Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Одним из первых вяжущих, которым пользовался человек, была необожженная глина. Этот материал применяется и до сих пор для возведения простейших сооружений, когда от изделий и конструкции не требуется высокой прочности. Вследствие слабых вяжущих свойств, а главное, вследствие малой стойкости во влажных условиях необожженная глниа со временем перестала соответствовать возросшим требованиям строительной техники. За 2500— 3000 лет до и. э. были найдены искусственные способы изготовления вяжущих веществ, в первую очередь гипса и извести, получаемых обжигом соответствующих горных пород. Гипс использовали уже при сооружении пирамид в Египте. Со временем научились придавать гидравлические свойства известковым растворам с помощью таких добавок, как обожженная глина и горные породы вулканического происхождения (туфы, пеилы, пемзы) в измельченном виде. Подобные растворы употребляли преимущественно в строительстве гидротехнических сооружении.

Вяжущие вещества на Руси применялись уже в глубокой древности. При сооружении Десятинной церкви в Киеве в 990 г., по данным Б. С. Швецова и В. Н. Суровцева, использовали известь. Стены Софийского собора в Киеве, построенного в XI в., сложены из кирпича на извести с добавлением такого количества измельченного кирпича, при котором достигается наибольшая долговечность растворов. По данным В. Н. Юнга, в XI-— XV вв. в России употребляли как жирную кальциевую, так и тощую магнезиальную известь.

В 1584 г. в Москве был учрежден Каменный приказ, который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. Организация Каменного приказа послужила дальнейшим толчком в развитии ее производства.

В XVIII в. в России систематизируется накопленный опыт производства и применения вяжущих веществ, плодотворно разрабатываются научные и практические проблемы. Это было связано с общим ростом русской промышленности и культуры: было построено свыше 3 тыс. промышленных предприятий, не считая горных заводов, в 1725 г. была основана Академия наук.

В связи с большим промышленным, военным и гражданским строительством потребовались более эффективные, чем известь и гипс, вяжущие вещества. Во второй половине XVIII в. в России разрабатываются и осваиваются способы изготовления вяжущих веществ из мергелей и искусственных смесей, по составу подобных мергелям.

В 1825 г, в Москве была опубликована книга Егора Челиева под названием «Полное наставление, как изготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». В ней Е. Челиев описал способ производства вяжущего из смеси извести или известковой штукатурки с глиной. Он считал необходимым обжиг смесей при белом калении до частичного расплавления компонентов в стекло.

Изобретателем портландцемента часто считают англичанина Джозефа Аспдина. В 1824 г. он получил патент на изготовление вяжущего вещества из смеси извести с глиной обжигом ее до полного удаления углекислоты. Однако по своим свойствам оно являлось разновидностью романцемента и, следовательно, не походило на современный портландцемент, получаемый обжигом строго дозированных исходных сырьевых смесей до спекания. Е. Челиев, понимавший значение обжига смеси исходных компонентов «добела», описал уже применявшийся способ изготовления гидравлического вяжущего, который был более совершенным, чем способ Дж. Аспдина. Таким образом, основоположником производства портландцемента в нашей стране является Е. Челиев.

Работы русских ученых создали предпосылки к организации предприятий вяжущих материалов в различных районах России. В 1856 г. был пущен в действие первый завод портландцемента в Гродзеце. Начиная с 60-х годов XIX в., были построены заводы в Риге, Новороссийске, Шурове, Брянске и других городах. В 1914 г. ко времени первой мировой войны в России насчитывалось 60 цементных заводов с годовой производительностью около 1,6 млн. т цемента. Одновременно сооружались также многочисленные известковые и гипсовые предприятия.

В XIX и начале XX в. русские ученые во главе с Д. И. Менделеевым продолжали изучение вяжущих веществ. Их работы оказали большое влияние на развитие отечественной и зарубежной науки, способствовали развитию промышленности.

А. Р. Шулячеико (1841—1903) изучал процессы твердения вяжущих веществ, в частности, исследовал влияние магнезии на изменение объёма твердеющих цементов, установив предельно допустимое содержание ее в цементе — 3 %, что и было внесено в нормы. Совместно с И. Г. Малюгой и другими учеными в 1881 г. он разработал первые русские нормы на портландцемент с методами определения его свойств.

Н. А. Велелюбский (1845—1922) был крупнейшим ученым в об-ласти испытания материалов и одним из основоположников русских норм и технических условий на строительные материалы. Он автор ряда методов испытания материалов, вошедших в международную практику.

