1. История развития производства вяжущих

Применение магнезиальных вяжущих веществ.
Магнезиальные цементы применяют для изготовления фибролита, ксилолита, искусственного мрамора, штукатурок, теплоизоляционных материалов, лестничных ступеней, проступей, подоконных досок и других строительных изделий, оснований под чистые полы, скульптурных изделий, а также для получения точильных и литографских камней, искусственных жерновов и для ряда других целей.
Магнезиальные вяжущие вещества применяют преимущественно вместе с органическими заполнителями: опилками; древесной шерстью и др., которые не оказывают на магнезиальные вяжущие отрицательного действия. Это объясняется более нейтральным химическим характером этих вяжущих, а также минерализацией органических заполнителей оксихлоридом магния, образующимся при твердении. При сочетании же цемента с органическими заполнителями приходится вводить минерализаторы, например в виде хлористого кальция или сернокислого глинозема, так как содержащиеся в древесине водорастворимые экстрактивные вещества (сахара, гемицеллюлоза) вредно действуют на цемент.
Фибролит (по-гречески - волокнистый камень) представляет собой спрессованные и затвердевшие плиты из древесной шерсти, костры кенафа или других волокнистых органических материалов, связанных магнезиальным цементом.
Для получения фибролита каустический магнезит затворяют раствором хлористого магния или другой соли и затем полученное магнезиальное молоко тщательно смешивают с древесной шерстью, отвешивают необходимое количество фибролитовой массы и загружают ее в металлические или деревянные формы.
Фибролитовую массу спрессовывают под давлением 0,4-0,5 кг/см² и более. Вначале спрессованные в формах плиты подвергают в камерах воздействию в течение 6-7 ч воздуха, нагретого до 60-70 С, а затем в тех же или других камерах плиты в течение 7-8 ч нагревают воздухом с температурой 80-90 С при усиленной вентиляции.
В зависимости от объемного веса и прочности на изгиб различают следующие виды фибролита: теплоизоляционный, конструктивный и фибролитовую фанеру. Теплоизоляционный фибролит можно применять для утепления стен, перекрытий и полов из других материалов, конструктивный - для заполнения стен, перегородок и перекрытий каркасных конструкций, а фибролитовую фанеру - для обшивки под штукатурку стен и потолков.
Ксилолит  (по-гречески - деревокамень) представляет собой затвердевшую смесь мелких органических заполнителей (опилок хвойных пород) и магнезиального вяжущего, затворенного раствором солей. Кроме того, добавляют асбест, тальк, трепел, кварцевый песок и красители. Ксилолит применяется главным образом для бесшовных (сплошных) полов и в виде прессованных плит и плиток для полов и облицовки стен.
Ксилолитовую массу получают путем подготовки, дозировки и перемешивания всухую каустического магнезита, заполнителей и красителей с последующим затворением раствором хлористого магния; смесь должна иметь пластичную консистенцию. При устройстве ксилолитовых полов приготовленную массу укладывают на деревянные, бетонные или каменные основания.
Ксилолитовые полы укладывают в один или два слоя. Толщина однослойного пола 15-20 мм, а двухслойного - 20-30 мм. Состав ксилолита для однослойного пола, а также для верхнего слоя двухслойного пола 1 : 2, т. е. на одну объемную часть порошка вяжущего берут две объемные части опилок. Состав массы, используемой для нижнего слоя двухслойного пола - 1 : 4. Уложенную на то или другое основание ксилолитовую массу, выравнивают и уплотняют трамбованием или вибрацией
На заводах выпускают ксилолитовые плитки квадратной или многоугольной формы. Их размеры 20Х20 или 15Х15 см, толщина 12-15 мм. Размер опилок не более 1,5 мм. Состав ксилолитовой массы для опилок - 1: 4. В процессе изготовления плиток ксилолитовая масса жесткой консистенции прессуется в горячем состоянии под давлением 300 кг/см².
Из магнезиальных вяжущих изготовляют пено- и газомагнезит. Пеномагнезит получают путем затворения каустического магнезита раствором хлористого магния или других солей с введением клееканифольного пенообразователя. Для получения газомагнезита можно применять те же газообразователи, что и для газосиликата.
Известны также теплоизоляционные материалы, изготовляемые из каустического магнезита и асбеста (асбестомагнезиальные плиты) или из каустического доломита и асбеста (совелит). Дозировка асбеста в обоих случаях составляет 15%.
Штукатурные растворы на основе магнезиальных вяжущих используют для внутренней отделки зданий. В их состав наряду с вяжущим входят органические, а также минеральные заполнители и минеральные краски.
Свойства
Стандарт (ГОСТ 1216-41) делит каустический магнезит, в зависимости от его химического состава, на три класса. Минимальное содержание MgO должно составлять не менее 87, 83 и 75% соответственно для I, II и III классов. Каустический магнезит I класса используется в химической и магниевой промышленности.
Каустический магнезит легко поглощает влагу и углекислоту из воздуха, в результате чего образуются гидрат окиси магния и углекислый магний.
При этом происходит уменьшение удельного веса, которое может компенсировать увеличение у дельного веса, вызываемое пережогом. Поэтому проверять качество обжига путем определения удельного веса нужно сразу после выхода материала из печи.
Каустический магнезит необходимо упаковывать в плотную тару для предохранения его при перевозке и хранении от действия влаги и углекислоты воздуха.
Тонкость помола каустического магнезита по стандарту для II класса должна быть такой, чтобы остаток на сите №02 был не более 5% и чтобы через сито №008 проходило не менее 75% всего материала. Для других классов тонкость помола не нормируется.
Начало схватывания  должно наступать не ранее 20 мин., а конец - не позже 6 ч до начала затворения.
Каустический магнезит, затворенный хлористым магнием, должен выдерживать испытание на равномерность изменения объема при нормальной температуре (+20 С).
Магнезиальный цемент является быстротвердеющим вяжущим.  По СНиП (Строительные нормы и правила) марки каустического магнезита: 400, 500 и 600. Они определяются по показателям предела прочности при сжатии образцов из жесткого трамбованного раствора 1: 3 через 28 суток воздушного твердения.
Качество каустического доломита более низкое, так как он содержит значительное количество углекислого кальция и небольшое количество окиси кальция. В каустическом доломите должно быть не менее 15% окиси магния. Потеря при прокаливании каустического доломита должна находиться в пределах 30-35%. Содержание свободной окиси кальция в каустическом доломите не должно превышать 2,5%. Марки его, определяемые так же, как и для каустического магнезита, составляют 100, 150, 200 и 300.
Магнезиальные вяжущие являются воздушными, слабо сопротивляющимися действию воды, которая вымывает из них растворимые соли (MgCI₂ и др.). Их можно использовать только при твердении на воздухе с относительной влажностью менее 60%.


