книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

За нормативный срок приобретения цементом расчетной проч­ ности принято считать 28 суток. В трехдневном возрасте цемент при обычном твердении приобретает 40—50% и в семидневном 60—75% от 28-суточной прочности. В дальнейшем прочность вяжущего про­ должает медленно нарастать, достигая к 2 —З-летиему возрасту в отдельных случаях 200—250% расчетной прочности. На скорость схватывания цементов большое влияние оказывает температура среды твердения и тепловлажностная обработка. При термовлаж­ ностной обработке цементных изделий в течение 12—18 ч при тем­ пературе 70—90° С прочность цементного камня достигает 75—90%' от 28-суточной прочности нормального твердения, а при автоклав­ ной обработке в течение 6 — 8 ч выше 1 0 0 %.

Ускорения схватывания и твердения цементов можно добиться, добавляя к ним 1—3% (по весу) хлористого кальция или эквива­ лентное количество соляной кислоты.

Гидравлические вяжущие под влиянием влаги и влажного воз­ духа гидратируются и теряют активность. Поэтому их следует хра­ нить в сухом месте, не допуская воздействия на них влаги. Актив­ ность затвердевшего цемента можно частично восстановить, пере­ молов его.

Цементы транспортируют навалом, в закрытых вагонах, в бу­ мажных мешках, в железных контейнерах и автоцементовозами.

Портландцемент пластифицированный получают совместным тонким измельчением портландцементного клинкера и пластифици­ рующих добавок.

В качестве пластифицирующих добавок применяют концентраты сульфитно-дрожжевой бражки (отходы при производстве гидролиз­ ного спирта или дрожжей) в количестве 0,15—0,25% от веса сухого цемента.

Сульфитно-дрожжевая бражка, являясь поверхностно-активным веществом, препятствует коагуляции цемента в водной среде, бла­ годаря чему смачивающая способность цементных частиц повышае­ тся. Этим объясняется повышенная пластичность пластифициро­ ванного цемента.

Пластифицированный цемент целесообразно применять для по­ вышения удобоукладываемости растворов и бетонов, увеличения их морозостойкости, повышения пластичности растворов.

Пластифицированные цементы выпускают марок: 300, 400, 500. Преимущество пластифицированных цементов состоит в том, что они придают повышенную пластичность раствору или бетону при

меньшем количестве воды.

Портландцемент гидрофобный получают помолом цементного клинкера совместно с добавкой небольшого количества (0 ,1—0 ,2 %) специальных поверхностно-активных гидрофобных веществ. В ка­ честве гидрофобизирующих добавок могут быть применены мыло­ нафт, окисленные минеральные масла, асидол, канифольные мыла, олеиновая кислота и др.

Действие гидрофобных веществ на цемент заключается в том, что на поверхности цементных зерен образуются водоотталкиваю­

щие пленки, а также микропена. Благодаря этому количество воды для затворения уменьшается, подвижность раствора повышается, расслаиваемость уменьшается. При этом добавка гидрофобных ве­ ществ к клинкеру ускоряет также время помола цемента.

Гидрофобный цемент долго сохраняет свои качества, не понижая активность, повышает пластичность раствора при меньшей водопот­ ребности, что экономит вяжущее. Бетоны и растворы на гидрофоб­ ном цементе отличаются пониженным капиллярным подсосом, ма­ лой водопроницаемостью и повышенной морозостойкостью. На штукатурках и изделиях, изготовленных на гидрофобном цементе, не выступают соли, как это бывает со штукатурками на обычных цементах.

Марки гидрофобных цементов: 300, 400.

Технология гидрофобных цементов разработана М. И. Хигеровнчем и Б. Г. Скрамтаевым.

Портландцемент быстротвердеющий — вяжущее, набирающее требуемую прочность через 1— 2 суток твердения в естест­ венных условиях, что позволяет полностью или частично отка­ заться от термовлажностной обработки изделий. Для получения быстротвердеющего цемента целесообразно применять клинкеры с высоким содержанием трехкальциевого силиката (50—53%), трех­ кальциевого алюмината (8 —1 0 %), размолотые с повышенной до­ бавкой полуводного гипса (до 4,5%).

Допускается введение активных минеральных добавок до 10 и активного гранулированного шлака до 15%• Оптимальной дозиров­ кой будет такое количество гипса, которое в течение 24 ч тверде­ ния может быть связано портландцементом.

