Физико-химические процессы при тепловой обработке бетона. Экзотермии цемента


Физико-химические процессы при тепловой обработке бетона

Заключительным и наиболее длительным этапом в производстве железобетонных изделий является твердение бетона. В течение этого этапа формируется структура бетона, способная воспринимать механические нагрузки и противостоять агрессивному действию окружающей среды.

С целью ускорения твердения бетона на заводах железобетонных изделий применяется его тепловая обработка.

При этом режимы твердения железобетонных изделий следует назначать, исходя из необходимости создания оптимальных условий твердения и возможно более полного использования прочностных свойств бетона при возможно меньшем удельном расходе цемента и с обязательным обеспечением необходимой долговечности бетона.

Таким образом, дальнейшее совершенствование режимов тепло-влажностной обработки должно проводиться только на основе всестороннего и углубленного исследования процессов твердения вяжущих и физических явлений, возникающих в бетоне при твердении.

Зная сущность, причины возникновения и взаимосвязь физических процессов, происходящих в бетонах при прогреве, и их связь с физико-химическими процессами гидратации и твердения цемента, можно управлять структурообразованием бетона путем создания оптимальных параметров среды в тепловом агрегате и получать бетоны более высокого качества при одновременном сокращении цикла твердения и достаточно полном использовании цемента.

Свойства бетона определяются его структурой, а последняя, в свою очередь, зависит от физико-химических процессов, протекающих при твердении.

Твердение следует рассматривать как результат протекания и взаимодействия двух процессов:

- гидратообразования

- структурообразования

При этом процесс гидратообразования является первичным процессом, служит способом генерации новой фазы специфического состава и сам по себе не определяет роста прочности цементного камня и бетона.

Структурообразование–это процесс образования пространственного каркаса и его упрочнения. Именно этот процесс определяет рост прочности цементного камня.

Так как эти два процесса являются взаимодействующими, то только при определенном соотношении их скоростей на различных этапах твердения можно получать бетон с заданными свойствами.

В настоящее время до сих пор остается дискуссионным вопрос о механизме гидратации вяжущих, хотя с точки зрения получения максимальной прочности тип реакции не имеет значения.

По мере же повышения температуры твердения ускоряется кинетика процесса гидратообразования, последовательность и полнота фазовых превращений, хотя при этом не изменяется состав новообразований и не уменьшается степень гидратации вяжущего.

Роль тепло-влажностной обработки при t<=1000C сводится лишь к ускорению химических реакций без качественного изменения процесса гидратации цемента в целом (рис.13.).

Как видно из рис.13. скорость гидратации при повышении температуры с 200С до 800С увеличивается в 3 раза.

Исходя из взаимосвязи процессов гидратообразования и структурообразования, можно заключить, что

повышение температуры

твердения ускоряет и процесс

Рис.13 Зависимость скорости структурообразования (рис.14).

гидратации от температуры среды

При этом скорость структурообразования при повышении температуры также увеличивается в 3 раза.

Увеличение скорости структурообразования связано, по-видимому, с образованием крупных, лучше закристаллизованных новообразований, что, однако, приводит к снижению прочности термообработанного бетона.

Рис.14 Скорость

структурообразования

Как было установлено Ребиндером и Сегаловой, прочность камня зависит от дисперсности новообразований, которая определяет прочность и количество контактов срастания.

Процесс структурообразования связан с обратным ему процессом- деструкцией, которая особенно ярко выражается при тепловлажностной обработке.

В настоящее время большинство исследователей связывают возникновение деструктивных процессов с температурным расширением жидкой и газообразной фаз бетона при нагревании.

Действительно, расширение газообразной и жидкой фаз при нагревании свежеуложенного бетона будет приводить к разрыхлению его структуры (увеличению пористости). Теоретический расчет температурного расширения показал, что 97% приращения объема образца при нагреве идет за счет газообразной и жидкой фаз, что свидетельствует о наиболее отрицательной их роли в процессах формирования структуры свежеуложенного бетона при прогреве.

Однако, вышесказанное в большей мере относится к изделиям, прогреваемым без формы или в форме с большой открытой поверхностью. А если изделие прогревается в закрытой форме? Что здесь является причиной развития деструктивный процессов?

Дело здесь состоит в том, что накопление гидратных образований и срастание их в пространственный каркас носит противоречивый характер.

С одной стороны накапливание продуктов гидратации обуславливает дальнейшее, более тесное расположение кристаллогидратов и их срастание, а с другой – начинает все более отрицательно сказываться на прочности объемный эффект роста кристаллов, так как он происходит в “стесненных” условиях.

В результате в твердеющей системе возникают отрицательные напряжения, приводящие к ее деструкции, и, таким образом, в системе устанавливается определенное соотношение между структурообразующими и деструктивными факторами.

Если превалируют деструктивные явления, то прочность системы понижается, а если превалируют структурообразующие явления, то прочность системы возрастает.

Посмотрим теперь на связь этих явлений с кинетикой процессов гидратообразования и структурообразования.

На начальных этапах твердения высокая скорость гидратообразования является положительным фактором, так как образующиеся гидратные новообразования способствуют формированию непрерывного пространственного каркаса, т.е. развитию процесса структурообразования.

Если же поддерживать высокую скорость гидратообразования на последующих этапах твердения, когда набрал силу процесс структурообразования, то это отрицательно скажется на росте прочности цементного камня, так как интенсивная поставка новых продуктов реакции будет разрушать формирующиеся кристаллизационные контакты.

Таким образом, только при разумном сочетании скоростей процессов гидратообразования и структурообразования можно получать цементный камень с заданными свойствами.

Теперь, несколько слов об автоклавной обработке бетонов.

В отличие от тепловлажностной обработки при t<=1000C и атмосферном давлении, автоклавная обработка существенно изменяет фазовый состав новообразований, причем образование того или иного гидросиликата кальция определяется отношением C/S в исходном вяжущем, температурой и длительностью обработки.

При автоклавной обработке все минералы портландцементного клинкера вступают в химическую реакцию с кремнеземом. При этом образуется группа малоосновных гидросиликатов кальция “семейства тоберморита ” с обобщенной формулой . Эти гидросиликаты являются основной стабильной фазой цементирующего вещества бетонов автоклавного твердения, обладающих высокой прочностью.

Экзотермия цементов.

Реакция гидратации клинкерных минералов и цемента, вследствие которой происходит их схватывание и твердение, сопровождается тепловыделением. Многочисленными опытами установлена определенная связь между минералогическим составом, гидратацией, тепловыделением и твердением цементов.

Тепловыделение, являясь прямым следствием гидратации цемента, характеризует развитие процессов твердения бетонов и растворов и при прочих равных условиях определяет их технические свойства. Оно может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на формирование структуры и технических свойств бетонов и растворов.

В факте тепловыделения в бетоне скрыто противоречие, которое выражается в том, что нагревание изделий может быть полезным для создания благоприятных условий твердения и в то же время оно может вызвать напряженное состояние, нарушение структурной сплошности.

Чтобы во всех случаях направленно использовать тепловыделение, мы должны владеть точным расчетом тепловых полей в бетонных и железобетонных изделиях, обеспечить равномерность их распределения.

