книги / Строительные материалы

Содержание активных минеральных

жание в цементе (% по массе) основных компонентов: клинкера, гипса и активных минеральных добавок. Со­ держание минеральных добавок в цементе в зависимос­ ти от их вида соответствует величинам, указанным в

или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3 % массы цемента (по согласо­ ванию с потребителем).

2. Свойства портландцемента

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

Наряду с ситовым анализом для оценки дисперсности цемента проводят определение удельной поверхности с помощью специального прибора — поверхностемера. Да­ же обычный портландцемент марки 400 измельчается довольно тонко: остаток на сите №008 не превышает

ных добавок) составляет 3,05—3,15. Его насыпная плот­ ность зависит от уплотнения и составляет: для рыхлого

воды (% массы цемента), которое необходимо для полу­ чения цементного теста нормальной густоты. Нормаль­ ной густотой цементного теста считают такую его под­ вижность, при которой цилиндр — пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5—7 мм до пластинки, на которой установлено коль­ цо. Водопотребность портландцемента 24—28 %, при введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотреб­ ность цемента повышается до 32—37 %.

Сроки схватывания и равномерность изменения объе­ ма цемента определяют в тесте нормальной густоты.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы этого прибора в тесто нор­ мальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, ког­ да игла не доходит до пластинки на 1— 2 мм. Конец схватывания — время от начала затворения до того мо­ мента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1—2 мм. Начало схватывания цемента должно насту­ пать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Для по­ лучения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера вводят добавку двуводного гипса в количестве до 3,5 % ( в пересчете на S03). Замедление схватывания объясняется отложением на зернах цемента тонких пле­ нок гидросульфоалюмината кальция, образовавшегося при взаимодействии введенного сульфата кальция с трехкальциевым алюминатом. Эти пленки замедляют диффузию воды к цементным зернам, и скорость их гид­ ратации уменьшается.

Замедлителями схватывания портландцемента явля­ ются также бура или борная кислота, фосфаты и нитра­ ты калия, натрия и аммония. Нитраты образуют с Са(ОН)2 соединения, хорошо растворимые в воде. Дис­

социация этих соединений увеличивает концентрацию ионов кальция, поэтому процесс гидролиза трехкальцие­ вого силиката подавляется, а схватывание происходит медленнее. Замедлять схватывание могут органические вещества (например, СДБ), адсорбирующиеся на части­ цах цемента и замедляющие их гидратацию.

Ускорителями схватывания портландцемента являют­ ся карбонаты и сульфаты металлов. Они образуют при взаимодействии с Са(ОН)г, выделяющимся при гидроли­ зе трехкальциевого силиката, труднорастворимые соеди­ нения. Так действует, например, поташ:

Са (ОН)2 + К2С 03 = СаСОз + 2КОН.

В результате химической реакции образуется малорастворимый карбонат кальция, гидроксид кальция вы­ водится из сферы реакции и процесс гидролиза трехкаль­ циевого силиката ускоряется.

Влияние хлорида кальция на сроки схватывания портландцемента зависит от дозировки. При введении в

бетонную смесь в обычной дозировке 1— 2 % массы це­ мента хлорид кальция мало влияет на сроки схватыва­ ния, но существенно повышает начальную прочность бетона, т. е. действует как ускоритель твердения. При использовании хлорида кальция в качестве противоморозной добавки его можно вводить в больших количест­ вах, тогда он ускоряет схватывание, и бетонную смесь рекомендуется затворять на холоде, чтобы избежать преждевременного загустевания.

Один из методов Ускорения процессов схватывания и твердения заключается во введении добавок, являющих­ ся центрами кристаллизации, например, в виде заранее приготовленного измельченного гидратированного цемен­ та. Ускорителями, помимо широко применяемых неорга­ нических солей, могут быть органические вещества, на­ пример триэтаноламин.

Равномерность изменения объема. Причиной нерав­ номерного изменения объема цементного камня являют­ ся местные деформации, вызываемые расширением сво­ бодного СаО и периКЛаза MgO вследствие их гидрата­ ции. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы-ленсшки через 24 ч предварительного твердения выдерживШот в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны Деформироваться; на них не допус­ каются радиальные трещины.

Активность и марку портландцемента определяют ис­ пытанием стандартных образцов-призм размером 4 Х^Х Х16 см, изготовленных из цементно-песчаной раствор­ ной смеси состава 1 3 (по массе) и ВЩ = 0,4, при конси­ стенции раствора по расплыву конуса 106—115 мм. Че-

27 сут в ванне с питьевой водой, имеющей температуру 20±2°С) образцы-призмы сначала испытывают на из­ гиб, затем получившиеся половинки призм — на сжатие.

Все стандартные испытания цементов для определе­ ния их марки по прочности должны производиться толь­ ко на песке, соответствующем стандарту. Песок нормаль­ ный для испытания цементов — это природный кварце­ вый песок Привольского месторождения с зернами ок­ руглой формы размером 0,5—0,9 мм, содержащий SiC>2 не менее 98 %, примесей глинистых, илистых и пылевид­ ных частиц не более 1 %.

Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испы­ танных в возрасте 28 сут. В зависимости от активное™ портландцементов с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600* Требования к отдельным маркам цементов по пределам

суточная. Цемент, которому присвоен государственной Знак качества, должен обладать стабильными показате­ лями прочности на сжатие: коэффициент вариации проч­ ности для цемента марок 300 и 400 не более 5 %, марок 500, 550, 600 — не более 3 %.

Выделение теплоты при твердении. Гидратация це­ мента сопровождается выделением теплоты. В тонких

конструкции может повысить его температуру на 40 °С и более по отношению к температуре бетонной смеси при укладке. Снаружи массив остывает быстрее, чем внутри возникают температурные напряжения, которые нередК0 являются причиной появления трещин в бетоне. Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать ни£- котермичные цементы, снижают расход цемента в бетО-

не, а в случае необходимости применяют искусственное охлаждение массива.

Не всегда тепловыделение играет отрицательную роль. Например, при бетонировании конструкций в хо­ лодное время года по способу термоса выделяющаяся теплота способствует поддержанию положительной тем­ пературы твердеющего бетона.

Термохимические свойства портландцемента зависят от минерального состава клинкера и тонкости помола.

Данные тепловыделения клинкерных минералов приве­ дены в табл. 5.7. Трехкальциевый алюминат и алит отли­ чаются быстрым и высоким тепловыделением; наоборот, белит выделяет теплоту очень медленно. Следовательно, снизить экзометрию портландцемента можно, уменьшая содержание С зА и C3S и соответственно повышая коли­ чество C2S и C 4 A F . Увеличение тонкости помола порт­ ландцемента усиливает тепловыделение в начале твер­ дения (в первые 1—7 сут). Поэтому для бетонирования массивных конструкций применяют портландцемент с ограниченным содержанием алита (40—50 %) и трех­ кальциевого алюмината (до 7%) и с умеренной тонкос­ тью помола (средняя удельная поверхность 2500 — 3000 см2/г). Интенсивность роста прочности и тепловы­ деления портландцемента зависит от одних и тех же факторов — все мероприятия, ускоряющие гидратацию цемента, вызывают увеличение тепловыделения и воз­ растание прочности. Это позволяет использовать для при­ ближенной оценки тепловыделения эмпирические фор­ мулы, связывающие тепловыделение и прочностную ха­ рактеристику цемента

где Q? — тепловыделение цемента за первые 7 сут твердения, кДж/кг; k — коэффициент, зависящий от характеристик цемента; для цемента среднего химико-минерального состава /г = 19,4; Ri — 7-суточная ак­ тивность цемента, МПа.

Правила приемки и хранения цементов. Цемент от­ гружают и принимают партиями от 300 до 4000 т в зави­ симости от годовой мощности цементного завода. Завод производит паспортизацию цемента и назначает его мар­ ку на основании данных текущего контроля производст­ ва. В паспорте указывается: полное название цемента,

его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя актив­ ность цемента при пропаривании. Для проверки качества отгружаемой продукции поставщик производит физико­ механические испытания цемента, определяя его проч­ ность в возрасте 3 и 28 сут. По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико­ механических и химических испытаний цемента в 10-днев­ ный срок после их окончания.

Цемент отгружают навалом или в бумажных пяти­ слойных или шестислойных мешках; массу мешка с це­ ментом указывают на упаковке. При транспортировании и хранении цемент необходимо защищать от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по ви­ дам и маркам; смешивание разных цементов не допуска­ ется.

§ 8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЦЕМЕНТА

Для получения портландцемента с заданными специ­ альными свойствами используют следующие основные меры: 1) регулирование минерального состава и струк­ туры цементного клинкера, оказывающего решающее вли­ яние на все строительно-технические свойства цемента; 2) введение минеральных и органических добавок, поз­ воляющих направленно изменять свойства вяжущего, экономить клинкер, уменьшать расход цемента в бетоне; 3) оптимизацию тонкости помола и зернового состава цемента, влияющих на скорость твердения, активность, тепловыделение и другие свойства цемента.

1. Быстротвердеющий и особобыстротвердеющий высокопрочный портландцементы

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отлича­ ется от обычного более быстрым нарастанием прочности: через 3 сут твердения его прочность на сжатие не менее 25—28 МПа, т. е. более половины его марочной 28-суточ­ ной прочности (40 и 50 МПа). Быстротвердеющий порт­ ландцемент получают путем тонкого измельчения (с до­ бавкой 3—5 % гипса) алито-алюминатного клинкера: сумма C3S + C3A в клинкере обычно составляет 60— 65 %; тонкий помол увеличивает реакционную способ­ ность цемента. Обращают особое внимание на тщатель­

ность подготовки сырьевой смеси, обеспечивая опреде­ ленный химический состав смеси и ее гомогенность. Клинкер должен быть хорошо обожжен и быстро ох­ лажден.

