Низкая водостойкость извести всегда побуждала людей искать пути ликвидации этого недостатка. Еще в Древнем Риме был найден способ получения водостойкого вяжущего на основе извести. Помог римлянам в этом вулкан Везувий. Они обнаружили, что при добавлении вулканического пепла к извести образующаяся смесь после твердения на воздухе в течение 7… 14 дней далее могла твердеть в воде (более того, именно влажные условия были обязательны для набора прочности!). Это было первое гидравлическое вяжущее. Добавки из вулканических пород (пепла, туфа и т. п.) впоследствии получили название гидравлические или пуццолановые (по названию местечка у подножия Везувия, где они добывались). Римские постройки (мосты, акведуки, бани-термы и т. п.) на таких смешанных вяжущих сохранились до сих пор.
В Древней Руси проблема придания извести водостойкости была решена несколько иным путем. Там в роли гидравлической добавки использовали молотый бой керамического кирпича; такую смесь на Руси называли цемянкой.
Механизм твердения этих вяжущих заключается в образовании из смеси извести, активных кремнезема и глинозема (пепла, молотого кирпича и т. п.) и воды водонерастворимых гидросиликатов и гидроалюминатов:
иСа(ОН)2 + Si02 + mH20 -» яСаО * Si02 * АИН20 акт.
Другой путь получения водостойких вяжущих на основе извести также был найден очень давно. Он базировался на обжиге известняков, имеющих примесь глины от 6 до 20 %. В этом случае в обожженном продукте помимо СаО появлялись низкоосновные силикаты и алюминаты (например, 2СаО * Si02), способные к твердению в воде. Естественно, механизм твердения этих вяжущих был расшифрован только в XX в. Все эти вяжущие в несколько измененном виде применяют до сих пор.
Современные известьсодержащие вяжущие гидравлического твердения — группа низкомарочных (малопрочных) так называемых местных вяжущих. В эту группу входят смешанные вяжущие (известково-пуццолановые и известково-шлаковые), а также гидравлическая известь и романцемент.
Смешанные вяжущие получают совместным измельчением негашеной извести (10…30 %), гидравлической добавки (85…70 %) и гипса (до 5 %). В качестве добавки используют горные породы, содержащие активный кремнезем: вулканический пепел, пемзу, туф, диатомит, трепел и др. Такие вяжущие называют известково-пуццола-новыми. Если в качестве добавки взят доменный гранулированный шлак, такие вяжущие называют известково-шлаковыми.
Известьсодержащие гидравлические вяжущие на начальной стадии (около 10… 15 дн) должны твердеть в воздушно-сухих условиях, а затем во влажных. По пределу прочности при сжатии стандартных образцов через 28 сут твердения известьсодержащие вяжущие делятся на марки 50; 100; 150 и 200 (кг/см2).
Известьсодержащие гидравлические вяжущие применяют для приготовления растворов для кладки подземных частей зданий и бетонов. Срок хранения таких вяжущих из-за наличия в них негашеной извести не должен превышать 30 сут, причем во время хранения их тщательно предохраняют от увлажнения.
Строительная гидравлическая известь — продукт умеренного обжига при температуре 900… 1100 °С мергелистых известняков (содержание глины 8…20 %). В состав гидравлической извести входят свободные оксиды кальция и магния (50…65 %) и низкоосновные силикаты и алюминаты кальция, которые и придают извести гидравлические свойства.
Гидравлическая известь, смоченная водой, полностью гасится, образуя пластичное тесто. В отличие от воздушной она быстрее твердеет, приобретая со временем водостойкость. Однако первые 1…2 недели гидравлическая известь должна твердеть в воздушно-влажных условиях, и только после этого ее можно помещать в воду.
Предел прочности при сжатии затвердевшей гидравлической извести 2…5 МПа. Применяют ее для низкомарочных растворов и бетонов, используемых в том числе и во влажных условиях.
Романцемент (сокр. or римский цемент) — старинное гидравлическое вяжущее, получаемое умеренным (не до спекания) обжигом известняков со значительной (более 20 %) примесью глины (например, известняковых мергелей). Температура обжига 1000…1200 “С. Состав продуктов обжига — низкоосновные силикаты и алюминаты кальция и некоторое количество свободных оксидов СаО и MgO. В отличие от гидравлической извести романцемент не гасится, а размалывается в тонкий порошок, который перед применением необходимо выдерживать на воздухе для гашения свободных оксидов, чтобы избежать неравномерности изменения объема вяжущего при твердении.
В Европе и США такой цемент называют «натуральным цементом», подчеркивая этим, что он готовится из природных известняковых мергелей.
По внешнему виду романцемент представляет собой порошок желтоватого или красно-бурого цвета. При смешивании с водой романцемент схватывается. Сроки схватывания зависят от состава, но начало не должно быть ранее 15 мин, а конец — не позднее 24 ч.
При твердении романцемента желательно выдерживать его до 7 сут на влажном воздухе, после чего он может твердеть и в воде, иначе говоря на протяжении всего срока твердения романцемент должен находиться во влажном состоянии. Прочность романцемента (после 28 сут твердения) составляет 12… 15 МПа; но при дальнейшем твердении она может существенно увеличиться.
Из романцемента получают водостойкие кладочные и штукатурные растворы, а также бетоны различного назначения, в том числе и для фундаментов (бетоны желательно укладывать трамбованием для получения повышеннЪй плотности и прочности). Материалы на романцементе отличаются повышенной коррозионной стойкостью.
В России романцемент начал применяться с XVIII в., но особенно активно с середины XIX до начала XX в. В настоящее время вновь появился интерес к романцементу и, в частности, как к материалу для реставрационных работ.