Однако на пути решения этой задачи имеются большие трудности, связанные с разнообразными условиями распределения тепла и влаги внутри бетона, значительными их градиентами, а зачастую и различной направленностью движения влаги и тепла.

Вследствие изменения физических констант бетона во времени и нестационарности потоков и тепломассообмена с внешней средой теоретические расчеты значительно усложняются. Многие вопросы еще подлежат экспериментальному исследованию по строго обоснованным научным методикам, с глубоким пониманием применения законов термодинамики.

Рассмотрим некоторые данные, касающиеся тепловыделения цементов (рис. 15).

Составляющие цементный клинкер минералы обладают разным тепловыделением. Так, и отличаются не только высоким, но и быстрым тепловыделением. и (особенно) являются малотермичными и выделяют тепло значительно медленнее.

Отсюда следует важный технологический вывод:если нужно использовать низкотермичные портландцементы, то следует использовать цементы с низким содержанием и за счет повышения

Рис.15 Экзотермия клинкерных минералов содержания в них

алюмоферритной фазы.

Опыты, проведенные Заседателевым и Мамедовым, показали, что решающим фактором, определяющим тепловыделение, является температура, при которой происходит гидратация цемента, а давление оказывает незначительное влияние на выделение тепла (рис. 16).

С целью снижения тепловыделения и

повышения водостойкости бетона в

отечественной и зарубежной практике

широко применяются активные

минеральные добавки (трепел, зола-унос и

др.).

Проведенные исследования показали,

Рис. 16 Тепловыделение что введение активной гидравлической

при гидратации цемента добавки до 25% приводит к небольшому

в зависимости от температуры

уменьшению тепловыделения. В этом случае большое значение имеет тонкость помола цемента и активность составляющих компонентов.

Более эффективным является применение шлакопортландцемента, который имеет замедленное тепловыделение в начальные сроки твердения, хотя через длительный промежуток времени, тепла выделяется столько же, сколько и цементом без добавки шлака.

Во время тепловой обработки в бетоне за первые несколько часов выделяется значительное количество тепла, которое следует учитывать в энергетическом балансе тепла, затрачиваемого на нагрев изделий. Внутри бетонной плиты за счет экзотермии цемента развиваются температуры, значительно превышающие температуру среды и поверхности изделий. Вследствие этого получается отличный от расчетного режим твердения и возникают значительные температурные градиенты, которые могут вызвать образование трещин в изделиях.

У бетона на портландцементах тепловыделение в процессе прогрева может достигать таких значений, которые соответствуют подъему температуры за счет экзотермического тепла на 70–800С. При этом наблюдается неравномерность температурных полей и изменение влажностного режима в бетоне. Поэтому режим и длительность тепловой обработки следует назначать и регулировать с учетом саморазогрева бетона.

Несколько слов об управлении процессом термообработки. В настоящее время автоматическое управление режимами тепловой обработки на заводах железобетонных изделий осуществляется неправильно. Обычно регулируют температуру среды в установке, а во время изотермической выдержки через 4-6 часов температура бетона в изделиях превышает на несколько градусов температуру среды в камере. В это время начинается потеря влаги. Для бетона (особенно тяжелого) такой режим является неоптимальным, поэтому температура среды установки должна корректироваться по температуре бетона.

Это обстоятельство следует учесть при выполнении курсового проекта, а в дальнейшем и при дипломировании.

Методов для определения тепловыделения существует очень много. Наиболее широкое распространение в настоящее время получил метод, разработанный в институте ВНИИЖелезобетон.

Тепловыделение с достаточной для практических расчетов точностью можно определить по формуле:

кДж/кг (44)

Где - количество градусо-часов тепловой обработки.

(45)

а – эмпирический коэффициент

а=0,32+0,002 290

а=0,84+0,0002 >290

М – марка цемента

Тепловыделение бетона определяется как:

(46)

где Ц – расход цемента на 1 бетона в кг.

С другими методами расчета вы можете познакомиться в соответствующей литературе.

Тепловыделение при гидратации цемента может быть рассчитано по формуле И.Д.Запорожца:

Мкал/м3

- максимальное удельное тепловыделение цемента

=7* Мкал/кг

Ц – расход цемента, кг/

– время прогрева

- коэффициент темпа тепловыделения, -1

=1,8*

С увеличением В\Ц тепловыделение повышается, а повышение начальной температуры приводит к значительному увеличению удельного тепловыделения цемента.

Совершенно по-другому обстоит дело при твердении бетона в камерах непрерывного действия. Здесь, если не будут приняты соответствующие меры, вода может начать испаряться в раннем возрасте бетона, что ухудшает качество изделий.

Интенсивное испарение воды, которое неравномерно распределено по толщине бетона, создает разную усадку под действием капиллярных сил. Это приводит к образованию сложного напряженного состояния и появлению трещин на поверхности бетона в зоне наибольших растягивающих усилий при укороченных режимах тепло-влажностной обработки.

С увеличением длительности изотермии отрицательно влияние испарения влаги на прочность бетона при <1 будет увеличиваться.

Учитывать результаты процесса испарения воды из бетона необходимо и при тепловых расчетах камер, так как процесс испарения воды из бетона происходит главным образом за счет тепла, подаваемого извне в камеру.

На испарение влаги из бетона влияет и его структура, характеризуемая различным В\Ц и видом бетона. При повышении В\Ц укрупняются поры и капилляры бетона. Известно, что парциальное давление паров над менисками таких капилляров меньше, чем у более крупных. Следовательно, испарение из крупных капилляров происходит более интенсивно, чем у мелких, а процессы конденсации влаги протекают в обратном порядке по отношению к испарению в зависимости от радиусов капилляров. При постоянных условиях количество испарившейся влаги при тепловой обработке увеличивается с ростом В\Ц, а при В\Ц=const- в зависимости от температуры прогрева.

Однако, существует лишь несколько работ, посвященных изучению испарения влаги из бетона в процессе тепловой обработки и в них имеются существенные разногласия.

По данным Бужевича, скорость испарения воды из бетона в начальный период твердения равна скорости испарения воды со свободной поверхности.

Вслед за этим, наступает второй период, в течение которого испарение воды их бетона происходит более интенсивно, затем наступает третий период, когда скорость испарения значительно уменьшается по сравнению со скоростью испарения со свободной поверхности.

Повышение скорости испарения воды во второй период обусловлено в основном шероховатостью поверхности бетона, что увеличивает поверхность испарения, и тепловыделением цемента, вследствие чего, как уже говорилось, температура бетона становится выше температуры воды, находящейся в той же среде.

Следует отметить еще очень интересную работу Малининой, где показано, что испарение влаги из бетона существенно влияет на качество изделий, причем влияние это неоднозначно.

