Общие сведения о минеральных вяжущих

Подробности: Создано 29.04.2011 01:55; Обновлено 19.10.2011 00:17; Автор: Admin

Минеральными вяжущими принято называть вещества, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое со временем затвердевая превращается в камень и будучи смешано с каменными материалами связывает их в единый монолит.

Получение искусственного камня (конгломерата), которым является затвердевший камень в результате физико-химических превращений в процессе твердения вяжущих, основан на втором законе термодинамики, который в популярной форме можно выразить следующим образом: «Всякая термодинамически устойчивая система будучи выведена из равновесия стремится занять устойчивое положение». Данный постулат можно изобразить в виде следующей схемы — рис. 1.

Действительно, горная порода — кристаллическая, относительно устойчивая система, при обжиге теряет атомы (ионы) из кристаллической решетки, которая в результате этого процесса деформируется, переводя систему в неустойчивое - и как следствие - химически активное состояние.

Если теперь эту химически активную систему затворить водой, то за счет физико-химических процессов в кристаллическую решетку обоженного продукта будут внедряться подвижные атомы (ионы), переводя последнюю в конфигурацию более правильной формы по сравнению с решеткой обожженного продукта, т. е. более устойчивую систему. Пусть эта система будет и менее устойчивой в сравнении с системой исходного сырья, однако она будет обладать прочностью достаточной, по крайней мере, для получения искусственного конгломерата типа бетона.

Процессам твердения вяжущих веществ было посвящено много исследовательских работ, в результате которых были разработаны теории твердения. Наиболее известными работами в этой области являются работы французского ученого Ле Шателье, немецкого - Михаэлиса и российских академиков А. А. Байкова и П. А. Ребиндера. Не вдаваясь в подробности каждой из теорий твердения, следует сказать, что основополагающей в настоящее время является теория твердения, разработанная акад. А. А. Байковым и дополненная П. А. Ребиндером и его научной школой. По теории А. А. Байкова весь процесс перехода вяжущего в состояние искусственного камня разбит на три периода:

1) растворение и гидратацию,
2) коллоидацию,
3) кристаллизацию новообразований.

Рассмотрим более подробно эти периоды:

1. При затворении вяжущего водой происходит выделение молекул с поверхности зерен вяжущего в водную среду, которые сразу же взаимодействуют с водой, образуя гидратные соединения (новообразования). Возьмем для примера строительный гипс: после растворения полуводного гипса происходит его гидратация по реакции CaSO₄·0,5H₂O + 1,5Н₂О = CaSO₄·2H₂О.
Следует отметить, что реакции взаимодействия между водой и вяжущим веществом протекают и на поверхности зерен (топохимические реакции). Этот процесс протекает до тех пор пока, не получится насыщенного раствора.

2. Поскольку растворимость исходного вещества выше, чем полученных новообразований, то молекулы последних начинают образовывать коллоидные частицы (с целью снижения поверхностной энергии в системе). Связь между коллоидными частицами обусловливается межмолекулярными силами через тонкие прослойки воды, в результате образуется коагуляционная структура, при которой система начинает терять вязкотекучее состояние, которое строители называют «схватыванием». Заметим также, что коагуляционная структура обладает «тиксотропными» свойствами, т. е. при приложении нагрузки, например вибрационной, тесто переходит в текучее состояние за счет разрушения непрочных сил физического взаимодействия с последующим восстановлением коагуляционной структуры после снятия приложенных воздействий. Этот момент является важным в технологии бетонов.

3. В процессе продолжающегося растворения исходного вещества и последующего образования коллоидных частиц система насыщается настолько, что коллоидные частицы сближаются между собой на расстояния ионных радиусов, тогда возникают силы химического взаимодействия, в результате которых в системе начинают образовываться кристаллические сростки. В процессе образования кристаллических сростков система переходит в камнеподобное состояние с необратимой структурой. Следует отметить, что в затвердевающем камне одновременно присутствуют коагуляционная и кристаллизационная структуры, соотношение между которыми в процессе твердения постоянно меняется.