В’яжучі та заповнювачі

Тема програми №4:В’яжучі та заповнювачі.

Тема уроку№8:Загальні відомості про неорганічні в’яжучі речовини.

Неорганічними в'яжучими речовинами називають порошкоподібні матеріали, які при змішуванні з водою утворюють пластично-грузле тісто, здатне згодом вільно твердіти у результаті фізико-хімічних процесів.

Властивість в'яжучих матеріалів скріплювати між собою зерна піску, гравію, щебеню в процесі переходу з пластичного в твердий стан, використовується для виготовлення бетонів, будівельних розчинів, силікатної цегли, азбестоцементу і т.д.

Неорганічні в'яжучі залежно від умов твердіння і експлуатації прийнято класифікувати на повітряні, гідравлічні й в'яжучі автоклавного твердіння.

Повітряні в'яжучі можуть тверднути і набирати міцність тільки на повітрі. До цієї групи відносяться гіпсові, магнезіальні, вапняні в'яжучі, рідке скло.

Гідравлічні в'яжучі тверднуть та зберігають міцність не тільки на повітрі, але й у воді. За хімічним складом гідравлічні в'яжучі являють собою складну оксидну систему – СаО - SiО₂ - Аl₂О₃ - Fе₂О₃. До гідравлічних в'яжучих відносять: портландцемент і його різновиди, глиноземистий цемент і його різновиди, гідравлічне вапно і романцемент.

В'яжучі речовини автоклавного твердіння здатні тверднути й утворювати міцний камінь в автоклавах в умовах підвищених температур, тиску і вологості. До таких в'яжучих речовин належать вапняно- кремнеземисті, вапняно-шлакові й вапняно-зольні.

Презентація "В,яжучі речовини"

Хвилинка історії!!!!!

Неорганічні в'яжучі застосовувалися ще в стародавності. Так, при будівництві морських споруд у 1 ст. н.е. в Древньому Римі було помічено, що коли вапно змішати з тонкомолотою обпаленою глиною, то отриманий на їхній основі виріб не тільки здобуває водостійкість, але і підвищує свою міцність, знаходячись у воді. Таке вапно з глиняною добавкою назвали гідравлічним. Російські будівельники назвали таке в'яжуче «цементом» і використовували його при будівництві Десятинної церкви і Софійського собору в Києві, стін Московського Кремля.

У 1825 р., в наукових працях російського військового техніка Е. Челієва з'явилося повідомлення з описом технології одержання цементу шляхом випалу до спікання суміші вапняку і глини. Одночасний винахід цементу був запатентований англійцем Дж. Аспдином, який, порівнюючи затверділий стан цементного каменю з гірською породою, що добувалася біля м. Портленда, назвав свій винахід «портландцементом».

            Тема уроку№9:Гідравлічні в’яжучі.

Гідравлічні в'яжучі тверднуть та зберігають міцність не тільки на повітрі, але й у воді.

                                     Гідравлічне вапно

Гідравлічним вапном (ДСТУ Б В 2.7 – 90-99) називають тонкомолотий продукт випалу при температурі 900-1000 ^оС мергелистих вапняків із вмістом до 20 % глинистих домішок.  Гідравлічне вапно застосовують для виготовлення низькомарочних легких і важких бетонів, для виготовлення штукатурних і мурувальних розчинів.

                                    Портландцемент

Портландцементом називають порошкоподібний матеріал, що отримують в результаті спільного помелу клінкера (продукту спікання вапняно-глинистої суміші при температурі 1400-1500 ^оС), гіпсу і мінеральних добавок. Невелика добавка гіпсу (3-5 %) на стадії помелу клінкера додається для регулювання термінів тужавлення.

Технологія виробництва портландцементу  складається з наступних етапів: видобуток сировини в кар'єрі і його доставка на завод, приготування сировинної суміші, випал сировинної суміші до спікання (одержання клінкера), помел клінкера з одержанням порошку.

Сировиною для виробництва портландцементу служать вапняки з високим вмістом карбонату кальцію (крейда, щільний вапняк, мергелі), і глинисті породи (глини, глинисті сланці).

Підготовка сировинних матеріалів до випалу полягає в тонкому подрібнюванні й змішанні компонентів з дотриманням установленого співвідношення. Залежно від виду підготовки сировинної суміші до випалу портландцемент одержують трьома способами: мокрий (помел і змішання сировини роблять у воді до одержання однорідного шламу, що містить до 40 % води), сухий (матеріали подрібнюють і перемішують у сухому вигляді до отримання сировинного борошна) і комбінований (сировинну суміш готують мокрим способом, отриманий шлам збезводнюють і гранулюють).

Основним етапом виробництва портландцементу є випал, здійснюваний у печах, що обертаються. Випал підготовленої сировини супроводжується складними фізико-хімічними процесами.

