1.1. Общие сведения о вяжущих веществах, их значение для народного хозяйства

Существует значительное количество разнообразных вяжущих веществ, предназначенных для образования связующего вещества (матрицы) в композиционных материалах, к которым относятся подавляющее число строительных и других материалов. Строительные вяжущие делят на две основные группы: неорганические (минеральные) и органические.

Строительными минеральными вяжущими веществами, главнейшие из которых — портландцемент и его разновидности, известь, гипс и другие, 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.

Органические вяжущие вещества представляют собой природные или искусственные твердые, вязкопластичные или жидкие (при обычной температуре) вещества, состоящие из химических соединений с атомами углерода, обладающие способностью отвердевать и сцепляться (иметь достаточную адгезию) с минеральными или органическими наполнителями и заполнителями, растворяться в органических растворителях. К органическим вяжущим относят битумные и дегтевые вяжущие (битумы, дегти и композиции на их основе – битумно-резиновые, битумно-полимерные и др.), часто называемые «черными» вяжущими, и полимерные вяжущие (олигомеры, полимеры и сополимеры). Эти вяжущие придают материалам водоотталкивающие свойства (гидрофобность) и водостойкость, эластичность, малую пористость. Поэтому органические вяжущие широко используются в изоляционных и кровельных материалах. Определенное количество их применяется в конструкционных материалах типа бетонов, растворов и изделий из них.

Вяжущие используют в подавляющем большинстве случаев в смеси с так называемыми заполнителями — минеральными (а иногда и органическими) материалами, состоящими из отдельных зерен, кусков, волокон разных размеров, а также тонкодисперсными наполнителями. Вяжущие в смеси с мелким заполнителем (песком) дают растворы, в смеси с мелкими и крупными заполнителями (гравием, щебнем и т.п.) — бетоны. Использование вяжущих в смеси с заполнителями обусловлено двумя основными причинами. Первая причина экономического характера — стоимость вяжущих относительно высока, поэтому для снижения стоимости изделия или 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 теп-ловлажностных изменений. Это зачастую приводит к образованию трещин и ускоренному разрушению конструкций и сооружений. Кроме того, прерывный (дискретный) компонент – заполнитель и наполнитель, соответственно на уровне макро- или микроструктуры, является упрочняющим (армирующим) или выполняющим другую функцию (изоляционную, защитную и т.д.).

Вяжущие вещества — основа современного строительства. Значение вяжущих веществ в современном строительстве иллюстрируется следующими данными: при возведении жилых домов из кирпича или бетонных и железобетонных изделий на 1 м² жилой площади в среднем расходуется до 300 кг вяжущих веществ (цемента, извести, гипса). Только на жилищное строительство ежегодно требуется до 35—40 млн. т вяжущих веществ, а на промышленное, гидротехническое, сельскохозяйственное и другие его виды — значительно больше. В частности, на возведение таких уникальных сооружений, как Волгоградская, Братская, Красноярская гидроэлектростанции, потребовалось 1,5—2 млн. т цемента.