конспект строймат

∙на втором этапе наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двухводный гипс происходит полное присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Двухводный гипс выделяется из раствора и образует коллоидную массу - гель. Этот период характеризуется загустеванием теста (началом схватывания);

∙на третьем этапе образовавшийся неустойчивый гель перекристализовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки. Это сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

Эти этапы налагаются один на другой и продолжаются до тех пор пока весь полуводный гипс не перейдет в двухводный. Дальнейшее увеличение прочности, образовавшегося гипсового камня, происходит вследствие уменьшения воды в нем и продолжается до полного его высыхания.

Основные свойства гипсовых вяжущих - это тонкость помола, сроки схватывания, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие подразделяются на:

∙ быстротвердеющие: начало схватывания не ранее 2 мин, конец не позднее 15

мин.

∙нормально твердеющие: начало схватывания не ранее 6 мин, конец - не позднее

30 мин.

∙медленнотвердеющие - с началом схватывания не ранее 20 мин (конец не нормируется).

По тонкости помола гипсовые ВВ бывают грубого, среднего и тонкого помола с мах остатком на сите с размером ячеек 0,2 мм 23%, 14% и 2% соответственно. Минимальная прочность при сжатии соответствующих марок меняется в пределах 2...2,5 МПа, а при изгибе 1,2...8 МПа.

Водопотребность характеризует количество воды необходимое для получения гипсового теста нормальной густоты и составляет 50-70% от массы гипса для β - модификации и 30-45% для α - модификации.

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ.

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит и доломит)

∙ это тонкие порошки, главной составной частью которых является оксид магния. КАУСТИЧЕСКИЙ МАГНЕЗИТ получают при обжиге горной породы - магнезита

(MgCO3) в шахтных или вращающихся печах при температуре 650850 оС с последующим измельчением. В результате обжига магнезит разлагается по схеме:

Марки по прочности на сжатие: М400, 500, 600.

КАУСТИЧЕСКИЙ ДОЛОМИТ получают путем обжига природного доломита при температуре 650700 оС с последующим измельчением продукта обжига. При обжиге доломита не разлагается и остается в качестве балласта, что снижает прочность каустического доломита по сравнению с каустическим магнезитом. Марки по прочности М100, 150, 200, 300.

В качестве затворителя используются водные растворы солей: MgCl2 или MgSO4. Наиболее распространен раствор MgCl2, обеспечивающий большую прочность.

Магнезиальные ВВ слабо сопротивляются действию воды. Их можно использовать только при твердении на воздухе с относительной влажностью не более 60%

.Магнезиальные вяжущие хранят в плотной герметичной таре, т.к. они поглощают влагу и

.CO2 из воздуха, образуя Mg(OH)2 и .MgCO3.

41

Магнезиальные вяжущие обладают способностью прочно сцепляться с органическими заполнителями - древесными стружками, опилками и др. Их применяют для изготовления теплоизоляционных материалов (фибролита, ксилолита), штукатурных растворов, устройства износостойких полов.

СТРОИТЕЛЬНАЯ ИЗВЕСТЬ.

Строительную воздушную известь получают при обжиге карбонатных горных пород, состоящих в основном из CaCO3, до возможно полного удаления углекислоты по следующей реакции:

Вкачестве исходного сырья применяют измельченный мел, ракушечник или плотные известняки. При этом содержание примесей глины, песка, гипса не должно

превышать 6%, т.к. при большом их содержании в результате обжига образуется гидравлическая известь. Температура обжига составляет 11001200 оС и зависит от плотности исходного сырья, количества примесей, типа печи.

Внастоящее время известь получают в шахтных, вращающихся печах, установках для обжига в кипящем слое и во взвешенном состоянии.

Все процессы, происходящие с исходным сырьем при обжиге извести можно описать следующим образом:

∙при до 100 оС - удаление исходной влаги;

∙при 100500 оС - подогрев сухого материала с дегидратацией глинистых примесей;

∙при 500700 оС - дальнейший подогрев материала с декарбонизацией углекислого магния;

∙при 7001150 оС - дальнейший подогрев сырья с декарбонизацией углекислого

кальция:

Обжигаемые карбонатные породы имеют разные размеры и формы кусков. В мелких

кусках сырья процесс разложения CaCO3 завершается раньше и они могут быть пережжены .В крупных кусках этот процесс может оказаться незавершенным - т.е. в

извести будут недожженные зерна сырья ( CaCO3). Пережженные зерна состоят из крупных кристаллов CaO и MgO, которые медленнее, чем обычные взаимодействуют с водой. Такое взаимодействие может протекать в уже затвердевшем растворе или бетоне и вызвать появление трещин и разрушение бетона. Недожженные зерна являются балластом

иухудшают свойства извести.

Взависимости от соотношения оксидов магния и кальция известь может быть кальциевой, магнезиальной и доломитовой с содержанием MgO 5%, 20% и 40% соответственно. Содержание недожженных и пережженных зерен в извести не должно превышать 14% для кальциевой и 20% для магнезиальной и доломитовой известей.

Встроительстве используют различные формы извести:

НЕГАШЕНАЯ КОМОВАЯ ИЗВЕСТЬ (кипелка) - это известь, выходящая из печи в виде кусков различной величины. Она применяется при производстве негашеной молотой, гашеной гидратной известей и известкового теста.

НЕГАШЕНАЯ МОЛОТАЯ ИЗВЕСТЬ применяется при производстве автоклавных силикатных изделий из плотных и ячеистых бетонов, строительных растворов для надземных работ, известково - шлаковых, гипсоизвестковых и др. вяжущих, известковых красок. Кроме того, негашеная молотая известь используется в качестве ускорителя твердения в растворах (особенно при пониженных температурах).

Негашеная молотая известь с активными минеральными добавками или добавкой карбонатных пород применяется при приготовлении строительных растворов для

42

надземной кладки и штукатурки. Тонкость помола такой извести характеризуется остатком частиц на ситах N 02 и ОО8, который не должен превышать 1% и 10% соответственно.

ГАШЕНАЯ ГИДРАТНАЯ ИЗВЕСТЬ (пушонка) получается в результате взаимодействия негашеной извести с водой по следующей реакции:

Такая известь применяется в производстве автоклавных силикатных изделий из плотных и ячеистых бетонов, строительных растворов, известково-шлаковых и др. вяжущих, известковых красок.

В случае если гашеная известь содержит 50% воды ее называют известковым тестом. Если количество воды в извести таково, что она имеет вид жидкости, то ее называют известковым молоком.

По скорости гашения известь разделяется на:

∙медленногасящуюся - со скоростью гашения более 25 мин,

∙среднегасящуюся - от 8 до 25 мин,

∙быстрогасящуюся - до 8 мин.

По температуре гашеная известь делится на низко экзотермичную, с температурой гашения до 70 оС и высоко экзотермичную - более 70 оС.

Применение молотой негашеной извести имеет ряд преимуществ перед применением гашеной: нет отходов гашения, растворы удобоукладываемы при меньшем расходе воды, значительно быстрее и в большем количестве связывает воду. Молотая негашеная известь в процессе гашения в короткие сроки выделяет большое количество тепла, что позволяет использовать ее в зимнем строительстве. Изделия из молотой негашеной извести отличаются несколько большей плотностью, прочностью и водостойкостью чем изделия из других видов извести.

ТВЕРДЕНИЕ ИЗВЕСТИ.

В зависимости от вида извести и условий, в которых протекает процесс твердения, различают три вида твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

КАРБОНАТНОЕ ТВЕРДЕНИЕ известковых растворов и бетонов на гашеной извести при обычных температурах складывается из двух одновременно протекающих процессов:

1.Испарение механически примесной воды и постепенная кристаллизация

Процесс твердения сопровождается сильной усадкой из-за испарения воды, поэтому во - избежание образования усадочных трещин к известковому тесту добавляют от 3 до 5 объемных частей песка.

ГИДРАТНОЕ ТВЕРДЕНИЕ - это процесс превращения в твердое камневидное тело растворных или бетонных смесей на молотой негашеной извести в результате ее взаимодействия с водой и образования гидрооксида кальция. По мере испарения воды, образовавшиеся кристаллы гидрооксида кальция сростаются, что вызывает рост прочности твердеющей извести. Теплота, выделяющаяся при этом ускоряет твердение. Последующая карбонизация гидрооксида кальция также повышает прочность затвердевшего раствора.

ГИДРОСИЛИКАТНОЕ ТВЕРДЕНИЕ характерно для автоклавной обработки известково-песчаных смесей при давлении пара 0,8 МПа и температуре выше 180 оС. В этом случае прочность обеспечивается за счет химического взаимодействия компонентов сырьевой смеси -извести и кварцевого песка:

43

xCa(OH)2 +SiO2 + mH2O = xCaO*SiO2*(m+x)H2O

Содержание извести в смеси 5- 18%.Способ гидросиликатного твердения положен в основу получения силикатных конструкций и изделий ( например кирпича).

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ИЗВЕСТИ.

Комовую негашеную известь транспортируют навалом, защищая от увлажнения и загрязнения ,а молотую в - специальных бумажных мешках или закрытых металлических контейнерах. Известковое тесто перевозят в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Негашеная известь должна храниться в закрытых складах, защищенных от попадания влаги. Молотую известь не следует хранить более 30 суток, т.к. она постепенно гасится влагой воздуха. Гидратная известь может храниться в закрытых складах, защищенных от попадания воды.

КИСЛОТОСТОЙКИЕ ВВ.

РАСТВОРИМОЕ ЖИДКОЕ СТЕКЛО (Na2O*nSio2 или K2O*nSiO2, n =2,5 - 4). В качестве песка служат кварцевый песок, кальцинированная сода Na2CO3 или Na2SO4 или поташ (K2CO3). Растворимое стекло получают из расплава сырьевой смеси при 13001400 оС, путем быстрого охлаждения. При этом получают куски, называемые силикат - глыбой. Растворение силикат - глыбы производят водяным паром в автоклаве. Растворимое стекло твердеет только на воздухе по следующей реакции:

Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных добавок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для изготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.

КИСЛОТОУПОРНЫЙ ЦЕМЕНТ состоит из кислотоупорного наполнителя и ускорителя твердения (Na2SiF6). В качестве наполнителей используется кварцит, диабаз, андезит и т.п. Затворяют такие цементы водным раствором жидкого стекла. Кислотостойкий цемент применяют для изготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. Его нельзя использовать для конструкций подверженных длительному воздействию воды, пара и щелочей, а также в условиях низких температур ( ниже -20 оС). Повысить водостойкость можно введением 2% гидрофобной добавки (мылонафт, ГКЖ- 10). Такой цемент называют КВЦ - (кислотоупорный водостойкий цемент).

ГІДРАВЛІЧНІВ'ЯЖУЧІ.

Способность веществ этой группы вяжущих приобретать прочность в воде обусловлена наличием в их составе силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Чем больше в вяжущем таких соединений, тем сильнее выражены гидравлические свойства и выше прочность вяжущего. Гидравлические свойства вяжущего характеризуются гидравлическим модулем:

44

Для воздушной извести этот модуль больше 9, слабогидравлической извести 4,5- 9, сильногидравлической извести 1,7- 4,5, а для романцемента 1,1-1,7.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ И РОМАНЦЕМЕНТ.

Гидравлическая известь - это продукт умеренного обжига при 9001100 оС мергелистых известняков, содержащих 6- 20% равномерно распределенных глинистых примесей. При обжиге происходит разложение карбоната кальция и глинистых минералов на CaO, Al2O3, SiO2, Fe2O3. Часть CaO в твердом состоянии соединяется с Al2O3, SiO2, Fe2O3, образуя низкоосновные силикаты, алюминаты и ферриты кальция (2CaO*Al2O3, 2CaO*SiO2, CaO*Fe2O3). Чем больше содержание свободного оксида кальция в гидравлической извести, тем меньше ее способность к гидравлическому твердению.

Для твердения гидравлической извести вначале необходимы воздушно-сухие условия, а затем влажные, для гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция.

Романцемент является особой разновидностью сильно гидравлической извести, получается в результате обжига при 10001100 оС мергелей с содержанием глинистых примесей более 25% и последующим помолом. Почти полностью состоит из основных силикатов, алюминатов и ферритов кальция.

Гидравлическая известь и романцемент применяют для изготовления штукатурных и кладочных изделий, предназначенных для сухой и влажной сред, бетонов низких марок, смешанных вяжущих.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается в результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в клинкере силикатов кальция. Гипс вводится в портландцемент для регулирования сроков схватывания и повышения прочностных показателей. В портландцемент разрешается вводить до 15% активных или до 10% инертных добавок от веса цемента без изменения названия, а также до 1 % других добавок, регулирующих его свойства.

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

В качестве сырьевых материалов при получении портландцемента применяют все виды известняков (примерно 75%) независимо от содержания в них глины (например, известняк, глинистый известняк, известковый мергель, мергель)

Вторым компонентом сырьевой смеси чаще всего является глина (25%), с которой вводится в цемент кремнезем SiO2, глинозем А12О3 и окись железа Fe2O3. Третьим компонентом могут быть корректирующие добавки, чтобы довести до требуемой нормы содержание того или иного кислотного окисла или одновременно двух. Например, для повышения содержания SiO2 добавляют трепел, опоку, маршалит, кварцевый песок, для повышения содержания Fe2O3 — железные руды, для повышения содержания А12О3 — глины, богатые глиноземом, и боксит.

ПРОИЗВОДСТВО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

В зависимости от способа подготовки сырья различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства портландцемента.

При мокром способе сырьевую смесь (известняк и глину) измельчают и смешивают в присутствии воды. Полученная сметанообразная масса (шлам) содержит 32—45% воды.

Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу из

45

известняка и глины включает следующие циклы.

1.Измельчение сырьевых компонентов. Твердые породы измельчаются на дробилках,

аболее мягкие (глина, мел) предварительно измельчаются на вальцах, а далее в глиноболтушках или дезинтеграторах. После предварительного измельчения осуществляется совместный помол сырьевых компонентов в присутствии воды, в непрерывно действующей, многокамерной трубной шаровой мельнице. Мельница представляет собой стальной цилиндр длиной до 15 м диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу с одной стороны загружают, а с другой разгружают. Мельница разделена на три камеры. Принцип работы трубных мельниц заключается в том, что тяжелые металлические тела шарообразной и цилиндрической формы, поднимающиеся вследствие достаточно быстрого вращения корпуса мельницы, затем под влиянием силы тяжести свободно падают вниз, дробя и измельчая материал, попадающий между шарами или между падающими шарами и корпусом мельницы.

Тонко измельченная сметанообразная смесь (шлам) подается насосом в шлам бассейны. В них окончательно корректируется смесь, после чего она поступает в запасные баки, где смесь постоянно взбалтывается.

2.Обжиг и охлаждение. Тонко измельченную перемешанную смесь подвергают обжигу при 1400—1500° в цементно-обжигательной вращающейся печи, представляющей собой цилиндр из листовой стали, стенки которого внутри офутерованы огнеупорным материалом.

