Вяжущие вещества

Министерство образования и науки Российской Федерации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Учебное пособие 
2-е издание
Москва 
2018

УДК 691.5
ББК 38.32
         В99
Авторы:
О.А. Ларсен, Н.А. Гальцева, О.В. Александрова, В.Г. Соловьев
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент М.Б. Каддо,
доцент кафедры строительных материалов НИУ МГСУ;
кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.В. Бессонов,
руководитель испытательного центра «Стройфизика-тест» ФГБУ НИИ СФ РААСН
В99	
	 Вяжущие вещества : учебное пособие / [О.А. Ларсен и др.] ; М-во 
образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. 
строит. ун-т. — 2-е изд. — Москва : Издательство МИСИ–МГСУ
, 
2018. — 112 с.
ISBN 978-5-7264-1861-2
Дается характеристика воздушных и гидравлических вяжущих веществ, 
приводятся сведения об их классификации, применяемом сырье и особенностях технологических схем изготовления различных вяжущих материалов. Освещается сущность процессов, протекающих при схватывании и 
твердении вяжущих материалов, сообщается о присущих им физико-механических свойствах и областях их применения — преимущественно в производстве бетонных и железобетонных изделий.
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство 
по профилю «Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций».
УДК 691.5
ББК 38.32
ISBN 978-5-7264-1861-2
© Национальный исследовательский 
     Московский государственный  
     строительный университет, 2018

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
... 5 
2. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА   
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ ..................................................... 7 
3. ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
..................................................... 9 
3.1. ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ..................................................... 9 
3.1.1. Общие сведения .................................................................................... 9 
3.1.2. Строительный гипс ............................................................................. 13 
3.1.3. Высокопрочный гипс 
.......................................................................... 18 
3.1.4. Схватывание и твердение полуводного гипса 
.................................. 21 
3.1.5. Основные свойства строительного и высокопрочного гипса ......... 22 
3.1.6. Ангидритовые вяжущие ..................................................................... 24 
3.1.7. Смешанные гипсовые вяжущие вещества ........................................ 27 
3.2. МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
...................................... 28 
3.3. ИЗВЕСТЬ СТРОИТЕЛЬНАЯ ВОЗДУШНАЯ .......................................... 31 
3.3.1. Общие сведения .................................................................................. 31 
3.3.2. Производство воздушной извести 
..................................................... 34 
3.3.3. Гашение извести ................................................................................. 53 
3.3.4. Твердение воздушной извести 
........................................................... 64 
3.3.5. Свойства воздушной извести и области ее применения ................. 68 
3.3.6. Карбонатная известь ........................................................................... 70 
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
....................................... 73 
4.1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ И РОМАНЦЕМЕНТ ........................... 73 
4.2. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ ................................................................................ 76 
4.2.1. Состав портландцементного клинкера.............................................. 76 
4.2.2. Производство портландцемента ........................................................ 80 
4.2.3. Взаимодействие портландцемента с водой ...................................... 88 
3 

4.2.4. Структура цементного теста и камня 
................................................ 91 
4.2.5. Строительно-технические свойства портландцемента 
.................... 94 
4.2.6. Коррозия портландцементного камня 
............................................... 98 
4.2.7. Разновидности портландцемента .................................................... 101 
4.2.8. Активные минеральные добавки и пуццолановые цементы 
......... 103 
4.2.9. Шлаки и шлаковые цементы 
............................................................ 107 
4.2.10. Цементы с микронаполнителями .................................................. 112 
4.3. ТОНКОМОЛОТЫЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ   
И ВЯЖУЩИЕ НИЗКОЙ ВОДОПОТРЕБНОСТИ ........................................ 113 
4.4. ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ 
............................................................... 114 
Библиографический список ............................................................................. 118 
 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
Строительными неорганическими вяжущими веществами называют 
порошкообразные материалы, образующие при смешении с водой пластичное удобообрабатываемое тесто, постепенно переходящее в камневидное состояние в результате физико-химических реакций, протекающих при взаимодействии вяжущего вещества и воды. 
В строительной практике неорганические (минеральные) вяжущие 
вещества находят применение в виде смеси с водой, или с водой и заполнителями — песком, гравием или щебнем.  
Номенклатура неорганических строительных вяжущих веществ разнообразна. В зависимости от свойств, состава, вида применяемого сырья, способа производства и технологических параметров они подразделяются на гидравлические, воздушные, кислотостойкие и вяжущие автоклавного твердения. 
Воздушные вяжущие, к которым относятся воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе. 
Гидравлические вяжущие способны к твердению не только на воздухе, но и в воде, при этом длительно сохраняют свою прочность как в 
воздушных, так и водных условиях. В эту обширную группу входят гидравлическая известь, романцемент, портландцементы без добавок, портландцементы с минеральными добавками, пуццолановые цементы, шлаковые цементы, сульфатостойкий портландцемент с добавками и без добавок, композиционный портландцемент, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы.  
Вяжущие вещества автоклавного твердения способны к интенсивному набору прочности только в гидротермальных условиях (в автоклавах) при давлении насыщенного водяного пара 0,9…1,6 МПа, в течение продолжительного времени (6…10 ч). К их числу можно отнести 
известково-кремнеземистые смеси (известково-кварцевые, известковошлаковые и т.д.). 
Кислотоупорные вяжущие вещества представляют собой смесь из 
тонкомолотого кварцевого песка, кремнефтористого натрия и водного 
раствора силиката натрия (калия). После начального твердения в воздушных условиях эти вяжущие могут длительно сохранять свою прочность 
при воздействии агрессивных органических и неорганических кислот. 
5 

2. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА  
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ 
Основным сырьем для производства минеральных вяжущих веществ являются горные породы и вторичное сырье, представляющее собой промышленные отходы. 
Преимущественно используются следующие горные породы: 
 гипсовые — гипсовый камень, богатый двуводным сернокислым 
кальцием (CaSO4 ∙2H2O), или ангидрид, состоящий преимущественно 
из безводного сернокислого кальция (CaSO4); 
 карбонатные — известняк или другие горные породы, например 
мел, содержащие преимущественно углекислый кальций (CaCO3); магнезит, представленный в основном углекислым магнием (MgCO3), и доломит — комплексная соль CaCO3 ∙MgCO3; 
 глинистые — глины и мергели, содержащие также в небольшом 
количестве CaCO3 и MgCO3. К глинистым породам могут быть отнесены и высокоглиноземистые породы — бокситы, содержащие до 70% и 
более окислов алюминия; 
 кремнеземистые — состоящие в основном из окиси кремния (кварцевый песок, диатомит, трепел, трасс и др.). 
В качестве вторичного сырья используют доменные и топливные 
шлаки и золы. Применение отходов промышленности имеет большое 
экономическое значение. 
Кроме перечисленных материалов, для придания цементам тех или 
иных свойств, или в целях снижения стоимости вяжущего, применяют 
еще и так называемые добавки к вяжущим, которые по основному назначению подразделяются на: 
 активные минеральные (гидравлические), содержащие в большом 
количестве кремнезем в активной форме. К ним относятся трассы, 
пемзы, вулканические туфы, пеплы, диатомиты, трепелы, опоки, горелые породы, кислые и основные доменные шлаки, глиниты, цемянки; 
 наполнители инертные — пески кварцевые и другие, песчаники, 
известняки, доломиты, природная доломитовая мука, природный пылевидный кварц, лесс, топливная зола, доменная мука; 
 наполнители кислотостойкие — тонкоизмельченные андезит, 
бештаунит, гранит, плавленые диабаз и базальт, фарфор, природный пылевидный кварц, кварцевые пески; 
6 

 наполнители жароупорные — тонкоизмельченный шамот, кварцевый песок, зола ТЭЦ, гранулированный шлак, хромит, магнезит, пемза; 
 вещества, ускоряющие твердение, применяемые для получения 
быстротвердеющих бетонов и растворов, т.е. для повышения их прочности в ранние сроки твердения или при производстве работ в зимнее 
время; такими добавками являются хлористый кальций, хлористый 
натрий и соляная кислота; 
 вещества, замедляющие схватывание, используемые в том случае, 
когда скорость схватывания бетонной или растворной смеси не обеспечивает такую ее удобоукладываемость, которая необходима для производства работ; для портландцемента обычной добавкой такого рода является гипс; аналогичное действие оказывают сернокислое окисное железо и слабый раствор серной кислоты; для гипсовых вяжущих веществ 
применяют кератиновый замедлитель, животный клей, микропенообразователь БС; 
 поверхностно-aктивные вещества, подразделяемые на пластифицирующие, гидрофобно-пластифицирующие и микропенообразующие. 
 
 
 

3. ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
3.1. ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА 
3.1.1. Общие сведения 
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие 
из полуводного гипса или ангидрита, получаемые тепловой обработкой 
сырья с последующим помолом.  
По условиям обжига, а также скорости схватывания и твердения 
гипсовые вяжущие вещества подразделяют на две основные группы: 
 низкообжиговые — собственно гипсовые вяжущие, быстро схватывающиеся и быстротвердеющие, состоящие в основном из полуводного сульфата кальция (CaSO4 ∙0,5H2O); к ним относятся строительный, 
формовочный, высокопрочный (технический) гипс и гипсовые вяжущие 
из гипсосодержащих материалов; 
 высокообжиговые — медленносхватывающиеся и медленнотвердеющие, состоящие в основном из безводного сульфата кальция  CaSO4, 
к которым относятся ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и 
высокообжиговый гипс, называемый также эстрих-гипсом, гидравлическим или кальцинированным гипсом. 
Сырьем для производства гипсовых вяжущих являются природный 
гипсовый камень (CaSO4 ∙2H2O), ангидрит (CaSO4) и гипсосодержащие 
породы — глиногипс (гажа), землистый гипс, смесь гипса с лессом (ганч 
(арзык)). В отдельных случаях применяются отходы химической промышленности — фосфогипс, борогипс, гидролизный гипс, фторогипс, 
хлорогипс, феррогипс и др. 
Двуводный гипс — мягкий минерал: твердость его по шкале Мооса 
равна 2, истинная плотность составляет 2,2…2,4 г/см3. Состав химически 
чистого двуводного гипса: CaO  — 32,56 %, SO3  — 46,51 %  
и H2O — 20,93 %. 
Двуводный гипс часто залегает вместе с ангидритом, который является в большинстве случаев его подстилающим слоем. Под действием грунтовых вод ангидрит переходит в двуводный гипс. Волокнистая разновидность минерала гипса называется селенитом, а зернистая — алебастром.  
Ангидрит — плотная порода, состоит преимущественно из безводного сернокислого кальция (CaSO4). Истинная плотность колеблется  
от 2,9 до 3,1 г/см3. Твердость — 3,0…3,5 по шкале Мооса; содержит 
41,19 % CaO и 58,81 % SO3.  
8 

Гипсосодержащие породы по своей структуре представляют тонкодисперсную механическую смесь или рыхлые, слабосцементированные 
образования серого, желтоватого или бурого цветов. Свыше 80 % материала представлено частицами размером менее 0,01 мм. Истинная плотность материала около 2 г/см3, твердость по шкале Мооса менее 1. 
На основании многочисленных исследований, проведенных отечественными и зарубежными учеными, возможно существование следующих модификаций водного и безводного сульфата кальция:  
1) двуводный сульфат кальция (двуводный гипс) CaSO4 ∙2H2O; 
2)  α  — полуводный сульфат кальция ( α  — полугидрат или  
α — CaSO4 ∙0,5H2O); 
3)  β  — полуводный сульфат кальция ( β — полугидрат или 
β — CaSO4 ∙0,5H2O); 
4) α — обезвоженный полугидрат α — CaSO4; 
5) β — обезвоженный полугидрат β — CaSO4; 
6) α — растворимый ангидрит α — CaSO4; 
7) β — растворимый ангидрит β — CaSO4; 
8) нерастворимый ангидрит (обычно называемый ангидритом) 
CaSO4. 
На рис. 1 приведена схема термических превращений всех описанных в литературе модификаций водного и безводного сульфата кальция. 
Образование α-  и β-  модификаций полуводного гипса зависит  
от условий термической обработки. 
β-полуводный гипс образуется в обычных условиях нагрева двуводного гипса при температуре 100…170 ℃ при удалении из него воды в 
виде перегретого пара, вследствие чего обладает мелкокристаллической 
структурой частиц со значительно развитой поверхностью. 
α-полугидрат образуется под давлением в автоклавах или варкой  
в жидких средах при обработке двуводного гипса насыщенным паром,  
в воде или в растворах некоторых солей при температурах 97…115 ℃. 
Вода при этом отделяется в капельно-жидком состоянии, а α-полугидрат 
состоит из крупных кристаллов, имеющих вид прозрачных игл или 
призм. Поэтому α -полугидрат имеет пониженную водопотребность  
и большую прочность.  
При дальнейшем нагревании до 160…180 ℃ β-полугидрат, а при 
200…210 ℃ и α -полугидрат теряют гидратную воду и переходят  
в α-обезвоженный и β-обезвоженный полугидраты без изменения кристаллической структуры. 
9 

 
Рис. 1. Схема процессов, протекающих при термической  
обработке двуводного гипса