История развития и производства минеральных вяжущих веществ

Введение

Существует значительное количество разнообразных вяжущих. Однако в строительстве применяется лишь часть из них. Их называют строительными вяжущими веществами я делят на две основные группы: неорганические (минеральные), главнейшие из которых — портландцемент и его разновидности, известь, гипс и другие, и органические, из которых больше всего используют продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти), называемые часто «черными» вяжущими.

Строительными минеральными вяжущими веществами называют порошковидные материалы, которые после смешения с водой (а в отдельных случаях с растворами некоторых солей) образуют массу, постепенно затвердевающую и переходящую в камневидное состояние.

Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов с последующей термической обработкой при разных температурах. В этих условиях протекают разнообразные физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами. Обожженный материал подвергают тонкому измельчению.

Большинство минеральных вяжущих твердеет в результате возникновения гидратных новообразований при взаимодействии вяжущего вещества с водой. Лишь в некоторых случаях твердение происходит в итоге взаимодействия вяжущего, например, гашеной воздушной извести, с углекислотой воздуха и одновременной перекристаллизации гидроксида кальция.

Минеральные вяжущие используют в подавляющем большинстве случаев в смеси с водой и с так называемыми заполнителями — минеральными (а иногда и органическими) материалами, состоящими из отдельных зерен, кусков, волокон разных размеров. Вяжущие в смеси с мелким заполнителем (песком) дают растворы, в смеси с мелкими и крупными заполнителями (гравием, щебнем и т.п.) —бетоны. Иногда вяжущие применяют только в виде смесей с водой без заполнителей. Использование вяжущих в смеси с заполнителями обусловлено двумя основными причинами. Первая причина экономического характера — стоимость вяжущих относительно высока, поэтому для снижения стоимости изделия пли конструкции их необходимо изготовлять с минимальным расходом вяжущего. Для каждого вида изделий и конструкций расход вяжущего определяется рядом требований, предусматривающих необходимую строительную прочность, надежность и долговечность того или иного сооружения. Вторая причина — технического характера. Дело в том, что вяжущие вещества в виде теста без заполнителей обнаруживают повышенную Склонность к усадке и набуханию как при твердении, так и под влиянием тепловлажностных изменений. Это зачастую приводит к образованию трещин и ускоренному разрушению конструкций и сооружений.

Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в определенной последовательности.

Вяжущие вещества — основа современного строительства. Индустрия вяжущих материалов играет важную роль в современном общественном и экономическом развитии, так как во многом определяет потенциал промышленного и жилищного строительства. Чтобы построить 1 м. жилой площади, в среднем нужно израсходовать примерно 300 кг вяжущих материалов. От темпов роста выпуска вяжущих материалов зависят масштабы капитального строительства, его экономичность и технический уровень.

История развития и производства минеральных вяжущих веществ

Первое вяжущее вещество, которое использовал человек, была природная необожженная глина. Однако со временем из-за ее слабых вяжущих свойств и малой стойкости во влажных условиях она перестала удовлетворять требованиям строителей. Первые способы получения искусственных вяжущих (гипсовых и известковых) были изобретены уже за 2500 — 3000 лет до н.э.

В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие - такие как гипс. Это обуславливалось тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140-190 С), чем для производства извести.

Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом после гипса, есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций - вследствие меньшей энергоёмкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.

Впервые широко известь стала применяться в Греции для облицовочных работ и в гидротехнических сооружениях. Но лишь в римский период началось массовое применение извести для кладочных растворов. Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок - был изобретён предок так называемого пуццоланового цемента, названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.

На Руси развитие производства вяжущих материалов связано со строительством древних городов — Киева, Новгорода, Ростова, Владимира, Москвы. Эти материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. Древнейшее сооружение, построенное на извести — Десятинная церковь в Киеве (990 г). На извести же были сложены в 1485 — 1495 гг. стены Московского Кремля. В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести.

Несколько тысячелетий гипс и воздушная известь были единственными искусственно получаемыми вяжущими материалами.

