Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Законтактная структура присуща многощебеночным смесям нижнего слоя асфальтобетонного покрытия с недостаточным для заполнения пор содержанием вяжущего и отсутствием непрерывной пленки на поверхности минеральных компонентов, отличается высокой остаточной пористостью и дренирующей способностью пропускать воду. Контактная структура при прочих равных условиях обеспечивает наиболее высокие прочностные и эксплуатационные характеристики материала. Наилучшая структура асфальтобетона зависит от требуемых расчетных параметров и обеспечивает комплекс технологических (пластичность смесей) и эксплуатационных свойств и достигается в результате оптимального совмещения прогнозируемых типов структур на каждом уровне.

Все виды асфальтобетона с течением времени в той или иной степени подвергаются деструкции под действием температурных, влажностных и механических факторов. При этом расшатывается структура, ухудшаются свойства материала, изменяется концентрация твердой фазы под действием тепловых факторов. При эксплуатации при отрицательных температурах битум асфальтового вяжущего становится хрупким и в нем появляются микро- и макротрещины. Ультрафиолетовые лучи приводят к старению асфальтобетона за счет окисления молекул битума

иуменьшению его адгезии к минеральным частицам. Влажностный фактор влияет за счет полярных молекул воды, вытесняющих неполярные молекулы битума с поверхности минеральных компонентов, а при вымерзании воды повышается пористость с одновременным снижением прочности покрытия.

Повышение долговечности за счет снижения воздействия перечисленных факторов возможно только путем целесообразного выбора оптимальной структуры асфальтобетона, качественного уплотнения покрытия, периодической обработки

игидрофобизации поверхности, а также своевременного ремонта покрытия.

114

14. ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

14.1. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие материалы — это в большинстве своем воздушные вяжущие с преобладанием в составе сульфата кальция, для производства которых используют природный двуводный гипс и ангидрит. В зависимости от вида сырья и условий тепловой обработки получают различные виды гипсовых вяжущих веществ. Отходы промышленности минеральных удобрений, называемые фосфогипсом и борогипсом, также могут выступать сырьем для изготовления гипсовых вяжущих веществ. В процессе изготовления продукт, получаемый при низкотемпературной обработке, измельчают до порошкообразного состояния.

Природный двуводный гипс — минерал из крупных или мелких кристаллов двуводного сульфата кальция (СаSО4· 2Н2 О), слагающий горные породы осадочного происхождения: плотные образования называют гипсовым камнем, встречается прозрачный кристаллический гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса называют алебастром.

Природный ангидрит — горная порода осадочного происхождения, состоящая из безводного сульфата кальция СаSО4,

115

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

который под действием грунтовых вод медленно гидратируется и частично переходит в двуводный гипс, поэтому в природе ангидрит обычно примесно содержит 5–10 % двуводного гипса.

Строительный (полуводный гипс) имеет химическую формулу СаSО4· 0,5 Н2О — воздушное вяжущее вещество, быстро твердеющее на воздухе и размягчаемое в водной среде. Его изготавливают в промышленных условиях в печах или варочных котлах при низкотемпературной обработке природного двуводного гипса (или других сырьевых материалов природного или техногенного происхождения) при 120–180 ˚С. При этой температуре часть химически связанной воды выделяется в незамкнутое пространство и удаляется в виде пара, т. е. происходит частичная дегидратация природного двуводного гипса с образованием полуводного сульфата кальция по реакции:

СаSО4· 2Н2 О = СаSО4· 0,5Н2 О + 1,5Н2 О.

В зависимости от технологии изготовления получают две модификации строительного полуводного гипса: α-полугидрат с гладким рельефом поверхности кристаллов, обеспечивающей плотную упаковку, и β-полугидрат с очень рыхлой упаковкой и шероховатым рельефом поверхности, обуславливающими большое количество капилляров.

Ангидритовое вяжущее преимущественно состоит из нерастворимого безводного сульфата кальция (СаSО4), получаемого из природного ангидрита без какой-либо температурной обработки или обжигом гипсового камня при более высокой температуре 600– 800 ˚С, при которой полностью завершается дегидратация двуводного гипса по уравнению:

CaSO4· 2H2O = CaSO4 + 2H2O.

При твердении строительного полуводного гипса происходит обратная реакция — присоединение воды с образованием двуводного сульфата кальция (гидратация) по уравнению:

116

14. Воздушные вяжущие вещества

СаSО4· 0,5Н2О + 1,5Н2О = СаSО4·2 Н2О.

Отличие скорости твердения ангидритового вяжущего от полуводного гидрата объясняется другим исходным продуктом и его низкой реакционной способностью взаимодействия с водой по уравнению:

CaSO4 + 2H2O = CaSO4· 2H2O.

Гипсовые вяжущие материалы в области строительства применяют: в качестве основы при изготовлении отделочных и декоративных интерьерных растворов, при производстве перегородочных блоков, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, строительных деталей и декоративных элементов.

Произведенные в Российской Федерации гипсовые вяжущие должны соответствовать требованиям ГОСТ 125–79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия», в соответствии с которым их по прочности на сжатие разделяют на марки (табл. 10).

117

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

14.2. Воздушная известь

Воздушной известью называют продукт высокотемпературного обжига кальциевых или кальциево магниевых карбонатных горных пород (различных видов известняков, мела, доломита, мрамора), который состоит в основном из оксида кальция. Обжиг извести проводят при температуре до 1300 ˚С в шахтных или вращающихся печах. К сырью для изготовления воздушной извести предъявляют требования по химическому составу. Преобладающим компонентом горных пород должен быть карбонат кальция, что характерно для осадочных пород, образовавшихся в результате биогенеза доисторических животных. Характерными примесями в карбонатных породах являются механические примеси глины, песка, а также карбонаты магния. По содержанию оксида магния воздушную известь подразделяют на несколько видов: кальциевая содержит оксида магния не более 5 %, в магнезиальной содержание МgО не превышает 20 %, а в доломитовой — 40 %.

На производстве в процессе обжига карбонатных пород преимущественно происходит процесс декарбонизации, т. е. разложение молекул карбонатов на оксид кальция (или магния) и диоксид углерода СО2, который в газообразном виде выделяется в окружающую среду. Температура реакции диссоциации карбонатов кальция и магния различается. При более низких температурах 650–750 ˚С начинается термическое разложение карбоната магния с поглощением тепла ΔН = 101,74 кДж/моль по уравнению:

MgCO3 = MgO + CO2.

Реакция разложения карбонатов кальция начинается при более высокой температуре около 1000 ˚С и полностью завершается при 1300 ˚С с поглощением большего количества те-

118