Aprospect.ru

Агентство недвижимости
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химико-минералогический состав портландцементного клинкера

Химико-минералогический состав портландцементного клинкера

Портландцемент. Сырье, понятие о производстве, химический и минеральный состав клинкера.

Определение и классификация.Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого помола портландцементного клинкера с добавкой гипса. Двуводный гипс в количестве 1,5 … 3,5% вводят для регулирования сроков схватывания портландцемента.Портландцементный клинкер – продукт обжига до спекания сырьевой тонкодисперсной однородной смеси, состоящей преимущественно из известняка и глины. Такой состав сырья обеспечивает преобладание в клинкере высокоосновных силикатов кальция.

1) Бездобавочный – введение активных минеральных добавок не допускается, получают помолом лишь портландцементного клинкера с добавкой гипса. Бездобавочный портландцемент имеет в сокращенном обозначении индекс Д0.

2) Портландцемент с активными минеральными добавками. Так называют вяжущие, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера и активной минеральной добавки, либо их смешиванием после раздельного измельчения. В качестве подобных добавок используют горные породы (диатомит, трепел, опока, вулканический пепел, пемза и т.д.) и твердые или пылеобразные отходы промышленности (доменные шлаки, нефелиновый шлам, золы уноса ТЭЦ), состоящие преимущественно из аморфного кремнезема.

3) Шлакопортландцемент (ШПЦ). К этой разновидности относят гидравлическое вяжущее вещество, которое получают совместным помолом портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака с добавлением гипса. Шлакопортландцемент можно изготавливать также и путем смешивания указанных компонентов уже после их раздельного измельчения. Содержание шлака в таком вяжущем составляет от 20 до 80 % по массе цемента.

4) Пуццолановый портландцемент (ППЦ). Это гидравлическое вяжущее вещество получают совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки в количестве 21…30 % или тщательным смешиванием этих же компонентов, измельченных раздельно. Учитывая повышенное количество активной минеральной добавки, к портландцементному клинкеру предъявляется требование в части содержания трехкальциевого алюмината – не более 8 %.

Сырьевые материалы.Основными сырьевыми материалами при производстве портландцементного клинкера являются известняк с высоким содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк …) и глинистые породы, содержащие SiO2, Al2O3, Fe2O3

Производство портландцемента состоит из следующих процессов: добычи сырья и доставки его на завод; подготовки сырья и смеси; обжига смеси — получения клинкера; измельчения клинкера с добавками — получения цемента.

Минералогический состав.Применяемые для производства портландцементного клинкера сырьевые материалы обеспечивают преобладание в нем высокоосновных силикатов кальция. Помимо этого, при взаимодействии с оксидамиAl2O3иFe2O3образуются отдельные группы минералов. Каждый из клинкерных минералов имеет свои специфические свойства.

Трехкальциевый силикат (алит) характеризуется химической формулой 3CaO·SiO2(сокращенная записьC3S). Содержание его в портландцементе составляет 40…65 %. Являясь химически активным минералом, оказывает решающее влияние на скорость твердения цемента. Алит быстро набирает прочность, образуя довольно плотный продукт гидратации. При взаимодействии с водой выделяет большое количество тепла.

Двухкальциевый силикат (белит) имеет химическую формулу 2CaO·SiO2(сокращенноC2S). По химической активности заметно уступает алиту. Продукт твердения белита, затворенного водой, в ранние сроки твердения имеет невысокую прочность, при этом выделяется очень мало тепла. Однако, в дальнейшем, при благоприятных условиях, в течение нескольких лет способен увеличивать прочность. Белита в портландцементе может содержаться от 15 до 40 %.

Трехкальциевый алюминат как химическое соединение выражается формулой 3CaO·Al2O3(С3А). Имеет наибольшую химическую активность среди основных минералов портландцементного клинкера. Процесс его гидратации завершается в первые сутки твердения, при этом выделяется наибольшее количество теплоты. Однако продукт твердения трехкальциевого алюмината имеет низкую долговечность. Содержание в портландцементе С3А колеблется от 2 до 15 %.

Четырехкальциевый алюмоферрит (целит) принят в качестве клинкерного минерала как среднее значение содержащихся в портландцементном клинкере алюмоферритов кальция переменного состава. Химический состав выражается формулой 4CaO·Al2O3·Fe2O3(С4АF). По химической активности занимает среднее положение между С3А и алитом. Продукт гидратации имеет прочность, меньшую, чем у алита. В портландцементе С4АFможет быть от 10 до 20 %.

В зависимости от минералогического состава различают следующие виды портландцемента:

– алитовый: содержание C3Sболее 60 %, а соотношениеC3S:C2Sболее 4;– белитовый: содержание C2Sпревышает 38 % при отношенииC3S:C2Sменее 1;– алюминатный, содержащий С3А больше 15 %;– алюмоферритный (целитовый), в котором С4АFсодержится более 18 %.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера — оксид кальция CaO, двуоксид кремния SiO2, оксиды алюминия Al2O3, железа Fe2O3, суммарное содержание которых – 95 – 97%. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить оксид магния MgO, серный ангидрид SO3, двуоксид титана TiO2, оксиды хрома Cr2O3, марганца Mn2O3, щелочи Na2O и K2O, фосфорный ангидрид P2O3 и др. Содержание этих оксидов в клинкере колеблется в следующих пределах, %:

CaO – 62-67; Al2O3 – 4-7; MgO – 0,35-4,5; Na2O+K2O – 0,4-1; P2O5 – 0,1-0,3

SiO2 – 20-24; Fe2O3 – 2-5; SiO3 – 0,1-1,5; TiO­2+Cr2O3 – 0,2-0,5; SO3 – 0,3-1

28.Показатели качества портландцемента (химический, минеральный, вещественный составы, марки (классы), водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола, равномерность изменения объема). Активность, марки и классы портландцемента.

Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в % по массе) главных минералов. Применяются расчетный и прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера. Минеральный состав рассчитывают на основании данных химического анализа, который определяет содержание оксидов (в % по массе).

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок; он приводится в паспорте на цемент. Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% от массы цемента.

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы через сито №008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05-3,15. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100кг/м3, у сильно уплотненного – до 1600 кг/м3, в среднем — 1300 кг/м3.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр-пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28 %. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32-37%.

Читайте так же:
Представитель по продаже цемента

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1-2 мм. Конец схватывания – время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1-2мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса.

Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза МgО вследствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы-лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться, не допускаются радиальные трещины.

Марки (классы) — Марка

портландцемента определяется испытанием стандартных образцов размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора 1:3 (по массе) через 28 суток твердения (первые сутки — в формах во влажном воздухе, затем без форм в воде).

Марка-предел прочности (сжатии – изгибе)

400-39,2-5,4 (55), 500-49-5,9(60), 550-53,9-6,1(62), 600-58,8-6,4(65)

Парка порталнд. – класс прочности

300-22,5Н, 400-32,5Н, 400Б-32,5Б, 500-42,5Н, 500Б-42,5Б, 550-52,5Н, 600-52,5Б

Класс и марка выражаются в разных единицах измерения – в МПа и кгс/см2 соответственно. Различия в численных значениях класса и марки при выражении их в одинаковых единицах измерения обусловлены только разными условиями испытания цемента.

Активность и марки портландцемента. Активность и марку определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4 при консистенции раствора по расплыву конуса 106-115 мм. Черех 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут – в воде комнатной температуры), образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм – на сжатие. Портландцемент разделяют на марки 400, 500, 550, 600.

У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная, 3-суточная.

Минералогический состав портландцемента

Применяемые для производства портландцементного клинкера сырьевые материалы обеспечивают преобладание в нем высокоосновных силикатов кальция. Помимо этого, при взаимодействии с оксидами Al2O3 и Fe2O3 образуются отдельные группы минералов. Каждый из клинкерных минералов имеет свои специфические свойства.

Трехкальциевый силикат (алит)

характеризуется химической формулой 3CaO·SiO2 (сокращенная запись C3S). Содержание его в портландцементе составляет 40–65 %. Являясь химически активным минералом, оказывает решающее влияние на скорость твердения цемента. Алит быстро набирает прочность, образуя довольно плотный продукт гидратации. При взаимодействии с водой выделяет большое количество тепла.

Двухкальциевый силикат (белит)

имеет химическую формулу 2CaO·SiO2 (сокращенно C2S). По химической активности заметно уступает алиту. Продукт твердения белита, затворенного водой, в ранние сроки твердения имеет невысокую прочность, при этом выделяется очень мало тепла, однако в дальнейшем, при благоприятных условиях, в течение нескольких лет способен увеличивать прочность. Белита в портландцементе может содержаться от 15 до 40 %.

Трехкальциевый алюминат

как химическое соединение выражается формулой 3CaO·Al2O3(С3А). Имеет наибольшую химическую активность среди основных минералов портландцементного клинкера. Процесс его гидратации завершается в первые сутки твердения, при этом выделяется наибольшее количество теплоты. Однако продукт твердения трехкальциевого алюмината имеет низкую долговечность. Содержание в портландцементе С3А колеблется от 2 до 15 %.

Четырехкальциевый алюмоферрит (целит)

принят в качестве клинкерного минерала как среднее значение содержащихся в портландцементном клинкере алюмоферритов кальция переменного состава. Химический состав выражается формулой 4CaO·Al2O3·Fe2O3(С4АF). По химической активности занимает среднее положение между С3А и алитом. Продукт гидратации имеет прочность меньшую, чем у алита. В портландцементе С4АF может быть от 10 до 20 %.

В зависимости от минералогического состава различают следующие виды портландцемента:

Почему цемент называют портланд

Портландцементом называют порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами и состоит из клинкера, гипса и при необходимости добавок. Клинкер — это продукт в виде гранул размером 10—60 мм, получаемый обжигом до спекания сырьевой смеси и содержащий главным образом (на 75-80 %) высокоосновные силикаты кальция.

Измельченный клинкер после затворения водой схватывается в течение нескольких минут, что затрудняет изготовление изделий. Для регулирования сроков схватывания (замедления) в состав портландцемента вводят гипс. При этом добавка гипса ускоряет набор прочности цемента в ранние сроки. Содержание гипса в цементе нормируется по содержанию SO3. Оно должно быть в портландцементе марок 300—500 не менее 1 и не более 3,5 %, в высокопрочных (марок 550 и 600) и быстротвердеющих цементах не менее 1,5 и не более 4,0 %, а в шлакопортландцементе не менее 1 и не более 4 %. Допускается использование в составе портландцемента природного гипсового камня, фосфогипса, борогипса и фторгипса.

По ГОСТ 10178—85 выпускают портландцемент бездобавочный (ПЦ-Д0) и два вида цемента с минеральными добавками: до 5 % (ПЦ-Д5) и до 20 % (ПЦ-Д20). В первый введение активных минеральных добавок не допускается; во второй все их виды могут вводиться в количестве не более 5 %; в третий вводят до 10 % добавок осадочного происхождения (кроме глиежа) и до 20 % прочих активных добавок, а также доменных гранулированных и электротермофосфорных шлаков.

ГОСТ 10178—85 устанавливает условное сокращенное обозначение цементов. Оно состоит: из обозначения вида цемента — портландцемент (ПЦ) и шлакопортландцемент (ШПЦ); марки цемента (300, 400, 500, 550, 600); обозначения максимального содержания добавок в портландцементе (ДО, Д5, Д20), а также дополнительных обозначений цементов — быстротвердеющего (Б), пластифицированного (ПЛ), гидрофобизированного (ГФ), на основе клинкера нормированного состава (Н) и обозначения стандарта. Например, портландцемент с добавками до 20 % быстротвердеющий условно будет обозначен ПЦ 400-Д20-Б, ГОСТ 10178—85.

Читайте так же:
Пва песочно цементный раствор

В соответствии с ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия» и ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия», которые действуют параллельно с ГОСТ 10178 и применяются в случаях, когда заключенные контракты или другие согласованные условия предусматривают применение цементов с характеристиками, гармонизированными с требованиями международного стандарта EN 197-1, по назначению цементы подразделяют на: общестроительные и специальные. При этом первые цементы (на основе портландцементного клинкера) по вещественному составу подразделяют на пять типов:

— ЦЕМ I – портландцемент (бездобавочный);

— ЦЕМ II — портландцемент с минеральными добавками (в качестве минеральных добавок — основных компонентов цемента применяют гранулированный шлак, активные минеральные добавки — пуццоланы (природные или искусственные пуццоланы, топливные золы, в том числе кислые или основные золы-уноса, микрокремнезем, глиеж и обожженные сланцы) и добавку-наполнитель – известняк);

— ЦЕМ III — шлакопортландцемент;

— ЦЕМ IV — пуццолановый цемент;

— ЦЕМ V — композиционный цемент.

По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМ II-ЦЕМ V подразделяют на подтипы А и В.

По прочности на сжатие в возрасте 28 сут цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут (скорости твердения) каждый класс цементов, кроме класса 22,5, подразделяют на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвердеющий).

Вещественный состав цементов согласно ГОСТ 31108-2003 приведен в таблице.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Гидравлическая известь обладает рядом недостатков. Главные из них: необходимость твердения на воздухе первые 7. 14 сут, низкие прочность, морозо — и воздухостойкость. Поэтому велись поиски более совершенного вяжущего вещества. Практически одновременно (1824— 1825) независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии путем высокотемпературного обжига до смеси

известняков и глины получили вяжущее, обладающее большей водо­стойкостью и прочностью. Производство нового вяжущего, названного впоследствии портландцементом, совершенствовалось и быстро рас — 152

■ ширялось. Уже в начале XX в. портландцемент стал одним из основных і. строительных материалов.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое тонким

; измельчением портланддементного клинкера и небольшого количества і гипса (1,5. 3 %). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой I смеси, обеспечивающей в портландцементе преобладание силикатов І кальция. К клинкеру для замедления схватывания цемента добавляют | гипс. Для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости пор — | тландцемента допускается введение минеральных добавок.

| Кроме портландцемента на основе портландцементного клинкера I выпускают много других видов цементов.

I Производство. Основные операции при получении портландцемен — | та: приготовление сырьевой смеси, обжиг ее до получения цементного ( клинкера и помол клинкера совместно с добавками.

Соотношение компонентов сырьевой смеси выбирают с таким расчетом, чтобы полученный при обжиге клинкер имел следующий химический состав (%): СаО — 62. 68, Si02 — 18. 26, А1203 — 4. 9, ‘ Fe203 — 2. 6. В природе есть горная порода, обеспечивающая получе­ние клинкера такого состава,— мергель, который представляет собой тесную смесь известняка с глиной. Но чаще используют известняк и

глину (добываемые отдельно) в соотношении 3 : 1 (по массе). Кроме основных компонентов в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки и промышленные отходы, обеспечивающие требуемый состав клинкера.

Тщательно подготовленную сырьевую смесь подают на обжиг во вращающуюся печь (рис. 8.3), которая представляет собой стальную трубу диаметром до 7 м и длиной до 185 м. Изнутри труба выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3. 40) углом к горизонту и вращается (0,8. 1,3 мин»), благодаря чему сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. Максимальная температура обжига 1450° С. При таких высо­ких температурах оксид кальция СаО, образовавшийся в результате разложения известняка, взаимодействует с кислотными оксидами Si02, А1203 и Fe203, образующимися при разложении глины. Продукты взаимодействия, частично плавясь и спекаясь друг с другом, образуют так называемый портландцементный клинкер — плотные твердые ку­ски серого цвета. В состав портландцементного клинкера входят четыре основных минерала (табл. 8.1) и небольшое количество стеклообраз­ного вещества.

Таблица 8.1. Минеральный состав портландцементного клинкера

Трехкальциевый силикат (алит)

Двухкальциевый силикат (белит)

4СаО А1203 • Fe203(C4AF)

В скобках сокращенное обозначение клинкерных минералов.

Как видно из таблицы, портландцементный клинкер в основном (на 60. 80 %) состоит из силикатов кальция, из-за чего портландцемент также называют силикатным цементом.

Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера.

При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от действия влаги. Портландцемент хранят в силосах (высоких цилиндрических емкостях из бетона или металла). На строительство его доставляют в специальных вагонах, автомобилях-цементовозах или упакованным в многослойные бумаж­ные или полиэтиленовые мешки.

Твердение. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить 154

гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений.

По этой схеме (гидролиз и гидратация) взаимодействуют с водой главные компоненты клинкера алит C3S и белит C2S:

2(ЗСаО • Si02) + 6Н20 -» ЗСаО • Si02 • ЗН20 + ЗСа(ОН)2

2(2СаО • Si02) + 4Н20 -> ЗСаО ■ Si02 • ЗН20 + Са(ОН)2 ; .ЖГ ‘

Необходимо подчеркнуть особенности этих реакций:

• C3S взаимодействует с водой намного активнее, чем С25;

• при взаимодействии силикатов кальция с водой выделяется растворимый в воде компонент Са(ОН)2 — воздушная известь, создаю­щая щелочную реакцию в твердеющем цементе;

• C3S выделяет Са(ОН)2 в 3 раза больше, чем C2S; общее количество Са(ОН)2 достигает 15 % от массы цементного камня.

Алюминат кальция СА подвергается только гидратации, причем этот процесс идет очень быстро с образованием крупных кристаллов

ЗСаО А1203 + 6Н20 ЗСаО • А1203 6Н20

Читайте так же:
Что можно сделать с цементной стяжкой

Добавка гипса, вводимая при помоле клинкера, изменяет характер начального периода твердения С А и замедляет схватывание цемента на несколько часов из-за образования эттрингита ЗСаО • А1203 -3CaS04 ■ (31-33)Н20.

Четырехкальциевый алюмоферрит CAP взаимодействует с водой медленнее, чем СА> образуя гидроалюминат и гидроферрит кальция. * Основной продукт твердения портландцемента — гидросиликаты кальция — практически нерастворимы в воде. Они выпадают из рас­твора сначала в виде геля (жесткого студня). Этот гель пронизывают, . укрепляя его, кристаллы Са(ОН)2. Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клин­кера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, естественно, влияют на его свойства.

Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их раство­римости растягивается на длительное время (месяцы и годы) (рис. 8.4). Чтобы этот процесс мог протекать, необходимо постоянное присутст­вие воды в твердеющем материале. Однако нарастание прочности со временем замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения.

Коррозия цементного камня. Портландцемент, будучи гидравличе­ским вяжущим, при нахождении в воде твердеет, набирая все большую прочность. Вместе с тем, если вода (а еще хуже — водные растворы солей и кислот) начинает фильтроваться (просачиваться) сквозь це­ментный камень, то начинается его разрушение. Этот процесс назы — . вается коррозией цементного камня. Коррозия протекает тем интен-

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Р и с. 8.4. Твердение цемента:

а — рост цемента (Веж) во времени (я); б — схема взаимодействия зерен цемента с водой в различ — ные сроки; 1 — зерно цемента; 2— вода; 3 — гидратные новообразования; 4— воздушные пары

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

сивнее, чем выше капиллярная пористость цементного камня. Развитие коррозии приводит к разрушению цементных растворов и бетонов. В зависимости от действующих коррозионных агентов различают не­сколько видов коррозии.

Физическая коррозия (выщелачивание). Один из продуктов взаимо­действия с водой силикатов кальция (алита и в меньшей степени белита) гидроксид кальция Са(ОН)2, количество которого достигает 15 % от объема всех продуктов твердения. Это вещество заметно растворимое в воде (около 2 г/л). Поэтому при фильтрации пресной воды через цементный камень происходит вымывание Са(ОН)2 и вынос его на поверхность. На бетоне появляются белесые выцветы. Чем больше вымывается Са(ОН)2 из цементного камня, тем более пористым он становится. Это вызывает усиление фильтрации воды и т. д.

Чтобы увеличить стойкость цементного камня к выщелачиванию, используют цементы с пониженным содержанием C3S, а также добав­ляют к цементу активные минеральные (пуццолановые) добавки, свя­зывающие Са(ОН)2 в нерастворимые гидросиликаты (см. § 8.7). m 156

I Солевая и сульфатная коррозия. Еще сильнее разрушает цементный камень фильтрующаяся через него минерализованная (содержащая соли) кода. В этом случае внутри цементного камня происходят различные шимические реакции между растворенными в воде солями и продуктами ргвердения цемента.

І; ‘ Особенно опасна сульфатная коррозия, вызываемая водой, содер — г жащей сульфат-ион SO% (в частности, растворы CaS04). Строители ‘ столкнулись с разрушением от этого вида коррозии в начале XX в. Бетон на портландцементе в морских сооружениях часто растрески­вался, а в трещинах была видна белая, масса из крупных кристаллов (они за свой нрав получили название «дракончики» или «цементная бацилла»). Впоследствии было установлено, что причиной разрушения является образование в цементном камне сложного комплексного соединения: гидросулъфоалюмината кальция (эттрингит). Эттрингит образуется при взаимодействии гидроалюмината кальция, находяще — рГв&ЩБ-ц&ментнохг-камне-е-ноогун-ающцхнпе-ведой-иенами Са2+ и SQ2’4 по следующей схеме:

ЗСаО • А120з • 6Н20 + ЗСа2+ + 3S02:4 + 25Н20 =

= ЗСаО • AIA — 3CaS04 • 31Н20

Объем этгрингита за счет большого содержания химически связан­ной (кристаллизационной) воды в 2,5 раза превышает объем исходного гидроалюмината, что и вызывает разрушение затвердевшего цемент­ного камня. Необходимо отметить, что эта же реакция образования эттрингита, но проводимая целенаправленно, используется для полу­чения расширяющихся цементов

«дракончик» оказался ручным (см. §8.12).