Основным их недостатком является низкая водостойкость. Развитие мореплавания в XVII — ХVIII веках потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих, устойчивых к действию воды. В 1756 г. англичанин Д. Смитон обжигом известняка с примесями глины получил водостойкое вяжущее, названное гидравлической известью. В 1796 г. англичанином Д. Паркером был запатентован романцемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде. Его получали из мергелей, содержащих более 25 % глинистого компонента. По сравнению с гипсом и воздушной известью эти строительные материалы обладали несомненным преимуществом — водостойкостью. Поэтому они быстро вошли в строительную практику и до второй половины XIX в. являлись основными вяжущими веществами для гидротехнических сооружений.

В 1829 г. профессор Йохан Фукс немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как граниты, гнейсы, порфиры, полевой шпат, слюда и даже простая глина, не говоря о чистом кремнеземе (горный хрусталь, халцедон), все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоёмкости производства.

Еще ранее Фукса были проведены исследования французским инженером Вика, работы которого начались в 1812 г. (Луи Жозеф Вика еще в 1812 г. показал, что обожженная смесь чистой углекислой извести и глины в известной пропорции по измельчении затвердевает с водой без всяких прибавок.), а в 1818 г. он высказал мнение и доказал опытом, что всякий известковистый минерал, содержащий глину в известном количестве, способен дать так называемую гидравлическую известь после надлежащего прокаливания. С 1837 по 1841 гг. Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т. е. затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой). Вика предпринял затем исследование разных французских глин, мергелей, известняков, благодаря которому, во Франции быстро стало развиваться производство гидравлических известей и цементов, получаемых прокаливанием естественных глинистых известняков.

Незадолго до Вика, Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30-35% глины после обжигания и измельчения дают цемент, на производство которого он и взял патент, назвав свой цемент - романским. Несколько лет спустя такое же открытие было сделано французами в Булони. Во Франции они тоже получили название романских цементов, или быстротвердеющих (быстросхватывающих), но впоследствии из естественных глинистых известняков стали делать и медленно схватывающие цементы, почему за всеми цементами этого рода оставлено только название "романских", без других характеристик. Большие неудобства, зависящие от неоднородности глинистых известняков, повели к дальнейшим весьма важным открытиям в приготовлении цементов. Известняки с малым содержанием глины дают гидравлическую известь, с большим содержанием - гидравлические цементы разных характеристик, а естественные толщи мергелей даже незначительной мощности обыкновенно очень неоднородны по составу. Поэтому возникло естественное желание приготовить гидравлический цемент из смеси глины и извести. Вика показал, что это возможно, но практическое осуществление эта мысль получила в России и Англии. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

После Отечественной войны 1812 г. в Москве развернулись масштабные строительные работы. Начальник военно-рабочей бригады мастерских команд, производивших строительные работы в Кремле, Е.Г. Челиев обобщил накопленный опыт и описал способ производства гидравлического вяжущего. В 1825 г. была издана его книга «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 Англии в этом же направлении работал Д. Аспдин. В 1824 г. он получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня». Из-за своего сходства с портландским камнем, добываемым вблизи г. Портленда, вяжущее было названо портландцементом. Хотя это название сохранилось и поныне, полученное Д.Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова. Оно представляло собой разновидность романцемента с несколько повышенной температурой обжига. Гидравлическое вяжущее, описанное Е. Челиевым, ближе по свойствам современному портландцементу и по качеству превосходило портландцемент Д. Аспдина.

Со второй половины XIX в. портландцемент прочно вошел в строительную практику. В России над его совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют «отцом» русского цементного производства. В 1856 г. был пущен в действие первый русский завод по выпуску портландцемента в г. Гроздец, затем были построены заводы в Риге (1866 г.), Щурове (1870 г.), Пунане-Кунда (1871 г.), Подольске (1874 г.), Новороссийске (1882 г.). К началу первой мировой войны в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. тн. цемента. Одновременно росло производство извести и гипса.

В 1880 г. немецким ученым Михаэлисом был предложен способ приготовления силикатного кирпича с применением автоклавной обработки сырца.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: