Массовая доля в цементах активных минеральных добавок должна соответствовать значениям

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Введение.

Строительные вяжущие делят на две группы: неорганические (минеральные), и его разновидности, известь, гипс и др. и органические (битумы, дегти).

Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого помола, измельчения исходных материалов и полуфабрикатов с термической обработкой. Большинство минеральных вяжущих твердеет в результате возникновения гидратных новообразований при воздействии вяжущего вещества с водой.

Минеральные вяжущие используют в смеси с водой и с заполнителями - минеральными (иногда органическими) материалами. Вяжущие в смеси с мелким заполнителем (песком) дают растворы, в смеси с мелкими и крупными заполнителями (гравий, щебень) - бетоны. Использование вяжущих в смеси с заполнителем обусловлено 2-мя причинами. Первая -экономическая характеристика - стоимость вяжущих относительно невысокая, поэтому для снижения стоимости изделия или конструкции их необходимо изготовлять с минимальным расходом вяжущего. Для каждого вида изделий расход вяжущего определяется требованиями: надежность и долговечность того или иного сооружения. Вторая причина технического характера. Вяжущие вещества в виде теста без заполнителей склонны к усадке и набуханию. Это приводит к образованию трещин и к ускоренному разрушению сооружений.

Вяжущие вещества - основа строительства. Их применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разных бетонов.

Значение вяжущих в строительстве иллюстрируется следующими данными: при возведении жилых домов из кирпича или бетонных или ж/б изделий на 1 м ² жилой площади в среднем расходуется до 300 кг вяжущих веществ (цемента, извести, гипса). Только на жилое строительство требуется 35- 40 млн.т. вяжущих веществ.

Необходимо перевести производство на интенсивный путь развития уделять внимание повышению эффективности производства, количества продукции и производительности труда. При организации эксплуатации предприятий должны использоваться энергосберегающие мало- и безотходные технологии с комплексным использованием природной сырья, а также отходов разных отраслей промышленности и с/х.

Ассортимент продукции.

В зависимости от вида активной минеральной добавки и ее количества портландцемента с минеральными добавками разделены на три вида: портландцемент с минеральными добавками (ПЦД), пуццолановый портландцемент (ППЦ) и шлакопортландцемент (ШПЦ).

Массовая доля в цементах активных минеральных добавок должна соответствовать значениям.

Обозначение вида цемента	Активные минеральные добавки, % по массе
всего	в том числе
доменные гранули-рованные и электро-термофосфорные шлаки	осадочного происхождения, кроме глиежа	прочие активные, включая глиеж
ПЦ-Д0	Не допускаются
ПЦ-Д5	до 5 включ.	до 5 включ.	до 5 включ.	до 5 включ.
ПЦ-Д20, ПЦ-Д20-Б	св. 5 до 20	до 20 включ.	до 10 включ.	до 20 включ.
ШПЦ, ШПЦ-Б	св. 20 до 80	св.20 до 80	до 10 включ.	до 10 включ.

Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД) получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в цементе (ГОСТ 10178 — 85) не должно превышать 20%. При этом практически сохраняются все свойства портландцемента, кроме морозостойкости (она несколько ниже), а некоторые свойства улучшаются (больше водостойкость, меньше тепловыделение, более высокая сопротивляемость коррозии первого вида). При его получении экономится портландцементный клинкер, что способствует снижению себестоимости цемента. Марки такого цемента те же, что и у портландцемента: 400, 500, 550 и 600. По специальному разрешению допускается на отдельных заводах выпускать ПЦД М300. ПЦД успешно применяют в строительстве вместо портландцемента, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость.

Портландцемент с минеральными добавками имеет разновидности: быстротвердеющий портландцемент ПЦД-Б (ГОСТ 10178—85) и сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками – СПЦД (ГОСТ 22266—76). Для получения указанных цементов используют клинкер, состав которого аналогичен клинкеру соответственно быстротвердеющего и сульфатостойкого портландцемента, и минеральные добавки — гранулированный шлак (не более 10...20%) или трепел, опоку, диатомит (не более 5...10 %). Такие цементы выпускают М400 и 500 и применяют практически наравне с быстротвердеющим и сульфатостойким портландцементом.