Длина современных печей составляет 150 и 185 м и при диаметре 2,2—5 м. Печь устанавливают с наклоном в 3—4° к горизонту, она вращается вокруг своей оси со скоростью 0,5—1,5 об/мин. В результате обжига образуется клинкер. Вследствие

вращения печи и некоторого наклона ее обжигаемый материал перемещается по направлению к нижнему концу. После обжига клинкер охлаждается интенсивно до 100 оС.

ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ОБЖИГЕ КЛИНКЕРА.

Шлам, имеющий температуру наружного помещения, поступает в печное пространство с резко повышенной температурой и быстро нагревается.

При температуре до 100°С механически смешанная вода испаряется.

На следующей стадии (при 400 — 750°) разлагаются органические вещества, и происходит дегидратация минералов, входящих в состав глин, в частности из каолинита по уравнению:

Al2O3*2SiO2*2H2O =— Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O

При 900° диссоциируют карбонатные соединения

CaCO3 —> СаО + СО2

Образующийся углекислый газ вместе с продуктами горения удаляется из печи, а СаО вступает в химическое взаимодействие с продуктами распада каолинита других минералов.

Реакция химического связывания СаО происходит в твердом состоянии при температуре 1100—1200 °С. При этом, образуются следующие химические соединения:

2CaO + SiO2 = 2CaO*SiO2

ЗСаО+А12О3 = ЗCаО*А12О3

4СаО+А12О3 + Fe2О3 = ЗCаО*А12О3*Fe2О3

Помимо этого остается в свободном состоянии СаО. При температуре выше 1300°С минералы расплавляются, и СаО частично соединяется с 2CaO*SiO2, который также находится в pacплавленном состоянии. Процесс протекает по следующей реакции:

2CaO*SiO2 + CaO = 3CaO-SiO2

Поскольку портландцемент не должен содержать свободной СаО, наличие жидкой

46

фазы обязательно, т. е. обжиг следует вести до спекания, По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушивают, а затем

измельчают, смешивают и подвергают совместному помолу в шаровых или других мельницах до остатка 5-8% на сите с сеткой № 008. Полученный тонкий порошок называют сырьевой мукой и обжигают в коротких вращающихся печах

При комбинированном способе сырьевую смесь измельчают и смешивают по схеме мокрого способа (влажность около 40%), затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18%. Из полученного «сухаря» готовят гранулы и обжиг ведут по схеме сухого способа.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Химический состав клинкера и влияние основных оксидов на свойства портландцемента.

Основными и обязательными оксидами в составе цементного клинкера являются СаО, SiO2, А12О3 и Fе2О3. Их содержание в клинкере составляет 95—97%. Кроме них, в зависимости от вида применяемого сырья, в клинкере содержатся в небольших количествах МgО, щелочи, ТiО2, Мn2О3, SО3, Р2О5. В обычном клинкере количество основных оксидов колеблется в таких пределах (в %):

СаО, - 63-66%%; SiO2 – 21-24%;

А12О3 – 4-8%; Fе2О3 - 2-4%; MgO – 0,5-5%.

Чем больше в цементе СаО, тем более высокопрочным и быстротвердеющим будет цемент. Цементы с повышенным содержанием СаО во время твердения выделяют большое количество тепла, обладают пониженной водостойкостью. Однако обязательным условием получения высококачественного клинкера является полное отсутствие свободного СаО, Свободный СаО, остающийся в свободном состоянии, вызывает неравномерность изменения объема, так как при обжиге клинкера в результате воздействия высокой температуры он находится в сильно обожженном состоянии и очень медленно гасится водой при затворении цемента, что вызывает появление опасных напряжений в уже затвердевшем цементе.

Кремнезем SiO2 - одна из важнейших составных частей клинкера. Он связывает СаО в силикаты, способные к гидравлическому твердению. Увеличение содержания SiO2 в клинкере ведет к замедлению схватывания и твердения. Однако цементы с повышенным количеством SiO2 обладают высокой прочностью в поздние сроки твердения. При их гидратации выделяется умеренное количество тепла, они отличаются повышенной водостойкостью и стойкостью в сульфатных водах.

Глинозем Al2O3 — основной компонент алюминатов, повышение его содержания ведет к быстрому схватыванию и ускоренному твердению. Цементы, имеющие повышенное содержание глинозема, обладают низкой сульфатостойкостью и морозостойкостью.

Fе2О3 служит плавнем и улучшает спекание клинкера, а также является красящим оксидом. Цементы с высоким содержанием Fе2О3 при малом содержании глинозема обладают повышенной сульфатостойкостью. По скорости нарастания прочности такие цементы приближаются к высококремнеземистым.

МgО — нежелательная примесь в клинкере. Источник этого оксида — доломитизированные известняки. Так как клинкер обжигается при 1450°С, значительное количество МgО при обычном химическом составе клинкера получается в виде намертво обожженного периклаза, который гидратируется в уже затвердевшем цементе, вызывая снижение прочности и даже разрушение. По ГОСТу 10178—62 в портландцементе должно быть не более 5% МgО.

ТiO2 попадает в клинкер из глинистого сырья, его содержание в клинкере редко превышает 0,3%. Этот оксид является полезным компонентом клинкера, способствует улучшению кристаллизации клинкерных минералов. Введение в сырьевую смесь до 4% ТiO2 несколько повышает прочность, увеличение содержания ТiO2 свыше 5% ведет к

47

ухудшению качества цемента.

Мn2О3 в заметных количествах содержится в клинкере только при введении в

сырьевую смесь доменного шлака вместо глинистого компонента. Этот оксид замещает Fе2О3 в клинкерных минералах и существенно не влияет на свойства клинкера.

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ.

Основные окислы CaO, SiO2, А12Оз и Fе2Оз, содержащиеся в клинкере, при обжиге взаимодействуют между собой, образуя различные минералы. Процентное содержание важнейших клинкерных минералов в портландцементе:

трехкальциевый силикат (алит) — ЗсаО*SiO2 (C3S) * — 42-65%; двухкальциевый силикат (белит) — 2СаО*SiО2 (C2S) -— 15-65%; трехкальциевый алюминат ЗсаО*А12О3 (С3А) — 2 — 15%;

четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (C4AF)- 10-25%.

Суммарное количество клинкерных минералов составляет 95 — 98%. Кроме этих минералов, в состав портландцемента входят свободные окислы и другие, малозначимые для портландцемента минералы.

Трехкальциевый силикат (C3S) химически очень активен в реакции с водой. Трехкальциевый силикат способен быстро твердеть и развивать большую прочность, поэтому высокое содержание C3S в клинкере способствует интенсивности твердения и повышению прочностных показателей цемента.

Двухкальциевый силикат (C2S) менее активен, очень медленно твердеет. Продукт твердения обладает сравнительно невысокой прочностью в первые недели и месяцы, но на протяжении нескольких лет прочность при благоприятных для твердения условиях (т. е. при наличии влаги и тепла) неуклонно возрастает.

Трехкальциевый алюминат (С3А) является наиболее быстро гидратирующимся клинкерным минералом. С3А твердеет интенсивно в первые часы после затворения цемента водой. Продукт твердения С3А имеет низкую прочность.

Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) по быстроте твердения занимает примерно промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами. Прочность ниже, чем у продуктов гидратации C3S, и выше, чем C2S.

СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВ

Плотность и объемная масса. Плотность портландцемента обычно колеблется в пределах 3,0—3,2 г/см3. Она зависит от минералогического состава клинкера и наличия гидравлической добавки. Как правило, плотность мало влияет на другие строительнотехнические и эксплуатационные свойства цемента и изделий из него и поэтому в последние годы государственными стандартами не нормируется. Только при применении цемента для нефтяных и газовых скважин, возведения защитных устройств от ядерного излучения плотность играет важную роль. Средняя плотность цемента в рыхлом состоянии составляет 900— 1100 кг/м3, а в уплотненном — 1400—1700 кг/м3.