Після випалу клінкер подрібнюється в тонкий порошок переважно в трубних млинах. Зі збільшенням тонкості помелу підвищується активність цементу, однак процес подрібнювання клінкера зв'язаний зі значними витратами електроенергії, тому оптимальний розмір цементних зерен від 5 до 40 мкм.

   

                     Твердіння портландцементу

При змішуванні портландцементу з водою утворюється пластичне грузле цементне тісто, що густіє й перетворюється в цементний камінь.

Під час твердіння портландцементу відбуваються складні хімічні й фізичні явища. Клінкерні мінерали при контакті з водою реагують з нею практично одночасно й тому процеси взаємодії накладаються один на іншій, і новоутворювання, що утворились, можуть взаємодіяти як між собою, так і з вихідними мінералами.

              Спеціальні види портландцементу

З метою надання портландцементу спеціальних властивостей, розширивши тим самим його застосування в будівництві, змінюють ступінь подрібнювання, корегують склад сировини, додають спеціальні добавки. Так, регулюючи тонкість помелу, впливають на швидкість твердіння, активність, тепловиділення. Введення мінеральних і органічних добавок дозволяє спрямовано змінювати властивості в'яжучого, заощаджувати витрату клінкера і т.д.

Спеціальні види портландцементу: 

          пуцолановий портландцемент

щлакопортландцемент
гіпсоцементнопуцоланове в'яжуче
швидкотверднучий портландцемент 

сульфатостійкий портландцемент

білий і кольоровий цементи 

глиноземистий цемент

Хвилинка історії!!!

Історія виробництва цементу

            У 1817-му році молодий французький інженер Луї Вікат (Louis Vicat) працював над гідравлічними властивостями суміші глини та вулканічного попелу. Він був першим, хто встановив точним, контрольованим методом пропорцію глинозему та кремнію, що утворювала суміш, яка після обробки при певній температурі та розмелювання ставала гідравлічним в'яжучим матеріалом для промислового застосування, тобто - цемент. Але він надрукував результати своїх досліджень без заявки на патент...                                                                                      

Шотландець Джозеф Аспдін (Joseph Aspdin) доопрацював матеріал, який розробив Луї Вікат, і зареєстрував у 1824-му році патент на повільно тверднучий цемент. Матеріал отримав назву портландцемент, тому що своїм виглядом нагадував скельне каміння з регіону Портланд, що у південній Англії.

      Перший цементний завод у Франції було збудовано у 1846-му році у місті Булонь-сюр-Мер (Boulogne‑sur‑Mer). У 1868-му році компанія «Лафарж» почала виробляти цемент у місті Тель (Teil) департаменту Ардеш (Ardèche). Використання цементу стрімко зростало з відкриттям нових процесів його виробництва.                                                                                                                      
 Компанія «Лафарж» зробила два важливих відкриття, якими й відзначився початок 20-го сторіччя:

·                    винайшла білий цемент, до складу якого входить каолін – біла  глина. Він має ті самі властивості, що і звичайний сірий, але у нього естетичніший вигляд.

·                    винайшла Ciment Fondu у 1908-му році за допомогою Жуля Біда, директора науково-дослідного центру «Лафарж». Цей цемент, який складається з вапняку і бокситу, протистоїть впливу агресивного природного середовища та високих температур.                                                                                  

На початку 20-х років XIX ст. російський інженер Є. Челієв винайшов матеріал шляхом випалювання  суміші вапняку та глини. Результати своєї роботи він написав в книзі, виданій в Москві в 1825 р. У 1856 р. було побудовано  перший в Росії завод з виробництва  портландцемента.                                           

                       Відео " Виробництво цемента"

                               Цемент (презентація) 

                      https://studfiles.net/preview/5241905/

                                 Тест до уроку "Цемент"

                     Тема уроку№10:Повітряні в’яжучі.

Повітряні в'яжучі можуть тверднути і набирати міцність тільки на повітрі. До цієї групи відносяться гіпсові, магнезіальні, вапняні в'яжучі, рідке скло.

Гіпсові в'яжучі речовини (ДСТУ Б В. 2.7-82-99) – складаються головним чином з напівводяного гіпсу чи ангідриду.

Сировиною для одержання гіпсових в'яжучих найчастіше служить природний гіпсовий камінь, що переважно складається з мінералу гіпсу СаSО₄·2Н₂О, а також ангідрит СаSО₄, відходи промисловості (фосфогіпс, борогіпс).

В основу класифікації гіпсових в'яжучих покладена температура теплової обробки.

