине расхода энергии. При высокой температуре оксид кальция образует более крупные кристаллы, что в дальнейшем замедляет процесс гашения извести, а также появляется жидкая фаза в печи и сплавление продуктов обжига.

Из обжигательной печи выгружают оксид кальция, который называется негашёной известью или «кипелкой». Примесями могут быть: до 5% MgO и не более 10% силикатов и алюминатов кальция. При обжиге из состава уходит 44% СО2, поэтому обожжённые куски становятся легче, они пронизаны порами, благодаря чему имеют развитую удельную поверхность с повышенными запасами энергии и химической активности.

Эта активность проявляется при гашении извести водой: реакция идёт сразу по всему объёму, поэтому бурно, с выделением тепла, образованием пара, рассыпающего твёрдый кусок извести в тонкий порошок:

Кроме того, процесс кристаллизации ускоряется на границах раздела фаз.

Этим объясняется структурообразующая роль песка в процессе твердения и извести и цемента.

Ещё более медленная реакция (сотни лет) проходит между известью и кристаллическим диоксидом кремния, составляющим основу песка. Она называется реакцией силикатизации и приводит к значительному упрочнению известкового камня и его химической стойкости:

Чтобы ускорить реакцию силикатизации песок заменяют на молотую кремнезёмистую породу, содержащую кремнезём в аморфной форме. Это могут быть: вулканические и органогенные породы или золы, шлаки, обожжённая глина (пуццолановая добавка). Скорость твердения возрастает, образуются гидросиликаты и гидроалюминаты, значительно повышающие механические свойства камня и его водостойкость. Введение древними римлянами пуццолановой (вулканической) добавки в состав извести положило начало изобретению пуццолановой или гидравлической извести, что стало революцией в строительной практике, сравнимой с изобретением цемента в ХIХ веке.

Так как реакция дегидратации проходит в условиях выхода водяного пара при температуре 120-160°С, кристаллизация строительного гипса без влаги затруднена, и полугидрат образуется в микрокристаллической в-форме (модификации), характеризующейся повышенным запасом энергии и развитой внутренней поверхностью. Когда готовят тесто, то мелкокристаллический в-гипс для смачивания частиц требует много больше воды затворения, а присоединяет недостающую воду в кристаллическую решётку в соответствии с реакцией меньше, превращаясь в дигидрат. Оставшаяся неиспользованной вода формирует капилляры в затвердевающем камне, который становится энергетически насыщенным и опять инертным:

С гипсовым тестом, схватывающимся в течение 6-15 минут, работать невозможно, поэтому в состав вводят замедлители схватывания: крахмал, желатин, органические клеи и даже известь или цемент. Эти вещества тормозят стадию насыщения раствора, отодвигают начало коллоидации, потому можно спокойно проводить малярные работы. Затвердевая, образующийся дигидрат увеличивается в объёме на 1-2%, принимая воду в структуру, что обеспечивает отсутствие трещин, усадки у гипсового камня.

Высокопрочным гипсом называют б-форму (модификацию) полугидрата.

Эту разновидность гипсового вяжущего получают при повышенном давлении в автоклаве при температуре 105-130°С или варкой в водных растворах солей.

Реакция идёт по той же формуле, только она проходит в водных условиях. Формирующиеся кристаллы полуводного гипса имеют возможности для роста. В результате они получаются достаточно крупными и плотными. Удельная поверхность такого порошка вяжущего ниже, растворимость ниже, чем у в-гипса, поэтому на получение теста нормальной густоты требуется меньше воды затворения. Затвердевание проходит медленнее, гипсовый камень содержит меньше капилляров и получает большую прочность.

Получаемый продукт близок по своему составу к ангидритовому цементу, образующаяся известь так же играет роль ускорителя твердения. После гидратного твердения и карбонизации извести затвердевший камень становится прочным и более водостойким, чем другие гипсовые вяжущие. Поэтому эстрих-гипс называют гидравлическим гипсом. Его используют для получения искусственного мрамора, которым отделывают внутренние поверхности стен, подоконные доски, лестничные ступени и даже архитектурную лепнину на фасадах зданий.

Магнезиальное вяжущее или цемент Сореля, названный так в честь его изобретателя, является мономинеральным вяжущим, получаемым из минерала магнезита при обжиге:

Источник