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного тонкого помола клинкера, содержащего не более 8% С₃А, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки 20...40%, или тщательным смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок устанавливают с учетом активности минеральной добавки и минерального состава клинкера. В соответствии с ГОСТ 22266—76 он отнесен к группе сульфатостойких цементов и выпускается М300 и 400.

Пуццолановый портландцемент применяется главным образом в сооружениях, подвергающихся воздействию пресных вод: в подводных конструкциях при строительстве речных гидротехнических сооружений (порты, каналы, плотины, шлюзы и
т. п.); в водопроводных сооружениях; при строительстве туннелей и других подземных сооружений, при проходке шахт и т. п.; при кладке фундаментов и подвалов гражданских и промышленных зданий. Поскольку пуццолановый портландцемент отличается пониженной воздухопроницаемостью, нецелесообразно применять его для надземных железобетонных сооружений в условиях воздушного твердения. Быстрое высыхание цемента может приостановить его твердение и вызвать сильные усадочные явления. Нельзя использовать пуццолановый портландцемент для частей сооружений, находящихся в зоне переменного действия воды и подвергающихся постоянному увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаиванию.

Портландцемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий. Бетон в дорожных покрытиях постоянно подвергается механическим, физическим и химическим воздействиям (температурным и влажностным колебаниям, влиянию дождевых и грунтовых вод и т. п.). Чтобы обеспечить вы­сокую долговечность дорожных бетонов, для их изготов­ления применяют специальные цементы.

Портландцемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий отличается от обычного портландцемента повы­шенной морозостойкостью, стойкостью против истирающих и ударных воздействий, малой усадкой, повышенной проч­ностью на растяжение и изгиб.

По ТУ 21–20–32–77 эта разновидность портландце­мента по своим свойствам должна отвечать требованиям ГОСТ 10478–76 со следующими специальными показате­лями:

·содержание трехкальциевого алюмината С₃А в клинкере не более 8%;

·допускается добавка в этот цемент только доменного гранулированного шлака (ГОСТ 3476–74) в количестве не более 15% по массе;

·начало схватывания цемента должно наступать не ранее 2 ч от начала затворения.

По механической прочности эта разновидность порт­ландцемента должна соответствовать маркам 400 и 500 ГОСТ 10178 – 76 и ГОСТ (310.1–76 – 310.4–76).

Для снижения водопотребности бетонных смесей и по­вышения морозостойкости бетона на этом цементе полезно вводить в них пластифицирующие, воздухововлекающие и гидрофобизирующие добавки (СДБ, асидол-мылонафт, СНВ, ГКЖ-10, ГКЖ-11 и др.).

Шлакопортландцемент (ШПЦ) изготовляют так же, как и пуццолановый портландцемент, но в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, содержание которых должно быть не менее 21 % и не более 80% от массы цемента.

Доменные шлаки представляют собой продукт сплавления веществ, находящихся в пустой породе руды и топлива в основном в виде глины с флюсами (плавнями), которыми обычно являются известняк и доломит. При выплавке 1 т чугуна в среднем получается 0,6...0,75 т шлака.

По химическому составу доменные шлаки в основном состоят из CaO, SiO₂, A1₂O₃ и отчасти MgO, суммарное содержание которых достигает 90...95%. При высокой температуре в доменной печи диоксид кремния и оксид алюминия глинистых минералов взаимодействуют с оксидом кальция. При этом образуются малоосновные силикаты и алюминаты кальция. Структура и состав соединений в шлаках зависят не только от его химического состава, но и от условий охлаждения. Медленно охлажденный шлаковый расплав успевает закристаллизоваться, и образующийся шлак представляет собой конгломерат различных устойчивых соединений в кристаллическом виде, сцементированных тем или иным количеством шлакового стекла. При быстром охлаждении расплав не успевает закристаллизовываться и шлак образуется в стекловидном состоянии. В этом случае он имеет большую химическую активность. Поэтому для изготовления вяжущих веществ используют шлаки, которые получают быстрым охлаждением расплава водой. Такие шлаки имеют вид зерен (гранул) размером до 10 мм, отсюда их название – гранулированные.