 

studopedya.ru

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Экзотермия

Cтраница 2

Сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфа-гостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки. Сульфатостойкий портландцемент не должен содержать активных минеральных добавок. Применяется для цементирования эксплуатационных скважин ПВ, с использованием кислотных растворителей металлов, монтажа фундаментов для установки раствороподъемных насосов и оборудования устья эксплуатационных и вспомогательных скважин. Сульфатостойкий цемент выпускается марки 400 с пределом прочности на изгиб и сжатие после 28 сут с момента затвердения соответственно 5 5 и 40 МПа. Начало схватывания раствора должно наступать не ранее 45 мин и заканчиваться не позднее 12 ч от начала затворения.  [16]

В меньшей степени исследователи уделяли внимание вопросам экзотермии бетона при строительстве аэродромных монолитных цементобетонных покрытий, полагая, что повышение температуры в бетоне не является столь значительным, чтобы его учитывать. Это объясняется относительно небольшими толщинами монолитных слоев в сравнении с их плановыми размерами, а следовательно, интенсивной отдачей внутреннего тепла бетона окружающей среде и непродолжительностью процесса тепловыделения в бетоне.  [17]

В результате исследований был создан портландцемент с умеренной экзотермией, который изготовляется из клинкера нормированного химического и минералогического составов, обеспечивающего умеренную зкзотермию при несколько повышенной суд ьфатостой кости, необходимой при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических массивных сооружений, работающих в условиях систематического многократного замораживания и оттаивания в пресной или слабо минерализованной воде.  [18]

В результате исследований был создан портландцемент с умеренной экзотермией, который изготовляется из клинкера нормированного химического и минералогического составов, обеспечивающего умеренную экзотермию при несколько повышенной сульфатостойкости, необходимой при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических массивных сооружений, работающих в условиях систематического многократного замораживания и оттаивания в пресной или слабо минерализованной воде.  [19]

При бетонировании больших бетонных массивов эффективно применение способов экзотермии.  [21]

Тепловой эффект твердения бетона в значительной мере определяется высокой экзотермией образования гидрохлоралюми-ната кальция. Однако экзотермия цемента сказывается лишь в первые дни твердения холодного бетона в сравнительно массивных конструкциях ( с Мп5) и повышается с увеличением добавки хлористого кальция.  [22]

В образцах смол, смешанных с отвердителями, обнаруживают экзотермию уже при низких температурах, экзотермия при температуре около 300 С вызывается вторичной экзотермической реакцией.  [23]

При бетонировании в зимних условиях с укладкой бетона по способу экзотермии необходимо проведение расчетов, определяющих теплопотери в процессе твердения и размер тепловыделений. Это необходимо для того, чтобы при сложившемся тепловом балансе было обеспечено твердение бетона в заданные сроки.  [24]

Такая способность твердения при низких температурах у глиноземистого цемента объясняется повышенной экзотермией во время гидратации составляющих его минералов. Это действие экзотермии начинает сказываться уже тогда, когда бетонное сооружение имеет размеры, превышающие 30 - 50 см по основным измерениям.  [25]

Преимуществом быстротвердеющих цементов является большая скорость гидратации, связанные с этим высокая экзотермия и повышенная степень заполнения капиллярных пор; последнее повышает их морозоустойчивость, а также надежность твердения в ранний период при пониженных и даже отрицательных температурах.  [26]

Пуццолановый портландцемент отличается от портландцемента замед -, ленным твердением и пониженной экзотермией. Шлакопортландцемент не может противостоять вредному влиянию топливных шлаков, поэтому применение его ограничивается приготовлением растворов для малоответственных узлов наружной кладки.  [27]

На рис. 18.6 показаны типичные графики распределения температуры по диаметру зерна при экзотермии.  [28]

Цементы, содержащие большое количество соединений, отличающихся большим тепловыделением, или экзотермией, совершенно непригодны для массивных сооружений. Это происходит потому, что выделяющаяся теплота вызывает неравномерные внутренние напряжения в бетонных массивах, что в свою очередь обусловливает появление трещин и другие нарушения однородности бетона.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Влияние экзотермии цемента на требуемую удельную мощность при электроразогреве бетонной смеси

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Влияние экзотермии цемента на требуемую удельную мощность при электроразогреве бетонной смеси

При расчете удельной электрической мощности на период изотермического прогрева используется формула (2.29), в которой величина 0.8 кВт/м3 соответствует мощности эквивалентной теплу, выделившемуся в процессе прогрева, вследствие экзотермии цемента. Однако принятая величина не может быть применима ко всем случаям из-за большого перерасхода энергии, так как зачастую тепловыделение цемента позволяет сэкономить гораздо большее количество энергии.

Так тепловыделение цемента определяется по формуле связывающей расход цемента и величину экзотермии для данного вида и марки цемента (по таблице 1.8):

,                                                                    (А.1)

где     Ц – расход цемента на 1м3 бетона,кг/м3;

Э –  величина экзотермии цемента, кДж/кг.

С другой стороны, согласно закону Джоуля – Ленца, количество теплоты, выделяемое в бетоне при прохождении через него электрического тока, определяется по формуле:

,                            (А.2)

где     I – сила тока, А;

U – величина напряжения, В;

R – электрическое сопротивление, Ом;

T – продолжительность прохождения электрического тока, ч;

Р – выделяемая электрическая мощность, Вт.

Следовательно, приравнивая уравнения (А.1) и (А.2), получаем формулу для определения выделяемой электрической мощности, чтобы обеспечить выделение данного количества теплоты:

,                                          (А.3)

или другими словами, мощность, которую необходимо учесть при изотермическом прогреве бетона определяется по формуле:

,                                              (А.4)

Обозначим данную величину мощности как Pэ и уточнив формулу (2.8), получим что

                       (А.5)

Рассмотрим значение данного уточнения на примере бетонирования конструкции стены.

Возьмём бетонный раствор с характеристиками, используемыми для определения удельного электрического сопротивления бетона для данного типа завода, а именно шлакопортландцемент марки 500 с расходом цемента 415 кг/м3 и воды 185 л/м3 при скорости подъема температуры 10 °С в час и температуре изотермического прогрева 70 °С для бетонирования конструкции стены размерами  м в течении 1 суток, для набора бетоном 68 % критической прочности.

1)  Объем бетона конструкции составит:

 ,                   (А.6)

2)  Тепловыделение по формуле (А.1) составит:

 ;                    (А.7)

3) Подставляя полученное значение в формулу (А.4), получим:

.            (А.8)

Данная величина отличается от принятой величины мощности на 0.55 , что при подборе необходимого трансформатора может иметь большое значение.

vunivere.ru

Виды цемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обыкновенного более интенсивным нарастанием прочности в начальной период твердения.

Получить его можно либо путем более тонкого помола обычного клинкера, либо применением клинкера определенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента невыгодно, так как это снижает производительность помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь получения быстротвердеющего цемента - регулирование минералогического состава клинкера.

Цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, как правило, быстротвердеющими. При этом содержание C3S должно быть не менее 50-52%, а С3А - 8-10%.

Ускорению твердения цемента в начальный период способствует также уменьшение содержания в нем активных минеральных добавок. Содержание последних в быстротвердеющем портландцементе не должно превышать 10%; исключение составляют доменные гранулированные шлаки, которые обладают некоторыми вяжущими свойствами, а потому их содержание в быстротвердеющем портландцементе допускается не более 15%.

По ГОСТ 10178-62 БТЦ через 3 суток твердения в стандартных условиях в растворе 1 : 3 должен иметь предел прочности при изгибе не менее 40 кгс/см2 . 28-суточная прочность быстротвердеющего портландцемента не регламентированная и характеризуется примерной маркой 400. Тонкость помола БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (2500-3000 см/г2), и составляет 3500-4000 см/г2.

Разновидностью быстротвердеющего портландцемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ). Отличается он от БТЦ еще более интенсивным темпом нарастания прочности в начальной период твердения.

Получают особо быстротвердеющий портландцемент так же, как и БТЦ. Минералогический состав клинкера особо быстротвердеющего портландцемента ОБТЦ должен быть таким, чтобы содержание трехкальциевого силиката в нем было 60% и более, а трехкальциевого алюмината - не более 8%. Особо быстротвердеющий портландцемент марки 600 должен в односуточном возрасте иметь предел прочности при сжатии 200-250 кгс/см2, а в трехсуточном - 300-350 кгс/см2.

ОБТЦ измельчают до удельной поверхности 4000-4500 см/г2. При весьма тонком измельчении содержание гипса в этом цементе желательно довести до 4% (в расчете на SO3), т.е. несколько выше предела, допускаемого стандартом (3,5%). Добавка 5-8% трепела способствует равномерному росту прочности к 28-суточному возрасту, хотя при этом несколько снижается односуточная прочность.

Высокопрочный портландцемент (ВПЦ) должен иметь в 28-суточном возрасте предел прочности при сжатии 600 кгс/см2 и более.

При использовании быстротвердеющего портландцемента и высокопрочного портландцемента для изготовления строительных деталей снижается расход цемента, уменьшается размер элементов и масса конструкций.

Шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент, имеющие сходные физико-механические свойства, получают тонким измельчением портландцементного клинкера с повышенным количеством активных минеральных добавок. Различие этих цементов определяется видом добавки: пуццолановый портландцемент получают тонким измельчением клинкера с природной активной минеральной добавкой, а шлакопортландцемент с доменными гранулированными шлаками. Прочность шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента несколько ниже прочности обыкновенного портландцемента; пуццолановые и шлакопортландцементы имеют марки 200, 300, 400 и 500.

Возможность применения в портландцементе активных минеральных добавок в большом количестве без существенного снижения прочности цемента обусловливается процессами взаимодействия добавки с продуктами гидратации клинкерных минералов. Среди этих продуктов основная роль принадлежит гидрату окиси кальция Са (ОН)2, выделяющемуся в свободном виде при гидратации трехкальциевого силиката.

Активные минеральные добавки состоят, как отмечалось, из веществ, легко вступающих в химическое взаимодействие с Са (ОН)2 , при этом образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, сходные по составу с продуктами гидратации клинкерных минералов и обладающие клеящей способностью.

Оптимальное содержание добавки в цементе зависит от ее активности, т.е. способности химически поглощать Са (ОН)2 , а также от количества Са (ОН)2, выделяющегося при твердении цемента; последнее определяется в основном содержанием в клинкере трехкальциевого силиката. Следовательно, чем выше активность добавки, тем меньше требуется ее для связывания Са (ОН)2, так как каждый цемент выделяет строго определенное количество гидрата окиси кальция. С уменьшением содержания в клинкере трехкальциевого силиката оптимальная величина добавки уменьшается, и наоборот.

Приведенное справедливо для портландцемента с природными добавками, не обладающими способностью самостоятельного твердения. Применение же доменных гранулированных шлаков, имеющих по своему химическому составу некоторое сходство с портландцементным клинкером и обладающих, хотя и небольшой, способностью самостоятельно твердеть при затворении водой, позволяет увеличить содержание шлаков в цементах по сравнению с природными добавками.

ГОСТ 10178-62 устанавливает следующее содержание активных минеральных добавок от массы цемента:

природных добавок в пуццолановых портландцементах: вулканического происхождения (пемза, туф, пепел) - не менее 25 и не более 40%; осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки) - не менее 20 и не более 30%;

доменных гранулированных шлаков в шлакопортландцементных не менее 30 и не более 60%.

Замена наиболее дорогой части портландцемента - клинкера - природной добавкой или промышленными отходами - шлаками на 10-12% снижает стоимость цемента, что имеет большое экономическое значение.

В то же время следует учитывать, что при введении добавки в цемент его свойства изменяются и в лучшую и в худшую сторону. Так, пуццолановые портландцементы и шлакопортландцементы обладают повышенной водостойкостью и низким тепловыделением, что важно при возведении гидротехнических сооружений и массивных бетонных конструкций. Но они медленно твердеют в начальной период (хотя к 28 сутками прочность их приближается к прочности обыкновенного портландцемента) и имеют несколько меньшую морозостойкость и воздухостойкость.

Разновидностями пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента являются:

сульфатостойкий пуццолановый портландцемент, получаемый тонким измельчением клинкера, содержащего трехкальциевого алюмината не более 8% и природную гидравлическую добавку; количество добавки принимается то же, что и для пуццоланового портландцемента. Этот цемент выпускается марок 200,300, 400; в остальном его свойства аналогичны пуццолановому портландцементу;

быстротвердеющий шлакопортландцемент обладает более интенсивным, чем обычный шлакопортландцемент, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается применением клинкера быстротвердеющего портландцемента и шлаков высокой основности в количестве не менее 30 и не более 50% по массе.

Образцы, изготовленные из 1 ч. этого цемента и 3 ч. песка, через трое суток твердения должны иметь предел прочности при изгибе не менее 35 кгс/см2 и при сжатии не менее 200 кгс/см2, в возрасте 28 суток предел прочности при сжатии должен быть не менее 400 кгс/см2. В остальном свойства быстротвердеющего шлакопортландцемента аналогичны свойствам обыкновенного шлакопортландцемента.

Сульфатостойкий портландцемент отличается от обыкновенного более высокой стойкостью в сульфатных водах.

Причиной разрушения отвердевшего цемента в воде, содержащей растворенные сульфаты, является взаимодействие сернокислого кальция с трехкальциевым алюминатом по реакции

C3AH6 + 3CaSO4 * 2h3O + 19h3OC3A * 3CaSO4 * 31h3O.

Образующийся гидросульфоалюминат кальция, называемый из-за своего разрушающего действия "сульфоалюминатной бациллой", значительно увеличивается в объеме по сравнению с общим объемом исходных материалов - трехкальциевого алюмината и гипса - за счет присоединения большого количества воды. Это вызывает появление в цементном камне растягивающих напряжений и последующее его разрушение.

Одним из основных путей получения сульфатостойкого цемента является уменьшение содержания в клинкере трехкальциевого алюмината, на первом этапе взаимодействия которого с водой образуется при недостатке гипса трехкальциевый гидроалюминат.