Основные пути защиты цементных материалов от коррозии следу­ющие:

• правильный выбор типа цемента;____________________________________________

• снижение капиллярной пористости цементного камня, например, за счет уменьшения количества воды затворения (снижение В/Ц);

• надежная гидроизоляция, не допускающая фильтрации воды сквозь материал.

Технические характеристики портландцемента. К основным харак­теристикам портландцемента относятся истинная и насыпная плот­ность, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объема при твердении и прочность затвердевшего цементного камня.

Плотность портландцемента в зависимости от вида и количества добавок составляет 2900. 3200 кг/м3, насыпная плотность в рыхлом состоянии 1000. 1100 кг/м3, в уплотненном — до 1700 кг/м3.

Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходя­щим через сито с сеткой № 008 (размер отверстий 0,08 мм) и его удельной поверхностью. Согласно ГОСТу через сито с сеткой № 008

должно проходить не менее 95 % цемента, при этом удельная поверх­ность у обычного портландцемента должна быть в пределах 2000. ..3000 см2Д и у быстротвердеющего портландцемента 3500. 5000 см2/г.

Сроки схватывания портландцемента, рассчитываемые от момента затворения, должны быть: начало — не ранее 45 мин; конец — не позднее 10 ч. Эти показатели определяют при температуре 20° С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40° С), может произойти очень быстрое схватывание.

Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Марку портландцемента определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из цемент­но-песчаного раствора (состава 1 : 3) стандартной консистенции и твердевших 28 сут (первые сутки в формах на влажном воздухе и 27 сут в воде при 20° С).

Промышленность выпускает портландцемент четырех марок: 400;

средней прочности образцов при сжатии выраженной в кгс/см2). Подробнее об определении марки портландцемента см. лабораторную работу № 7.

Тепловыделение при твердении. Твердение портландцемента сопро­вождается выделением большого количества теплоты. Так как эта теплота выделяется в течение длительного времени (дни, недели), заметного разогрева цементного бетона или раствора не происходит. Однако если объем бетона велик (например, при бетонировании плотин, массивных фундаментов), то потери теплоты в окружающее пространство будут незначительны по сравнению с общим количеством выделяющейся теплоты и возможен разогрев бетона до температуры

Читайте так же:
Раствор цементный м50 приготовление

70.. .80° С, что приведет к его растрескиванию.

Равномерность изменения объема. При твердении цементное тесто уменьшается в объеме. Усадка на воздухе составляет около 0,5. 1 мм/м. При твердении в воде цемент немного набухает (до 0,5 мм/м). Однако изменение объема при твердении должно быть равномерным. Это свойство проверяют на лепешках из цементного теста, которые не должны растрескиваться после пропаривания в течение 3 ч (до пропа­ривания лепешки 24 ч твердеют на воздухе). Неравномерность изме­нения объема возникает из-за присутствия в цементе свободных СаО и MgO, находящихся в виде пережога (см. 8.6).

Виды цементов и их применение

виды цементов, портландцемент, свойства цементов

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество — продукт тонкого измельчения цементного клинкера, который получают путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава, обеспечивающей в цементе преобладание силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания этого цемента при помоле клинкера добавляют до 5% гипса. Для получения специальных свойств портландцемента и снижения его стоимости при измельчении клинкера вводят до 15% активной минеральной добавки. Особые виды портландцемента применяют только тогда, когда их свойства могут быть использованы с максимальным эффектом.

Пластифицированный портландцемент

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера и пластифицирующей добавки. В качестве такой добавки применяют концентраты сульфитно-спиртовой барды в количестве 0,15…0,25% от веса цемента. Коллоидные адсорбционные пленки гидрофильного характера, образующиеся на поверхности частиц цемента, способствуют более полному смачиванию их водой, уменьшают трение между зернами и повышают пластичность бетонной смеси. Применяя пластифицированный портландцемент, можно уменьшать водоцементное отношение, что повышает прочность бетона, или можно снизить расход цемента на 8…10%.