Быстротвердеющие цементы в растворе состава 1 :3 в 3-суточ- иом возрасте должны иметь предел прочности при сжатии не менее

Большое значение для ускорения твердения цемента имеет тон­ кость помола, однако эффективность его ограничивается удельной поверхностью 4000—5000 см2/г.

Портландцемент сульфатостойкий с умеренной экзотермией из­ готовляют из клинкера, в котором содержится не более 50% трех­ кальциевого силиката и не более 8 % трехкальциевого алюмината. Портландцемент не должен содержать активных и инертных мине­ ральных добавок. Его применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон массивных гидротехни­ ческих сооружений, работающих в условиях многократного замора­ живания и оттаивания в пресной или слабоминерализованной воде.

По сравнению с обычным портландцементом той же марки он обладает пониженной экзотермией при пониженной интенсивности твердения в первоначальные сроки.

Марка сульфатостойкого портландцемента 400.

Портландцемент белый получают из светлого цементного клин­ кера. При помоле вводят белые гидравлические добавки. Для изго­ товления белого цементного клинкера применяют сырье, содержащее

не более 0,5% окиси железа. Обжиг сырья ведут по специаль­ ному режиму, при котором устраняется окрашивающее влияние железа.

По способу ВНИИЦемента белизна клинкера достигается от­ беливанием его в восстановительной газовой среде при температу­ ре '800—1000°С.

По способу КИСИ в сырьевую смесь вводят хлористые соли для удаления хлорного железа и, кроме того, клинкер резко охлажда­ ют холодной водой.

Марки белого портландцемента: 300, 400, 500.

В зависимости от степени белизны белый портландцемент под­ разделяют на сорта БЦ-1, БЦ-2, БЦ-3.

Белизна цемента различных сортов соответствует показателям коэффициента яркости по ВаБСЦ, (%), не менее:

Вы с ш и й .......................... 80

БЦ -1 ...................................76

БЦ -2 ...................................72

Путем совместного тонкого помола белого портландцемента со щелочеустойчивыми пигментами получают цветные цементы.

Цветной портландцементный клинкер получают в результате об­ жига до спекания (или плавления) подготовленной сырьевой смеси, основными компонентами которой являются известняк, каолин, пе­ сок и пигмент.

В настоящее время промышленность выпускает цветные цемен­ ты (желтый, оранжевый, розовый, красный, коричневый, зеленый, голубой, черный), при использовании которых с относительно небольшим набором заполнителей из каменных пород (гранита, известняка и мрамора) можно получить декоративные бетонные фактуры широкой цветовой гаммы.

Белые и цветные цементы применяют для отделки зданий и из­ готовления штучных изделий (облицовочные плиты, лестничные сту­ пени, подоконные доски, искусственный мрамор), а также для окраски по штукатурке, бетону, кирпичу.

Портландцемент расширяющийся. В Харьковском институте ин­ женеров железнодорожного транспорта профессорами О. П. Мчед- ловым-Петросяном и Л. Г. Филатовым разработан метод получения расширяющегося быстротвердеющего водонепроницаемого вяжуще­ го из портландцемента с добавкой алюминиевого порошка, хлори­ стого кальция, сернокислого глинозема с добавкой какого-либо замедлителя (сульфитно-дрожжевой бражки и др.).

Расширяющийся цемент на основе портландцемента является быстротвердеющим. Он накапливает за трое суток около 60% ма­ рочной прочности исходного цемента. Расширяющийся цемент во­ донепроницаем, обладает повышенной прочностью и более морозостоек, чем обычный.

Портландцемент для дорожных и аэродромных покрытий явля­ ется одним из видов обыкновенного, пластифицированного или гид­ рофобного портландцемента с содержанием в клинкере СзА не бо­ лее 1 0 %.

При помоле допускается введение в состав цемента гранулиро­ ванного доменного шлака не более 15% от веса цемента.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем че­ рез 2 ч. Марка цемента 300—400.

Шлакопортландцемент получают совместным тонким измельче­ нием портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака или тщательным смешением этих материалов, раздельно из­ мельченных. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно оставлять не менее 30 и не более 60% от веса цемента. Допускается замена части шлака в количест­ ве не более 15% от веса готового продукта активной минеральной добавкой и введение специальных добавок (не более 1 % от веса цемента), облегчающих процесс помола.

Доменные гранулированные шлаки, применяемые для изготов­ ления цементов, должны удовлетворять условиям, приведенным в табл. 13.

