- •Кафедра «Производство строительных изделий и конструкций»
- •1. Введение
- •1.1. Общие сведения о вяжущих веществах, их значение для народного хозяйства
- •1.2. Краткие сведения о развитии производства вяжущих веществ
- •1.3. Классификация и номенклатура минеральных вяжущих материалов
- •2. Гипсовые и ангидритовые вяжущие
- •2.1. Сырье для производства гипсовых вяжущих
- •2.2. Дегидратация двуводного гипса и модификации водного и безводного СаSо4
- •2.3. Технология производства гипсовых вяжущих
- •2.4. Твердение гипсовых вяжущих
- •2.5. Свойства гипсовых вяжущих и их применение
- •2.6. Ангидритовые вяжущие вещества
- •3. Воздушная строительная известь
- •3.1. Разновидности строительной извести, ее состав
- •3.2. Сырьевые материалы для производства строительной воздушной извести
- •3.3. Технология производства строительной извести
- •3.4. Виды твердения воздушной строительной извести
- •3.5. Свойства строительной извести и ее применение
- •4. Магнезиальные вяжущие вещества
- •4.1. Сырье для производства магнезиальных вяжущих веществ
- •4.2. Производство каустического магнезита и каустического доломита
- •4.3. Твердение магнезиальных вяжущих веществ
- •4.4. Свойства магнезиальных вяжущих веществ
- •4.5. Применение магнезиальных вяжущих веществ
- •5. Гидравлическая известь
- •6. Портландцемент
- •6.1. Общая характеристика и вещественный состав портландцемента
- •6.2. Химический и минеральный состав клинкера
- •6.3. Сырьевые материалы для производства портландцемента
- •7. Технология производства портландцемента
- •7.1. Способы производства портландцемента
- •7.2. Добыча и транспортирование сырьевых материалов
- •7.3. Складирование сырья, добавок, топлива
- •7.4. Измельчение материалов и приготовление сырьевой смеси
- •7.5. Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера
- •7.6. Помол клинкера и добавок и получение портландцемента
- •8. Физико-химические основы схватывания и твердения портландцемента. Структура цементного теста и камня
- •8.1. Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразований
- •8.2. Теория твердения портландцемента
- •8.3. Формирование структуры и свойств цементного теста
- •8.3. Структура цементного камня
- •10. Стойкость портландцемента к химической коррозии
- •11. Разновидностипортландцемента
- •11.1 Быстротвердеющий и высокопрочный портландцементы
- •11.2. Портландцемент с поверхностно-активными добавками
- •11.3. Сульфатостойкий портландцемент
- •11.4. Портландцемент с умеренной экзотермией
- •11.5. Портландцемент для дорожного строительства
- •11.5. Портландцемент для производства асбестоцементных изделий
- •11.6. Белый и цветные портландцементы
- •12. Многокомпонентные цементы с природными минеральными добавками
- •12.1. Активные минеральные добавки
- •12.2. Пуццолановый портландцемент
- •12.3. Известково-пуццолановое вяжущее вещество
- •12.4. Цементы с микронаполнителями
- •12.5. Композиционные гипсовые вяжущие
- •13. Шлаковые цементы
- •13.1. Шлаки и их свойства
- •13.2. Шлакопортландцемент
- •13.3. Извсстково-шлаковое вяжущее
- •13.4. Известково-зольное вяжущее
- •13.5. Сульфатно-шлаковые вяжущие
- •14. Цементы из специальных клинкеров
- •14.1. Глиноземистый цемент
- •14.2. Расширяющиеся и напрягающие цементы
- •14.3. Сверхбыстротвердеющие цементы
- •15. Органические вяжущие вещества
- •15.1. Полимерные вяжущие
- •15.2. Битумные и дегтевые вяжущие
- •15.3. Неорганические вяжущие с добавками полимерных веществ
5. Гидравлическая известь
Для характеристики химического состава сырья, используемого для производства гидравлической извести (известняков с содержанием 6—20 % глинистых примесей), а также готового продукта, пользуются гидравлическим, или основным, модулем
.
Для гидравлической извести этот модуль имеет значение 1,7—9 (1,7—4,5 — для сильногидравлической, 4,5 — 9 — для слабогидравлической извести). По мере уменьшения гидравлического модуля в продуктах обжига будет меньше свободной СаО и больше силикатов (2CaO-SiO2), алюминатов (СаО-А12О3) и ферритов (2СаО-Fе2О3) кальция, придающих им гидравлические свойства.
Процесс производства гидравлической извести заключается в обжиге сырья в шахтных печах с выносными топками при 900—1100 °С и превращении обожженного продукта в порошок путем гашения, помола и сочетания этих процессов. Чем больше в сырье глинистых и магнезиальных примесей, тем ниже температура обжига.
В ряде случаев гидравлическую известь после обжига гасят, отделяют из нее непогасившиеся частицы, размалывают их и смешивают с погасившейся частью. В других случаях погасившуюся и измельченную части не смешивают, а выпускают порознь, соответственно как слабую и сильную гидравлическую известь. Недожог и пережог снижают качество гидравлической извести. Известь, обожженная до спекания, почти не гасится, а после помола проявляет неравномерность изменения объема.