Гидрофобный портландцемент

Гидрофобный портландцемент представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гипсом и гидрофобизирующей добавкой. В качестве гидрофобизирующих добавок применяют асидолы, асидол-мылонафт, мылонафт, олеиновую кислоту или окисленный петролатум. Добавки вводят в зависимости от их вида в количестве 0,06…0,30% от веса цемента в пересчете на сухое вещество. При введении гидрофобизирующей добавки на поверхности зерен цемента образуются тончайшие гидрофобные пленки, которые понижают гигроскопичность цемента. Гидрофобный цемент не боится увлажнения; он не слеживается, не превращается в комья и в течение длительного времени почти не теряет активности. Гидрофобные добавки являются также пластификаторами, т. е. способствуют повышению пластичности цементного теста. При перемешивании растворных и бетонных смесей гидрофобные пленки снимаются с частиц цемента при механическом воздействии на них заполнителей и не оказывают отрицательного влияния на прочность растворов и бетона. Бетоны на пластифицированном и гидрофобном цементах отличаются меньшей водопроницаемостью и повышенной морозостойкостью. Эти цементы применяют наряду с обычным портландцементом. Они имеют марки 300, 400, 500 и 600.

Быстротвердеющий портландцемент

Быстротвердеющий портландцемент отличается от обычного быстрым нарастанием прочности. При такой же активности, что и у портландцемента, он уже через 24 ч твердения имеет предел прочности при сжатии 20 МПа, а и возрасте 3 дней не менее 25 МПа. При одинаковой технологии получения (тонкий помол сырьевой смеси, сильный и равномерный обжиг, достаточно быстрое охлаждение клинкера) для быстрого нарастания прочности портландцемента предусматривают следующие дополнительные мероприятия:

  • соответствующий подбор химического состава сырьевой смеси с целью получения в цементном клинкере 50…60% трехкальциевого силиката и 8…10% трех кальциевого алюмината;
  • увеличивают добавку гипса при помоле цементного клинкера;
  • более тонко ведут помол клинкера.

Быстротвердеющий портландцемент применяют наряду с обыкновенным портландцементом для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, не подвергающихся действию агрессивных вод. Особенно широко применяют его для производства сборных железобетонных изделий, изготовляемых без тепловлажностной обработки.

Сульфатостойкий портландцемент

Сульфатостойкий портландцемент получают путем тонкого измельчения портландцементного клинкера, содержащего не более 5% трехкальциевого алюмината. При помоле клинкера не нужно вводить в него активных или инертных минеральных добавок. В связи с тем, что в этом цементе имеется небольшое количество трехкальциевого алюмината, он отличается повышенной стойкостью к действию сульфатных вод, но замедленной интенсивностью твердения в начальные сроки. Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок — 300 и 400. Широко применяют сульфатостойкий портландцемент в гидротехническом строительстве, а также для производства бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных вод при систематическом увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании, что позволяет повысить их коррозионную стойкость

Белый портландцемент

Белый портландцемент изготовляют путем тонкого помола белого клинкера, получаемого обжигом чистых известняков и белых глин, с малым содержанием красящих окислов и, прежде всего, окиси железа. Обжигают сырье на беззолыюм топливе — жидком или газообразном. Белый портландцемент вырабатывают трех марок 300, 400 и 500. По степени белизны его подразделяют на 3 сорта, белизну которых определяют по коэффициенту яркости по отношению к белизне сернокислого бария в %, не менее: высший сорт — 80; первый сорт — 76 и второго сорта — 72.

Цветные портландцементы

виды цементов, портландцемент, свойства цементовЦветные портландцементы получают совместным помолом белого клинкера с минеральными свето- и щелочестойкими пигментами (охра, железный сурик и др.). Цветные портландцементы должны содержать не менее 80% клинкера, не более 6% белого доломита и не более 15% минерального природного или синтетического пигмента. Органические пигменты вводят в количестве не более 0,3% от массы цемента. Марки этого цемента и его прочностные характеристики аналогичны маркам белого цемента. Применяют белый и цветные портландцементы для внутренней и наружной отделки зданий и помещений и для изготовления скульптурных изделий. Транспортируют эти материалы в таре; при хранении их нужно надежно защищать от загрязнения. Они широко применяются при изготовлении тротуарной плитки

Портландцемент с минеральными добавками

Портландцемент с минеральными добавками получают измельчением клинкера, минеральных добавок и гипса. Предельно допустимое содержание минеральных добавок в цементе 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. Такой цемент успешно применяют в строительстве вместо портландцемента, за исключением случаев, когда требуется высокая морозостойкость.