Производство быстротвердеющего портландцемента началось в СССР с 1955 г. одновременно с бурным раз­ витием промышленности сборного железобетона. В на­ стоящее время БТЦ — основной вид вяжущего для изго­ товления сборного железобетона. Применение БТЦ в заводском производстве железобетонных конструкций позволяет снизить расход цемента в бетоне на 10—15 %, ускорить тепловую обработку при меньших энергозат­ ратах, увеличить оборот металлических форм и тем са­ мым сэкономить металл. Сокращение общей продолжи­ тельности производственного цикла дает возможность получить больше продукции на том же .оборудовании.

Быстротвердеющий портландцемент используют так­ же в монолитных немассивных железобетонных конст­ рукциях для ускорения набора прочности, в особенности при зимнем бетонировании. Тонкомолотый БТЦ может быстро портиться под влиянием влаги и С02 воздуха, теряя свою активность. Поэтому его не следует долго хранить.

Повышенное тепловыделение БТЦ исключает воз­ можность его применения для массивных конструкций, а БТЦ с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината непригоден для бетона, подвергающегося сульфоалюминатной коррозии.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портланд­ цемент (ОБТЦ) марки 600 в возрасте 1 сут имеет пре­ дел прочности при сжатии 20—25 МПа, а в возрасте 3 сут — 40 МПа. Столь быстрый рост прочности обуслов­

(удельная поверхность цемента около 4000 см2/г). При­ менение ОБТЦ в высокопрочных бетонах марок М 500—- М 600 снижает на 15—20% расход цемента, сокращает время и энергетические затраты на тепловую обработку железобетонных изделий.

Сверхбыстротвердеющий цемент .(СБТЦ), разрабо­ танный НИИЦемента, отличается от уже описанного БТЦ значительно более высокой ранней прочностью, превышающей через 6 ч после затворения водой 10 МПа.

Применение СБТЦ дает возможность через 1—4 ч полу­ чать без тепловой обработки прочность бетона, достаточ­ ную для распалубки изделий. Для изготовления СБТЦ требуется вводить в сырьевую смесь галогеносодержа­ щие вещества (например, фторид или хлорид кальция) и повышать содержание алюминатов. СБТЦ отличается быстрым схватыванием.

2. Сульфатостойкие портландцемент»

Такие портландцементы изготовляют на основе клин­ кера нормированного минерального состава и применя­ ют для изготовления бетонных и железобетонных конст­ рукций, обладающих коррозионной стойкостью при воз­ действии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

По вещественному составу эти цементы подразделяют на следующие виды: сульфатостойкий портландцемент марки 400, сульфатостойкий портландцемент с мине­ ральными добавками марок 400 и 500, сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400, пуццолановый портландцемент марок 300 и 400. Клинкер, применяемый для получения цементов, по расчетному минеральному составу должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 5.8.

действию сульфатной коррозии, но и для бетонов повы­ шенной морозостойкости.

Сульфатостойкие шлакопортландцемент и пуццола-. новый портландцемент применяют для подземных и подводных частей сооружений, подвергающихся суль­ фатной коррозии.

3. Портландцементы с органическими добавками

Такие цементы изготовляют, вводя при помоле клин­ кера на цементном заводе поверхностно-активные добав­ ки в оптимальной дозировке. Поверхностно-активные до­ бавки можно разделить на гидрофилизующне и гидрофобизующие.

Кгидрофилизующим добавкам относится сульфитно­ дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных щелоков, образующихся при сульфитной варке целлюло­ зы. СДБ представляет собой в основном кальциевую соль лигносульфоновой кислоты — лигносульфоиат каль­ ция, который гидрофилизирует частицы цемента, т. е. улучшает их смачивание водой, одновременно ослабляя силы взаимного сцепления между чдстицами вяжущего.

Врезультате добавка СДБ повышает пластичность це­ ментного теста и подвижность бетонных смесей.

Кгидрофобизующим добавкам относят^ мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кисло­ ты и их соли.

Мылонафт представляет собой натриевое мыло наф­

теновых кислот. Общая формула нафтеновых кислот СлН2л- 1СООН, где п изменяется от 8 до 13. Источником получения нафтеновых кислот являются щелочные отхо­ ды, образующиеся при очистке продуктов перегонки нефти (бензина и др.) щелочью. Из них получают тех­ нические нафтеновые кислоты, известные под названием асидол и асидол-мылонафт. Синтетические жирные кис­ лоты изготовляют путем окисления парафина. Мож­ но применять в качестве добавки как синтетические жир­ ные кислоты, так и кубовые остатки, полученные при производстве этих кислот.

Молекулы нафтеновых кислот и их солей состоят из полярной группы (СООН или COONa) и углеводород­ ного радикала. Эти молекулы адсорбируются на части­