цемент, химические элементы, Д.И. Менделеев

история цемента и цементной промышленности

Основой практически каждого вида цемента являются три главнейших клинкерных минерала: СаО, Аl2О3, SiО2. Этот постулат химии цемента утвердился в результате многолетних изысканий большой группы ученых химиков и цементников только в первые десятилетия ХХ века. И практически к решению этой научной проблемы в области химии цементов великий русский химик, создатель периодической системы химических элементов Дмитрий Иванович Менделеев, прямого отношения не имеет. И вообще в своей научной деятельности химией цемента он не занимается.
Это было связано с тем, что активная научная деятельность Д.И. Менделеева проходила во второй половине 19 столетия, когда только производство цемента становилось на ноги и получило свое широкое развитие и делались первые практические шаги по изучению химического состава нового строительного материала.
Тем не менее, прямое отношение к изучению химических элементов, составляющих цемент, Д.И. Менделеев имеет.
И первой такой его научной работой является диссертация на тему "О химическом составе и строении кремнеземистых соединений", выполненной в 1856 году. В ней Д.И. Менделеев высказал ряд принципиально новых положений.
В 1871 г. вышла в свет вторая часть капитального труда Д.И. Менделеева "Основы химии". В ней, по крайней мере, в трех главах дается описание состава и свойства, их применении на практике, кальция, алюминия, кремния, извести, глины, кремнезема.
Приведем из них два обзаца в которых Менделеев впервые упоминает в своих трудах слово цемент.
" огромные ее массы (т.е. - извести - авт.) идут для цементов, т.е. для связи камней между собой. Для цементов употребляется известь, смешанная с водой и песком, который служит здесь для разъединения частей извести между собой. Если бы между двумя кирпичами помещалось только известковое тело, то кирпичи не связались бы плотно между собой, потому что после удаления воды известь заняла бы менее места, чем прежде, и вследствие этого в ее массе образовались бы трещины, так что она и не произвела бы того полного склеивания камней, какого стараются достичь. Кусочки камней, т.е. песок, перемешанные с известью, препятствуют такому процессу растрескивания, потому что известь связывает камешки или песчинки, с нею смешанные, и образует одну сплошную массу, вследствие процесса, происходящего после высыхания или удаления воды. Этот процесс затвердения извести после удаления воды состоит первоначально в прямом испарении воды и кристаллизации гидрата, так что известь связывает камни и песчинки, с нею смешанные, как клей два куска дерева. При более продолжительном действии цемент подвергается отчасти действию углекислоты воздуха, отчего образуется углеизвестковая соль, но при этом не более половины извести переходит в СаСо3, сверх того, известь отчасти действуют и на кремнезем, связанных камней, и вот эти-то новые образования, происходящие со временем в цементе, делают его со временем все более и более крепким".
В главе 17 "Кремний или силиций" пишет еще: "Считаем необходимым упомянуть вкратце еще об одном виде практического применения кремнеземистых соединений, а именно так называемых цементах. Обыкновенная известь и приготовленная из нее смесь с песком, практически называемая раствором или известкой, размывается водою, по крайней мере, в свежем состоянии, и по истечении некоторого времени вода разрушает цемент, образуемый обыкновенной известью. Но некоторые сорты извести дают массу, не размывающуюся водой и под ней затвердевшую, что вовсе не свойственно смеси извести с песком. Очевидно, что такое затвердевание под водою зависит от иного состава смеси, и такие сорты извести, которые затвердевание под водою, называются гидравлическими известняками, или гидравлическими цементами. Впрочем, в техническом отношении отличают собственно гидравлическую известь, т.е. такую, которая в смешивании с песком дает массу, затвердевшую под водой, и цементы или цемянки, т.