Водопотребность и нормальная густота. Нормальная густота цементного теста составляет 24—28%. На водопотребность цемента влияют: тонкость помола, наличие и вид гидравлической добавки, минералогический состав клинкера и другие факторы. При введении гидравлических добавок осадочного происхождения (трепела, опоки) вместо гранулированного шлака, а также с увеличением тонкости помола водопотребность возрастает. Не вся вода затворения расходуется на реакции гидратации, поэтому повышенная водопотребность приводит к увеличению пористости, а, следовательно, может отрицательно сказаться и на строительных свойствах (прочности, морозостойкости, водонепроницаемости). Снижают водопотребность поверхностно-активные добавки - лигносульфонаты, абиетат натрия (0,1—0,3% веса цемента) и др.

Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента. Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой № 008 проходило не менее 85% цемента от массы пробы. При тонком помоле цементного

48

клинкера происходит быстрое взаимодействие цемента с водой. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает.

Сроки схватывания. При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное тесто, постепенно загустевающее (начало схватывания) и переходящее в камнеподобное состояние (конец, схватывания). Начало схватывания цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец — не позднее 12 ч с момента затворения. Если размолоть клинкер без добавки и затворить его водой, он схватится почти мгновенно, так как трехкальциевый алюминат сразу же начинает взаимодействовать с водой, и оказывает коагулирующее действие на гидросиликаты (т.н. «Ложное» схватывание). Для регулирования сроков схватывания в цемент вводят двуводный гипс, который, затрудняет доступ воды к этому минералу. Количество гипса в пересчете на SО3 должно находиться в пределах 1,5—3,5%.

Схватывание ускоряется с повышением температуры, увеличением тонкости помола, количества воды затворения. Жидкое стекло, сода, поташ, нитраты, СаС12 ускоряют схватывание, а сульфаты, фосфаты, бораты, уксуснокислый кальций, сахар — замедляют. Введение сахара в виде 1%-ного раствора почти полностью прекращает схватывание.

Равномерность изменения объема. Цементный камень не обладает постоянством объема: при высокой влажности он несколько набухает, а, высыхая, дает усадку. Однако эти изменения незначительны и на неравномерность изменения объема не влияют. Однако иногда у цементов наблюдается значительное изменение объема после схватывания, которое ведет к появлению трещин в затвердевшей массе. Такое расширение возникает даже через несколько месяцев после изготовления изделий. Вызывается оно запоздалой гидратацией некоторых компонентов портландцемента и особенно сильно проявляется в жирных растворах и тесте.

Неравномерность изменения объема может быть вызвана следующими причинами:

1.Гидратацией свободной СаО, если ее содержится более 1,5—2%. Вредное Действие свободной извести проявляется при испытании лепешек из цементного теста в парах кипящей воды.

2.Гидратацией МgО, в связи с тем, что МgО гидратируется медленнее, чем пережженная СаО.

3.Образованием в твердеющем цементе высокосульфатной формы гидросульфоалюмината при избытке введенного гипса.

Прочность цемента определяется, в первую очередь, его механической прочностью в затвердевшем виде. Нормами установлены следующие марки портландцемента по

прочности на сжатие: 300, 400, 500 и 600, характеризующиеся соответственно пределом прочности при изгибе 45, 55, 60 и 65 кгс/см2.

Прочность портландцемента при температуре 20+- 2 оС нарастает неравномерно: на третий день она достигает 40-50% марки цемента, на седьмой 60-70%, в последующие дни рост прочности замедляется и на 28 день цемент достигает марочной прочности. При благоприятных условиях рост прочности может продолжаться месяцы и годы и в 2-3 раза превысить марочную прочность.

ТВЕРДЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

Процесс твердения портландцемента можно условно разделить на три периода. Первый период (жидкая фаза). При затворении цемента водой начинается растворение

цементного клинкера и гипса.

Трехкальциевый силикат (СзS) подвергается гидролизу и гидратации, образуя гидросиликат и гидрат окиси кальция,

C3S+(n+l)H2O = C2S*nH2O + Ca(OH)2

Двухкальциевый силикат (С2S) образует гидросиликат кальция

C2S+ nH2O = C2S*nH2O

Трехкальциевый алюминат (C3A) гидролизуется, образуя гидроалюминат кальция.

С3А+6Н2О = С3А*6Н2О

Чегырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) гидролизуется, образуя гидроалюминат

49

кальция и гидроферрит кальция по реакции:

C4AF+ (m+6) H2O = С3А*6H20+CF*mH2O

Образовавшийся в результате последних двух реакций СзА*6Н2О в присутствии гипса образует сложное соединение — гидросульфоалюминат кальция С3А*3CaSO4*31H2O.

ЗСаSО4*2Н2О+ЗСаО*А1203+ 25Н2О = ЗСаОА12О3*ЗСа5О4*31Н2О

Получившиеся гидратные соединения обладают плохой растворимостью и быстро насыщают раствор.

Второй период (коллоидация). При полном насыщении раствора, в основном за счет Са(ОН)2, гидратные соединения выпадают в виде мельчайших частиц, обладающих клеящей способностью, и образуют гель (студнеобразное вещество). В процессе дальнейшей гидратации в цементном тесте уменьшается свободная вода, клеящая способность геля увеличивается и он склеивает частицы цемента и наполнителя. Цементное тесто начинает густеть, теряет пластичность, т. е. начинает схватываться, превращаясь в камневидное вещество.

Третий период (кристаллизация). Выпавшие из раствора гидроокись кальция и трехкальциевый алюминат начинают переходить в кристаллическое состояние. Образующиеся кристаллы сращиваются между собой и образуют прочный кристаллический каркас (конец схватывания). Дальнейшее, уплотнение цементного камня вызывается:

∙дальнейшим протеканием реакций взаимодействия цемента с водой; дополнительной кристаллизацией, упрочняющей кристаллические сростки;

∙собирательной кристаллизацией в гелях, при которой проходит их частичное обезвоживание;

∙испарением капиллярной воды и слабосвязанной воды гелей.

Затвердевший цементный камень представляет собой кристаллический каркас, заполненный тонкораспределенной массой геля, внутри которой находятся не затронутые реакцией внутренние слои цементных зерен. Имеющиеся в камне поры заполнены воздухом и капиллярной водой.

Продолжительность хранения.

Длительное хранение цемента влечет за собой некоторую потерю его активности. После 3 месяцев потеря активности может достигать 20%, а через год – 40%. Цементы с большей тонкостью помола теряют активность быстрее чем цементы с меньшей тонкостью помола. Возможно частичное восстановление активности цемента повторным помолом.

Коррозия портландцемента

В процессе эксплуатации зданий и сооружений возможно воздействие агрессивных сред на цементный камень. Несмотря на многообразие агрессивных факторов, основные причины коррозии цементного камня можно свести в следующие три группы:

1.Разложение составных частей цементного камня чистой водой, т. е. практически не содержащей неорганических и органических примесей в заметных количествах. В этих случаях происходит растворение и вымывание («выщелачивание») гидрата окиси кальция (первый вид коррозии).

2.Образование легко растворимых солей в результате реакций между цементным камнем и некоторыми веществами, находящимися в окружающей среде, и вымывание (вынос) этих солей (второй вид коррозии).

3.Образование в цементном камне под влиянием проникающих в него веществ таких соединений, которые имеют больший объем, чем исходные продукты реакции, что приводит к внутренним напряжениям в бетоне, его разрыхлению и образованию трещин (третий вид коррозии).

50