Сульфатостойкость и водостойкость портландцемента снижаются при высоком содержании в клинкере трехкальциевого силиката, который при гидрации выделяет легкорастворимый гидрат окиси кальция. По указанном причинам клинкер сульфатостойкого портландцемента должен содержать трехкальциевого силиката не более 50%; трехкальциевого алюмината не более 5%, а сумма трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита должна составлять не более 22%.

Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок - 300 и 400. введение активных минеральных добавок в этот цемент не допускается, так как они снижают морозостойкость бетона.

Портландцемент с умеренной экзотермией. Близким сульфатостойкому цементу по минералогическому составу клинкера и свойствами оказывается портландцемент с умеренной экзотермией (тепловыделением). Он при твердении обладает по сравнению с обыкновенным портландцементом пониженной экзотермией и несколько повышенной сульфатостойкостью и водостойкостью.

Низкотермические цементы необходимы при строительстве массивных бетонных сооружений, иначе в последних образуются трещины. Происходит это по той причине, что при большом выделении тепла твердеющим цементом внутренние слои массивной бетонной конструкции оказываются нагретыми, а наружные охлаждаются окружающим воздухом. При нагревании каждое вещество увеличивается в объеме, а при охлаждении сжимается. При высокой экзотермии цемента внутренние нагретые слои бетонной конструкции вследствие расширения будут разрывать наружные холодные слои, образуя в них трещины.

Получение портландцемента с умеренной экзотермией достигается применением клинкера с относительно низким содержанием высокоэкзотемических минералов. К ним относятся трехкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат; содержание трехкальциевого силиката в цементе с умеренной экзотермией не должно превышать 50%, а трехкальциевого алюмината - 8%.

Портландцемент с умеренной экзотермией выпускают марок 300 и 400. этот цемент, так же как и сульфатостойкий, не должен содержать активных минеральных добавок; в остальном его свойства те же, что и у обыкновенного портландцемента.

Пластифицированный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента пластифицирующих поверхностно-активных добавок. В качестве поверхностно-активных добавок применяют концентраты сульфитно-спиртовой бражки (СДБ), удовлетворяющей требованиям МРТУ 13-04-35-66.

Добавка вводится в сухом виде или в виде водного раствора в количестве 0,15-0,25% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки для данного цемента устанавливается опытным путем и зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и содержания в нем гидравлических добавок.

Основные свойства пластифицированного портландцемента и требования, предъявляемые к ним стандартом, те же, что и у обыкновенного портландцемента, за исключением требования к его пластичности.

Раствор из смеси пластифицированного портландцемента с нормальным песком состава 1 : 3 при водоцементном отношении, равном 0,40, должен обладать такой пластичностью, при которой расплыв конуса из этого раствора после 30 встряхиваний составляет не менее 125 мм. Обыкновенный портландцемент при этих же условиях дает расплыв конуса 105-110 мм.

Пластифицированный портландцемент отличается от обыкновенного способностью придавать бетонным смесям повышенную подвижность (текучесть), что обеспечивает их более легкую укладку и уплотнение при формировании бетонных изделий. Так как подвижность бетонных смесей зависит в основном от содержания воды, то применение пластифицированного портландцемента позволяет уменьшить водосодержание смеси без изменения ее подвижности. Это в свою очередь позволяет сэкономить цемент, повысить прочность и морозостойкость бетона.

Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента гидрофобизующей добавки. К таким добавкам относятся: асидол, асидол-мылонафт, мылонафт (ГОСТ 13302-67), олеиновая кислота или окисленный петролатум.

Добавки вводят в количестве 0,06-0,30% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки устанавливается для каждого цемента опытным путем и зависит от вида добавки, тонкости помола и минералогического состава клинкера.

Требования стандарта к гидрофобному портландцементу остаются теми же, что и к обыкновенному, но, кроме того, гидрофобный цемент должен обладать специальным свойством - он не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью. Пониженная гигроскопичность позволяет сохранять активность цемента при длительном транспортировании и хранении даже во влажной среде и предотвращает слипание в комья при кратковременном действии воды. Кроме того, гидрофобные цементы придают бетонам повышенную морозостойкость и водонепроницаемость. При использовании гидрофобного портландцемента несколько повышается подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей.

Дорожный портландцемент предназначается для бетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Требования, предъявляемые к этому цементу, вытекают из требований к бетонным дорогам и условий производства дорожных работ. Дорожный цемент должен обладать высокой прочностью и морозостойкостью, истираемостью и ударной вязкостью.

Удовлетворение этих требований достигается применением для бетонных дорог портландцемента повышенной прочности (марки не ниже 400) с относительно невысоким содержанием трехкальциевого алюмината (не более 10%) 0 наименее морозостойкого минерала клинкера. Понижают морозостойкость цемента активные минеральные добавки; поэтому применение последних в дорожном портландцементе не допускается, за исключением доменных, гранулированных шлаков в количестве не более 15% от массы цемента.

При строительстве дорог возникает необходимость транспортировать бетонные смеси на значительное расстояние. При этом причинам начало схватывания дорожного портландцемента должно наступать не ранее 2 ч (обыкновенного портландцемента не ранее 45 мин.).

В остальном свойства дорожного портландцемента аналогичны свойствам обыкновенного цемента.

Белый портландцемент. Обыкновенный портландцемент имеет зеленовато-серый цвет из-за относительно высокого содержания в нем окрашивающих окислов: окиси железа и окиси марганца. Клинкер же, не содержащий этих окислов или содержащий их в незначительном количестве (Fe2O3 0,3-0,5%, MnO до 0,03%), имеет белый цвет. Это достигается применением соответствующего сырья - белых частиц глин, каолинов и известняков с минимальным содержанием указанных окислов.

Белый портландцемент в отличие от обыкновенного имеет повышенный силикатный модуль (3,0-3,8) и весьма высокий глиноземистый модуль (10 и более), а коэффициент насыщения ниже, чем у обыкновенного, - 0,80-0,87. в соответствии с этим клинкер белого портландцемента имеет следующий минералогический состав: C3S 38-44%; C2S 35-37%; C3A 15-16%; C4AF 1-2%, т.е. он практически не содержит алюмоферритов кальция. Обжиг клинкера белого портландцемента производится при более высокой температуре вследствие малого содержания плавней.

Для повышения белизны цемента клинкер при выходе из печи "отбеливают", резко охлаждая водой до температуры 500-6000 С, или воздействуют бескислородной восстановительной средой при температуре 800-10000 С с последующим охлаждением в бескислородной среде до 200-3000 С.

При резком охлаждении и в результате действия восстановительной среды увеличивается степень белизны клинкера за счет перехода части окисного железа в закисное а также вследствие образования алюмоферрита кальция, связывающего большее количество Fe2O3, C6AF2.

В соответствии с требованиями ГОСТ 965-66 белый портландцемент делится на марки 300, 400 и 500, а по степени белизны подразделяется на три сорта: высший, БЦ-1 и БЦ-2, определяемые по коэффициенту яркости относительно BaSO4. Белый портландцемент должен содержать не более 6% белого диатомита и не более 10% инертной минеральной добавки (известняка, кварцевого песка). Окиси магния в клинкере должно быть не более 4%. Остальные требования те же, что и для обыкновенного портландцемента.

