В'яжучі речовини: властивості, класифікація, опис, застосування

В'яжучі речовини відомі своїм широким використанням в сфері будівництва для приготування бетонів і розчинів, що застосовуються при зведенні будівель, споруд та інших конструкцій. Є безліч їх різновидів, і сьогодні ми коротко торкнемося основних існуючих підгруп.

Класифікація в'яжучих речовин

За своїм походженням вони можуть ставитися до органічної або неорганічної групі. До першої належать всілякі бітуми, смоли, дегти і печи. Основна сфера їх застосування - виготовлення покрівельних покриттів, які можуть бути рулонного або штучного типу, асфальтобетону і безлічі різноманітних гідроізоляційних матеріалів. Головне відмітна якість їх гідрофобність, тобто здатність розм'якшуватися і приймати робочий стан у процесі нагрівання або при взаємодії з якої-небудь органічної рідиною.


Друга група - неорганічні в'яжучі речовини - складається з вапна, гіпсу та цементу. Всі вони затребувані в процесі приготування бетонів і самих різних будівельних розчинів. Зовнішній вид неорганічних в'яжучих речовин представлений тонкомолотим матеріалом, що має властивість у процесі замішування водою перетворюватися у рідинно-пластичну тістоподібну масу, твердіючу до стану міцного каменю.

Що для характерно

Головні властивості в'яжучих речовин неорганічного походження - гідрофільність, пластичність при взаємодії з водою і здатність переходити до твердого стану з напіврідкого тістоподібного. Саме цим вони відрізняються від представників першої групи.


За способом твердіння неорганічні в'яжучі речовини вважають повітряними, гідравлічними, кислотними і автоклавного твердіння. Залежить це поділ від здатності до тривалого протидії природним кліматичним факторам. Повітряні в'яжучі речовини твердіють, взаємодіючи з водою і, утворивши міцний камінь, можуть залишатися в такому стані в повітряному середовищі на протязі довгого проміжку часу. Але якщо вироби та будівельні конструкції, виконані з їх застосуванням, піддавати регулярним зволоженню, то міцність ця досить швидко буде загублена. Будівлі і споруди такого типу легко піддаються руйнуванню. Що входить в цю групу? Сюди традиційно відносять гіпсові магнезіальні в'яжучі речовини - глину, повітряне вапно. Якщо розглянути їх хімічний склад, то всю цю групу, в свою чергу, можна поділити ще на чотири. Це означає, що всі повітряні в'яжучі речовини відносяться або до вапняним (на основі окису кальцію), або до магнезіальних (у складі яких каустичний магнезит), або гіпсовим в'яжучим, створеним на основі сірчанокислого кальцію, або є рідким склом - силікатом калію або натрію, існуючим у формі водного розчину.

Переходимо до "водних" матеріалів

Тепер давайте розглянемо іншу групу - гідравлічні в'яжучі речовини. Їм властиво тверднути, а також надовго зберігати міцнісні характеристики в середовищі не тільки повітря, але і водної. Хімічний склад їх досить складний і являє собою поєднання різних оксидів.
Всю цю велику групу, в свою чергу, можна розділити на цементи силікатної походження, у складі яких близько 75% силікатів кальцію (головним чином мова йде про портландцементі з його різновидами, дана група складає основу асортименту сучасних будівельних матеріалів) та іншу підгрупу - алюмінатних цементів на основі алюмінату кальцію (найвідоміші представники - всі різновиди глиноземистого цементу). До третьої групи зараховують романцемент і гідравлічну вапно. Які в'яжучі речовини відносять до кислотостійким? Це - кислототривкий кварцовий цемент, існуючий у вигляді тонкомолотого суміші кварцового піску з кремнієм. Розчиняється така суміш водним розчином силікату натрію або калію. Характерною особливістю групи кислотостійких в'яжучих є їх здатність, пройшовши початковий етап твердіння на повітрі, досить довго протидіяти агресивного впливу різних кислот.

