2020-04-12
7684
Гидравлические вяжущие вещества - более сложные по составу, чем воздушные, вещества, затвердевающие и сохраняющие свою прочность не только на воздухе, но и в воде. После смешивания с водой способны схва- тываться, твердеть, сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но и в воде. Они содержат сложные минералы, образующиеся при обжиге карбонатных пород или искусственных смесей: силикаты, алюминаты, ферриты кальция.
К гидравлическим веществам относятся:
· гидравлическая известь;
· портландцемент и его разновидности;
· специальные цементы.
В отдельную группу выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения, быстро набирающие прочность только в автоклаве в среде на- сыщенного водяного пара при температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,5 МПа. К ним относятся романцемент, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гипсоцементно-пуццолановые, известково-кремнеземистые и из- вестково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент, хотя по существу эти вяжущие являются гидравлическими.
|
|
|
Число разновидностей гидравлических вяжущих постоянно растет благодаря использованию новых видов сырья и применения современных способов производства.
Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различ- ные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и неко- торые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности. В больших объемах ис- пользуются карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит), сульфатные (гипс, ангидрит), кремнеземистые (диатомит, трепел, опока), глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы, а также промышленные отходы (доменные и другие металлургические шлаки, шлаки и зола от пылевидного сжигания твердого топлива, нефелинового шлама). При этом отпадает необходимость организации карьеров по добы- че природного сырья, сокращаются расходы топлива и электроэнергии на
222
обжиг и помол, что в целом способствует охране природы и среды обита- ния человека.
Технологический процесс производства вяжущих состоит из сле- дующих циклов – измельчение сырья до частиц примерно одного размера, тщательное смешение смеси для получения однородной композиции, об- жиг сырья при высоких температурах (в результате физико-химических процессов в период обжига образуются новые соединения, способные взаимодействовать с водой и при этом твердеть, превращаясь в искусст- венный камень). Причём каждое вяжущее требует определенной темпера- туры и продолжительности термической обработки. Высококачественные вяжущие (портландцемент и глиноземный цемент) получают обжигом при высоких температурах до частичного плавления (спекания) сырьевой сме- си.
|
|
|
Чаще всего продукты обжига еще не являются готовым вяжущим. Для проявления вяжущих свойств их подвергают тонкому измельчению (помолу) в чистом виде или чаще совместно с добавками, вводимыми с це- лью регулирования технологических свойств теста вяжущего и эксплуата- ционных свойств искусственного камня, а также облегчения помола и удешевления. Чем выше тонкость помола, тем быстрее и полнее пройдут процессы химического взаимодействия вяжущего с водой.
Минеральные вяжущие обычно приводят в рабочее состояние путем смешивания с водой (затворения). Иногда (например, в случае с магнези- альными вяжущими) затворение производят водными растворами солей. Переход теста в искусственный камень происходит в результате затверде- вания – сложных процессов, сопровождающих химическое взаимодействие вяжущего с водой с выделением теплоты (экзотермический процесс).
Применение – в сухих и влажных условиях, где требуется высокая прочность и там, где нельзя применять воздушные вяжущие вещества. Их используют в кладочных и штукатурных растворах для наружных стен, фундаментов и получения бетона, железобетона, асбестоцементных и дру- гих изделий.
Гидравлическая известь (ГОСТ 9179-77) – продукт умеренного обжига (не до спекания) кальциево-магниевых карбонатных пород (мерге- листых известняков) при температуре 900-1000°С, содержащих 6-20% гли- нистых и песчаных примесей, 2-5% углекислого магния и некоторые дру- гие примеси. Для получения качественного продукта, необходимо приме- нять мергелистые известняки с возможно более равномерным распределе- нием глинистых и других включений.
Выпускается известь в виде кусков или порошка и содержит низко- основные минералы и свободные окиси кальция и магния. Известно, что чем больше содержание свободного СаО, тем меньше у извести способ- ность к гидравлическому твердению в зависимости от содержания окиси кальция известь бывает:
223
· сильногидравлическая (содержит активных СаО + MgО в пере- счете на сухое вещество не менее 1 и не более 15%);
· слабогидравлическая (содержит активных СаО + MgО в пересчете на сухое вещество не менее 15 и не более 60%).
Смоченная водой гидравлическая известь гасится и рассыпается в порошок, а залитая водой образует пластичное тесто, которое не следует хранить более суток во избежание затвердения.
Негашеная гидравлическая известь – порошок желтоватого цвета, истинная плотность которого составляет 2,2-3,0 г/см3, средняя плотность в рыхлом состоянии 500-800 кг/м3, в уплотненном – соответственно 850- 1100 кг/м3. Тонкость помола характеризуется остатком на ситах № 02 и 008 соответственно 1 и 10%. Предел прочности при сжатии определяют на об- разцах в возрасте 28 суток комбинированного твердения (7 суток при влажном воздухе и 21 сутки – в воде). Для слабогидравлической извести предел прочности при сжатии не менее 2 МПа, для сильногидравлической
– не менее 5 МПа.
Преимуществом молотой негашеной извести перед гашеной является более быстрое схватывание и твердение.
Применение - для приготовления штукатурных и кладочных раство- ров, предназначенных для сухой и влажной среды, бетонов низких марок. Эта известь дает более прочный раствор, но менее пластичный по сравне- нию с воздушной известью.
Гидравлическую известь следует хранить в сухих закрытых по- мещениях. Транспортировку на место строительных работ осуществляют в цементовозах, контейнерах или бумажных битуминизированных мешках.
Цементы – общее название большой группы минеральных вяжущих веществ, которые, за исключением некоторых специальных видов, обла- дают гидравлическими свойствами. Нормируются показатели минерало- гического состава (минеральных вяжущих), степени дисперсности, проч- ности на сжатие и соответствия марке, водостойкости и коррозионной ус- тойчивости, а также сроки схватывания.
|
|
|
Перспективным направлением развития номенклатуры вяжущих яв- ляется применение композиций с полимерными добавками (смол, эмуль- сий), что повышает прочность и сопротивляемость действию агрессивных сред.
Романцемент, в отличие от гидравлической извести, не содержит свободной окиси кальция и магния, обладает невысокой прочностью.
Портландцемент (сокращенное наименование, предусмотренное стандартом, ПЦ) (ГОСТ 10178-85) – наиболее распространённое в мире гидравлическое вяжущее вещество – порошкообразный продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера (для замедления схватывания цемента добавляют гипс – 3-5%), который получают путем обжига до спе- кания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенно-
224
го состава, обеспечивающей в цементе преобладание силикатов кальция. Он имеет серо-зеленый цвет, среднюю плотностью в рыхлом состоянии – 1000-1100 кг/м3, в уплотненном – 1400-1700 кг/м3, истинная плотность – 3,05-3,15 г/см3. Название «портландцемент» связано с географическим на- званием полуострова Портланд на юге Великобритании.