Низьковипалювальні гіпсові в'яжучі виготовляють тепловою обробкою природного гіпсу при температурі 110-180 ^оС. При зазначеному температурному режимі відбувається дегідратація сировини з одержанням напівгідрату СаSО₄·0,5Н₂О:

СаSО₄·2Н₂О  СаSО₄·0,5Н₂О + 1,5Н₂О.

До низьковипалювальних гіпсових в'яжучих відносять будівельний, високоміцний і формувальний гіпс.

Будівельний гіпс складається в основному з кристалів -модифікації

СаSО₄·0,5Н₂О, містить частки сировини, що не розклалася, і незначну кількість CaSО₄. Його одержують у варочних чи казанових печах. Міцність при стиску складає 10-12 МПа.

Високоміцний гіпс одержують термічною обробкою високосортного гіпсового каменю в герметичних апаратах під тиском пари. Зазначена технологія дозволяє одержати більш активну α-модифікацію напівводяного сульфату кальцію СаSО₄·0,5Н₂О, тому міцність високоміцного гіпсу при стиску 15-25 МПа.

Формувальний гіпс застосовується для виготовлення форм у керамічній і фарфоро-фаянсовій промисловості, містить незначну кількість домішок, в основному складається з модифікації напівгідрату.

Високовипалювальні гіпсові в'яжучі (естрих-гіпс) одержують шляхом випалу гіпсового каменю при високих температурах 600-900 ^оС.

Строки тужавлення. За строками тужавлення гіпсові в'яжучі поділяють на три групи: А – швидкотверднучі (з початком тужавлення не раніше 2 хв. і кінцем не пізніше -15 хв.), Б – нормальнотверднучі (з початком тужавлення не раніше 6 хв. і кінцем – не пізніше 30 хв.), В – повільнотверднучі (початок тужавлення не раніше 20 хв.).

Повітряне вапно (ДСТУ Б В 2.7-90-99) – продукт помірного випалу кальцієво-магнієвих карбонатних гірських порід (вапняку, крейди, вапняку- черепашника, доломітизованого вапняку).

Вміст глинистої речовини в сировині до 6 % зумовлює твердіння вапна на повітрі.

Для одержання повітряного вапна сировина піддається випалу в шахтних печах при температурі 900-1200 ^оС до повного видалення СО₂ (що складає 44 % від маси СаСО₃):

СаСО₃ СаО + СО₂.

Продукт випалу у вигляді шматків білого кольору називається грудковим негашеним вапном .

          Гашене вапно утворюється за реакцією:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 63,7 кДж.

Вапно гасять у гідраторах періодичної або безперервної дії.

Залежно від характеру наступної обробки грудкового вапна (скільки води витрачається для гашення) одержують три різних продукти:

гідратне вапно – «пушонка» – 50-70 % води від маси вапна;

вапняне тісто – тістоподібний продукт, що містить 50 % твердих часток Са(ОН)₂ і 50 % води;

вапняне молоко – розведене водою вапняне тісто.

Процес гасіння грудкового вапна з одержанням вапняного тіста на спеціалізованих заводах здійснюється у вапногасильних машинах. Для одержання вапна-«пушонки» використовують гідратори безупинної дії, які дозволяють перетворити грудкове вапно в найтонший порошок із густиною 400-450 кг/м³.

Строки тужавлення дуже повільні. Будівельні розчини на основі гашеного вапна тужавіють 5...7 діб.

Маркування вапна здійснюється з урахуванням його міцності, швидкості гашення та активності, наприклад, вапно з позначкою ВП-А-1 ДСТУ Б В .2.7.-90-99 відповідає вапну повітряному, швидко гашеному, першого сорту.

Повітряне вапно застосовують для виготовлення будівельних розчинів, ніздрюватих, легких, важких бетонів, силікатної цегли і силікатних бетонів.

                           Відео "Гасіння вапна"                 
             

                           Завдання "Незнайка"

Вставте в пропущені місця  правильні  слова або словосполучення:

__________  _________  можуть тверднути і набирати міцність тільки на повітрі. До цієї групи відносяться гіпсові, магнезіальні, вапняні в'яжучі, рідке скло.

Гіпсові в'яжучі речовини - складаються головним чином з напівводяного ___________________.

Сировиною для одержання гіпсових в'яжучих найчастіше служить природний __________ камінь. Гіпс поділяють на:_______________, ____________ і _________________.

Повітряне ___________ – продукт помірного випалу кальцієво-магнієвих карбонатних гірських порід (вапняку, крейди, вапняку- черепашника, доломітизованого вапняку).

Для одержання повітряного вапна сировина піддається випалу в шахтних печах при температурі____________.

Продукт випалу у вигляді шматків білого кольору називається грудковим ______________ вапном .