Расход условного топлива на обжиг гидравлической извести составляет 12—14 % ее массы. Количество воды, теоретически необходимое для ее гашения, составляет 7—17 % ее массы; практически вследствие испарения берут в 1,5 раза больше.
При взаимодействии гидравлической извести с водой протекают процессы, характерные как для воздушного, так и для гидравлического твердения. Первые обусловлены твердением известковой части, вторые — твердением силикатов, алюминатов и ферритов кальция с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция.
Гидравлическая известь начинает твердеть на воздухе и продолжает твердеть и увеличивать свою прочность в воде. Предел прочности при сжатии после 28 суток комбинированного твердения образцов из раствора 1 : 3 по массе (7 суток во влажном воздухе и 21 сутки в воде) для слабогидравлической извести не менее 1,7 МПа, а для сильногидравлической – не ниже 5 МПа. Гидравлическая известь твердеет медленно: начало схватывания 0,5–2 ч; конец схватывания 8–16 ч.
В настоящее время гидравлическую известь выпускают в небольшом количестве. Ее используют в строительных растворах, применяемых для кладки и штукатурки в сухой и влажной среде.
6. Портландцемент
6.1. Общая характеристика и вещественный состав портландцемента
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.
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.
Тип цемен- та |
Наименование цемента |
Сокра- щенное обозна- чение цемента |
Вещественный состав цемента, % от массы* | |||||||||
|
|
|
Основные компоненты |
| ||||||||
|
|
|
Порт- ланд- цемент- ный клинкер |
Доменный или электро- термо- фосфорный гранулиро- ванный шлак
|
Пуццо- лана
|
Зола- уноса |
Глиеж или обож- жен- ный сланец
|
Микро- крем- не- зем |
Из- вест- няк |
Вспо- мога- тель- ные компо- ненты | ||
|
|
|
Кл |
Ш |
П |
З |
Г |
МК |
И |
| ||
ЦЕМ I
|
Портландцемент |
ЦЕМ I |
95-100 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
0-5 | ||
ЦЕМ II |
Портландцемент с минеральными добавками**: |
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
шлаком |
ЦЕМ II/А-Ш |
80-94 |
6-20 |
- |
- |
- |
- |
- |
0-5 | ||
|
|
ЦЕМ II/В-Ш |
65-79 |
21-35 |
- |
- |
- |
- |
- |
0-5 | ||
|
пуццоланой |
ЦЕМ II/А-П |
80-94 |
- |
6-20 |
- |
- |
- |
- |
0-5 | ||
|
золой-уноса |
ЦЕМ II/A-З |
80-94 |
- |
- |
6-20 |
- |
- |
- |
0-5 | ||
|
глиежем или обожженным сланцем |
ЦЕМ II/А-Г |
80-94 |
- |
- |
- |
6-20 |
- |
- |
0-5 | ||
|
микрокремне- земом |
ЦЕМ II/A-MК |
90-94 |
- |
- |
- |
- |
6-10 |
- |
0-5 | ||
|
известняком |
ЦЕМ II/А-И |
80-94 |
- |
- |
- |
- |
- |
6-20 |
0-5 | ||
|
композиционный портланд- цемент*** |
ЦЕМ II/А-К |
80-94 |
6-20 |
0-5 | |||||||
ЦЕМ III |
Шлакопортланд- цемент |
ЦЕМ III/А |
35-64 |
36-65 |
- |
- |
- |
- |
- |
0-5 | ||
ЦЕМ IV |
Пуццолановый цемент*** |
ЦЕМ IV/A |
65-79 |
- |
21-35 |
- |
0-5 | |||||
ЦЕМ V |
Композиционный цемент *** |
ЦЕМ V/A |
40-78 |
11-30 |
11-30 |
- |
- |
- |
0-5 | |||
* Значения относятся к сумме основных и вспомогательных компонентов цемента, кроме гипса, принятой за 100%. ** В наименовании цементов типа ЦЕМ II (кроме композиционного портландцемента) вместо слов "с минеральными добавками" указывают наименование минеральных добавок - основных компонентов.
*** Обозначение вида минеральных добавок - основных компонентов должно быть указано в наименовании цемента. | ||||||||||||
Примечание - В таблице приведен вещественный состав портландцемента со шлаком подтипов А и В; для остальных цементов типа ЦЕМ II и цементов типов ЦЕМ III-ЦЕМ V приведен вещественный состав подтипа А. |
В соответствии с ГОСТ 31108-2003 условное обозначение цементов должно состоять из: наименования цемента; сокращенного обозначения цемента, включающего обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки; класса прочности; обозначения подкласса; обозначения настоящего стандарта. Примеры условных обозначений: 1) портландцемент класса 42,5 быстротвердеющий: Портландцемент ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003; 2) портландцемент со шлаком (Ш) от 21 % до 35 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:Портландцемент со шлаком ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н ГОСТ 31108-2003; 3) портландцемент с известняком (И) от 6 % до 20 %, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:Портландцемент с известняком ЦЕМ II/А-И 32,5Н ГОСТ 31108-2003.