Вопрос 29.

Промышленность строительных материалов – одна из наиболее материалоемких отраслей экономики. Качество сырьевой базы, правильный выбор состава шихты предопределяют качество вяжущего, производительность печей, расход топлива и т.д.

Для производства гидравлической строительной извести используются особый вид карбонатного сырья. А именно, мергелевые карбонатные породы – переходная горная порода от известняков к глинам. [3]
Мергель - осадочная горная порода, представляющая собой тесную смесь глины, СаСО₃ или доломита. При содержании глинистых частиц менее 10-16 % порода называется глинистым (мергелистым) известняком, а если содержание глинистых частиц свыше 80-65 % - известковистой (мергелистой) глиной. Мергели можно разделить на три группы (Г.И. Теодорович, 1950): глинистый мергель (70-50 % глинистых частиц), типичный мергель (50-30 % глинистых частиц) и карбонатный мергель (от 30 до 12,5-10 глинистых частиц). М. представляют собой твердые глинисто-карбонатные породы, которые в отличие от глин лишены пластичности, но в то же время часто сцементированы не очень прочно. Малоглинистые разности мергелей, а именно карбонатные мергели, представляют сырье для производства гидравлической извести, а часть их может идти на производство портландцемента без добавок; разности последнего типа получили название цементных мергелей или натуральных цементов. В России наиболее известны цементные мергели района Новороссийска, Амвросиевки (Донецкая область) и с. Подгорного (Воронежская область).


Вопрос 30.

Гидравлической известью называют продукт, получаемый обжигом не до спекания мергелистых известняков, содержащих 6—25 % глинистых и тонкодисперсных песчаных примесей.

По ГОСТ 9179—77, строительную гидравлическую известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка, при просеивании которого остаток частиц на ситах № 02 и 008 не превышает соответственно 1 и 15%.
Мергелистые известняки, кроме глинистых примесей, обычно содержат включения углекислого магния и некоторые другие примеси. Так как гидравлическую известь изготовляют из природного сырья без специальной переработки в искусственные смеси однородного состава, то для ее получения необходимо применять мергелистые известняки с возможно равномерным распределением в них глинистых и других включений. При этом также учитывают, в виде каких соединений находятся в известняке те или иные примеси, так как от этого в значительной мере зависит качество получаемого продукта.
Гидравлическую известь обычно характеризуют гидравлическим или основным модулем (ОМ), представляющим собой отношение процентного содержания по массе оксида кальция к процентному содержанию кислотных оксидов:
ОМ = СаО/(SiO₂ + А1₂O₃ + Fе₂O₃).
Для гидравлической извести численное значение основного модуля колеблется в пределах 1,7—9. В зависимости от этого модуля различают сильногидравлическую и слабогидравлическую известь. У первой гидравлический модуль равен 1,7—4,5, у второй - 4,5—9. При гидравлическом модуле меньше 1,7 получают романцемент, а если он больше 9, то воздушную известь.
Гидравлическая известь после предварительного твердения на воздухе твердеет в воде и во влажной среде.
При схватывании и твердении молотой гидравлической извести протекают физико-химические процессы, характерные для твердения молотой негашеной извести, с одной стороны, и гидравлических вяжущих веществ, с другой. Вначале, как и при воздушном твердении молотой негашеной извести, содержащийся в гидравлической извести оксид кальция гидратируется в Са(OH)₂.Затем при твердений во влажной среде силикаты, алюминаты и ферриты кальция постепенно гидратируются, образуются соответствующие гидраты в гелевидном состоянии. Протекающие при этом физические процессы, как и при твердении других гидравлических вяжущих веществ, способствуют их постепенному уплотнению и росту прочности.
Специфические свойства этой извести обусловливают необходимость обеспечивать вначале воздушно-сухие условия твердения, а затем — влажные (для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция). При этом чем больше в извести свободного оксида кальция, тем более продолжительным должно быть начальное твердение в воздушной среде.
Свойства гидравлической извести. Истинная плотность 2,6—3 г/см³, насыпная плотность в рыхлом состоянии 700—800 кг/м³, в уплотненном—1000—1100 кг/м³.
Пластичность и удобообрабатываемость строительных растворов на гидравлической извести при прочих равных условиях меньше, чем растворов на воздушной извести. Гидравлическая известь — медленносхватывающееся вяжущее вещество. В зависимости от содержания в ней свободного оксида кальция сроки схватывания колеблются до начала схватывания в пределах 0,5—2 и до конца —8—16 ч.
Равномерность изменения объема при твердении зависит, главным образом, от содержания в гидравлической извести грубоизмельченных зерен свободного СаО, а также МgO. Содержание активной МgО в гидравлической извести указано в табл. 1

Таблица 1.

Химический состав слабо- и сильногидравлической извести (по ГОСТ 9179-77)

	Известь
Показатели	слабогидравли-ческая	сильногидра-влическая
Содержание активных СаО+МgО на сухое
вещество, %:
не менее	40	5
» более	65	40
Содержание активного МgО, %, не более	6	6
Содержание СO2, %, не более	6	5

Равномерность изменения объема при твердении гидравлической извести устанавливают обычно испытанием образцов в виде лепешек, изготовленных из теста.

При правильно выбранном режиме твердения строительные растворы и бетоны на гидравлической извести обладают более высокой прочностью, чем на воздушной. На гидравлической извести можно готовить растворы пластичной консистенции с прочностью при сжатии через 28 сут твердения 1,5—2,5 МПа и больше.
По ГОСТ 9179—77, при испытании гидравлической извести образцы-кубы размером 7,07X7,07X7,07 см из малопластичного раствора состава 1 : 3 (по массе) с нормальным вольским песком должны иметь прочность при сжатии: сильногидравлическая известь через 28 сут комбинированного хранения—5 МПа, слабогидравлическая через 28 сут — не менее 1,7 МПа.
Гидравлическую известь наряду с воздушной используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов. Однако в отличие от воздушной извести на ней можно получать растворы, пригодные для эксплуатации как в сухих, так и во влажных средах. Употреблять гидравлическую известь можно при изготовлении легких и тяжелых бетонов низких марок, применяемых в различных частях зданий. На ее основе изготовляют смешанные цементы — известково-шлаковые, известково-пуццолановые и др.


Вопрос 31.

Романцементом называют продукт тонкого помола обожженных не до спекания чистых и доломитизированных мергелей, содержащих не менее 25% глинистых примесей. В романцементе для регулирования его свойств можно вводить до 5% гипса различных модификаций, а также до 15% активных минеральных добавок.

Сырьем для производства романцемента служат мергели — природная смесь углекислого кальция и глин. Наиболее желательны мергели с таким соотношением между известняковой и глинистой частями, при котором в процессе обжига не до спекания получается продукт, не содержащий свободной окиси кальция. В романцементе вся окись кальция должна быть связана в силикаты, алюминаты и ферриты кальция.
Этого обычно достигают при применении мергелей со сравнительно невысоким содержанием в них углекислого кальция, характеризующихся гидравлическим модулем, равным 1,1—1,7.
Романцементы с повышенными вяжущими свойствами получают из мергелей с пониженным содержанием углекислого магния (не более 5—8%).
Кроме химического состава сырья на качество романцемента, как и гидравлической извести, в значительной мере влияют структура мергелей, характер и равномерность распределения в них различных примесей, дисперсность кварцевых и других включений и т. п.
Производство романцемента в основном заключается в добыче мергеля, его дроблении на куски требуемого размера, обжиге и последующем помоле обожженного материала.
Обжиг при малом содержании в сырье углекислого магния ведут при температуре 1000—1100° С. Магнезиальные мергели обжигают при 800—900° С. Более высокая температура может вызывать пережог MgO, и конечный продукт будет неравномерно изменяться в объеме.
При обжиге мергеля происходит диссоциация углекислого кальция и магния, при этом активно проходят реакции в твердом состоянии. В результате окись кальция почти полностью связывается в силикат кальция C2S, алюмосиликат C2AS, алюминаты кальция СА и С5А3, феррит C2F и алюмоферрит кальция C4AF, придающие роман-цементу способность к гидравлическому твердению.
Обжиг ведут в основном в шахтных печах (пересыпных или с,выносными топками), а иногда и во вращающихся. Расход условного топлива на обжиг в шахтных пересыпных печах составляет 12—14%, а в печах с выносными топками — 14—16% массы получаемого продукта.
В романцементе нормального обжига обычно нет свободной окиси кальция или она содержится в незначительном количестве (до 2-3%).


Вопрос 32.

Романцемент измельчают в шаровых мельницах чаще совместно с гипсом (3—5%) и гидравлическими добавками (до 10—15%), так как при этом получается более однородный продукт.

Романцемент по СНиП 1-В.2-69 следует измельчать до прохождения через сито № 02 не менее 9% материала и через сито дъ 008 —не менее 75% веса просеиваемой пробы. Однако рациональнее измельчать продукт до прохода через сито № 008 не менее 93— 95% материала. Такое измельчение способствует значительному улучшению вяжущих свойств.
Схватывание и твердение романцемента обусловлены гидратацией тех соединений, которые образовались при его обжиге. При этом возникают гидросиликаты кальция группы CSH(B) при соотношении СаО: Si02 в пределах 1,2—1,5, трехкальциевый гидроалюминат (СзАН5), двух-, или трехкальциевый гидроферрит C2FH
Гипс в романцементе взаимодействует с наиболее легко растворимыми его компонентами — алюминатами кальция — и переводит их в труднорастворимый эттрингит ЗСаО-Аl2О3-ЗСаSО4*З1H2О, замедляющий схватывание. В данном случае гипс выполняет ту же роль, что и при твердении портландцемента.
Свойства романцемента. Плотность колеблется в пределах 2,6—3 г/см3.
Объемная масса в рыхлонасыпном состоянии 800—1000 кг/м , в уплотненном — 1000—1300 кг/ж3.
Сроки схватывания зависят от содержания алюминатов кальция, тонкости помола и количества вводимого гипса. Для роман-цемента характерны сравнительно быстрое начало схватывания и замедленный конец.
По СНиП I-B.2-69 начало схватывания должно наступать не ранее 20 мин, а конец схватывания — не позднее 24 ч после затворе-ния водой.
Равномерность изменения объема при твердении романцемента зависит главным образом от наличия в нем свободной окиси кальция и пережженных частиц окиси магния.
Равномерность изменения объема романцемента определяют, выдерживая образцы-лепешки в парах кипящей воды, а также испытанием их в автоклаве. Если лепешки через 7 суток предварительного выдерживания в воздушно-влажных условиях не растрескиваются, то романцемент будет равномерно изменяться в объеме.
Прочность. По СНиП I-B.2-69 романцемент выпускают четырех марок: 25, 50, 100 и 150. Марки романцемента определяют по величине предела прочности при сжатии образцов-кубов размером 7,07X7,07X7,07 см, изготовленных из жесткого раствора состава 1 : 3 (по массе) и испытываемых через 28 суток комбинированного хряне-. ния (7 суток во влажной среде и 21 сутки в воде). Интенсивность твердения ромаицемента в большой степени зависит от температуры и влажности окружающей среды. В начальный период (до 7 суток) наиболее благоприятны для его твердения воздушно-влажные условия. Повышение температуры окружающей среды заметно ускоряет твердение, при пониженных же температурах (5—10° С) оно резко замедляется.
Активность ромаицемента заметно снижается при длительном его хранении на складе (более 2—3 месяцев).
Строительные растворы и бетоны на романцементе отличаются от полученных на гидравлической извести более высокой стойкостью при эксплуатации во влажных условиях и при попеременном увлажнении и высушивании. В сухих условиях их стойкость меньше стойкости растворов и бетонов па гидравлической извести.
Применяют романцемент для изготовления бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей зданий. Его используют также при штукатурных работах. Из-за невысокой механической прочности романцемент не применяют для изготовления железобетонных конструкций. Он может быть использован также в производстве стеновых камней и мелких блоков, особенно с применением обработки паром.