Н. Н. Лямин (1870—1912) работал над вопросами твердения цементов. Он доказал, что при твердении цемента выделяется свободный гидроксид кальция. Он исследовал также влияние некоторых добавок — ускорителей твердения, в частности хлористого кальция.

С. А. Дружинин (1872—1935) исследовал гидравлические добавки и определил их влияние на стойкость портландцемента в минерализованных водах. Его работы способствовали широкому применению цементов с гидравлическими добавками в строительстве морских сооружений.

После временного упадка производства вяжущих веществ в период первой империалистической и гражданской войн уже с 1922— 1923 гг. начинается систематический рост их выпуска. К 1928 г. был превышен    уровень    дореволюционного     производства 

В 1962 г. СССР вышел на первое место в мире по выпуску цемента. Для современного состояния отечественной промышленности характерна большая концентрация производства. Так, в 1985 г. более 90 цементных заводов характеризуются годовой мощностью 1,5 млн. т и более. На таких предприятиях вырабатывается до 80—85 % общего выпуска цемента.

В настоящее время работают заводы мощностью 2,5—3,6 млн. т, оборудованные вращающимися печами производительностью до 3000 т клинкера в сутки и более. Выработка одного рабочего в год достигает 3000—4000 т. На современных предприятиях с полной механизацией и автоматизацией основных и вспомогательных процессов производительность труда может повыситься до 5000 т и более в год на одного рабочего.

В СССР производят разнообразные цементы, в том числе портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и др. Выпускается большое количество портландцемента марок 500— 600 и выше, а также специальные цементы — сульфатостойкий, гидрофобный, пластифицированный, дорожный и др. Организовано производство быстротвердеющего шлакопортлаидцемеита марки 400 и выше. Разработаны составы и технология сверхбыстротвердеющих цементов, прочность которых через сутки нормального твердения достигает 70—80 % 28-суточной прочности. Строительные свойства цементов, номенклатура показателей их качества, условия стандартизации регламентированы ГОСТ 4.214—80 «Цементы».

Высокого уровня достигла также промышленность известковых и гипсовых вяжущих веществ, объединяющая современные высокомеханизированные крупные предприятия.

Развитие промышленности минеральных вяжущих веществ в

СССР базируется на всесторонних исследованиях, осуществляемых

в научно-исследовательских институтах и в высших учебных заве

дениях.

Общеизвестны труды А. А. Вайкова (1870—1946), разработавшего теорию твердения вяжущих веществ и осуществившего крупные исследования в области сульфатостойких и других цементов.

В. А. Киндом (1883—1938) проведены обширные исследования цементов, устойчивых против действия минерализованных вод, разработаны методы расчета минералогического состава клинкеров.

В. Н. Юнг (1882—1956) известен многочисленными трудами в области цемента и других вяжущих веществ. Он создал теорию клиикерообразования, разработал совместно с сотрудниками технологию ряда специальных цементов.

В. Ф. Журавлев впервые установил периодичность вяжущих свойств силикатов, алюминатов, ферритов и других соединений металлов II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева в зависимости от их положения в четном и нечетном ряду.

П. П. Будников (1885—1968) создал ряд новых цементов: шлаковый бесклинкерный, ангидритовый, ангидрито-глиноземистый, расширяющийся и др. Общеизвестны его труды по гипсовым вяжущим веществам.

Н. А. Торопову (1908—1968) принадлежат труды, освещающие проблемы состава и структуры клинкера, а также твердения вяжущих веществ.

П. А. Ребиндер (1898—1974) развил теорию кристаллизационного структурообразования при твердении вяжущих веществ, предложил метод его регулирования с помощью поверхностно-активных веществ.

Ю. М. Бутт (1906-1975) и В. В. Тимашев (1932—1982) внесли большой вклад в установление влияния природы сырья, режимов обжига на свойства клинкеров, углубили представления о процессах твердения вяжущих в широком диапазоне температур.

С. Д. Окороков (1901—1981) свои многочисленные исследования посвятил классификации цементов по их минеральному составу, экзотермии отдельных минералов, легированию клинкеров малыми добавками различных веществ, созданию малотермичных цементов, в частности для гидротехнического строительства.

И. Ф. Пономарев (1882—1982) известен многими теоретическими исследованиями в области силикатов и технологии цементов, огнеупоров, автоклавных материалов.