е. такие вещества, которые, будучи подмешаны к извести, обыкновенно придают ей способность не разрушаться водою. Эти гидравлические свойства извести определяются тем, что в ней находится примесь кремнеземных и глиноземных соединений. Лучшим доказательством тому служит тот способ которым ныне искусственно приготавливают цементы. Для этого берут известь, смешанную с глиной, а именно, последней прибавляется около 25%, такую смесь подвергают некоторому накаливанию до того, чтобы масса не сплавилась, однако потеряла угольную кислоту и воду, содержащуюся в глине. Такая масса, будучи измельчена, если она предварительно была совершенно однородна, и составляет цемент, который под водою твердеет. Процесс затвердевания, вероятно, основывается при этом на образовании химических соединений между известью, кремнеземом, глиноземом и водою. Эти элементы и в природу соединяются в различные каменистые вещества; подобные соединения встречаются, например, в цеолитах, как мы видели выше. Во всяком случае, в затвердевшем цементе содержится значительное количество воды, и затвердевание цемента основывается, конечно, по крайней мере отчасти, на гидратации, т.е. на образовании водного соединения".
Не следует удивляться некоторою примитивностью определения, что такое цемент, описания свойств известковых растворов, которые соотносятся с термином цемент. Ведь это писалось в 60 годы 19 столетия, когда в строительстве в качестве вяжущих материалов применялись известь и романцемент, а настоящий портландцемент, можно смело сказать, только делал первые свои шаги. И конечно, о его химии никаких данных не имелось.
Тем не менее следует обратить внимание на мысль Менделеева, высказанную в конце первого обзаца, что новые образования, происходящие в растворе. происходят от воздействия извести на кремнезем.
Эта идея во втором обзаце, приведенного из 17 главы "Основ химии".
"Кремний или силиций", получают более конкретную и завершенную формулировку. Вот она: "Процесс затвердевания, вероятно, основывается при этом на образовании химических соединений между известью, кремнеземом, глиноземом и водою".
Более подробно о роли Д.И. Менделеева в изучении кремния и вообще силикатов освещена в монографии В.П. Барзаковского и Р.В. Добротина под названием "Труды Д.И. Менделеева в области химии силикатов и стеклообразного состояния", выпущенного издательством академии наук СССР в 1960 г.
В монографии авторы подробно излагают взгляды великого ученого на химическую породу силикатов и стекла. Они рассмотрены в связи с его общими химическими концепциями - учением о растворах, сплавах и т.д.
Работы Менделеева в области соединений кремния являлись в то время новым словом в познании химии этого элемента. Он практически создал новое учение о силикатах и стекле.
Свое мнение о роли учения Менделеева на развитие химии цемента ведущий химик цементной промышленности СССР, член-корреспондент Академии наук СССР Н.А. Торопов высказал в своей монографии "Химия цементов" так:
"Д.И. Менделеев в "Основах химии", написанных в 1868-1870 гг., неоднократно обращался к вопросам, связанным с химией силикатов и, в частности, химией цементов. Его формулировка: "Гидравлические свойства цементов определяются тем, что в них находятся могущие соединяться с водой и образовывать гидратные водою неизменяющиеся соединения",-и в настоящее время имеет первостепенное значение для понимания основ теории твердения цементов.
Весьма плодотворным для развития теоретических представлений о строении гидратированных силикатов кальция являются также введенные Д.И. Менделеевым понятия о существовании среди силикатов многочисленных соединений переменного состава и о возможности заменения глинозема в алюмосиликатах кремнеземом".

Дополнительно:

Copyright © 2007-2023, Интернет-журнал о цементе РуЦЕМ. РУ (RuCEM. RU) Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-34787 зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций от 25 декабря 2008 года, Отраслевой портал ЦЕМЕНТ. РУ (CEMENT. RU) Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-34786 зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 25 декабря 2008 года. Учредители: Очкин Ю.И., Ерокин Ю.А. Главный редактор: Ерокин Ю.А. Адрес электронной почты Редакции: yerokin@yandex.ru Телефон Редакции: +7 (8453) 68-33-82 Администрация портала не несет ответственности за содержание информации и рекламы оставленной третьими лицами. При использовании информации, активная ссылка на RuCEM.RU обязательна 16+