Портландцемент – наиболее совершенный вид гидравлических вя- жущих, необходимый для получения бетона, железобетонных конструкций, высококачественных растворов для каменных кладок и штукатурок. Его свойства формируют клинкерные минералы – 3CaO·SiO2; 2CaO·SiO2; 3CaO·Al2O3; 4CaO·Al2O3·Fe2O3, которые образуются при обжиге сырьевой смеси до спекания при температуре 1450-1480ºС и при твердении создают прочный искусственный камень. При обжиге материал частично плавится и спекается, происходит химическое взаимодействие между его состав- ляющими с образованием силикатов и алюминатов кальция; свободной окиси кальция не остается. Образовавшиеся в результате обжига твердые камнеподобные куски (цементный клинкер) размалывают в шаровых мель- ницах и получают цемент. Для регулирования сроков схватывания при по- моле клинкера всегда добавляется небольшое количество двуводного гип- са (3,5-5% по массе цемента) и активные минеральные добавки (до 15% по массе цемента). Для регулирования сроков схватывания цемента при по- моле клинкера добавляют до 3,5% гипса по массе цемента. Для получения специальных свойств портландцемента вводят активные минеральные до- бавки.
|
|
|
Марки портландцемента: 250, 300, 400, 250, 500, 600, 900, 1000.
Недостатки портландцемента – склонность цементного камня к кор- розии под действием агрессивных сред - пресных и минерализованных вод, содержащих минеральные кислоты, соли (особенно опасна сульфатная коррозия).
Разновидности портландцемента:
· пластифицированный;
· гидрофобный;
· быстротвердеющий;
· сульфатостойкий и др.
Портландцемент и свойства его компонентов
Портландцемент – важнейшее и наиболее распространенное гид- равлическое вяжущее вещество, для которого основным сырьем для про- изводства служит известняк (мел) и глина, подобранные в соотношении примерно 3:1 (в весовых частях).
Свойства цемента определяются в основном его химическим, мине- ралогическим составом. Портландцементный клинкер имеет следующий минералогический состав:
– рехкальциевый силикат (алит) 3CaO·S:O2 40-65%;
– двухкальциевый силикат (белит) 2CaO·S:O2 15-40%;
225
– трехкальциевый алюминат 3СаО·А12О3 5–15%;
– четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Аl2 O3• Fe2О3 5- 15%;
– окись кальция до 1%.
Трехкальциевый силикат – основной минерал ПЦ клинкера; он бы- стро твердеет и при этом набирает высокую прочность. Поэтому высокое содержание алита имеет важное значение для качества цемента. Высоко- марочные и быстротвердеющие цементы должны содержать большое ко- личество алита.
Двухкальциевый силикат – второй по важности и содержанию мине- рал клинкера; твердеет и набирает прочность очень медленно, но в течение нескольких лет в благоприятных условиях прочность его постоянно возра- стает.
Суммарное содержание алита и белита в клинкере портландцемента может доходить до 80%, что дает основание называть его силикатным це- ментом.
Трехкальциевый алюминат – самый активный из клинкерных мате- риалов; твердеет он очень быстро, но продукт его гидратации имеет повы- шенную пористость, низкую прочность и долговечность.
Четырехкальциевый алюмоферрит по скорости твердения и прочно- сти занимает промежуточное положение между алитом и белитом но не обладает высокой прочностью.
Таким образом, изменяя количественное содержание клинкерных минералов, можно изменять определенные свойства цемента.
Твердение портландцемента после смешивания его с водой — слож- ный физико-химический процесс. Образовавшееся пластичное цементное тесто через несколько часов начинает загустевать (схватываться), а затем твердеть с постепенным нарастанием механической прочности цементного камня. Процесс твердения цементного камня продолжается несколько лет и его можно разделить на три периода.
Первый период – взаимодействие клинкерных материалов с водой с образованием гидратных соединений по реакциям:
3CaO·SiO2 + 5Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О +Са(ОН)2;
2CaO·SiO2 + 4Н2О = 2СаО·SiO2·4H2O:
3СаО·А12О3 + 6Н2О = 3СаО·А12О3· 6Н2О;
4CaO·A12O3·Fe2O3 + 6H2O = 4CaO·A12O3·Fe2O3·6H2O.
Второй период — коллоидационный. Из-за низкой растворимости гидратных соединений раствор оказывается перенасыщенным, и они начи- нают выделяться в коллоидном состоянии. При сближении между колло- идными частичками проявляются силы межмолекулярного взаимодействия, цементное тесто теряет подвижность, начинается его схватывание.
Третий период — кристаллизационный. В это время гидрат окиси кальция Са(ОН)2 и трехкальциевый гидроалюминат 3СаО•А12Оз•6Н2О из коллоидного состояния переходят в кристаллическое. Кристаллы сраста-
226
ются между собой, образуя прочный кристаллический сросток, пронизы- вающий коллоидную массу, состоящую главным образом из двухкальцие- вого гидросиликата 2CaO·SiO2·4H2O.
Со временем прочность кристаллического сростка увеличивается, так как из него постепенно удаляется вода, поэтому прочность цементного камня спустя несколько лет в несколько раз превышает марочную.
Производство портландцемента. Природным сырьем, пригодным для получения портландцемента, являются известняковые мергели, известняки, мел, ракушечник, известняковый туф и глинистые горные породы, которые должны содержать около 75-78% известняка и 22-25% глины.
В зависимости от способа подготовки сырьевой смеси различают следующие способы производства портландцемента:
· мокрый;
· сухой;
· комбинированный.
Мокрый способ производства портландцемента (рис.20). Сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, подвергают пред- варительному измельчению (до размеров не более 5 мм): твердые породы измельчают в дробилках, шаровых мельницах, более мелкие (глина, мел) перемешивают в бассейнах (болтушки с водой). После измельчения смета- нообразная смесь известняка, глины и воды в виде шлама насосами пода- ется в коррекционные шламбассейны (стальные или железобетонные ре- зервуары цилиндрической формы), где окончательно корректируется хи- мический состав шлама. Затем шлам перекачивают в горизонтальные шламбассейны большей емкости, в которых создается запас шлама на 3...4 суток для бесперебойной работы печей. Из бассейнов шлам равномерно подается на обжиг во вращающуюся печь – длинный стальной цилиндр, внутри футерованный огнеупорным материалом. Длина печи 150...185 м, диаметр до 5 м. Печь расположена под небольшим уклоном к горизонту (3...4о) и медленно вращается вокруг своей оси. Шлам загружают в верхней стороне печи, и он передвигается к нижнему ее концу. Горячие газы нагре- вают его до требуемой температуры, при этом в шламе протекают сле- дующие физико-химические процессы: масса высыхает и образуются ко- мья, затем выгорают органические вещества и начинается дегидратация — удаление химически связанной гидратной воды. При 800-1000°С происхо- дит интенсивный процесс диссоциации карбоната кальция с образованием оксида кальция и углекислого кальция, который удаляется вместе с про- дуктами горения. Оксид кальция СаО вступает в химические реакции с ок- сидами глины.