Органіка в будівництві

Інша велика підгрупа - органічні в'яжучі речовини (що складається, як вже було згадано, в основному з різновидів асфальту і бітумних матеріалів) має зовсім іншу природу. Той же самий асфальт може бути штучним або природного походження. У складі його змішується бітум з представниками мінералів у вигляді вапняку або піщанику. У будівельній галузі асфальт широко використовують при прокладанні доріг і зведенні аеродромів як суміш піску, гравію або щебеню з бітумом. Такий же склад має асфальт, застосовуваний у вигляді гідроізоляції. Що таке бітум? Це - органічна речовина (або природне або штучне), у складі якого - високомолекулярні вуглеводні або їх похідні, що містять азот, кисень і сірку. Сфера застосування бітумів досить широка і коливається від шляхового й житлового будівництва до підприємств хімічної галузі та лакофарбової промисловості. Під дегтями розуміють в'яжучі речовини органічного походження, у складі яких - ароматичні високомолекулярні вуглеводи та їх похідні - сірчані, кислотні і азотисті.

Їх корисні якості

Основні вимоги, що існують для органічної групи в'яжучих, полягають у володінні достатнім ступенем в'язкості в момент взаємодії з твердою поверхнею, що дозволяло б проявитися високим змочують і обволікаючим властивостями з утворенням водостійкою плівки. Інша вимога - здатність зберігати дані якості протягом великого проміжку часу.
Ці в'яжучі речовини своє застосування знайшли при прокладанні доріг і міських вулиць, ними покривають аеродроми та автомобільні траси, влаштовують тротуари і підлоги в підвалах і будівлях промислового призначення. Розглянемо тепер основні види будівельних матеріалів, що належать до двох перелічених груп. Нагадаємо ще раз - неорганічна група в основному поділяється на ті, що тверднуть на повітрі і ті, що здатні робити це у водному середовищі.

В'яжучі речовини - матеріали для будівництва

Всім добре відома глина відноситься до найбільш поширеним з в'яжучих матеріалів, що твердіють в повітряному середовищі. Вона знайшла своє застосування при спорудженні різних будівель. Являє собою глина осадову породу, що існує як суміш пилоподібних частинок мікроскопічного розміру з піском і дрібними глинистими домішками. Найдрібніші з них отримали назву тонкодисперсних. Саме їх наявність дозволяє при попаданні у вологе середовище перетворюватися в тістоподібну субстанцію. Висохши, дана пластична маса легко застигає в заданій їй формі. Якщо таку форму обпалити, то отриманий камінь штучного походження володіє достатньо високою міцністю. Як і інші мінеральні в'яжучі речовини, з-за різного складу глини різноманітних відтінків. З розчинів на їх основі кладуть каміни, печі, а також формують цеглини. Вони ж можуть бути худими, жирними і середніми. Глина-шамот володіє вогнетривкими якостями, тому незамінна при влаштуванні камінів і печей.

Якою буває вапно

Інший дуже відомий і має широку сферу застосування в'яжучий матеріал називається повітряною будівельної вапном і бувають отриманий з гірських порід, а саме крейди, доломітів, вапняків, черепашнику. Основний оксид в ній може бути різним, в залежності від цього повітряну вапно прийнято ділити на доломітове, магнезіальну, кальцієву. Всі три різновиди отримують, обпалюючи в печі вапняки відповідного походження. Може бути повітряна вапно або негашеним, або гашеного (або гідратної). Остання утворюється в процесі гасіння однієї з трьох перерахованих вище. Якщо поглянути на існуючі вапняні фракції, то можна віднести її до комкова або порошкоподібної. Негашене вапно являє собою досить великі пористі грудки. У процесі гасіння водою з неї утворюється вапняне тісто. Щоб "добути" з комкова вапна порошкоподібну, слід зробити процес гідратації (гасіння), або змолоти грудки. Застосовуватися вона може як з добавками, так і без таких. Добавками служать шлаки, активні мінерали і пісок кварцового походження.