Если модуль основности равен или больше единицы, шлак называют основным, при модуле меньше единицы – кислым. Если основные шлаки измельчить и смешать с водой, то они схватываются и затвердевают, т. е. обладают самостоятельными вяжущими свойствами, особенно в присутствии активизаторов (например, извести или гипса). Такие шлаки можно вводить в шлакопортландцемент до 50...80 %. Кислые шлаки не обладают самостоятельными вяжущими свойствами, но при наличии гидроксида кальция, выделяющегося при твердении клинкерной части шлакопортландцемента, твердеют, образуя низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Во избежание значительного снижения морозостойкости и водонепроницаемости бетонов их дозировка должна быть умеренной — не более 40 %.

Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400, 500. Он имеет две разновидности: быстротвердеющий шлакопортландцемент – ШПЦБ М400 и сульфатостойкий шлакопортландцемент — СШПЦ М300 и 400.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовляют из высококачественных клинкеров и активных гранулированных шлаков, размалывая их до 4000... 5000 см ²/ г. По ГОСТ 10178–85 ШПЦБ за 3 сут должен приобрести прочность при сжатии не менее 13,6 МПа, при изгибе – не менее 3,4 МПа.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Применение портландцемента в производстве асбестоцементных изделий характеризуется рядом особенностей.

При изготовлении асбестоцементных изделий началь­ная гидратация цемента протекает при очень высоком водоцементном отношении; в процессе производства из сильно обводненной асбестоцементной массы отфильтровывается, отсасывается и отжимается значительное количество воды. Частички цемента должны быть достаточно тонкими, чтобы удерживаться на волокнах асбеста; вместе с тем излишняя их дисперсность может вызвать повышенную водопотребность вяжущего, отрицательно отражающуюся на обез­воживании и уплотнении изделий. В связи с этим порт­ландцемент по ГОСТ 9835—77 должен иметь тонкость по­мола, характеризуемую удельной поверхностью не менее 2200 и не более
3200 см ²/ г.

Клинкер для этого цемента должен содержать (%): трехкальциевого силиката не менее 52, а трехкальциевого алюмината не менее 3 и не более 8. Содержание свободной окиси кальция допускается не более 1, а окиси магния — до 5%.

Для интенсификации помола клинкера допускается вве­дение добавок, не ухудшающих качество цемента, в коли­честве не более 0,5% массы цемента. Начало схватывания этого цемента должно наступать не ранее 1,5 ч, а конец схватывания должен наступать не позднее
10 ч от начала затворения.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий делят на марки 400 и 500, определяемые на образ­цах из раствора 1: 3 по ГОСТ (310.1–76–310.4–76).

Портландцемент для производства асбестоцементных из­делий характеризуется практически такими же строитель­ными свойствами, что и обычный портландцемент, и отли­чается от него более интенсивным твердением и ростом проч­ности в начальные сроки.

Сульфатостойкие портландцементы. По ГОСТ 22266–76 к группе сульфатостойких цементов относятся:

·сульфатостойкий портландцемент;

·сульфатостойкий портландцемент с минеральными до­бавками;

·сульфатостойкий шлакопортландцемент;

·пуццолановый портландцемент.

Все эти цементы получают измельчением портландцементного клинкера нормированного минералогического со­става без добавок и с добавками

Вещественный состав сульфатостойких цементов

Цемент	Содержание добавок, % массы цемента
гранулированный доменный или электротермо- фосфорный шлак	активные минеральные добавки
осадочного происхождения (кроме глиежа)	прочие (включая глнежи)
Сульфатостойкий портландцемент	Не допускается
Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками	Не менее 10 и не более 20	Не менее 5 и не более 10	Не допускается
Сульфатостойкий шлакопортландцемент	Не менее 21 и не более 60	—	—
Пуццолановый портландцемент	—	Не менее 20 и не более 30	Не менее 25 и не более 40

По ГОСТ 22266–76 сульфатостойкие цементы подразде­ляются на марки 300, 400 и 500. Цемент, которому присвоен государственный Знак качества, должен обладать стабильными показателями прочности при сжатии, причем коэффициент вариации должен быть не более 5% для мар­ки 300 и 400 и не более 3% для марки 500.

Высокая стойкость этих цементов в сульфатных водах обусловлена тем, что в затвердевшем состоянии они содержат пониженное количество высокоосновных гидроалюминатов кальция. Этим устраняется возможность образования значительного количества гидросульфоалюмината кальция трехсульфатной формы, вызывающего коррозию портландцементного камня. Развитие коррозионных процессов за­медляется также вследствие ограниченного содержания в клинкере С₃S.

Сульфатостойкие портландцементы без добавок или с ограниченным их содержанием следует применять в бетонных и железобетонных конструкциях, в том числе и в преднапряженных, для тех зон гидротехнических сооружений, где они подвергаются действию сульфатных вод в условиях попеременного замораживания и оттаивания или увлажне­ния и высыхания.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получают совместным тонким измельчением специального портландцементного клинкера и гипса; при помоле допускается введение не более 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения и не более 15% доменных и электротермофосфорных гранулированных шлаков, глиежей.

Клинкер быстротвердеющего портландцемента содер­жит обычно 60 — 65% трехкальцевого силиката и трехкальциевого алюмината и ограниченное (до 0,5%) количе­ство свободной окиси кальция. Содержание окиси магния в нем не должно превышать 5%.

Гипс в быстротвердеющий цемент вводят в обычной до­зировке: в пересчете на SO₃ а не более 3,5% в зависимости от минералогического состава клинкера (содержание С₃А) и от тонкости помола цемента. Для получения быстротвер­деющего портландцемента применяют возможно однород­ные сырьевые материалы с пониженным содержанием MgO, SО₃ и R₂О.

При производстве БТЦ готовят сырьевые смеси с повы­шенным по сравнению с обычным портландцементом коэф­фициентом насыщения кремнезема окисью кальция (КН = 0,9 — 0,92), их более тонко измельчают и тщательно гомогенизируют. Клинкер обжигают при несколько более высоких температурах, применяя по возможности беззоль­ное топливо (природный газ, мазут) или высококалорийные каменные угли.

Повышенная прочность быстротвердеющего цемента в первые сроки твердения в значительной мере обусловлена не только минералогическим составом, но и тонкостью из­мельчения цемента. Быстротвердеющий цемент размалыва­ют до удельной поверхности 3500 – 4000 см ²/ г (вместо 2800 – 3000 см ²/ г для обычного портландцемента).

По свойствам быстротвердеющий портландцемент от­личается от обычного прежде всего более интенсивным твердением в первые трое суток. Интенсивное твердение це­мента в первые сроки возможно при достаточном количестве в нем зерен клинкера тонких фракций
(0 – 20 мкм). По данным С. М. Рояка, В. 3. Пироцкого и др., суточная проч­ность цемента в основном зависит от содержания зерен клинкера размером менее 10 мкм, а трехсуточная – до 30 мкм. Процентное содержание указанных фракций клин­кера в цементе определяет примерно ожидаемую его одно- и трехсуточную прочность. Быстротвердеющие цементы марок 550 и 600 изготовляют тонким измельчением клинкера с расчетным содержа­нием C₃S 60 — 65% и С₃А не более 8% совместно с добав­кой гипса. Минеральные добавки в эти цементы не вводят. Высокая интенсивность твердения в начальные сроки обес­печивается измельчением до удельной поверхности 4000 – 4500 см ²/ г. При этом содержание фракций цемента разме­ром частиц менее 30 мкм достигает 50–60%, а иногда и бо­лее. В процессе помола во избежание появления так на­зываемого ложного схватывания цемента нельзя допускать повышения температуры.

Эти цементы предназначены для изготовления высоко­прочных бетонов. При производстве железобетонных из­делий сокращается продолжительность тепловой обра­ботки.