       Залежно від характеру наступної обробки грудкового вапна (скільки води витрачається для гашення) одержують три різних продукти:

__________________ – 50-70 % води від маси вапна;

__________________– тістоподібний продукт, що містить 50 % твердих часток Са(ОН)₂ і 50 % води;

___________________ – розведене водою вапняне тісто.

Слова для вставлення: будівельний, формувальний, високоміцний, негашеним, вапно, повітряні в,яжучі, гіпсовий, гіпсу чи ангідриду, 900-1200 ^оС, гідратне вапно – «пушонка», вапняне тісто, вапняне молоко. 

     Оцінювання: 12 слів-12 балів

                        
                                     Тема уроку№11:

     Заповнювачі для розчинових сумішей і бетонів

Заповнювачами називають сипку суміш мінеральних або органічних зерен природного чи штучного походження. В’яжучі речовини скріплюють зерна заповнювача і утворюється міцне каменеподібне тіло. У складі бетонних або розчинних композицій заповнювачі виконують ряд важливих функцій:

-            займаючи в бетоні понад 80 % об’єму, скорочують витрати  цементної складової;

-     підвищують модуль пружності бетонів, знижують їхню повзучість, створюють у бетоні твердий кістяк, що приймає на себе усадочні напруження і тим самим запобігає утворенню тріщин;

   Залежно від величини зерен розрізняють:

-                     великі заповнювачі (гравій і щебені) – розмір часток 5...70 мм;

-                      дрібні заповнювачі (пісок) – розмір часток 0,14...5 мм.

За походженням заповнювачі бувають :

-                      природними (отримані шляхом переробки гірських порід);

-                      штучними (доменні й паливні шлаки, золи, керамзит тощо).

За щільністю зерен заповнювачі підрозділяють на :

-                      щільні – з густиною зерен більше 2000 кг/м³;

-                      пористі - з густиною зерен до 2000 кг/м³.

                                   Дрібний заповнювач

Піски, які застосовують для виготовлення будівельних розчинів і бетонів, можуть бути:

₋         природні (гірські, яружні, річкові, морські), що являють собою сипкі суміші головним чином зерен кварцю SiO₂;

−       штучні ( важкі , легкі ), отримані дробленням щільних  ( базальт, діабаз, мармур) і пористих (пемза, туф) гірських порід.

Присутність у піску пилуватих, глинистих і мулистих домішок знижує міцність і морозостійкість бетонів і розчинів. Кількість таких домішок визначається богаторазовим промиванням водою (відмулюванням). У природних пісках допускається вміст пилуватих і глинистих домішок до 3 % від маси піску.

                                    Великий  заповнювач

Як великий заповнювач для бетонів застосовують щебені, гравій, керамзит, жужільну пемзу, аглопорит, спучені перлітовий пісок і щебені. 

За крупністю зерен щебені й гравій розділяють на наступні фракції: 5...10; 10...20; 20...40; 40...70.

Вміст різних фракцій у великому заповнювачі для бетонів нормується стандартом.

Вміст фракцій крупного заповнювача

Найбільша крупність заповнювача, мм	Вміст фракцій у великому заповнювачі, %
	5...10	10...20	20...40	40...70
20	25...40	60...75	-	-
40	15...25	20...35	40...65	-
70	10...20	15...25	20...35	35...55

Шкідливі домішки (органічні, пилуваті, глинисті) у великому заповнювачі можуть бути, такі самі, як і у пісках. 

                                     Пористі заповнювачі

Заповнювачі для приготування легких бетонів бувають природними, штучними або отриманими з відходів промисловості.

Керамзит є штучним пористим заповнювачем, який отримують випалюванням попередньо відформованих глинистих гранул, що здатні до спучування.  Випускають у вигляді гравію (гранули 5...40 мм) і піску(зерна менше 5 мм). Марка керамзиту встановлюється залежно від насипної густини – від 250 до 600 кг/м³.

Жужільна пемза – пористі щебені, отримані спучуванням розплавлених металургійних шлаків з наступною швидкою фіксацією пористої структури шляхом різкого охолодження, тому що сировиною для виробництва жужільної пемзи служать техногенні відходи. Даний вид заповнювача економічно дуже ефективний. Міцність пемзи – від 0,4 до 2 МПа .

Аглопорит - пористий заповнювач у вигляді гравію, щебенів. Одержують шляхом спікання сировинної шихти із глинистих порід і паливних відходів.

Спучені перлітові пісок і щебені - пористі зерна білого або світлоосірого кольору, одержані шляхом швидкого випалювання вулканічних склоподібних гірських порід (перліту, обсидіану). Залежно від розміру зерен спучений перліт поділяють на щебінь і гравій з насипною густиною 100...500 кг/м³ й пісок з насипною густиною 100...600 кг/м³.

Презентація "Заповнювачі"


Тест "Заповнювачі"