Т а б л и ц а 13

Характеристика доменных гранулированных шлаков

лом прочности через 3 суток твердения 200-ІО5 н/м2и через 28 суток 400-105 н/м2. Содержится в нем шлака не более 50%.

Начало схватывания его не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч от начала затворения. Тонкость помола выше, чем у портланд­ цемента.

Портландцемент пуццолановый — вяжущее вещество, получае­ мое совместным тонким измельчением клинкера, гипса, активной минеральной добавки (трепела, диатомита, пемзы, туфа, траса, искусственного активного кремнезема) или тщательным смешением раздельно измельченных тех же материалов.

Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе должно составлять: вулканического происхождения

мента. Известняк и глину в определенном соотношении размалыва­ ют с водой в мельнице. Жидкий шлам поступает в бассейны, где состав корректируется, затем с помощью насоса шламового пита­ теля— во вращающуюся печь для обжига на клииклер.

Обжиг цементного сырья ведется во вращающихся печах и ре­ ж е — в шахтных. Вращающаяся печь представляет собой металли­ ческий барабан, футерованный внутри огнеупорным материалом (рис. 45). Печь установлена в наклонном положении на специаль­ ных роликах; вращается со скоростью'0 ,6 —1,2 об/мин.

Топливом для вращающейся печи служат нефть, мазут, газ, пы­ левидный уголь, подаваемые в печь с помощью форсунок. Сырье в виде шлама или слегка увлажненной пыли поступает в верхний ко­ нец барабана. Печь работает непрерывно. Загруженное сырье при вращении наклонного барабана постепенно передвигается вперед навстречу пламени. При этом протекают реакции, необходимые для получения активных клинкерных минералов. Наибольшее значение имеют процессы диссоциации карбонатов и глинистых минералов, а также взаимодействие продуктов этой диссоциации в твердом со­ стоянии при высокой температуре — от 800 до 1350° С. Вследствие участия в реакциях в твердом состоянии продуктов диссоциации с нарушенной кристаллической решеткой взаимодействие последних

идет весьма интенсивно. При дальнейшем повышении температуры, согласно законам образования эвтектик в многокомпонентных системах, происходит частичное плавление компонентов и образова­ ние жидкой фазы, наличие которой существенно ускоряет процесс образования клинкерных минералов. Спекшиеся гранулы попадают

взону охлаждения. Воздух, поступая в холодильники, охлаждает клинкер и нагревается сам. Нагретый воздух идет в зону горения, благодаря чему экономится топливо. Производительность вращаю­ щихся печей до 3000 г клинкера в сутки.

Цементный клинкер является полуфабрикатом. Для получения из клинкера цемента его необходимо размолоть в смеси с различ­ ными добавками. Клинкер, получаемый из шахтных печей, дробят

вдробилках, после чего размалывают. Клинкер из вращающихся печей поступает в мельницу без дробления. При помоле к клинкеру добавляют 2—5% гипсового камня для регулирования сроков схва­ тывания, до 15% активных добавок. Клинкер может долго сохра­ нять свои свойства, не требует особых складов для хранения. Иног­ да цемент из клинкера получают на месте его применения.

На крупных бетонных заводах одним из рациональных приемов получения вяжущего является мокрый помол цемента из привозно­ го клинкера. При мокром помоле активность цемента повышается примерно на 20—35%. Однако цемент мокрого помола следует при­ менять в дело не позднее чем через несколько часов после изготов­ ления. Количество добавляемого к клинкеру гипса при мокром по­ моле несколько большее, чем при сухом.

При производстве цемента по мокрому способу производитель­ ность мельницы увеличивается, снижается расход энергии, отпада­ ет необходимость предварительной сушки добавок, что значительно снижает удельный расход топлива; условия труда вследствие устра­ нения пыли улучшаются.

Изготовление цемента сопровождается химическими реакциями на всех стадиях технологического процесса. Огромный резерв уве­ личения выпуска, снижения стоимости и повышения качества цемен­ та. связан с химизацией его производства. Так, при введении в

сырьевую смесь небольших доз разжижителей в виде сульфитно­ дрожжевой бражки, триполифосфата натрия, метасиликата натрия, продуктов обработки щелочью бурого угля и других веществ зна­ чительно снижается влажность поступающего в печь шлама, в ре­

зультате чего повышается производительность печи и понижается расход топлива на обжиг. Благодаря вводу в сырьевую шихту минерализаторов (плавиковый шпат, фосфогипс, фосфоросодержа­ щие шлаки, кремнефтористый натрий, гипс и др.) интенсифициру­ ется процесс обжига клинкера. Добавка к сырьевой смеси частично вместо части глинистого компонента фосфоросодержащих шлаков повышает производительность вращающихся печей на 8 —1 0 %, повышает марку цемента.