На основе белого цемента приготовляют цветные цементы, добавляя при помоле белого клинкера пигменты - тонкоизмельченные минеральные красители: мумию (красный пигмент), умбру (коричневый), охру (желтый), окись хрома (зеленый), сажу (черный), ультрамарин (синий).

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Асбестоцементные изделия в виде труб, плиток и листов для кровель, облицовочных материалов получают путем формования из влажной асбестоцементной массы, состоящей в среднем из 10-20% асбеста и 90-80% портландцемента. Эти изделия обладают высокой прочностью и изгиб (250 кгс/см2 и более) по сравнению с другими искусственными каменными материалами. Достигается она благодаря очень высокой прочности волокон асбеста на растяжение (до 8-10 тыс. кгс/см2 ) и очень сильному сцеплению асбестовых волокон с цементом.

Согласно ГОСТ 9835-66 портландцемент для производства асбестоцементных изделий должен содержать C3S не менее 50%, а C3А не более 3 %. Выпускаются две марки этого цемента 400 и 500 - начало схватывания должно наступать не ранее 1 ч. 30 мин., а конец - не позднее 12 ч. от начала затворения. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито - 008 проходило не менее 88% и не более 93% от массы пробы. Другие свойства и показатели этого цемента аналогичны показателям обыкновенного портландцемента.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий не должен содержать никаких активных или инертных минеральных добавок. Содержание добавок допускается с согласия потребителя и только в количестве не более 3% для улучшения свойств цемента, а также не более 0,5% специальных добавок, облегчающих помол и не ухудшающих свойств цемента. Введение большого количества добавок запрещается в связи с ухудшением фильтруемости асбестоцементной пленки в их присутствии.

Цемент с микронаполнителями (смешанные цементы). В качестве наполняющих тонкоизмельченных добавок обычно используют: кварцевые и полевошпатные пески, песчаники, различные известковые породы и др. ГОСТ 4797-69 предъявляет требования к микронаполнительным добавкам по тонкости помола - остаток на сите - 02 не должен превышать 5% и сквозь сито - 008 должно проходить не менее 65% материала; нормализуется также содержание примесей, оказывающих отрицательное влияние на твердение цемента.

Песчанистый портландцемент получается путем совместного тонкого помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка. Отличительной особенностью этого цемента является пониженное тепловыделение при гидратации.

Карбонатный портландцемент представляет собой продукт совместного тонкого измельчения клинкера с 25-30% карбонатных пород. Карбонатный цемент характеризуется следующими основными показателями: тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности не менее 3500 см2/г, при этом остаток на сите - 02 должен не превышать 2%, а через сито - 008 должно проходить не менее 92% материала; начало схватывания должно наступать не ранее чем через 30 мин., а конец - не позднее чем через 5 ч. Для изготовления этого цемента желательно использовать клинкер с возможно более высоким содержанием C3А и C4AF.

При твердении карбонатного портландцемента выделяется меньшее количество тепла, чем при гидратации обычного портландцемента. Кроме того, он характеризуется повышенной стойкостью в углекислых средах вследствие защитного действия углекислого кальция.

 

источник: www.rucem.ru

www.stroitel.cn.ua

Виды цемента

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обыкновенного более интенсивным нарастанием прочности в начальной период твердения.

Получить его можно либо путем более тонкого помола обычного клинкера, либо применением клинкера определенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента невыгодно, так как это снижает производительность помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь получения быстротвердеющего цемента — регулирование минералогического состава клинкера.

Цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, как правило, быстротвердеющими. При этом содержание C3S должно быть не менее 50-52%, а С3А — 8-10%.

Ускорению твердения цемента в начальный период способствует также уменьшение содержания в нем активных минеральных добавок. Содержание последних в быстротвердеющем портландцементе не должно превышать 10%; исключение составляют доменные гранулированные шлаки, которые обладают некоторыми вяжущими свойствами, а потому их содержание в быстротвердеющем портландцементе допускается не более 15%.

По ГОСТ 10178-62 БТЦ через 3 суток твердения в стандартных условиях в растворе 1 : 3 должен иметь предел прочности при изгибе не менее 40 кгс/см2 . 28-суточная прочность быстротвердеющего портландцемента не регламентированная и характеризуется примерной маркой 400. Тонкость помола БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (2500-3000 см/г2), и составляет 3500-4000 см/г2.

Разновидностью быстротвердеющего портландцемента является особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ). Отличается он от БТЦ еще более интенсивным темпом нарастания прочности в начальной период твердения.

Получают особо быстротвердеющий портландцемент так же, как и БТЦ. Минералогический состав клинкера особо быстротвердеющего портландцемента ОБТЦ должен быть таким, чтобы содержание трехкальциевого силиката в нем было 60% и более, а трехкальциевого алюмината — не более 8%. Особо быстротвердеющий портландцемент марки 600 должен в односуточном возрасте иметь предел прочности при сжатии 200-250 кгс/см2, а в трехсуточном — 300-350 кгс/см2.

ОБТЦ измельчают до удельной поверхности 4000-4500 см/г2. При весьма тонком измельчении содержание гипса в этом цементе желательно довести до 4% (в расчете на SO3), т.е. несколько выше предела, допускаемого стандартом (3,5%). Добавка 5-8% трепела способствует равномерному росту прочности к 28-суточному возрасту, хотя при этом несколько снижается односуточная прочность.

Высокопрочный портландцемент (ВПЦ) должен иметь в 28-суточном возрасте предел прочности при сжатии 600 кгс/см2 и более.

При использовании быстротвердеющего портландцемента и высокопрочного портландцемента для изготовления строительных деталей снижается расход цемента, уменьшается размер элементов и масса конструкций.

Шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент, имеющие сходные физико-механические свойства, получают тонким измельчением портландцементного клинкера с повышенным количеством активных минеральных добавок. Различие этих цементов определяется видом добавки: пуццолановый портландцемент получают тонким измельчением клинкера с природной активной минеральной добавкой, а шлакопортландцемент с доменными гранулированными шлаками. Прочность шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента несколько ниже прочности обыкновенного портландцемента; пуццолановые и шлакопортландцементы имеют марки 200, 300, 400 и 500.

Возможность применения в портландцементе активных минеральных добавок в большом количестве без существенного снижения прочности цемента обусловливается процессами взаимодействия добавки с продуктами гидратации клинкерных минералов. Среди этих продуктов основная роль принадлежит гидрату окиси кальция Са (ОН)2, выделяющемуся в свободном виде при гидратации трехкальциевого силиката.

Активные минеральные добавки состоят, как отмечалось, из веществ, легко вступающих в химическое взаимодействие с Са (ОН)2 , при этом образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, сходные по составу с продуктами гидратации клинкерных минералов и обладающие клеящей способностью.

Оптимальное содержание добавки в цементе зависит от ее активности, т.е. способности химически поглощать Са (ОН)2 , а также от количества Са (ОН)2, выделяющегося при твердении цемента; последнее определяется в основном содержанием в клинкере трехкальциевого силиката. Следовательно, чем выше активность добавки, тем меньше требуется ее для связывания Са (ОН)2, так как каждый цемент выделяет строго определенное количество гидрата окиси кальция. С уменьшением содержания в клинкере трехкальциевого силиката оптимальная величина добавки уменьшается, и наоборот.