227
Рис. 20.Технологическая схема производства портландцемента мокрым способом:
1 – шнековая дробилка; 2 – молотковая дробилка; 3 – объединенный склад; 4 – валковая дробилка; 5 – болтушки; 6 – ковшовый питатель; 7 – бункера сырьевых мельниц;
8 – тарельчатые питатели; 9 – сырьевая мельница; 10 – коррекционные вертикальные шламбассейны; 11– горизонтальные шламбассейны; 12 – вращающаяся печь;
13 – холодильник; 14 – цементные силосы; 15 – упаковочная машина; 16 – отгрузка цемента
Наиболее интенсивно реакции химического соединения СаО проис- ходят при 1200-1250°С, при этом образуются двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. При тем- пературе 1300°С трехкальциевый алюминат 3СаО·А12О3 и четырехкаль- циевый алюмоферрит 4СаО·Аl2О3·Fе2О3 расплавляются и образуют клин- керную жидкость, в которой растворяются СаО и 2СаО·SiO2 с образовани- ем трехкальциевого силиката 3СаО·SiO2, который кристаллизуется из рас- плава при 1450°С.
Трехкальциевый силикат - важнейший минерал клинкера. При по- нижении температуры до 1300°С жидкий расплав застывает, заканчивается процесс спекания.
Клинкер представляет собой зерна серовато-зеленого цвета, твердые, размером до 25 мм. Раскаленный клинкер поступает в холодильник, где охлаждается до 80-100°С холодным воздухом, затем его отправляют на склад, где находится в течение 1-2 недель. За этот период снижается твер- дость зерен клинкера, что в дальнейшем облегчает помол. Клинкер разма- лывают совместно с гипсом и активными минеральными добавками в трубных шаровых мельницах. Готовый цемент направляется в силосы на 2 недели, а затем его упаковывают в бумажные мешки по 50 кг.
ГОСТ 10178-85 предусматривает выпуск трех видов портланд- цемента:
· ДО – без добавок;
228
· Д5 - 5% активных минеральных добавок;
· Д20 – свыше 5% добавок, но не более 20%.
Мокрым способом перерабатывают мягкое сырье с повышенной влажностью (мел, глина). Этот способ отличается в худшую сторону высо- кой энергоемкостью обжига, связанной с испарением содержащейся в шламе воды.
Сухой способ производства портландцемента применяют в случае, если сырье имеет невысокую влажность 8-10%. Технологические операции не меняются, однако производство сухим способом проще, экономичнее, чем мокрым из-за отсутствия процесса образования шлама. Кроме того, можно совместить помол и подсушку сырья.
Сырьевые материалы дробят, сушат, измельчают. Получаемый в ре- зультате порошок (сырьевая мука) должен иметь остаточную влажность не более 2%. Сухой порошок гранулируют или формуют в брикеты. Гранулы обжигают в циклонных теплообменниках, вращающихся печах, брикеты – в шахтных печах.
Сухой способ экономичнее и особенно выгоден при использовании однородного сырья с невысокой естественной влажностью.
После помола цемент хранят в силосах — металлических или желе- зобетонных емкостях цилиндрической формы диаметром 10-15 м и высо- той 25-30 м. Во время хранения цемент постепенно остывает после помо- ла; свободный оксид кальция гасится влагой, содержащейся в воздухе. По- требителям цемент отправляют в защищенном от увлажнения виде либо навалом в автоцементовозах, крытых железнодорожных вагонах, либо упакованным в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки.
Комбинированный способ: п одготовку сырья осуществляют по схеме мокрого способа, затем полученную жидкую сметанообразную массу (шлам) частично обезвоживают, приготовляют из нее гранулы и обжигают по схеме сухого способа.
Отличительной особенностью портландцемента является то, что он имеет относительно постоянный химический и минералогический состав, обусловливающий стабильные физико-механические свойства.
При твердении цемента на воздухе за счёт кристаллизации и коллои- дизации повышается прочность цементного камня и выделяется тепло. В первые 3-7суток прочность нарастает довольно быстро (70%), затем в ин- тервале 7-28 суток — рост прочности замедляется (30%). Через 28 суток наступает марочная прочность (100%). В дальнейшем повышение прочно- сти относительно невелико, но может продолжаться в течение многих лет, особенно во влажной и теплой среде.
Свойства портландцемента:
· истинная и насыпная плотность;
· тонкость помола;
229
· водопотребность;
· сроки схватывания;
· равномерность изменения объема;
· прочность.
Истинная плотность портландцемента составляет 3,05-3,15 г/см3.
Насыпная плотность в зависимости от степени уплотнения равняет- ся: в рыхлонасыпном состоянии – 1,1 г/см3, в уплотненном – 1,5-1,6 г/см3.
Тонкость помола влияет на скорость схватывания. Чем тоньше из- мельчен цементный клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимодей- ствие цемента с водой и тем выше будет его прочность. С повышением дисперсности цемента возрастает скорость твердения, полнота использо- вания вяжущего, а также прочность искусственного камня.
Тонкость помола можно определить двумя способами:
§ ситовым анализом;
§ определением его удельной поверхности.
Удельная поверхность – это величина поверхности зерен (в см2) в 1 г цемента. Остаток на сите № 008 составляет не более 15%. Удельная по- верхность должна быть 2500...3000 см2/г.
Водопотребностъ и нормальная густота.
Водопотребность – то количество воды (в %), которое необходимо ввести в цемент для получения теста нормальной густоты (затворения). Водопотребность портландцемента находится в пределах 22-26% в зави- симости от минерального состава и тонкости помола. Определение нор- мальной густоты производят с помощью прибора Вика (рис.21).
 |
Рис. 21. Прибор Вика: а — вид сбоку; 6 — вид спереди; 1 — стержень с грузом; 2 — дополнительный груз; 3 — обойма; 4 — шкала; 5 — указатель;
6 — зажимный винт; 7 — кольцо для цементного теста; 8 — пестик
230
Нормальной густотой теста является такая его консистенция, при ко- торой пестик прибора, погружаясь в кольцо, заполненное тестом, не дохо- дит до дна кольца на 5-7 мм. Нормальная густота цементного теста состав- ляет 24-28% от массы цемента.
Сроки схватывания. Начало схватывания согласно ГОСТу не ранее 45 мин (обычно наступает через 1-2ч). Окончание схватывания не позднее 10ч от начала затворения (обычно через 4-6 ч). Начало и конец характери- зуют быстроту нарастания пластической прочности цементного теста. Окончание твердения – через 28 суток.
Равномерность изменения объема цемента – показатель, характери- зующий его доброкачественность. Твердение цемента сопровождается объемными деформациями: на воздухе происходит усадка, в воде — набу- хание. Важно, чтобы изменения объема были равномерными. Причиной неравномерного изменения объема являются местные деформации, вы- званные гидратацией с увеличением объема свободных СаО и МО в виде пережога. Это свойство определяется на образцах-лепешках, которые не должны искривляться или растрескиваться после кипячения в воде и вы- держивании над паром, до испытания лепешки одни сутки твердеют во влажном воздухе. При неравномерном изменении объема снижается не только предел прочности, но и разрушается цементный камень.
Цемент, не выдержавший испытание на равномерность изменения объема, нельзя применять в строительстве.
Тепловыделение при твердении. Взаимодействие цемента с водой со- провождается выделением большого количества теплоты в течение дли- тельного времени; заметного повышения температуры твердеющей смеси обычно не происходит. Но при возведении массивных бетонных конструк- ций (фундаменты, толстые стены, плотины) потери теплоты в окружающее пространство незначительны по сравнению с общим количеством выде- ляющейся теплоты и возможен разогрев бетона внутренней части конст- рукции до 600С и более, что может вызвать его растрескивание. С другой стороны, при бетонировании в холодное время года повышенное тепловы- деление способствует поддержанию положительной температуры бетона. Кроме того, тепловыделение и его скорость зависят от минерального со- става и тонкости помола цемента. Трехкальциевый алюминат и алит обла- дают высокой экзотермией и выделяют много теплоты в ранние сроки твердения. Белит характеризуется низкой экзотермией и выделяет тепло очень медленно. Тепловыделение ускоряется при повышении тонкости помола цемента.
Прочность характеризуется маркой, которую устанавливают по пре- делу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементно-песчаного раствора нормальной консистенции состава 1:3 (по массе) на стандартном песке и испытанных через 28 суток. Первые сутки после изготовления образцы
231
твердеют в форме во влажном воздухе, последующие 27 суток – без фор- мы в воде комнатной температуры. Через 28 суток балочки испытывают на изгиб, а образовавшиеся половинки – на сжатие. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток называют активностью цемента. Согласно ГОСТ 10178–85 портландцемент имеет следующие марки: М400, 500, 550, 600. В целях унификации требований российских и европейских стандар- тов вводится деление цементов по прочности на классы (МПа): 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.
Условное обозначение портландцемента должно состоять из:
· наименования вида цемента — портландцемент (ПЦ);
· марки цемента;
· содержания добавок;
· обозначения стандарта.
Например, ПЦ-400Д20 ГОСТ 10178-5 – портландцемент марки 400,
добавок 20%.
Химическая стойкость цементного камня определяется скоростью и глубиной коррозионных процессов, вызванных действием агрессивных веществ на его составляющие, главным образом на Са(ОН)2 и гидроалю- минат кальция 3СаО•А1203•6Н20. Агрессивные жидкости и газы проникают в цементный камень благодаря развитой системе сообщающихся капил- лярных пор.
Коррозия цементного камня. Коррозия портландцемента (в бетонах и растворах) происходит под действием агрессивной среды, создаваемой различными жидкостями и газами. На практике обычно одновременно протекает несколько видов коррозии.
Различают три основных вида коррозии цементного камня:
Коррозия первого вида возникает в результате воздействия пресных вод на цементный камень путём растворения и вымывания выделяющейся при твердении портландцемента Са(ОН)2, которая больше растворяется в воде по сравнению с другими продуктами гидратации и разлагает другие гидраты, вследствие чего бетоны становятся более пористыми и постепен- но разрушаются.
Коррозия второго вида – процессы, происходящие под действием вод, содержащих химические вещества (соли), вступающие в обменные реакции с составными частями цементного камня. Например, коррозия бе- тона под действием углекислых вод (углекислота имеется во многих при- родных водах), сточных вод (в них часто содержится соляная кислота), разрушающих подземные бетонные конструкции (фундаменты и др.).
Коррозия третьего вида - процессы, связанные с образованием ма- лорастворимых продуктов, которые постепенно накапливаются в капилля- рах, порах и других пустотах цементного камня. По мере увеличения объ- ема этих отложений, цементный камень сначала уплотняется, а затем на-
232
чинает разрушаться. Например, сульфоалюминатная коррозия – разруше- ние цементного камня под действием вод, в которых растворены соли сульфатов. В результате обменных реакций образуется труднораствори- мый гидросульфоалюминат кальция, так называемая «цементная бацилла» (названа из-за внешнего сходства игольчатых кристаллов гидросульфоа- люмината кальция с некоторыми бактериями), которая при кристаллиза- ции увеличивается в объеме в 2,86 раза и разрушает цементный камень. Возможность сульфоалюминатной коррозии необходимо учитывать при строительстве морских сооружений, возведении фундаментов и других подземных конструкций в районах с высоким содержанием сульфат-иона в грунтовых водах. Магнезиальная коррозия возникает при взаимодействии Са(ОН)2 с магнезиальными солями, встречающимися в растворенном виде в грунтовых водах и содержащимися в морской воде в больших объёмах. Для предотвращения коррозии цементных материалов нужно правильно выбирать вид цемента, изготавливать особо плотные растворы и бетоны и предохранять их от воздействия агрессивных жидкостей, создавая гидро- изоляционные покрытия.
Меры борьбы с коррозией:
1. Обеспечение гидроизоляции (в этом случае вода не проникает внутрь цементного камня и разрушающих процессов не происходит);
2. Применение цементов определенного минералогического со- става (сульфатостойкий цемент);
3. Введение активных минеральных добавок (пуццолановый и шлакопортландцемент);
4. Тщательное уплотнение бетонной смеси;
5. Применение защитных облицовок и покрытий – полимерными пленками, битумными обмазками, керамическими и стеклянными плитка- ми, которые исключают воздействие агрессивной среды на конструкции.
Применение, транспортирование и хранение цементов. Благодаря универсальности, высокой прочности, способности сравнительно быстро твердеть на воздухе и в воде области применения портландцемента об- ширны и разнообразны. Применяют его при возведении бетонных и желе- зобетонных конструкций, работающих в подземных, подводных и назем- ных условиях; для изготовления сборных и монолитных бетонных и желе- зобетонных конструкций для жилищного, промышленного, дорожного, сельского и других видов строительства. На основе ПЦ изготавливают бе- тоны различного вида, высокомарочные строительные растворы, тепло- изоляционные материалы и т.д.
Не рекомендуется применять его для изготовления конструкций, подвергающихся действию воды морской, минерализированной или пре- сной – проточной или подаваемой под напором. В этих случаях следует
233
применять разновидности ПЦ: сульфатостойкий, портландцементы с ак- тивными минеральными добавками.
Транспортируют портландцемент в крытых или специальных желез- нодорожных вагонах и в автомобилях-цементовозах, приспособленных для механической разгрузки. Загружают цемент в такие емкости главным об- разом пневматическим способом. Перевозят портландцемент и в много- слойных бумажных мешках, которые удобны при транспортировке.
ПЦ необходимо хранить в закрытых складах с плотной крышей, сте- нами и деревянным полом, возвышающимся над землей, защищенных от увлажнения и загрязнения. Но в любом случае даже в самых благоприят- ных условиях при длительном хранении активность цемента снижается в результате частичной гидратации и карбонизации цемента из-за его высо- кой гигроскопичности. Частицы с поверхности взаимодействуют с водой и слипаются, образуя комья. Снижение марочной прочности при продолжи- тельном хранении составляет: за 3 месяца — 15-20%, через 6 месяцев – 20- 30%, за год — до 40%. В большей степени снижают прочность тонкомоло- тые цементы.
Портландцемент и его разновидности
Портландский цемент, который является высококачественным и дос- таточно дорогим материалом, необходимо расходовать экономно, заменяя, где это возможно, более дешевыми вяжущими – известью, гипсовыми вя- жущими, смешанными цементами
На основе ПЦ клинкера промышленность изготавливает многочис- ленные разновидности цементов, обладающих специальными, строитель- но-технологическими свойствами и используемых в самых различных це- лях. К таким цементам относятся: быстротвердеющий и гидрофобный, бе- лый и сульфатостойкий и др.
Специальные цементы
Специальные цементы отличаются от портландцемента и его разно- видностей видом исходного сырья, технологией производства, химическим и минералогическим составами, свойствами и областями применения. В эту группу гидравлических вяжущих входят глиноземистый, расширяю- щийся, безусадочные цементы и гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество, напрягающий цемент.
Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) по минералогическому со- ставу и техническим свойствам отличается от портландцемента. Глинозе- мистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вя- жущее, получаемое обжигом и последующим тонким измельчением сырь- евой смеси известняков СаСO3 и бокситов (Аl2О3) и состоящее преимуще- ственно из алюминатов кальция (ГЦ часто называют алюминатным), при- дающих вяжущие свойства.
Сырьем для его производства служит смесь известняка или извести и пород с высоким содержанием гидрата глинозема Аl2О3·пН2О, чаще бокси-
234
тов. Сырье обжигают до плавления в электрических дуговых или домен- ных печах при температуре более 1500°С или реже до спекания при 1200- 1300°С во вращающихся печах. В процессе твердения, протекающего ана- логично твердению ПЦ, образуется высокопрочное вещество двухкальцие- вый гидроалюминат 2СаО·Аl2О3·8Н20 в кристаллической форме и гелевид- ная масса гидроксида алюминия А1(ОН)3.
Полученный продукт после охлаждения размалывают в порошок. Тонкость помола глиноземистого цемента должна быть такой, чтобы оста- ток при просеве на сите с сеткой № 008 не превышал 10% массы пробы.
Вследствие высокой твердости помол сплава (клинкера) требует больших затрат электроэнергии, что является причиной, наряду с дефи- цитностью бокситового сырья, высокой стоимости и ограниченного произ- водства глиноземистого цемента (он в 4-5 раз дороже портландцемента).
Химический состав ГЦ определяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого цемента. Уже в первые сутки твердения глинозе- мистый цемент набирает более 50% марочной прочности. При столь быст- ром твердении он обладает нормальными сроками схватывания: начало схватывания не ранее 30 мин., конец – не позднее 12 ч от начала затворе- ния. Марки ГЦ, определяемые по результатам испытания образцов 3-х су- точного возраста по прочности на сжатие: 400, 500 и 600. Портландцемент набирает такую прочность только через 28 суток нормального твердения.
Преимущества:
· ГЦ по сравнению с ПЦ дает искусственный камень, более плотный и более стойкий в большинстве агрессивных сред: в растворах сульфатов кальция и магния, в морской и болотной воде;
· после полного затвердения он может выдерживать нагрев до 900°С, поэтому его применяют для приготовления жаростойких бетонов, выдерживающих нагрев до 1200°С;
· коррозионно-стоек в сульфатных, морских и углекислых водах. Недостатки:
· ГЦ обладает высокой экзотермией — тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше тепловыделения портландцемента, поэтому применять его для бетонирования массивных конструкций не рекоменду- ется;
· смешивать глиноземистый цемент с известью или портландце- ментом нельзя, так как кроме снижения его прочности, может произойти разрушение этого смешанного вяжущего под действием щелочей при твердении;
· широкое применение ограничивается его высокой стоимостью
(он в 4 раза дороже портландцемента).
Применение– в специальных сооружениях, для изготовления быст- ротвердеющих и жаростойких бетонов и строительных растворов, при ава-
235
рийно-ремонтных и монтажных работах, а также зимнем бетонировании, для изготовления расширяющегося и безусадочного цементов.
Расширяющиеся и безусадочные цементы (расширение 0,2...1,0%)
– цементы, способные, в отличие от других видов цементов, обеспечить водонепроницаемость при заполнении швов между панелями, заделке трещин, гидроизоляции туннелей, стволов шахт и других работах. Кроме того, эти цементы отличаются способностью при твердении во влажных условиях незначительно расширяться или не давать усадки при твердении на воздухе.
Расширяющиеся цементы
Твердение большинства гидравлических вяжущих на воздухе сопро- вождается усадкой (уменьшение линейных размеров и объема), способной привести к растрескиванию бетона или раствора, особенно в протяженных монолитных конструкциях. Эту проблему могут решить расширяющиеся, водонепроницаемые и напрягающие цементы, которые расширяются или хотя бы не дают усадки в начальный период твердения. Из них можно по- лучить практически непроницаемый бетон.
Расширяющиеся цементы – смешанные вяжущие, состоящие из гли- ноземистого или ПЦ и компонентов, обеспечивающих образование такого количества гидросульфоалюмината кальция, которое необходимо для по- лучения эффекта расширения. Наиболее широко используются:
· гипсоглиноземистый расширяющийся цемент;
· расширяющийся портландцемент.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают, измельчая совместно высокоглиноземистый клинкер (сплав) 70% и природный гипс (30%). Сроки схватывания цемента удобны для строительных работ: нача- ло должно быть не ранее 20 мин., конец — не позднее 4 ч. Прочность стан- дартных растворных образцов после трех суток твердения составляет не менее 28 МПа. Расширение проявляется только при твердении в воде; на- бухание через трое суток твердения находится в пределах 0,1-0,7%.
Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным по- молом портландцементного клинкера (60-65%), высокоглиноземистого доменного шлака или глиноземистого клинкера (5-7%), двуводного гипса (7-10%) и активной минеральной добавки – диатомита или трепела (20- 25%). Введение последних ускоряет образование гидросульфоалюмината кальция до схватывания цементного теста и обеспечивает расширение твердеющей системы в пластическом состоянии без возникновения опас- ных внутренних напряжений.
Отличительные особенности:
· РПЦ отличается более быстрым нарастанием прочности, чем ПЦ, особенно при кратковременном пропаривании, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня — до 1,2 МПа и более;
236
· РПЦ расширяется при твердении в воде и на воздухе при по- стоянном увлажнении в первые трое суток. Расширение в суточном воз- расте составляет 0,2... 1,0%.
Выпускают три вида расширяющихся цементов:
· водонепроницаемый расширяющийся цемент;
· гипсоглиноземистый расширяющийся цемент;
· безусадочный цемент.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) — быстросхва- тывающий и быстротвердеющий цемент, изготовленный совместным по- молом глиноземистого цемента 70-76%, гипса – 20-22% и высокоосновно- го гидроалюмината кальция. Является гидравлическим вяжущим; сроки схватывания: начало схватывания не ранее 4 мин., окончание - не позднее 12 мин. Приобретает марочную прочность 500 через 28 суток, но уже через 6 ч. твердения набирает прочность не менее 7,5 МПа. Отличается высокой плотностью, водонепроницаемостью, пониженной морозостойкостью и может применяться только при положительных температурах для зачекан- ки и гидроизоляции тюбингов, раструбных соединений, создания гидро- изоляционных покрытий, заделки трещин и стыков в железобетонных кон- струкциях и т.д.
ПЦ и его разновидности имеют существенный недостаток – они медленно схватываются и медленно твердеют. Гипсовые вяжущие, наобо- рот, быстро схватываются и быстро твердеют, но обладают низкой водо- стойкостью. В 60-е годы профессором А.В. Волженским было предложено смешанное вяжущее, обладающее достоинствами гипса и цемента – быст- рым ростом прочности, характерным для полуводного гипса, и способно- стью твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам – гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ).
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) – продукт тща- тельного мешивания гипсового вяжущего – полуводного гипса (50-75%), портландцемента или шлакопортландцемента (15-25%) и активной мине- ральной добавки – трепел, диатомит, опоку (10-25%). Введение активной минеральной добавки обязательно. При твердении смеси гипса с цементом (без добавки) образуется камень, который может постепенно разрушиться вследствие образования гидросульфоалюмината кальция («цементной ба- циллы») со значительным увеличением объема. При введении добавки вя- жущее твердеет нормально, т.к. условий для образования «цементной ба- циллы» не создается.
ГЦПВ характеризуется повышенной водостойкостью, быстрым твердением (начало схватывания наступает не ранее 4 мин, конец — не позднее 20 мин). Марки вяжущего по пределу прочности при сжатии (кгс/см2): 100 и 150. За первые 2-3 ч твердения вяжущее набирает до 40% марочной прочности, что позволяет изготавливать изделия при укорочен- ной тепловлажностной обработке или без нее. Для удлинения сроков схва-
237
тывания применяются добавки-замедлители. По сульфатостойкости рав- ноценно сульфатостойкому портландцементу. Растворы на ГЦПВ имеют прочность при сжатии 20 МПа, морозостойкость F25...Р50, коэффициент водостойкости – 0,6-0,8. Для повышения морозо- и водостойкости в ГЦПВ вводят полимерные добавки (синтетические латексы), которые замедляют схватывание и улучшают условия твердения вяжущего, уменьшая испаре- ние влаги.
Применение – для устройства оснований полов, санитарно- технических кабин, вентиляционных блоков, стеновых панелей, получения растворов и бетонов с прочностью при сжатии 15-30 МПа в зависимости от марки гипсового вяжущего; в смеси с полимерными добавками – для от- делки фасадов.
Напрягающий цемент (НЦ) состоит из 65-75% портландцемента, 13-20% глиноземистого цемента и 6-10% гипса. При определенных усло- виях твердения в процессе расширения этот цемент создает в арматуре предварительное напряжение, независимо от расположения арматуры в железобетонной конструкции. Таким образом, химическая энергия вяжу- щего вещества используется для получения предварительно напряженных конструкций без применения механического или термического способов. Расширение НЦ в свободном состоянии составляет 3...4%, в ограниченном
– 0,25...0,75%. Этот цемент характеризуется быстрым схватыванием и бы- стрым твердением: начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, а окончание — не позднее чем через 4 ч после затвердения. Проч- ность НЦ при сжатии через 1 сутки не менее 15 МПа, через 28 суток твер- дения – 50 МПа.
Применение – для газонепроницаемых конструкций, хранилищ бен- зина, подводных и подземных напорных сооружений, спортивных объек- тов, так как конструкции на НЦ отличаются повышенной трещиностойко- стью.
Портландцементы с добавками поверхностно-активных веществ К этой группе цементов относят портландцемент с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, суль- фатостойкий портландцемент с минеральными добавками и сульфатостой-
кий шлакопортландцемент.
Активные минеральные добавки применяли ещё в Древнем Риме для получения гидравлических свойств: к воздушной извести добавляли пуц- цолану — вулканический пепел (пуццолана названа в честь города Поц- цуоли в Италии, где были залежи вулканического пепла).
Активные минеральные добавки – вещества, которые в тонкоизмель- ченном состоянии при смешивании с воздушной известью придают ей гидравличность: известковое тесто после затвердевания на воздухе спо- собно набирать прочность в воде. Эти добавки (гидравлические или пуц-
238
цолановые) содержат кремнезем Si02 в аморфной (химически активной) форме, способного связывать гидроксид кальция в извести или при гидра- тации портландцементного клинкера в практически нерастворимые гидро- силикаты кальция. В результате ПЦ приобретает специальные свойства, возрастает его сопротивление коррозии. Кроме того, введение минераль- ных добавок взамен части клинкера значительно (до 20%) снижает себе- стоимость цемента за счет сокращения расхода топлива и электроэнергии.
Активные минеральные добавки делятся на:
· природные – осадочного (диатомит, трепел, опока, глиежи – горные глинистые породы) или вулканического происхождения (пепел, пемза, туф);
· искусственные (гранулированные доменный и электротермо- фосфорный шлаки, нефелиновый шлам, зола-унос ТЭС, являющиеся по- бочными продуктами или отходами промышленности, отходы керамиче- ского производства).
В соответствии с действующими стандартами в ПЦ и все его разно- видности по согласованию с потребителем разрешается добавлять в не- большом количестве поверхностно-активные вещества, которые вносятся при помоле цемента в дозировке 0,1-0,3% его массы.
Поверхностно-активные вещества в зависимости от влияния на свой- ства цемента классифицируют на:
· гидрофильно-пластифицирующие, повышающие смачивае- мость порошка водой;
· гидрофобно-пластифицирующие, понижающие смачиваемость. В соответствии с этим цементы с гидрофилизующими добавками на- зывают пластифицированными (в их маркировке указывается обозначение
пластификации «ПЛ»), а с гидрофобизующими — гидрофобными («ГФ»).
Наиболее распространенной гидрофилизующей добавкой является лигносульфонат технический (ЛСТ) - отход при сульфитной варке целлю- лозы, состоящий в основном из лигносульфонатов кальция. В отличие от обычного пластифицированный портландцемент отличается от обычного способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Эффект пластификации позволяет уменьшить водоцемент- ное отношение, повысить морозостойкость и водонепроницаемость рас- творов и бетонов или уменьшить расход цемента на 10-15% без ухудшения их качества.
Пластифицированный портландцемент (ПЦ-ПЛ) получают вве- дением в цемент при помоле клинкера некоторого количества, по- верхностно-активных веществ (ПАВ). Можно вводить СДБ (сульфитно- дрожжевая бражка) в количестве 0,15-0,25% по массе цемента.
Отличительные особенности:
· ПЦ-ПЛ имеет марки 400 и 500;
239
· по сравнению с обыкновенным портландцементом ПЦ-ПЛ придает растворным смесям повышенную пластичность, морозостойкость и водонепроницаемость;
· пластифицирующие добавки повышают прочность бетона, так как они снижают водопотребность бетонной смеси, снижают расход це- мента.
Применение – при производстве более удобоукладываемых бетон- ных смесей и морозостойких бетонов, а также в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве.
Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают введением в це- мент при помоле клинкера поверхностно-активной гидрофобизирующей добавки в количестве 0,1...0,3% по массе цемента.
К гидрофобизующим добавкам относятся:
· асидол;
· мылонафт;
· синтетические жирные кислоты.
Эти вещества являются побочными продуктами нефтепереработки и образуют на частицах цемента тонкие мономолекулярные водоотталки- вающие пленки, снижающие его гигроскопичность. Поэтому гидрофобный цемент можно долго хранить даже во влажных условиях, он не комкуется, сохраняя свою активность. В то же время при перемешивания его с водой водоотталкивающие пленки на зернах цемента разрушаются, не мешают твердению, пластифицируют цемент.
Гидрофобный цемент имеет марки 400 и 500. При транспортирова- нии и хранении даже во влажных условиях он не комкуется и почти не те- ряет активности. При перемешивании цемента с водой и заполнителями гидрофобные пленки с частиц сдираются и не препятствуют нормальному твердению цемента. Наличие гидрофобизующего вещества в смеси делает ее более подвижной, а образующийся при затвердевании камень — более морозостойким и водонепроницаемым.
Применение – для изготовления растворов и бетонов повышенной стойкости для гидротехнического, дорожного и аэродромного строитель- ства, при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния. Гидрофобный портландцемент можно использовать при отсутствии необ- ходимых условий для хранения обычного цемента.
Белый и цветной портландцементы – вяжущие материалы для при- готовления декоративных бетонов, растворов, отделочных смесей и це- ментных красок, применение которых позволяет при минимальных затра- тах повысить архитектурную выразительность зданий и сооружений.
Основой декоративных цементов является клинкер белого портланд- цемента (ПЦБ), который изготовляют из чистых известняков и белых као- линовых глин, почти не содержащих окрашивающих оксидов железа и марганца. В клинкере практически нет алюмоферрита кальция – С4АF. Се-
240
рый или зеленовато-серый цвет обычного ПЦ вызван наличием в сырье ок- сидов железа, марганца, хрома.
Обжиг сырья ведут только на газообразном беззольном топливе. Клинкер подвергают отбеливанию в восстановительной среде и быстрому охлаждению. При этом железо переходит в закисную форму, не дающую окраски. В процессе помола цемент предохраняют от попадания в него частиц железа.
В ПЦБ, кроме клинкера и гипсового камня белых сортов, допускает- ся вводить минеральные добавки нормированной белизны в количестве до 20% массы цемента, в том числе активные минеральные осадочного про- исхождения до 10% и добавки-наполнители до 10%.
Декоративность ПЦБ характеризуется белизной, оцениваемой коэф- фициентом отражения света поверхностью образца в % абсолютной шкалы. По степени белизны белый портландцемент делят на три сорта:
· для цемента 1-го сорта коэффициент отражения должен быть не менее 80%;
· для 2-го сорта — не менее 75%;
· для 3-го сорта — не менее 70%.
По степени белизны ПЦБ подразделяют на три сорта: БЦ-1, БЦ-2 и
БЦ-3.
По пределу прочности при сжатии в возрасте 28 суток выпускают
(ГОСТ 965-89) марки ПЦБ 400 и 500.
Цветные цементы (ГОСТ 15825—80) - желтый, розовый, красный, зелёный, голубой, розовый, коричневый, чёрный и др., получают помолом белого клинкера с соответствующими минеральными или органическими пигментами (охрой, железным суриком, ультрамарином и др.), гипсом и активной минеральной добавкой. Содержание компонентов в % массы це- мента должно быть: клинкера – не менее 80; минерального искусственного или природного пигмента – не более 15; органического пигмента – не бо- лее 0,5; активной минеральной добавки – не более 6.
В цветных цементах применяют щелоче- и светостойкие пигменты, которые не должны оказывать вредного воздействия на эксплуатационные свойства вяжущего. Цвет цемента должен соответствовать утвержденному эталону. Цветной портландцемент выпускают марок 300, 400 и 500.
Вяжущее должно быть однородным по цвету и сохранять цвет при тепловлажностной обработке и воздействии ультрафиолетовых лучей. Белый и цветной цементы схватываются и твердеют медленнее обычного ПЦ. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 12 ч с момента затворения. К недостаткам декоративных цементов относятся повышенная усадка при твердении и пониженные морозостой- кость и коррозионная стойкость.
Применение - белые и цветные цементы применяют при архитектур- но-отделочных работах, отделке стеновых панелей, подоконных плит, в
241
дорожных работах для цементно-бетонных покрытий площадей, раз- делительных полос на автодорожных магистралях, для получения фактур- ного слоя стеновых панелей, для изготовления искусственного мрамора.
В зависимости от вида активной минеральной добавки и ее количе- ства выпускают следующие разновидности портландцемента:
· портландцемент с минеральными добавками (сокращенное на- именование ПЦ Д5 и ПЦ Д20);
· пуццолановый портландцемент (ППЦ);
· шлакопортландцемент (ШПЦ) различных марок.
Портландцемент с минеральными добавками (ПЦД) содержит не- большое количество добавок, практически ни в чем не уступает обычному (за исключением морозостойкости, значение которой ниже), но обладает большей водостойкостью и лучшей сопротивляемостью коррозии выщела- чивания.
Применение – в строительстве наряду с портландцементом (кроме случаев, когда требуется высокая морозостойкость).
Промышленность выпускает разновидности ПЦД на портландце- ментных клинкерах нормированного минерального состава:
· быстротвердеющий;
· сульфатостойкий.
Марки этих цементов 400 и 500.
Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и особобыстротвер- деющий портландцемент (ОБТЦ) характеризуются более быстрым на- бором прочности в первые 3-7 суток твердения. Выпускают БТЦ двух ма- рок: 400 и 500 с нормированием прочности после 3 и 28 суток твердения в стандартных условиях, ОБТЦ - 600 и 700, которые в трехсуточном возрас- те обеспечивают предел прочности при изгибе соответственно не ниже 3,9 и 4,4 МПа, а при сжатии 24,5 и 27,5 МПа.
Ускоренный рост прочности обеспечивается повышением содержа- ния в клинкере быстротвердеющих минералов: трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (в сумме 60... 65%) – и более тонким помо- лом цемента с добавкой гипса 3-5% алито-алюминатного клинкера: C3S – 50-55% и C3А – 5-10% до удельной поверхности 300-400 м2/кг.
Отличительные особенности:
· более высокая гигроскопичность;
· повышенное тепловыделение при твердении;
· пониженная стойкость к агрессивным воздействиям, в первую очередь, сульфатостойкость.
Применение – целесообразно применять при изготовлении сборных бетонных и предварительно напряжённых железобетонных изделий в за-
242
водских условиях и при производстве бетонных работ в зимнее время года, также в монолитных железобетонных конструкциях для ускорения набора прочности. Не рекомендуется использовать быстротвердеющий цемент при бетонировании массивных конструкций и для бетонов, к которым предъявляются требования по коррозионной стойкости. Хранить этот це- мент длительное время (более 1-2 месяцев) не рекомендуется.
Сульфатостойкий портландцемент (ССПЦ) (ГОСТ 22266-76) от- личается от обычного ПЦ более высокой стойкостью против сульфатной агрессии, а также большей морозостойкостью, пониженным тепловыделе- нием и замедленным набором прочности. Для производства ССПЦ приме- няют клинкер на основе клинкера нормированного минерального состава С3S не более 50% и С3А не более 5%; С3А + С4АF не более 22%; МgО не более 5%. Такой состав цемента уменьшает возможность образования в цементном камне (бетоне) «цементной бациллы», повышает стойкость бе- тона к сульфатной коррозии. Введение инертных и минеральных активных добавок не допускается. Сульфатостойкий портландцемент выпускают только марки СГТЦ-400; он имеет повышенную морозо- и водостойкость и пониженное тепловыделение при твердении.
Применение – для изготовления бетонных и железобетонных конст- рукций гидросооружений, работающих в условиях многократного замора- живания и оттаивания в пресной или сульфатсодержащей воде.
Пуццолановый портландцемент изготовляют совместным тонким помолом портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных добавок или тщательным смешиванием этих компонентов, измельченных раздельно. Добавками являются: добавки вулканического происхождения (пемза, пепел, туфы), обожженных глин или топливной золы – 25-40% массы цемента; добавки осадочного происхождения (диатомит, трепел, опока) – 20-30% массы цемента. Выпускают марки 300 и 400.
Данный вид цемента отличается вследствие чего находит широкое применение в строительстве при сооружении подводных и подземных со- оружений и для конструкций, находящихся в условиях повышенной влаж- ности (тоннели, шахты, фундаменты и подвалы зданий и т. п.).
Пуццолановый портландцемент характеризуется медленным ростом прочности в начальный период твердения, однако после 6 месяцев тверде- ния во влажной среде бетоны на этом цементе достигают требуемой проч- ности.
Отличительные особенности:
· Благодаря отсутствию в составе цементного камня гидроксида кальция и малому содержанию гидроалюминатов кальция ППЦ обладает повышенной коррозионной стойкостью и относится к группе сульфато- стойких цементов;
243
· Водопотребность ППЦ выше, чем у обычного ПЦ и составляет
28-36%;
· Повышенная водостойкость и низкая водопроницаемость;
· Процесс твердения пуццоланового портландцемента идёт мед- леннее обычного с меньшим тепловыделением;
· Морозо- и воздухостойкость его ниже, чем у портландцемента. Применение – при бетонировании подземных и подводных частей сооружений (фундаментов, туннелей, плотин), где опасны температурные деформации конструкций, а также внутренних зон массивных конструкций. Не следует использовать в растворах и бетонах для конструкций, рабо- тающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания; при зим- них бетонных работах, а также на воздухе в районах с сухим жарким кли- матом. При низких температурах (ниже 10°С) твердение этого цемента за- медляется и даже совсем прекращается, при повышенных – твердеет более интенсивно, чем портландцемент, поэтому бетоны на пуццолановом порт- ландцементе целесообразно подвергать пропариванию. В течение первых двух недель бетоны необходимо увлажнять, предохранять от высыхания, так как в сухих условиях твердение бетона на этом цементе практически
прекращается.
Шлакопортландцемент (ШПЦ) получают путем совместного помо- ла портландцементного клинкера (79...20%), гипса (не более 5%) и грану- лированного доменного (побочный продукт при выплавке чугуна – на 1 т чугуна приходится 0,6-0,7 т шлака) или электротермофосфорного шлака в количестве до 60% массы вяжущего для марок 400 и 500 и до 80% для марки 300. Допускается раздельный помол компонентов и последующее тщательное их смешивание. Активными компонентами ШПЦ являются клинкер и шлак, дополняющие друг друга. Последний усваивает необхо- димый ему гидроксид кальция, выделяющийся при гидратации клинкера, и сам твердеет. Кроме того, он одновременно выполняет роль активной ми- неральной добавки, химически связывая Са(ОН)2 и повышая коррозион- ную стойкость цементного камня.
Гранулированный шлак в виде пористых зерен размером до 10 мм получают быстрым охлаждением огненножидкого расплава водой или па- ром. В результате шлак имеет стекловидную структуру и обладает повы- шенной химической активностью. Доменный шлак по своему химическо- му составу близок к портландцементному клинкеру, поэтому его можно вводить в большом количестве, что дает снижение стоимости шлакопорт- ландцемента на 20...25%, он экономически выгоднее, чем портландцемент. Шлакопортландцемент изготовляется четырех марок — 200 300, 400
и 500.
244
Отличительные особенности:
· имеет сероватый цвет с голубым оттенком;
· отличается от других видов цемента наличием металлических частиц, выявляемых при помощи магнита;
· сроки схватывания такие же, как у портландцемента;
· менее экзотермичен;
· имеет меньшую усадку и набухание;
· обладает большой стойкостью в пресных и сульфатных водах;
· по морозостойкости и воздухостойкости превосходит ППЦ, но несколько уступает обычному ПЦ;
· тонкость помола и равномерность изменения объема как у портландцемента, нормальная густота 26...30%;
· плотность в рыхлом состоянии 1000...1200 кг/м3, в уплотнен- ном — 1400...1800 кг/м3;
· повышенная стойкость против коррозионного действия агрес- сивных минерализованных сред.
Недостатки - пониженная по сравнению с обыкновенным портланд- цементом морозостойкость и замедленное нарастание прочности в началь- ные сроки твердения. Твердение ускоряется при повышении температуры и влажности. Бетоны на шлакопортландцементе, подвергаемые тепло- влажностной обработке при 80...95 °С, набирают более высокую прочность, чем бетоны на портландцементе той же марки, твердеющие в аналогичных условиях.
Применение – для изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций, твердеющих в пропарочных камерах, для конструкций горя- чих цехов, в гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной агрессии, и используется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, подземных и подводных конструкций, для приготовления кладочных и штукатурных растворов. Не рекомендуется использовать при зимних бетонных работах.
Цемент для строительных растворов – специальный разбавленный цемент, получаемый совместным помолом клинкера с гипсом, активными минеральными добавками и добавками-наполнителями (кварцевый песок с малым содержанием глинистых, илистых и пылевидных примесей, извест- няк, мрамор, пыль электрофильтров клинкерообжигательньтх печей) и ис- пользуемый при приготовлении строительных растворов для кладочных, облицовочных и штукатурных работ в тех случаях, когда использование высокомарочного портландцемента экономически невыгодно. Содержание ПЦ клинкера в таком вяжущем должно быть не менее 20% массы.
245
Добавки-наполнители, в отличие от активных минеральных добавок, не обладают гидравлическими свойствами или эти свойства у них выраже- ны незначительно. Для улучшения технологических свойств растворных смесей и повышения эксплуатационных свойств растворов (прочности, морозостойкости) допускается вводить при помоле цемента пластифици- рующие, гидрофобизующие и воздухововлекающие добавки.
Цемент для строительных растворов характеризуется следующими сроками схватывания: начало — не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч после затворения. Предел прочности при сжатии стандартных образцов после 28 суток твердения должен быть не ниже 19,6 МПа, что соответству- ет марке цемента 200.
Применение – для производства работ при температуре окружающе- го воздуха не ниже 10°С (из-за медленного набора прочности), для изго- товления низкомарочных бетонов выше марки 150, для неармированных конструкций.
9.2. БЕТОНЫ