Химические добавки органического происхождения (антрацит, кокс, сажа, битумные и дегтевые отходы и др.) интенсифицируют по­ мол сырья и клинкера.

Добавка отхода гидролизной промышленности — сульфитно­ дрожжевой бражки к цементу в количестве 0,1—0,25% снижает его расход в бетоне или растворе на 10—15%- Ввод в цемент 0,1—0,25% таких химических веществ, как асидол, мылонафт, олеиновая кисло­ та, окисленный петролатум, отходы при производстве жирных кис­ лот из парафина, кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94, и других интенсифицирует помол цемента, обеспечивает более длительную сохранность его, повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона, понижает трещинообразование, защищает арматуру от кор­ розии. Цемент с такими добавками становится гидрофобным, т. е. способным сохранить свои свойства при длительном хранении, и бо­ лее стойким в агрессивных средах.

Путем направленного минералообразования с помощью хими­ ческих средств создают малоэкзотермичные, расширяющиеся, бе­ лые, высокопрочные и другие портландцементы. Изменяя минерало­ гический состав клинкера введением в сырьевую смесь небольших доз легирующих веществ, можно получать цементы с нормальными сроками схватывания без регулирования их добавками гип­ са и т. д.

Огромны потери цемента в производстве из-за несовершенства фильтров. Применение для обеспыливания синтетических тканей из нитрона, лавсана, стеклянного волокна с обработкой их кремнийорганическими веществами повышает срок службы фильтров и значи­ тельно снижает потери цемента при обжиге и помоле.

При обжиге портландцемента образуется много пылевидных про­ дуктов, уносимых печными газами. Количество пыли, выносимое из печей, зависит от их конструкции, наличия теплообменных устройств, режима обжига, сырьевой шихты, вида топлива и составляет до 5% от веса сухой сырьевой шихты. Для очистки выходящих из печей газов применяют пылеулавливающие аппараты, в основном много­ польные электрофильтры. При правильной эксплуатации коэффи­ циент очистки газов в электрофильтрах достигает 98—99%. Улов­ ленная пыль представляет собой высокодисперсный порошок, в со­ став которого входят неразложившийся карбонат кальция, глини­ стые частицы, свободная окись кальция, щелочи, серный ангидрид, клинкерные минералы. Пыль частйчно или полностью используется для производства цемента на цементном заводе, если она содержит малое количество щелочных окислов (0,7—0,8%). В ряде случаев в пыли накапливаются значительные количества щелочных соедине­ ний, образующихся в результате взаимодействия щелочных окислов, возгоняемых при обжиге из сырьевой смеси, с окислами, содержащи­ мися в газовой среде печи. Высокощелочная пыль может быть ис­ пользована для получения шлакощелочных вяжущих, калийных удобрений и как сырьевой компонент при производстве фарфора для электротехнических изделий. Пыль вращающихся печей исполь­ зуется также для известкования почв, для приготовления асфальто­ вых бетонов, а также местных бесклинкерных вяжущих.

Для сохранения активности цемента при перевозке применяется тара из синтетических пленок.

§ 48. Цементы специального назначения

Цемент глиноземистый представляет собой быстротвердеющее гид­ равлическое вяжущее, получаемое при помоле обожженного до спе­ кания или до сплавления высокоглиноземистого сырья такого соста­ ва, при котором в готовом продукте преобладают низкоосновные алюминаты кальция. Этот цемент называют также алюминатныя, бокситовым.

Сырьем для получения цемента глиноземистого служат бокситы и известняки. Примерный состав глиноземистого цемента: не менее 40% А120 з, не более 10% Si02, не более 44% СаО, не более 10% Fe20 3.

Цемент глиноземистый отличается быстрым нарастанием проч­ ности, стойкостью в минерализованных водах, высокой прочностью и повышенной экзотермией. Прочность раствора из глиноземистого цемента через одни сутки составляет более 50% месячного срока твердения. Глиноземистый цемент выпускают таких марок: 400, 500 и 600.

Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч от начала затворения. При испытании кипячением и в парах воды глиноземистый цемент должен равномерно изменять объем. Основная часть глиноземисто­ го цемента состоит из однокальциевого алюмината СаО ■А120 3. В отличие от портландцемента в глиноземистом цементе отсутствует сульфатонеустойчивый трехкальциевый алюминат и не выделяется свободная гидроокись кальция при затворенни его водой. Тверде­ ние глиноземистого цемента состоит в образовании из однокальцие­ вого алюмината и воды двухкальциевого гидроалюмината.

Глиноземистый цемент применяют для сооружений, которые не­ обходимо быстро ввести в действие. Благодаря большому выделе­ нию тепла при твердении и быстрому схватыванию глиноземистый цемент целесообразно применять для работ при пониженных темпе­ ратурах. Кислоты и щелочи действуют на него разрушающе. В за­ твердевшем глиноземистом цементе отсутствует свободный гидрат окиси кальция, поэтому цемент устойчив к действию минерализо­ ванных вод. Изделия на этом цементе нельзя подвергать термиче­ ской обработке. Небольшая добавка глиноземистого цемента к порт­ ландцементу допускается для ускорения твердения в зимнее время.

Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся. При схватывании и твердении большинство гидравлических вяжущих дают усадку. Однако во многих случаях, особенно при аварийных работах, нуж­ ны расширяющиеся цементы, уплотняющие шов.

В СССР П. П. Будниковым, И. В. Кравченко и другими учеными созданы вяжущие, способные при схватывании расширяться (ли­ нейное расширение в водных условиях в возрасте одних суток 0,15%, через 28 суток от 0,3 до 0,1%). Одним из них является гипсоглинозе­ мистый расширяющийся цемент. При твердении на воздухе гипсо­ глиноземистый расширяющийся цемент является безусадочным. Этот

цемент состоит из смеси высокоглиноземистого шлака, двуводного гипса, его выпускают марок 300, 400 и 500. Начало схватывания его наступает не ранее, чем через 2 0 мин, а конец — не позднее чем через 4 ч от начала затворения.

Физико-химическая сущность процесса расширения цемента заключается в образовании в его составе гидросульфоалюмината кальция в результате взаимодействия алюминатов кальция и гипса.

Водонепроницаемый безусадочный цемент получают при смеше­ нии глиноземистого цемента марки 400, гипса и извести-пушонки. Марка его в 28-суточном возрасте 300 (в растворе 1:0).

Расширяющийся цемент применяется для гидроизоляции соору­ жений, заделки стыков сборных конструкций, для зачеканки труб (вместо свинца), устройства непроницаемых резервуаров для воды и нефтепродуктов и других целей.

Цемент щелочной алюмосиликатный является новым видом вяжущего. Он предложен и исследован В. Д. Глуховским и И. А. Пашковым. Этот цемент получают, смешивая алюмосиликат­ ные вещества с соединениями щелочных металлов. В качестве алюмосиликатных веществ могут быть использованы некоторые дисперсные грунты, металлургические шлаки, горелые породы и др. Они затворяются водными растворами соединений щелочных метал­ лов — натрия и калия — или отходов химических производств, их содержащих. При расходе щелочных компонентов, равном 2—4% от общего веса материалов, предел прочности на сжатие-такого цемента может достигать 1 0 0 0 - ІО5 н/м2 и выше после твердения в обычных или тепловлажностных условиях.

Такие цементы обладают высокой стойкостью в агрессивных средах и способностью связывать различные дисперсные вещества (например, грунты) благодаря переходу щелочных соединений в раствор, что исключает необходимость применения крупного запол­ нителя при приготовлении искусственных каменных материалов и обусловливает возможность получения материалов на основе мест­ ных грунтов, называемых грунтосиликатами.

Цемент шлакосиликатный представляет собой высокоактивное быстротвердеющее вяжущее, состоящее из молотого гранулирован­ ного доменного шлака и растворимого стекла. Растворимое стекло применяется в виде водного раствора плотностью 1,10—1,30. Мо­ лотый шлак смешивается с растворимым стеклом непосредственно при приготовлении бетона.

Молотый шлак является основной частью цемента, на его долю приходится 90—95% его состава по весу. Шлак должен иметь тон­ кость помола, характеризуемую удельной поверхностью 2800— 3800 см2/г.

Вяжущее обладает гидравлическими свойствами, высокой проч­ ностью и большой скоростью твердения.

Марки шлакосиликатного цемента 600, 700, 800.

Для производства шлакосиликатного цемента пригодны основ­ ные и кислые гранулированные доменные шлаки, гранулированные