Гидравлические вяжущие

Портландцемент (силикатный цемент) получают обжигом смеси известняка и глины в соотношении 3:1. Для обеспечения нужного состава сырьевой смеси вводят корректирующие добавки: кварцевый песок (SiO₂), колчеданные огарки (Fe₂O₃). Тонкоразмолотые и хорошо перемешанные сухим или мокрым способом составные части обжигают в огромных цилиндрических вращающихся печах при температуре 1400-1450 ⁰С. При обжиге цементной смеси известняк разлагается СаСО₃ → СаО + СО₂; Образующийся СаО вступает в реакцию с глиной, причем получаются силикаты и алюмосиликаты кальция. Материал спекается, образуя зернистую массу, называемую клинкером. После охлаждения клинкер подвергают очень тонкому помолу.

Химический состав цементов выражают обычно в процентах, содержащихся в них оксидов, из которых главными являются

CaO (65 %), SiO₂ (22,5 %), Al₂O₃ (7 %), Fe₂O₃ (4 %).

При замешивании силикатцемента с водой получается тестообразная, через некоторое время затвердевающая масса. Процесс затвердевания цемента протекает в три стадии. Первая стадия заключается во взаимодействии поверхностных слоев частичек цемента с водой:

3CaO∙SiO₂ + 5H₂O = 2CaO∙SiO₂∙4H₂O + Ca(OH)₂

Образующийся в результате реакции Са(ОН)₂ обволакивает цементные зерна, превращая их в связанную массу (вторая стадия). Третья стадия - кристаллизация или твердение. Частицы Са(ОН)₂ укрупняются, превращаясь в длинные игольчатые кристаллы, которые уплотняют массу силиката кальция. Вместе с тем нарастает механическая прочность цемента.

При употреблении цемента в качестве вяжущего материала его смешивают с песком (в соотношении 1 : 3) и водой; эта смесь называется цементным раствором. При смешивании цементного раствора с гравием или щебнем получают бетон. Бетон – важный строительный материал. Из него строят своды, арки, мосты, бассейны, жилые дома. Сооружения из бетона с основой из стальных балок или стержней называются железобетонными.

Глиноземистый цемент получают сплавлением тонко размолотой смеси боксита (Al₂O₃) с известняком при температуре 1500 ⁰С. После охлаждения сплав имеет вид темного мелкозернистого плотного камня. Его сначала дробят (очень твердый материал), а затем размалывают в тонкий порошок. Этот цемент содержит в процентном отношении больше оксида алюминия, чем портландцемент: CaO (40 %), Al₂O₃ (40 %), SiO₂ (10 %), Fe₂O₃ (10 %) Главными соединениями, входящими в его состав, являются различные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент затвердевает гораздо быстрее, чем силикатный. Твердение его заканчивается через 3 суток, а портландцемента примерно в течение месяца. Кроме того, он лучше противостоит действию морской воды. Но ГЦ разрушается даже слабыми растворами щелочей, вследствие образования алюминатов. Поэтому его нельзя смешивать с силикатцементом и известью и нельзя использовать в щелочной среде. ГЦ гораздо (в 3 раза) дороже силикатного, поэтому он применяется в строительстве лишь в специальных случаях, например при аварийных работах, тампонизировании трещин, иногда при зимних работах.