Минеральные конструкционные материалы

К минеральным конструкционным материалам, применяемым в судостроении, относятся водоцементные и цементные растворы, бетон, железобетон, полимерцементный бетон, армоцемент, чугунобетон и др. Одним из основных ингредиентов почти всех минеральных композиционных материалов является цемент.

Цемент — собирательное название искусственных неорганических порошкообразных гидравлических вяжущих материалов, обладающих способностью при взаимодействии с водой образовывать пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в камневидное тело. В зависимости от состава, основных свойств и области применения вяжущие материалы подразделяют на гидравлические и воздушные. Гидравлические вяжущие материалы после смешивания с водой (затворения) и предварительного затвердевания на воздухе, попадая в воду, продолжают наращивать свою прочность. К ним относятся портландцемент и его разновидности; глиноземистые, пуццолановые, шлаковые, расширяющиеся цементы; цементы с микронаполнителями и др. Воздушные вяжущие материалы могут затвердевать и длительно сохранять свою прочность только на воздухе. В эту группу входят гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы, строительная воздушная известь, растворимое стекло.

В судостроении широко используют главным образом гидравлические вяжущие материалы.

Портландцемент представляет собой смесь дозированных искусственных материалов на основе силикатов кальция (клинкер, гипс, активные минеральные добавки), получаемую путем обжига до спекания и затем тонко измельчаемую. Основой портландцемента является клинкер (60—95 % массы) — спеченная смесь известняка и глины. Гипс — минерал, состоящий в основном из двуводного сернокислого кальция. Он регулирует сроки схватывания цемента. Минеральные активные добавки — тонкоизмельченные вещества, содержащие кремнезем в химически активной форме. К ним относятся природные (трепелы, диатомиты, вулканические пеплы) и искусственные (доменные шлаки, топливные шлаки и золы) вещества.

Минеральные активные добавки вводят в портландцемент в количестве 5—15 % массы, они придают цементу гидравличность — способность после предварительного твердения на воздухе твердеть далее в воде, другие необходимые свойства и снижают его стоимость.

Цемент должен обеспечивать возможность получения долговечных конструкций на его основе, необходимые их прочность, водостойкость, водонепроницаемость, морозо- и трещиностойкость. Требуемые свойства достигаются проектированием сырьевой смеси и получением в процессе производства цемента необходимого состава—химического, минералогического, гранулометрического и вещественного. Под минералогическим составом цемента понимаются качественный и количественный перечни минералов, входящих в клинкер, а под вещественным — качественный и количественный перечни веществ, входящих в готовый цемент.

Портландцемент и его разновидности — наиболее распространенные и широко применяемые в судостроении цементы. Плотность портландцемента 3050—3150 кг/м³, насыпная объемная масса — в среднем 1300 кг/м³. К разновидностям портландцемента относятся быстротвердеющий, сульфатостойкий, пластифицированный, гидрофобный, пуццолановый портландцемента. Быстротвердеющий портландцемент имеет более тонкий помол и через трое суток отличается более высокой прочностью, чем прочность обычного портландцемента. Сульфатостойкий портландцемент стоек к агрессивному воздействию морской воды, отличается повышенной морозостойкостью. Пластифицированный портландцемент характеризуется высокой водонепроницаемостью, применяется для приготовления бетонных композиций с пониженным водоцементным отношением и повышенной плотностью. Гидрофобный портландцемент обладает водоотталкивающими свойствами, небольшим водопоглощением, повышенными водонепроницаемостью и морозостойкостью. Пуццолановый портландцемент отличается высокой коррозионной стойкостью, прочностью и вяжущими свойствами.