Все про гіпсі

Наступний матеріал - алебастр, він же гіпс. Його одержують, обробляють термічним шляхом подрібнений гіпсовий камінь. Гіпс твердне, проходячи три проміжних етапу, що складаються з його розчинення з подальшою коллоидацией і потім кристалізацією. При проходженні першої стадії утворюється насичений розчин двоводяного гіпсу. Твердея, він збільшується в об'ємі і набуває рівну білу поверхню. Застосовуючи фарбувальні пігменти, можливо надати виробам з гіпсу будь-які колірні відтінки. Процес схоплювання цього в'яжучого речовини в нормі починається після 4 хвилин від моменту початку замішування. Кінець застигання відбувається у проміжку від 6 до 30 хвилин. В процесі схоплювання суміш гіпсу і води перемішувати і утрамбовувати забороняється щоб уникнути ризику втрати в'яжучих якостей. Марок гіпсу існує досить багато, вони позначаються різними цифрами, що характеризують ступінь міцності при стисненні. Продається він розфасованим в мішки різного обсягу. Гіпс знайшов саме широке застосування в оформленні інтер'єрів житлових будинків і громадських будівель. З нього з давніх пір прийнято кидати самі різноманітні фігурні форми. Зберігати його слід виключно в сухому приміщенні, причому термін зберігання обмежений у зв'язку з можливою втратою міцності як основного корисного якості.

І ще про гіпсі

Будівельний гіпс виглядає як порошок кольором від сіруватого до яскраво-білого. Якщо змішати його з водою, починається характерна реакція, при цьому відбувається нагрівання суміші. В гіпс прийнято додавати спеціальні матеріали, іменовані утримують добавками, призначення яких - покращувати консистенцію і зчеплення з поверхнею під час штукатурення, а також злегка продовжувати термін твердіння. Щоб підвищити обсяг матеріалу без втрати робочих властивостей, вводять наповнювачі (наприклад, з спученого перліту або слюди). Спеціальний високоміцний гіпс обпалюють при високих температурах, в процесі кришталева вода з нього видаляється. Термін його твердіння збільшений до 20 годин, а твердість набагато більше, ніж у інших різновидів. Штукатурний гіпс просочують та отримують мармуровий (яскраво-білий, повільно твердне і застосовується для штукатурення внутрішніх поверхонь), причому при виготовленні в нього вводяться різні наповнювачі та утримують добавки. Основний зміст більшості таких добавок - служити сповільнювачем схоплювання. З метою виробництва внутрішньої штукатурки його готують в штукатурних машинах з можливим додаванням певних наповнювачів, наприклад, піску. З нього одержують суху штукатурку або гіпсокартонні будівельні плити, також гіпс застосовують при заповненні швів між ними. Буває гіпс шпаклювальних, що володіє аналогічними властивостями.

Поговоримо про цементах

Якими ще властивостями володіють гідравлічні в'яжучі речовини? Процес їх твердіння, що почався в повітряному середовищі, триває у воді, причому міцність їх зберігається і навіть зростає. Характерними і найбільш відомими представниками сімейства гідравлічних в'яжучих є, звичайно ж, цементи. Вони маркуються залежно від міцності, а марка конкретного зразка визначається встановленням граничного навантаження на вигин і стиск. Причому кожен із зразків повинен бути виготовлений у прийнятій пропорції цементу й піску і пройти випробування на певному терміні, що становить 28 діб. Швидкість схоплювання цементу теж може бути різною - повільної, нормальної або швидкої. Точно так само в залежності від швидкості твердіння будь-цемент може бути звичайним, швидкотверднучим або особливо швидкотверднучим. В якості прикладу в даній групі можна назвати портландцемент, існуючий у вигляді дрібного порошку сірого кольору з легким зеленуватим відтінком з можливим введенням добавок, які можуть бути з гранульованого шлаку (шлакопортландцемент).

Про швидкості твердіння

Випробування якості (як і виробництво) в'яжучих речовин ведеться з дотриманням численних стандартів. Для кожної з існуючих груп розроблені обмеження, що визначають нормативне час початку і закінчення схоплювання, рахуючи від моменту водного замішування. Інший цемент - глиноземистий - відноситься до швидкотверднучим гідравлічним в'яжучим. На вигляд це дрібний порошок коричневого, сірого, зеленого або чорного кольору (в залежності від методу обробки і вихідних складових). По тонкості помелу він злегка перевищує портландцемент і вимагає дещо більшого об'єму води. Змішані види в'яжучих речовин - ті, що можуть тверднути і в повітряному і водному середовищі і застосовуються при виробництві лише армованих бетонів або будівельних розчинів.

Бітуми та сфера їх застосування

Що ж стосується самих популярних органічних в'яжучих, то їх сімейство включає в себе безліч бітумів і дегтей, мають кольору від чорного до темно-коричневого. Традиційна сфера, в якій використовуються такі в'яжучі речовини, - роботи з гідроізоляції. Цей будівельний матеріал, водостійкий, водонепроникний, стійкий до атмосферних впливів і дуже еластичний. Розм'якшити і перевести в рідкий стан дану групу в'яжучих можна нагріванням. При зниженні температури в'язкість їх зростає і може бути повністю втрачено. Дана група, насамперед, складається з бітумів природного походження, а також одержаних при нафтової переробки. Хімічний склад їх з'єднання молекул кисню, водню, сірки та азоту. У будівництві затребувані нафтові бітуми (рідкі, тверді і напівтверді). За своїм призначенням їх також можна зарахувати до однієї з трьох груп - покрівельних, будівельних або дорожнім. З покрівельних готують просочувальний склад, виробляють руберойд і безліч самих різних мастик. Промислові бітуми твердих і пружно-твердих сортів виробляють високовакуумним методом з додатковими ступенями переробки, на яких масло кипить при високих температурах. Особливо стійкими до перепаду тепла й холоду вважаються оксидовані. Існують також суміші бітумів полімерами, що впливають на ступінь їх в'язкості. Характерною особливістю всіх видів служить здатність до зміни консистенції залежно від температури, причому різні фази можуть чергуватися неодноразово. На ній же основані клеючі властивості сімейства бітумних в'яжучих.

Чим вони цінні

Ступінь розширення бітумів під впливом високих температур порівняно з мінеральними матеріалами більше в 20-30 разів. Цінні якості їх - водостійкість, стійкість до солей, лугів, агресивних кислот і стоків. Як приклад може служити сіль, якою посипають сніг взимку на вулицях для танення. Знижується стійкість бітумів органічними розчинниками, маслами та жирами, від світла, тепла і повітряного кисню, які окислюють їх складові частини. При нагріванні м'які частинки випаровуються, і поверхня бітумів твердне. Перевагами їх є низька займистість, тобто даний матеріал не відноситься до вогненебезпечним. Нафтові бітуми не є шкідливими для здоров'я речовинами і не класифіковані як такі. В якості інших їх властивостей можна говорити про термовязкости, високої теплоізоляції, хорошому змочуванні. Твердість бітумів встановлюють глибиною проникнення опускається в них голки (вона вимірюється в сотих міліметра) при нормованої навантаженні за певний час в умовах конкретної температури. Перехід між твердим і рідким станом у них носить ковзний характер і визначається точкою розм'якшення при низьких температурах. Крім того, вони характеризуються, так званої точкою руйнування - це термін, що позначає температуру, при якій згинальний шар бітуму тріскається або руйнується.

Інші матеріали

Які ще в'яжучі речовини органічного походження можна назвати? Кам'яновугільними пеками, що представляють собою в'язку або тверду чорну субстанцію і службовцями продуктом перегонки дьогтю, просочують толь. Цей матеріал досить небезпечний і при попаданні на шкіру може викликати опік. Працювати краще всього з них похмуру погоду або при низькому освітленні. Кам'яновугільним дьогтем називають речовина, що виділяється в якості побічного продукту при коксохімічному виробництві. Він знайшов своє застосування у виготовленні мастики для покрівлі та дорожньому будівництві.