Приведенное справедливо для портландцемента с природными добавками, не обладающими способностью самостоятельного твердения. Применение же доменных гранулированных шлаков, имеющих по своему химическому составу некоторое сходство с портландцементным клинкером и обладающих, хотя и небольшой, способностью самостоятельно твердеть при затворении водой, позволяет увеличить содержание шлаков в цементах по сравнению с природными добавками.

ГОСТ 10178-62 устанавливает следующее содержание активных минеральных добавок от массы цемента:

природных добавок в пуццолановых портландцементах: вулканического происхождения (пемза, туф, пепел) — не менее 25 и не более 40%; осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки) — не менее 20 и не более 30%;

доменных гранулированных шлаков в шлакопортландцементных не менее 30 и не более 60%.

Замена наиболее дорогой части портландцемента — клинкера — природной добавкой или промышленными отходами — шлаками на 10-12% снижает стоимость цемента, что имеет большое экономическое значение.

В то же время следует учитывать, что при введении добавки в цемент его свойства изменяются и в лучшую и в худшую сторону. Так, пуццолановые портландцементы и шлакопортландцементы обладают повышенной водостойкостью и низким тепловыделением, что важно при возведении гидротехнических сооружений и массивных бетонных конструкций. Но они медленно твердеют в начальной период (хотя к 28 сутками прочность их приближается к прочности обыкновенного портландцемента) и имеют несколько меньшую морозостойкость и воздухостойкость.

Разновидностями пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента являются:

сульфатостойкий пуццолановый портландцемент, получаемый тонким измельчением клинкера, содержащего трехкальциевого алюмината не более 8% и природную гидравлическую добавку; количество добавки принимается то же, что и для пуццоланового портландцемента. Этот цемент выпускается марок 200,300, 400; в остальном его свойства аналогичны пуццолановому портландцементу;

быстротвердеющий шлакопортландцемент обладает более интенсивным, чем обычный шлакопортландцемент, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается применением клинкера быстротвердеющего портландцемента и шлаков высокой основности в количестве не менее 30 и не более 50% по массе.

Образцы, изготовленные из 1 ч. этого цемента и 3 ч. песка, через трое суток твердения должны иметь предел прочности при изгибе не менее 35 кгс/см2 и при сжатии не менее 200 кгс/см2, в возрасте 28 суток предел прочности при сжатии должен быть не менее 400 кгс/см2. В остальном свойства быстротвердеющего шлакопортландцемента аналогичны свойствам обыкновенного шлакопортландцемента.

Сульфатостойкий портландцемент отличается от обыкновенного более высокой стойкостью в сульфатных водах.

Причиной разрушения отвердевшего цемента в воде, содержащей растворенные сульфаты, является взаимодействие сернокислого кальция с трехкальциевым алюминатом по реакции

C3AH6 + 3CaSO4 * 2h3O + 19h3OC3A * 3CaSO4 * 31h3O.

Образующийся гидросульфоалюминат кальция, называемый из-за своего разрушающего действия «сульфоалюминатной бациллой», значительно увеличивается в объеме по сравнению с общим объемом исходных материалов — трехкальциевого алюмината и гипса — за счет присоединения большого количества воды. Это вызывает появление в цементном камне растягивающих напряжений и последующее его разрушение.

Одним из основных путей получения сульфатостойкого цемента является уменьшение содержания в клинкере трехкальциевого алюмината, на первом этапе взаимодействия которого с водой образуется при недостатке гипса трехкальциевый гидроалюминат.

Сульфатостойкость и водостойкость портландцемента снижаются при высоком содержании в клинкере трехкальциевого силиката, который при гидрации выделяет легкорастворимый гидрат окиси кальция. По указанном причинам клинкер сульфатостойкого портландцемента должен содержать трехкальциевого силиката не более 50%; трехкальциевого алюмината не более 5%, а сумма трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита должна составлять не более 22%.

Сульфатостойкий портландцемент выпускают двух марок — 300 и 400. введение активных минеральных добавок в этот цемент не допускается, так как они снижают морозостойкость бетона.

Портландцемент с умеренной экзотермией. Близким сульфатостойкому цементу по минералогическому составу клинкера и свойствами оказывается портландцемент с умеренной экзотермией (тепловыделением). Он при твердении обладает по сравнению с обыкновенным портландцементом пониженной экзотермией и несколько повышенной сульфатостойкостью и водостойкостью.

Низкотермические цементы необходимы при строительстве массивных бетонных сооружений, иначе в последних образуются трещины. Происходит это по той причине, что при большом выделении тепла твердеющим цементом внутренние слои массивной бетонной конструкции оказываются нагретыми, а наружные охлаждаются окружающим воздухом. При нагревании каждое вещество увеличивается в объеме, а при охлаждении сжимается. При высокой экзотермии цемента внутренние нагретые слои бетонной конструкции вследствие расширения будут разрывать наружные холодные слои, образуя в них трещины.

Получение портландцемента с умеренной экзотермией достигается применением клинкера с относительно низким содержанием высокоэкзотемических минералов. К ним относятся трехкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат; содержание трехкальциевого силиката в цементе с умеренной экзотермией не должно превышать 50%, а трехкальциевого алюмината — 8%.

Портландцемент с умеренной экзотермией выпускают марок 300 и 400. этот цемент, так же как и сульфатостойкий, не должен содержать активных минеральных добавок; в остальном его свойства те же, что и у обыкновенного портландцемента.

Пластифицированный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента пластифицирующих поверхностно-активных добавок. В качестве поверхностно-активных добавок применяют концентраты сульфитно-спиртовой бражки (СДБ), удовлетворяющей требованиям МРТУ 13-04-35-66.

Добавка вводится в сухом виде или в виде водного раствора в количестве 0,15-0,25% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки для данного цемента устанавливается опытным путем и зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и содержания в нем гидравлических добавок.

Основные свойства пластифицированного портландцемента и требования, предъявляемые к ним стандартом, те же, что и у обыкновенного портландцемента, за исключением требования к его пластичности.

Раствор из смеси пластифицированного портландцемента с нормальным песком состава 1 : 3 при водоцементном отношении, равном 0,40, должен обладать такой пластичностью, при которой расплыв конуса из этого раствора после 30 встряхиваний составляет не менее 125 мм. Обыкновенный портландцемент при этих же условиях дает расплыв конуса 105-110 мм.

Пластифицированный портландцемент отличается от обыкновенного способностью придавать бетонным смесям повышенную подвижность (текучесть), что обеспечивает их более легкую укладку и уплотнение при формировании бетонных изделий. Так как подвижность бетонных смесей зависит в основном от содержания воды, то применение пластифицированного портландцемента позволяет уменьшить водосодержание смеси без изменения ее подвижности. Это в свою очередь позволяет сэкономить цемент, повысить прочность и морозостойкость бетона.

Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента гидрофобизующей добавки. К таким добавкам относятся: асидол, асидол-мылонафт, мылонафт (ГОСТ 13302-67), олеиновая кислота или окисленный петролатум.

Добавки вводят в количестве 0,06-0,30% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки устанавливается для каждого цемента опытным путем и зависит от вида добавки, тонкости помола и минералогического состава клинкера.

Требования стандарта к гидрофобному портландцементу остаются теми же, что и к обыкновенному, но, кроме того, гидрофобный цемент должен обладать специальным свойством — он не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью. Пониженная гигроскопичность позволяет сохранять активность цемента при длительном транспортировании и хранении даже во влажной среде и предотвращает слипание в комья при кратковременном действии воды. Кроме того, гидрофобные цементы придают бетонам повышенную морозостойкость и водонепроницаемость. При использовании гидрофобного портландцемента несколько повышается подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей.

Дорожный портландцемент предназначается для бетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Требования, предъявляемые к этому цементу, вытекают из требований к бетонным дорогам и условий производства дорожных работ. Дорожный цемент должен обладать высокой прочностью и морозостойкостью, истираемостью и ударной вязкостью.

Удовлетворение этих требований достигается применением для бетонных дорог портландцемента повышенной прочности (марки не ниже 400) с относительно невысоким содержанием трехкальциевого алюмината (не более 10%) 0 наименее морозостойкого минерала клинкера. Понижают морозостойкость цемента активные минеральные добавки; поэтому применение последних в дорожном портландцементе не допускается, за исключением доменных, гранулированных шлаков в количестве не более 15% от массы цемента.

При строительстве дорог возникает необходимость транспортировать бетонные смеси на значительное расстояние. При этом причинам начало схватывания дорожного портландцемента должно наступать не ранее 2 ч (обыкновенного портландцемента не ранее 45 мин.).

В остальном свойства дорожного портландцемента аналогичны свойствам обыкновенного цемента.

Белый портландцемент. Обыкновенный портландцемент имеет зеленовато-серый цвет из-за относительно высокого содержания в нем окрашивающих окислов: окиси железа и окиси марганца. Клинкер же, не содержащий этих окислов или содержащий их в незначительном количестве (Fe2O3 0,3-0,5%, MnO до 0,03%), имеет белый цвет. Это достигается применением соответствующего сырья — белых частиц глин, каолинов и известняков с минимальным содержанием указанных окислов.

Белый портландцемент в отличие от обыкновенного имеет повышенный силикатный модуль (3,0-3,8) и весьма высокий глиноземистый модуль (10 и более), а коэффициент насыщения ниже, чем у обыкновенного, — 0,80-0,87. в соответствии с этим клинкер белого портландцемента имеет следующий минералогический состав: C3S 38-44%; C2S 35-37%; C3A 15-16%; C4AF 1-2%, т.е. он практически не содержит алюмоферритов кальция. Обжиг клинкера белого портландцемента производится при более высокой температуре вследствие малого содержания плавней.

Для повышения белизны цемента клинкер при выходе из печи «отбеливают», резко охлаждая водой до температуры 500-6000 С, или воздействуют бескислородной восстановительной средой при температуре 800-10000 С с последующим охлаждением в бескислородной среде до 200-3000 С.

При резком охлаждении и в результате действия восстановительной среды увеличивается степень белизны клинкера за счет перехода части окисного железа в закисное а также вследствие образования алюмоферрита кальция, связывающего большее количество Fe2O3, C6AF2.

В соответствии с требованиями ГОСТ 965-66 белый портландцемент делится на марки 300, 400 и 500, а по степени белизны подразделяется на три сорта: высший, БЦ-1 и БЦ-2, определяемые по коэффициенту яркости относительно BaSO4. Белый портландцемент должен содержать не более 6% белого диатомита и не более 10% инертной минеральной добавки (известняка, кварцевого песка). Окиси магния в клинкере должно быть не более 4%. Остальные требования те же, что и для обыкновенного портландцемента.

На основе белого цемента приготовляют цветные цементы, добавляя при помоле белого клинкера пигменты — тонкоизмельченные минеральные красители: мумию (красный пигмент), умбру (коричневый), охру (желтый), окись хрома (зеленый), сажу (черный), ультрамарин (синий).

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий. Асбестоцементные изделия в виде труб, плиток и листов для кровель, облицовочных материалов получают путем формования из влажной асбестоцементной массы, состоящей в среднем из 10-20% асбеста и 90-80% портландцемента. Эти изделия обладают высокой прочностью и изгиб (250 кгс/см2 и более) по сравнению с другими искусственными каменными материалами. Достигается она благодаря очень высокой прочности волокон асбеста на растяжение (до 8-10 тыс. кгс/см2 ) и очень сильному сцеплению асбестовых волокон с цементом.

Согласно ГОСТ 9835-66 портландцемент для производства асбестоцементных изделий должен содержать C3S не менее 50%, а C3А не более 3 %. Выпускаются две марки этого цемента 400 и 500 — начало схватывания должно наступать не ранее 1 ч. 30 мин., а конец — не позднее 12 ч. от начала затворения. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито — 008 проходило не менее 88% и не более 93% от массы пробы. Другие свойства и показатели этого цемента аналогичны показателям обыкновенного портландцемента.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий не должен содержать никаких активных или инертных минеральных добавок. Содержание добавок допускается с согласия потребителя и только в количестве не более 3% для улучшения свойств цемента, а также не более 0,5% специальных добавок, облегчающих помол и не ухудшающих свойств цемента. Введение большого количества добавок запрещается в связи с ухудшением фильтруемости асбестоцементной пленки в их присутствии.

Цемент с микронаполнителями (смешанные цементы). В качестве наполняющих тонкоизмельченных добавок обычно используют: кварцевые и полевошпатные пески, песчаники, различные известковые породы и др. ГОСТ 4797-69 предъявляет требования к микронаполнительным добавкам по тонкости помола — остаток на сите — 02 не должен превышать 5% и сквозь сито — 008 должно проходить не менее 65% материала; нормализуется также содержание примесей, оказывающих отрицательное влияние на твердение цемента.

Песчанистый портландцемент получается путем совместного тонкого помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка. Отличительной особенностью этого цемента является пониженное тепловыделение при гидратации.

Карбонатный портландцемент представляет собой продукт совместного тонкого измельчения клинкера с 25-30% карбонатных пород. Карбонатный цемент характеризуется следующими основными показателями: тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности не менее 3500 см2/г, при этом остаток на сите — 02 должен не превышать 2%, а через сито — 008 должно проходить не менее 92% материала; начало схватывания должно наступать не ранее чем через 30 мин., а конец — не позднее чем через 5 ч. Для изготовления этого цемента желательно использовать клинкер с возможно более высоким содержанием C3А и C4AF.

При твердении карбонатного портландцемента выделяется меньшее количество тепла, чем при гидратации обычного портландцемента. Кроме того, он характеризуется повышенной стойкостью в углекислых средах вследствие защитного действия углекислого кальция.

www.comnews-research.ru


Смотрите также