Читайте так же:
Прибор цемент прогноз инструкция

Пуццолановый портландцемент

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного тонкого помола клинкера, содержащего не более 8 % трехкальциевого алюмината, 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.

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцемент 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. Шлакопортландцемент выпускают трех марок: 300, 400 500. Он имеет две разновидности: быстротвердеющий шлакопортландцемент и сульфатостойкий шлакопортландцемент.

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1. 3сут). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80. 85%). Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 10 %. Марки глиноземистого цемента через 3 сут 400, 500, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало — не ранее 30 мин конец — не позднее 12 ч.

Расширяющиеся и безусадочные цементы.

Расширяющиеся и безусадочные цементы. Твердение всех гидравлических вяжущих веществ в воздушной среде сопровождается уменьшением объема цементного камня (усадкой). Усадочные деформации могут привести к образованию трещин в бетонах, что нарушает монолитность конструкций и снижает их долговечность. Для расширяющихся и безусадочных цементов характерно равномерное приращение объема цементного камня в начальный период твердения, что компенсирует усадочные явления. Линейное расширение у расширяющихся цементов обычно составляет 0,3. 1%, у безусадочных 0,01. 0,1 %. Многочисленные виды расширяющихся цементов представляют собой смешанные цементы, состоящие из основного вяжущего вещества (глиноземистый или портландцемент) и компонентов, обеспечивающих увеличение объема цементного камня в начальный период твердения (в большинстве случаев гипс, высокоосновные гидроалюминаты кальция, глиноземистые шлаки). Наибольшее нашли следующие расширяющиеся цементы: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент, водонепроницаемый безусадочный цемент, гипсоглиноземистый цемент; на основе портландцемента — расширяющийся портландцемент, а на основе портландцемента и глиноземистого цемента — напрягающий цемент. Напрягающий цемент быстро схватывается (через 2. 7 мин) и быстро твердеет, приобретая через сутки нормального твердения прочность до 20 МПа. Характерной особенностью этого цемента являются не только значительная величина, но и большая энергия расширения, обеспечивающие самонапряжение камня до 3. 4 МПа. Это свойство позволяет использовать его для изготовления самонапряженных железобетонных конструкций, в которых натяжение арматуры возникает при расширении твердеющего цемента. При этом арматура может получить двух- и трехосное напряжение, чего трудно добиться обычными приемами натяжения арматуры.

Свойства цементов

Стойкость пуццоланового и шлакопортландцементов при воздействии пресных, особенно мягких, и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В кислых и углекислых водах эти цементы, как и портландцементы, недостаточно стойки.

Водопотребность пуццолановых портландцементов выше, чем у портландцементов, так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового портландцемента 28. 35%, а обычного портландцемента 22. 26 %). Вследствие повышенной водопотребности и, следовательно, пористости цементного камня бетоны на пуццолановом портландцементе менее морозостойки, чем на портландцементе.

Водопотребность шлакопортландцемента существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов, но химически связывается воды меньше, чем при гидратации портландцемента. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортландцементе и, как правило, морозостойкости по сравнению с бетоном на портландцементе.

Бетоны на пуццолановых цементах характеризуются значительными деформациями усадки и набухания, что связано с повышенным содержанием в цементном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портландцементе теряет прочность, что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений, т. е. он обладает пониженной воздухостойкостью.

Усадка и набухание шлакопортландцемента приблизительно такие же, как и у портландцемента. Воздухостойкость шлакопортландцемента выше, чем пуццоланового портландцемента, но уступает портландцементу.

Жаростойкость бетонов на шлакопортландцементе значительно выше, чем на портландцементе. Это объясняется пониженным содержанием в них свободного гидроксида кальция и наличием шлаков.

Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин, шлюзов туннелей, канализационных и водопроводных сетей, фундаментов и т. п.). Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой. Не эффективны эти цементы в наземных конструкциях в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха, а также в частях сооружений, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивания, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом. Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1 % от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т. п. На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

Напрягающий цемент рекомендуется применять для изготовления напорных труб и других тонкостенных железобетонных изделий и конструкций с напряженной арматурой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector