Расширяющие добавки для бетонов нового поколения. Расширяющая добавка для цемента


Расширяющая добавка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Расширяющая добавка

Cтраница 1

Расширяющая добавка из сульфатного шлама в основном оказывается эффектной при температуре твердения выше 80 С.  [1]

В качестве расширяющих добавок к портландцементу используют также глиногипс ( гажа), сульфит алюминия, сернокислый алюминий и ряд других веществ.  [2]

В качестве расширяющей добавки может быть использован порошок магнезитовый каустический по ГОСТ 1216 - 75 марки ПМК-75, получаемый в результате улавливания пыли, образующейся при производстве каустического магнезита.  [3]

В основе действия расширяющей добавки лежит взаимодействие между гидроалюминатами кальция и сульфатом кальция. Протекает этот процесс в еще не затвердевшей массе, в связи с чем расширение кристаллизующегося гидросульфоалюмината не вызывает возникновения вредных напряжений, а сопровождается лишь увеличением объема.  [4]

В этих цементах расширяющей добавкой может быть гипс, смесь гипса с высокоглиноземистым шлаком, смесь гипса со специально приготовленным алюминатом кальция, специально приготовленный безводный сульфоалюминат кальция.  [5]

Известь кипелка применяется как расширяющая добавка в тампонажных цементах.  [6]

Наличие в составе композиции расширяющей добавки обеспечивает плотный контакт цементного кольца с окружающими породами, что особенно важно при креплении скважин в соленос-пых отложениях: кроме того, в ДРТЦ прочность сцепления арматуры с матрицей увеличивается и вследствие внутренних напряжений в системе.  [7]

Обожженный алунит в качестве расширяющей добавки рекомендуют применять и другие исследователи - Цементы с добавкой СаО и MgO. Предпринимается много попыток использования в качестве расширяющих веществ свободных СаО и MgO, содержащихся в портландцементом клинкере. В последнее время синтезируются специальные клинкеры, состоящие из CaS, CaS04, C4AF и свободной СаО, в которых окись кальция выполняет функции расширяющего компонента.  [8]

При температурах 160 С расширяющей добавкой может служить оксид магния, обожженный при еще более высоких температурах.  [9]

При температурах выше 160 С расширяющей добавкой может служить оксид магния, обожженный при еще более высоких температурах.  [10]

При температур выше 160 С расширяющей добавкой может служить пе-риклав-оксид магния, обожженный при температуре 1бОО С.  [11]

По второму способу вводят вещества ( расширяющие добавки), которые при химической реакции между собой или с другими веществами цементного раствора образуют кристаллические продукты.  [12]

Для тампонажных цементов значительно больше подходят расширяющие добавки на оксидной основе. Они создают кристаллизационное давление в результате кристаллизации труд-иорастворимых гидроксидов при гидратации оксидов. Известно явление расширения цементных растворов и бетонов, вызванное присутствием в них не связанных при обжиге клинкера оксидов кальция и магния. Высокая температура обжига клинкера обусловила образование их в клинкере в виде неравномерно распределенных плотных кристаллических фаз с малой химической активностью, вследствие которой при невысокой температуре среды твердения они гидратируются очень медленно, вызывая локальные собственные напряжения на поздних стадиях твердения. Поэтому расширение, вызванное этими оксидами, сопровождается трещинообразованием и снижением прочности цементного камня.  [13]

При втором способе вводят вещества ( расширяющие добавки), которые при химической реакции между собой или с другими веществами цементного раствора образуют кристаллические продукты. Рост кристаллов этих веществ в порах цементного камня служит причиной появления собственных па-пряжений, вызванных кристаллизационным давлением. На ранней стадии твердения цементного камня ему присуща в основном открытая пористость, поэтому гидравлическое давление не препятствует деформации скелета твердой фазы. Оно оказывает определенное влияние на расширение в той мере, в какой в цементном камне присутствуют замкнутые поры. Собственные напряжения регулируются кинетикой развития и величиной кристаллизационного давления, которые определяются выбором расширяющей добавки применительно к свойствам цемента и условиям твердения.  [14]

Исследования также показали, что в качестве расширяющих добавок к цементно-зольно-известковои тампонажной композиции могут быть использованы и другие промышленные отходы, в частности, саморассыпающийся шлак рафинированного феррохрома ( СРШ) и хроматный шлам, исследованные ранее Каримовым Н.Х., Данюшевским B.C., Измухамбетовым Б.С. и др. Теоретический аспект использования указанных комбинаций материалов состоит в том, что при температурах 50 - 120 С под влиянием портландцемента и избытка извести значительно повышается гидратационная активность шлака и хроматного шлама. В результате активизации химических реакций образуется дополнительное количество новообразований, повышающих прочность цементного камня.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Расширяющая добавка к цементу

 

Союз Советских

Социалистических

Республики

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii) 6581ОО

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.01.77 (21) 2445552/29-33 (51) М. Кл с присоединением заявки № .(23) Приоритет

С 04 В 7/35

Гввудврвтвавный квинтет

СССР вв далем нзабретвннй и аткрытнй

Опубликовано 25.04.79. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 29 04-79 (53) УДК 666972 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Тимашев, А. Т. Сулейменов, А. Ю. Сичкарева и В. М. Степанов

Казахский химико-техцологический институт (71) Заявитель (54) РАСШИРЯЮЩАЯ ДОБАВКА К ЦЕМЕНТУ

Таблица1.huO РЬО R 0 п.

Si0> А1 О> Ге 0 Ca0 MgO Ba0 п.п

578 293 25 5 157 612 048 032 012 3285

1 1,2

Введение предлагаемой расширяющей добавки линейное расширение 1,5-2,5%, активность обв цемент в количестве 10-20% обеспечивает его . раэцов в трех суточном возрасте составляет

Изобретение относится к расширяющим добавкам к цементу и может быть использовано в промыШленности строительных материалов.

Известна расширяющая добавка, включающая известняк, боксит и гипс 1.1 1.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному изобретению является добавка, содержащая гипс, красный боксит и мел (21.

Недостатком известного состава является малый эффект расширения и замедленное нарастание прочности в начальный период.

Цель изобретения — увеличение степени расширения и повышение прочности цемента в ранние сроки твердения.

Поставленная цель достигается тем, что расширяющая добавка к цементу, включающая боксит, гипс и карбонатсодержащий компонент, в качестве карбонатсодержащего компонента содержит доломитиэированные отходы механического обогащения полиметаллических руд, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Боксит 20-25

Гипс 20-25

Доломитизированные отходы механического обогацения полиметаллических руд 50-60

Средний химический состав отходов представлен в табл. 1.

658100

Портл андцемент

+ добавка N 1

0,45

0,84

0,845

0,845

7. 28

0,23

0,32

0,32

0,32

Портландцемент

+ добавка N 2

0,62

0,84

0,84

0,84

1,45

1,67

1,67

1,67

28

И1лакопортландцемент

+ добавка N 1

0,25

0,35

0,35

035

0,495

0,875

0,875

О 875

1 3

10 акопортландцемент

+ добавка 110 2

0,65

0,89

0,89

0,89

1,51

1,725

1,725

1,720

28

340-365 кг/см, при этом начало схватывания

2 цемента составляет 35-50 мин., а конец схватывания 2-10, 3-10 час.-мин. Добавка содержит.

30-40% С4АЗ5; 10-15% СаОсф., 5-10% М О и 20-25% Са э04. Кроме этого, s состав входят З силикаты и алюмоферриты кальция. При введении добавки в цемент на первых стадиях процесса расширения гндратация CaS04 подавляет гидратацию С А S. расширение.происходит за счет образовайия эттрингнта, полученного в результате гидратации СаОсм и CaS04.

Гидратация CS идет путем образования моносульфата и параллельно идет реакция превращения эттрингита в моносульфат, но так как в системе накапливается Са(ОН),,наблюдается дальнейшее расширение, вызванное кроме того, дополнительным набуханием сольватных слоев геля гидрата окиси магния.

Пример 1. Сырьевую смесь состава, вес.%: 20

Боксит 25

Гипс 25

Доломитизированные отходы механического обогащения полиметаллических руд 50.

25 измельчают сухим способом до удельной поверхности.3000 сь г. После гомогенизации смесь с влажностью 10% брикетируют при удельном давлении 300 кгс /см . Полученные брикеты диаметром 25 мм и высотой 20 мм обжигают при температуре 1250 С. Обжигают. сырьевую смесь со скоростью подъема

300 град/час температуры до максиммтьной, изотермическая выдержка составляет 30 мин.

Полученные спеки резко охлаждают на воздухе и дробят до фракций 2-36 мм, а затем измельчают до удельной поверхности 3200 см /г, Химический состав сырьевой смеси, вес.%:

М О 6,04 МфО 7,04

А О 9,89 ВаО 3,10

Ке Î 5,20 Ь О 9,40

СаО 39,80 п.пд1. 19,53

Расширяющийся цемент получают путем сухого смешивания портландцемента и шлакопортландцемента с 10-20% полученной добавки.

Пример 2, На основе сырьевой смеси состава, вес.%;

Боксит 20

Гипс 20

Доломитизированные отходы механического обогащения, полиметаллических руд 60 получают клинкера, которые подвергают тем же испытаниям, что и в примере 1, Химический состав сырьевой смеси, вес.%:

Й О 4,95 М О 7,80

А гОз 8 01 ВаО 3 60 уе2ОЪ 381 Ь 03 8 15

СаО 42,80 . п.н.п. 20,88

Зависимость деформативных свойств расшиЮ ряющегося цемента от времени и условий твердения и физико-механические испытания приведены в табл. 2 и 3 соответственно

658100

Табл ицаЗ

Сроки схва тывания, час-мин. дельая

Цементы ов. см /г

3 7 28 начал конец 1

460/45 600/58

3200 0-55 3-10 210/25 365/39

3150 0-35 2-10 200/22 340/34 4№0/44 590/57

3200 0-45 2-55 205/20

3200 0-35 2-15 210/21

320/30 470/46 610/60

345/32 450/49 680/58

Из приведенных результатов исследований

Ю расширяющихся цементов на основе предлагаемой добавки следует сделать вывод о воэможности получения регулированной величины расширения в зависимости от количества вводимой добавки. Кроме того, предложенная добавка не приводит к спаду прочностивранние сроки твердения. отличается от известных добавок к цементу и имеет низкую стоимость.

Формула изобретения

Расширяющая добавка к цементу, включающая боксит, гипс и карбонатсодержащий компонент, отличающаяся тем, что", с целью увеличения степени расширения и повышения прочности цемента в ранние сроки

Составитель Л. Балкевич

Texpea H.Асталош Корректор

Редактор И. Прошина

Заказ 1970/19

Тираж 701 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытнЯ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Портл андцемент

+ добавка М 1 (10 )

Портландцемент

+ добавка N 2 (20%)

Шлакопортландцемент

+ добавка И 1 (10%)

Шлакопортландцемент

+добавка И 2 (20%) редел прочности прн сжатии, изгибе кгс/сь1

2 в возрасте (сут.) твердения, она содержит в качестве карбонат- содержащего компонента доломитизированные отходы механического обогащения полиметаллических руд при следующем соотношении компонентов, вес.%: ,Р Боксит 20-25

Гипс 20-25

Доломитиэированные отходы механического обогащения полиметаллических руд ... 50-60, Источники информации, приюгтые. во внимание при экспертизе

1. МсАsunwoto Shigeyi Въяве Юу1 сотгзроиу1с1 fax сеутзе тв СЕБЯ, Иетт1 т".со тт Еще Rw,, 1970, У 5, 62-4з4, 67.

2. Бутт В. М. и др. Технология вяжущих веществ. М., 1965, с.537.

   

www.findpatent.ru

Расширяющие добавки для бетонов нового поколения

12.08.2012г.

Одной из основных задач современного строительства является разработка и внедрение новых высокоэффективных строительных материалов, позволяющих обеспечить надежность и долговечность конструкций на их основе. Большое разнообразие строительных сооружений, различие в условиях их возведения и эксплуатации вызвали необходимость создания специальных вяжущих и бетонов на их основе.

В последние десятилетия в НИИЖБе были разработаны и применены в различных областях строительства напрягающие бетоны и бетоны с компенсированной усадкой, позволяющие обеспечивать конструкциям на их основе повышенную водонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость. Такие бетоны изготовляют на основе портландцемента и расширяющих добавок. Последние могут быть получены как по обжиговой, так и по безобжиговой технологиям с использованием различных промышленных отходов. Среди разнообразия запатентованных в России добавок особый интерес представляют алюминатно-сульфатные и алюмооксидные добавки, а также их комбинации, свойства которых определяются условиями гидратации и твердения алюминатов и сульфоалюминатов кальция, а также их соединений с силикатами и сульфатами.

Изучением условий образования гидрата сульфоалюмината кальция, его модификаций, порядка их превращений и устойчивостью структуры занимаются многие исследователи. Однако единого взгляда относительно свойств гидратов сульфоалюминатов кальция не установлено. Наоборот, во многих случаях высказываются прямо противоположные мнения.

Одни считают, что при гидратации исходных материалов может образовываться только трехсульфатная форма гидросульфоалюмината кальция C3A(CS)3h42, которая не является устойчивой фазой и может перекристаллизовываться в более стабильную (низкосульфатную) C3A(CS)h22; другие утверждают, что, наоборот, стабильной является высокосульфатная форма, которая может распадаться только в определенных, редких условиях; третьи полагают, что в среде гидроокиси кальция всегда образуется в устойчивой форме низкосульфатная форма; наконец, некоторые ученые считают возможным существование в системе затвердевшего сульфоалюминатного вяжущего двух и даже более форм гидратов сульфоалюмината кальция.

По выдвинутой проф. В.В.Михайловым теории расширения цементного камня, образование гидрата сульфоалюмината кальция и появление свободных и связанных деформаций объясняется тем, что при гидратации исходных минералов и химических соединений в среде, насыщенной гидрооктсью кальция, сначала образуется низкосульфатная форма гидрата сульфоалюмината кальция C3A(CS)h22 или ее аналоги, которые затем в водной среде перекристаллизовываются в высокосульфатную форму C3A(CS)3h42.

В среде, насыщенной гидроокисью алюминия, или в чистой водной среде сразу быстро образуется высокосульфатная форма гидрата сульфоалюмината кальция, аналогично тому, как в среде гидроокиси кальция быстро возникает низкосульфатная форма гидрата сульфоалюмината кальция. Обычно процессы завершаются в течение первых 3...7 сут твердения.

Перекристаллизация, по мнению В.В.Михайлова, может быть замедлена или даже временно прекращена уменьшением количества воды затворения, повышением температуры среды до 90... 100°С и перенасыщением среды известью. В этих условиях в цементном камне возникает наибольшее количество низкосульфатной формы гидрата сульфоалюмината кальция.

Наоборот, ускорение перекристаллизации низкосульфатной формы в высокосульфатную форму гидрата сульфоалюмината кальция или непосредственное образование высокосульфатной формы достигается понижением содержания в среде гидроокиси кальция путем обводнения структуры или даже переводом в среду, насыщенную гидроокисью алюминия.

Чем больше в составе твердеющего напрягающего цемента образуется низкосульфатной формы гидрата сульфоалюмината кальция, готового к перекристаллизации в момент достижения раствором или бетоном достаточной прочности (порядка 80... 150 кг/см2), тем энергичнее в определенных условиях произойдет его перекристаллизация и существенно выше будет степень самонапряжения. К сожалению, использование названнных средств в практических случаях затрудняется, потому что с уменьшением количества воды затворения усложняется быстрая и плотная укладка в формы бетонной смеси, нагрев бетона до температуры 90... 100°С требует времени, а к моменту достижения бетоном прочности 80... 150 кг/см2 и подачи избытка воды значительная доля гидрата сульфоалюмината кальция уже образовалась и перекристаллизовалась без возникновения ожидаемого самонапряжения. В результате для полезной работы самонапряжения может быть использована только часть исходных алюмосульфатных материалов кальция, а это указывает на то, что имеются возможности существенного улучшения состава НЦ и процесса самонапряжения.

Известно, что основные свойства структуры цементного камня (кинетика роста прочности, расширения и самонапряжения) зависят от образовавшегося при гидротермальном твердении гидросульфоа-люмината кальция. Свойства последнего обусловлены многими факторами, в том числе такими, как природа алюминатного компонента, расширяющей добавки, ее качественный и количественный состав, состав исходного портландцемента и др.

Объемные деформации твердеющей структуры зависят от степени гидратации, количества воды, необходимой для полной гидратации, степени заполнения порового пространства. Расширение цементного камня связано с увеличением объема твердой фазы, образующейся при гидратации, и вызывается той ее частью, которая не способна разместиться в поровом пространстве гидратирующейся структуры.

Для исследований* был использован среднеалюминатный портландцемент, содержащий (%): C3S — 56,4; C2S — 16,3; С3А — 7,5; C4AF — 12,2; CaSO4 —4,9; MgO — 1,0. Из напрягающего цемента, полученного из портландцемента и расширяющей добавки, а также из исходного портландцемента изготавливали образцы, которые после 1 суг герметичного хранения помещались в воду. Через 1, 3, 7, 14 и 28 сут в образцах определяли п.п.п., общее содержание сульфатов, содержание гипса (CSh3) и различных форм гидросульфоалюминатов кальция C6AS3h42 и C4ASh22. В табл. 1 и 2 приведены данные по кинетике образования сульфатосодержащих фаз при гидратационном твердении вяжущих, а также эти данные, пересчитанные на эттрингит и моносульфогидросиликат кальция.

Таблица 1

Время твердения, сутки

П.п.п. %

SO3общ.

SO3 в CSh3,%

SO3 в C6AS3h42,%

SO3 в C4ASh22,%

Портландцемент

0

0,91

2,91

2,91

-

-

1

14,35

3,05

0,43

1,87

0,68

3

17,68

3,07

0,38

1,92

0,76

7

18,67

3,06

0,36

1,91

0,76

14

19,33

2,94

0,37

1,88

0,74

28

20,48

2,98

0,35

1,85

0,76

Напрягающий цемент (ПЦ + РД)

0

1,95

5,11

5,11

-

-

1

15,40

5,18

1,37

2,62

1,12

3

18,70

5,15

1,00

3,09

1,03

7

19,80

5,19

0,70

3,33

1,13

14

20,60

5,10

0,49

3,49

1,15

28

21,35

5,12

0,39

3,67

1,05

Таблица 2

Время твердения, сут.

НЦ + РД

ПЦ

C6AS3h42, %

C4ASh22, %

C6AS3h42, %

C4ASh22, %

1

13,49

8,70

9,63

5,28

3

15,91

8,00

9,89

5,91

7

17,15

8,78

9,84

5,91

14

17,97

8,93

9,68

5,75

28

18,90

8,16

9,53

5,91

Как видно из полученных данных, в первые сутки твердения как у композиции ПЦ+РД, так и у ПЦ образуются обе формы гидросульфоалюминатов кальция, однако в системе ПЦ+РД его количество в 1,5 раза больше. Соответственно у ПЦ+РД кристаллизуется: C6ASh42 — 13,49% и C4ASh22 — 8,7%, в то время как у ПЦ соответственно 9,63 и 5,28%. При дальнейшей гидратации портландцемента образование эттрингита прекращается после 3 сут, а к 28 сут содержание его даже несколько снижается. Количество же моносульфогидроалюмината кальция в течение 3...28 сут практически не изменяется.

При гидратации вяжущего, полученного из композиции ПЦ+РД, эттрингит образуется непрерывно в течение 28 сут и его количество составляет 18,9%, а содержание мо-ногидросульфоалюмината кальция несколько снижается в процессе гидратации, но его количество в 1,5 раза выше, чем у ПЦ.

Известно, что деформации расширения образцов из напрягающего цемента начинаются сразу после помещения образцов в воду и к 3...7 суткам практически стабилизируются. Кинетика роста самонапряжения образцов находится в соответствии с развитием расширения и, следовательно, с кинетикой образования эттрингита в цементном камне. В нашем случае (вяжущее — напрягающий цемент, состоящий из портландцемента и расширяющей добавки) развитие свободных и связанных деформаций и прочности в мелкозернистом бетоне протекало в полном соответствии сданными, представленными в табл.1 и 2. Результаты исследований приведены в табл.3.

Таблица 3

Возраст образца, сутки

Самонапряжение, кгс/см2

Свободное расширение, %

Прочность, кгс/см2

при сжатии

при изгибе

Напрягающий цемент

1

2,5

-

150

38

3

9,0

0,07

344

52

7

17,0

0,10

-

-

14

15,5

0,10

-

-

28

18,0

0,10

703

95

Портландцемент

1

1,5

-

108

36

3

2,5

0,001

296

60

7

2,5

0,001

-

-

14

2,5

0,001

-

-

28

2,5

0,001

584

65

Высокая прочность и плотность цементного камня позволили уже в 7-суточном возрасте получить водонепроницаемость бетона свыше 12 атм, а в возрасте 28 сут обеспечили марку по водонепроницаемости W20 и марку по морозостойкости свыше F500. Используя расширяющую добавку различного качественного и количественного состава, можно регулировать свойства бетона.

В настоящее время в НИИЖБе разработана и освоена целая гамма расширяющих добавок, позволяющая получать как бетоны с компенсированной усадкой, так и напрягающие, а также сухие смеси различного назначения. На все виды материалов разработаны соответствующие нормативные документы.

Расширяющие добавки вводят или в мельницу при производстве цемента, или в бетоносмеситель непосредственно при приготовлении бетонной смеси, используя в качестве вяжущего портландцемент общестроительного назначения. Изучение процесса гидратации цементов с расширяющими добавками и бетонов на их основе показало, что скорость образования продуктов гидратации, вызывающих расширение в системе и рост прочности, во многом зависит от вида, активности и количества расширяющей добавки. Однако общие закономерности изменения прочности, расширения, самонапряжения цемента и бетона на его основе характерны при использовании любого вида добавки.

Для оценки возможности получения бетонов с регулируемыми свойствами были проведены исследования, результаты которых нашли применение в различных конструкциях.

Особый интерес представляла разработка бетонов с прогнозируемыми свойствами для конструкций большой протяженности, таких как фундаментные плиты и тонкие пластины, какими являются покрытия полов. К таким конструкциям, помимо специальных требований по износостойкости, агрессивным и ударным воздействиям, предъявляются основные требования потрещинос-тойкости и водонепроницаемости.

В отличие от стандартных конструкций из портландцемента, в которых небольшая предельная растяжимость бетона вызывает необходимость устройства деформационных швов, использование расширяющих добавок в составе вяжущего позволяет в тех же конструкциях отказаться от температурных швов. При этом исключается трудоемкая недолговечная гидроизоляция. Это наиболее экономично при возведении таких конструкций, как фундаментные плиты, где обычно для ликвидации подпора грунтовых вод устраивается гидроизоляция по подготовке под плитой. Например, в конструкции фундаментной плиты Торгово-оздоровительного комплекса на площади Курского вокзала в Москве введение в состав вяжущего расширяющих добавок различного количества и качества позволило получить как бетоны с компенсированной усадкой, так и напрягающие. Учитывая повышенную плотность и соответственно повышенную водонепроницаемость бетонов с компенсированной усадкой, в фундаментной плите была отменена проектная гидроизоляция.

Фундаментная плита — конструкция большой протяженности, и ее возведение требует длительного времени, поэтому было предусмотрено устройство специальных вставок, которые выполнялись из напрягающего бетона. Характеристики бетонов на основе портландцемента и расширяющей добавки, использованных при возведении ТОКа на площади Курского вокзала, приведены в табл.4.

Таблица 4

Вид бетона

Прочность, МПа

Самонапряжение, кгс/см2

Водонепроницаемость, W, атм

Морозостойкость, циклы

   

С компенсированной усадкой

296

418

3-4

12

300

Напрягающий

358

650

7-9

18

500

Одним из путей улучшения качества бетона в таких покрытиях, как полы промышленных предприятий, является использование бетонов с компенсированной усадкой, полученных с использованием расширяющей добавки. Необходимо отметить, что устройство полов является трудоемким процессом, и для обеспечения высокой прочности (не ниже В30), коррозионной стойкости в условиях сильноагрессивной степени воздействия, высокой износостойкости (не выше 0,06 мг/м2) при средней степени интенсивности движения на промышленном предприятии поверхность покрытия из бетона на портландцементе обычно разделяют на части во избежание образования температурно-усадочных трещин. Это нарушает монолитность покрытия и ухудшает условия эксплуатации.

Применение бетона с компенсированной усадкой на основе портландцемента и расширяющей добавки позволяет обеспечить достаточную трещиностойкость и монолитность покрытия пола. Такие бетоны с успехом были применены для покрытий полов крупных мясоперерабатывающих предприятий Москвы.

На основе портландцемента и расширяющей добавки в различные конструкции, возводимые за последние 1,5 года в Москве, всего было уложено более 40 тыс.м3 бетона с компенсированной усадкой и 1000 м3 напрягающего бетона.

Таким образом, в результате многолетних исследований были теоретически обоснованы и разработаны добавки, которые позволяют регулировать физико-механические и эксплуатационные характеристики бетонов и получать как бетоны с компенсированной усадкой, так и напрягающие бетоны. Заранее задавая свойства бетонов, можно определить область их применения для любого вида конструкций нового поколения с высокими эксплуатационными свойствами. Такие бетоны с использованием расширяющих добавок с портландцементами общестроительного назначения позволяют увеличить трещиностой-кость конструкций, их водонепроницаемость, обеспечивают водонепроницаемость без гидроизоляции, значительно ускоряют ввод сооружений в эксплуатацию и повышают надежность и долговечность конструкций и сооружений.



xn--b1asir5cj.xn--p1ai

Расширяющие добавки для повышения долговечности конструкций

Хотите получать свежие статьи на свою почту?

Все свежие статьи публикуются в электронном журнале ВесьБетон.

Подписка на журнал бесплатная, процедура подписки занимает одну минуту! Подписаться!

Журнал «ВесьБетон»— всегда свежая и профессиональнаяматериалов, добавках, оборудовании и многом другом.

Особенности журнала ВесьБетон:

  1. Публикуются статьи и книги о производстве и применении строительных материалов, добавок.
  2. Тираж более 10 500 профессиональных строителей.
  3. Подписаны только строители, технологи и производители, так как публикуется только профессиональная информация.
  4. Выходит 2 раза в месяц.
  5. Честный тираж! Журнал распространяется через независимый канал Subscribe.ru
  6. Обсуждение статей на форумах
Подписаться (бесплатно)!

Подать рекламу в журнал.

Большое разнообразие строительных сооружений, различие условий их возведения и эксплуатации, а также необходимость повышения долговечности этих сооружений сделали актуальной проблему создания специальных вяжущих и бетонов на их основе.

В 70-х годах XX века в НИИЖБ разработаны напрягающие бетоны и бетоны с компенсированной усадкой, обеспечивающие конструкциям на их основе повышенную водонепроницаемость, морозо- и трещиностойкость, для применения в различных областях строительства. Такие бетоны создаются на основе портландцемента (ПЦ) и расширяющих добавок (РД), которые могут быть получены как по обжиговой, так и по безобжиговой технологии с применением различных отходов промышленных производств. Среди многочисленных запатентованных в России добавок особый интерес представляют алюминатно-сульфатные и алюмооксидные добавки, а также разные их комбинации, свойства которых определяются условиями гидратации и твердения алюминатов и сульфоалюминатов кальция, а также их соединений с силикатами и сульфатами.

В качестве сырья для получения таких добавок могут быть использованы природные материалы и промышленные отходы. Особый интерес представляет утилизация крупнотоннажных отходов, которая позволяет решать проблемы охраны окружающей среды и ресурсосбережения в строительстве.

Эти добавки вводят в мельницу при производстве цементов или в бетоносмеситель при приготовлении бетонной смеси.

Введение расширяющей добавки в процессе приготовления бетонной смеси регулирует энергию расширения вяжущего, что позволяет получать бетоны для сборного и монолитного строительства, как с компенсированной усадкой, так и напрягающие с различной энергией самонапряжения, обеспечивая высокое качество изделий.

Как известно [см. Кузнецова Т.В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. М.: Стройиздат, 1986], в основе расширения бетонов с использованием РД лежит то же явление, что и при коррозии III вида [см. Москвин В.М. Коррозия бетона. М.: Госстройиздат, 1952; Михайлов В.В., Рубецкая Т.В., Титова Л.А. К вопросу о сульфатостойкости бетона на напрягающем цементе // Бетон и железобетон. 1974, № 3], т.е. наличие растягивающих усилий, возникающих в порах бетона в результате увеличения объема кристаллизующихся солей или замерзания воды.

При этом явления, которые происходят во время сульфатной коррозии, аналогичны процессам расширения взаимодействия алюмо- и сульфатсодержащих материалов, т.е. образованию гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) в первые сутки параллельно с гидратацией. В этот период структура бетона склонна к пластическим деформациям, и образование ГСАК не приводит к ее разрушению.

Следует отметить, что при применении напрягающих бетонов или бетонов с компенсированной усадкой в конструкциях необходимое ограничение деформации расширения бетонов достигается путем использования арматуры или торцевого ограничения. При этом возникающие растягивающие усилия от образования ГСАК не только не опасны, но и способствуют созданию плотной и прочной структуры за счет обжатия бетона. Кроме того, кристаллы ГСАК в порах и на поверхности новообразований как бы дисперсно армируют цементный камень. Для оценки связывания основных компонентов ГСАК были проведены комплексные физико-химические исследования кинетики процессов гидратации различных вяжущих, результаты которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 Кинетика связывания воды, SO3 и кристаллизации эттрингита

Вяжущее в бетоне

Возраст

Содержание связанной воды, %

Содержание несвязанного SO3 (непрокаленное вещество), %

Содержание, %

связан-ного SO3

эттрин-гита

ПЦ

Сухая смесь

1,35

2,22

1 сут.

10,56

1,00

1,22

6,38

28 сут.

15,81

0,42

1,80

9,41

ПЦ + РДН

Сухая смесь

2,20

3,90

1 ч

5,37

2,52

1,30

7,21

3 ч

5,41

2,41

1,30

7,84

1 сут.

8,80

1,83

1,53

10,98

7 сут.

13,16

0,29

3,60

18,82

28 сут.

17,67

0,20

3,65

19,35

ПЦ + РДК

Сухая смесь

2,10

3,73

1 ч

5,60

2,12

1,61

8,42

3 ч

5,75

2,10

1,63

8,57

1 сут.

9,80

1,22

2,51

13,12

7 сут.

14,75

0,33

3,40

17,81

28 сут.

17,76

3,70

19,51

Из данных таблицы 1 видно, что в бетонах на основе ПЦ и РД сразу после затворения их водой на поверхности цементных частиц образуются гелеобразные продукты гидратации, и уже в первые часы появляются крупные кристаллические новообразования ГСАК игольчатой формы, которые, переплетаясь, дополнительно связывают между собой частицы цемента.

Содержание соли (эттрингита), как в возрасте 1 суток, так и 28, в составах на основе ПЦ и РД в 2 с лишним раза больше, чем у аналогичных бетонов на ПЦ, в то время как гипс практически весь связывается уже к 7 суткам. Все это создает необходимые условия для получения прочной и плотной структуры бетона.

При длительном агрессивном воздействии внешней среды за счет оставшихся алюминатов может образоваться некоторое количество кристаллизующихся солей (эттрингит, хлоралюминат и др.). Это, в свою очередь, является дополнительным источником расширения бетона и в условиях ограничения деформаций (даже в уже сформировавшейся структуре материала) не представляет опасности, вызывая лишь дополнительное напряжение в арматуре [см. Михайлов В.В., Рубецкая Т.В., Титова Л.А. К вопросу о сульфатостойкости бетона на напрягающем цементе // Бетон и железобетон. 1974, № 3]. Благодаря повышенному дополнительному армированию цементного камня кристаллизующимися солями при введении расширяющих добавок изменяется пористость и повышается плотность бетона.

Стойкость бетона на многокомпонентном вяжущем (ПЦ + РД) в значительной степени определяется его водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Таблица 2 Эксплуатационные характеристики бетонов с компенсированной усадкой

Бетон

Состав бетона

Морозо-стойкость (число циклов)

Прочность, кгс/м2 (сжатие / изгиб)

Марка по водо-непроницаемости W

вяжущее, кг/м3

Ц/В

Обычный (на ПЦ)

400

470

1,99

2,53

270

300

370 / 63

486 / 68,5

6

8

Напрягающий

400

470

2,31

2,47

300

500

485 / 68,7698 / 89,7

12

16

С компенсированной усадкой

400

470

2,0

2,35

500

600

647 / 73

715 / 89,3

14

18

Как видно из таблицы 2, применение в составе бетона вяжущего на основе ПЦ и РД позволяет улучшить эксплуатационные характеристики бетонов. При одном и том же расходе вяжущего введение расширяющих добавок в состав бетона значительно увеличивает прочность, как при сжатии, так и при изгибе, а также повышает морозостойкость и водонепроницаемость.

Такие свойства многокомпонентного вяжущего, как плотная структура и непроницаемость бетонов на его основе, а также трещиностойкость самонапряженного железобетона в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливают эффективность применения вяжущего в бетонах разнообразных конструкций (бесшовных полах промышленных зданий, емкостях различного назначения, спортивных сооружениях и т.п.).

Покрытия полов промзданий, спортивных и других сооружений, представляющие собой относительно тонкий слой, выполняются либо по бетонному основанию на грунте, либо по железобетонному перекрытию.

Помимо специальных требований по стойкости к износу, ударным и агрессивным воздействиям, электризации, беспыльности и т.п., к бетонным полам предъявляются требования по трещиностойкости и водонепроницаемости.

Трещиностойкость бетонных покрытий при воздействии усадочных температурных факторов и внешней нагрузки определяется жесткостью основания, сцеплением с ним и в основном его деформативностью без образования трещин.

Небольшая предельная растяжимость обычного бетона вызывает необходимость устройства деформационных швов в бетонных покрытиях с определенным шагом в зависимости от возможных температурных и влажностных перепадов. Специальная изоляция в виде ковра из рулонных материалов (или иным способом) обеспечивает водонепроницаемость бетонных полов. При введении полимерных и других добавок улучшаются ударная вязкость и водонепроницаемость бетона в полах, что, однако, отрицательно сказывается на других показателях.

Повысить трещиностойкость и обеспечить водонепроницаемость покрытий полов можно путем использования бетонов с компенсированной усадкой или напрягающих. Трещиностойкость покрытия обусловливается преднапряжением, которое достигается как в полностью бетонном с компенсированной усадкой покрытии, так и в бетонном, ограниченном по периметру обвязкой, воспринимающей расширение покрытия.

Преднапряжение может быть рассчитано в зависимости от активности РД, состава бетона, степени и характера армирования либо упругой податливости обвязки.

Наиболее эффективным является применение таких бетонов для полов промзданий и гаражей без оклеечной гидроизоляции, что позволяет получить бесшовную конструкцию пола, исключив основную долю усадки в период расширения и связанных с этим растягивающих напряжений. Кроме того, при наличии арматуры РД создает самонапряжение конструкции, а также имеет более высокую прочность на растяжение при изгибе, позволяющую дополнительно уменьшить сечение конструкции пола (особенно при совмещении покрытия с подстилающим слоем).

В 1992 году на мясокомбинате «КампоМос» были возведены 2000 м2 декоративного покрытия пола, которые эксплуатируются уже более 10 лет без капитального ремонта. Необходимо отметить, что в цехах мясомолочной промышленности бетонные полы находятся в специфических условиях: на них систематически попадают компоненты, агрессивные к бетону. Поэтому для обеспечения долговечности покрытий при их устройстве обычно в бетон вводят биоцидные добавки. Введение одной только комплексной расширяющей добавки (без биодобавок) позволяет получить конструкцию требуемой долговечности.

Проведенные исследования и опыт эксплуатации полов в цехах изготовления мясопродуктов, убойных цехах и холодильниках позволяют рекомендовать бетоны с компенсированной усадкой на портландцементе с расширяющей добавкой для массового применения.

В настоящее время возведено более 20 000 м2 покрытий полов на мясоперерабатывающих комбинатах Москвы: «КампоМос», «Микомс», «Лианозово», «Велком» и др.

В НИИЖБ разработана техническая документация на расширяющую добавку, напрягающий цемент и бетоны, напрягающие и с компенсированной усадкой. По требованию заинтересованных организаций разрабатываются рекомендации по применению таких бетонов для каждого конкретного случая, и поставляется необходимое количество добавки.

www.allbeton.ru

Расширяющая добавка к цементу

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к добавкам для вяжущих и бетонов. Техническая задача заключается в повышении прочности бетона при упрощении производства расширяющейся добавки к цементу. Расширяющаяся добавка содержит гипс и молотую вулканическую породу с содержанием оксида алюминия до 30% при следующем соотношении компонентов мас. %: гипс - 15-35%, вулканическая порода - 65-85. Расширяющаяся добавка также содержит сверх 100% 1-5% доломита и 4-30% микрокремнезема. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно, к добавкам к вяжущим для бетонов.

Известен цемент с расширяющей добавкой, представленный гипсом и золой от сжигания сланцев (активной гидравлической добавкой авт. св. СССР N 726047, C 04 B 7/28, 1980) Недостатком данного изобретения является то, что оно не позволяет получить достаточно плотную структуру в результате чего снижается самонапряжение, водонепроницаемость и прочность цементного камня.

Наиболее близкой к заявляемой добавке, является расширяющаяся добавка к цементу (сб. тр. Ереванского политехнического института, Захарова Л.А. 1971, 34 сер. Химия и химическая технология вып.3, с.166-169), которая в своем составе содержит полуводный гипс и вулканическую породу месторождений Армении.

Недостатком данного технического решения является обязательное наличие в цементной смеси большой доли дорогостоящего и дефицитного глиноземисто-белитового цемента и вулканических пород Армении, что увеличивает затраты на его производство, а также не позволяет получить необходимый расширяющий эффект и высокую прочность цементного камня, что снижает самонапряжение, прочность и водонепроницаемость.

Задачей технического решения является создание высокопрочного водонепроницаемого цементного камня.

Технический результат заключается в усилении расширяющего эффекта, в увеличении самонапряжения, упрощении технологии производства, за счет вновь вводимых компонентов.

Технический результат достигается тем, что в известном цементе с расширяющей добавкой, включающей гипс и вулканическую породу, в качестве вулканической породы используют вулканический пепел с соотношением основных окислов в мас.

Al2O3 20-30; SiO2 61-65; CaO 41,1-5,0; MgO - 1,2-2,0; Fe2O3 2,5-3,5; SO3 0,1-0,2; TiO2 - 0,2-0,25; K2O 0,4-0,45; P2O5 0,06; Na2O - остальное, и дополнительно содержит микрокремнезем (или кремнезем) и доломит при следующем соотношении компонентов в мас.

Гипс 15-35 Вулканический пепел 65-85 Микрокремнезем (кремнезем) 4-30 Доломит 1-5 Техническое решение позволит усилить расширяющий эффект и таким образом повысить плотность структуры цементного камня при одновременном упрощении технологии производства расширяющей добавки, т.к. вулканический пепел требует лишь просев через сита и совместный помол с гипсом и другими компонентами.

Свойства вулканического пепла: фракционный и химический состав (содержание Al2O3 до 30%) обуславливают благоприятные условия для образования высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, что приводит к уплотнению цементного камня, кальмотации пор и высокому эффекту самонапряжения.

Расширяющая добавка к цементу дополнительно содержит доломит, повышающий содержание в ней компонентов CaO, также микрокремнезем (или кремнезем), обеспечивающий увеличение плотности структуру цементного камня в сочетании с расширяющими компонентами.

Способ приготовления расширяющей добавки заключается в следующем.

Для ее приготовления используют следующие материалы: двуводный или полуводный гипс плотностью 2,55 г/см3, доломит минерал класса карбонатов, содержащий двойную углекислотную соль кальция и магния с примесями железистых и глинистых соединений, микрокремнезем (или кремнезем) конденсированный ТУ 7-249533-01-90.

Молотый вулканический пепел получают из просеянной горной породы, насыпной плотности 1,9 г/см3. Химический состав вулканического пепла следующий: Al2O3 26; SiO2 61,7; CaO 4,36; MgO - 1,86; Fe2O3 3,25; SO3 0,19; TiO2 0,22; K2O 0,45; P2O5 0,06; Na2O 1,8; nnn 0,11.

Вулканический пепел просеивали через сито с ячейкой 4-5мм и подсушивали.

Затем осуществляли совместный помол вулканического пепла с гипсом и другими компонентами до удельной поверхности 4000-6000 см2/г. Полученную добавку смешивали с цементом в количестве 15-25% от массы цемента.

Для испытания были приготовлены образцы из мелкозернистого бетона и цементно-песчаного раствора размером 4x4x16 см на портландцементе М400 с расширяющей добавкой.

Примеры составов смесей приведены в таблице. Твердение бетона осуществляли в естественных условиях.

Испытания проводили в соответствии с ТУ 21-26-90 "Напрягающие цементы".

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы использования расширяющей добавки позволяет по сравнению с прототипом повысить прочность на 15-20% высокий уровень самонапряжения (НЦ-10; НЦ-20) и достаточный расширяющий эффект.

Наибольший эффект получается при совместном помоле всех компонентов, включая портландцемент, до удельной поверхности 4500-5000 см2/г.

Расширяющая добавка к цементу, включающая смесь гипса и вулканической породы, отличающаяся тем, что она содержит в качестве вулканической породы вулканический пепел состава, мас.

Al2O3 20 30 SiO2 61 65 CaO 4,1 5,0 MgO 1,2 2,0Fe2O3 2,5 3,5SO3 0,1 0,2FiO2 0,2 0,25K2O 0,4 0,45P2O5 0,06Na2O Остальноепри следующем соотношении компонентов смеси, мас.

Гипс 15 35Вулканический пепел указанного состава 65 85,при этом добавка дополнительно содержит, от массы смеси:Доломит 1 5Микрокремнезем 4 30ч

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Расширяющая добавка к цементу

Изобретение относится к составу расширяющей добавки к цементу и может быть использовано в промышленности строительных материалов и нефтяной промышленности для получения высокоэффективных вяжущих и тампонажных растворов. Технический результат - увеличение степени расширения цементного камня при сохранении реологических свойств тампонажного раствора и сроков схватывания. Расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, содержит указанный шлак состава, мас.%: Al2O3 65-70, AlN3 10-15, Al 1-5, NaCl-KCl 10-23, модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.

 

Изобретение относится к области строительства и ремонта скважин, а именно расширяющим добавкам к цементу, может быть использовано в промышленности строительных материалов для получения высокоэффективных вяжущих.

Минеральные активные добавки природного и искусственного происхождения, вводимые для улучшения свойств цемента, представлены в [1. Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам. - Киев: Будивельник, 1979, с.30-31].

Известна добавка, содержащая боксит, гипс и доломитизированные отходы обогащения полиметаллических руд [Авторское свидетельство СССР N 658100, кл. С04В 7/345, 1979]. Недостатком известных расширяющих добавок является низкая величина энергии самонапряжения и недостаточная водонепроницаемость бетонов на их основе. Кроме того, существенным недостатком известных решений является сложный и дорогостоящий технологический процесс получения расширяющих добавок, связанный с предварительным получением сырьевой смеси, ее брикетированием и проведением высокотемпературного обжига.

Из уровня техники известен тампонажный материал, содержащий в том числе шлак переработки (переплавки) вторичного алюминия [Пат. РФ №2235857, кл. Е21В 33/138, 10.09.2004].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является добавка, включающая доломит, гипс и алюмосодержащий компонент, которая содержит в качестве алюмосодержащего компонента глинистый сланец с соотношением Al2O3:SiO2:CaO от 1:3:0,05 до 1:3,5:0,2 при следующем соотношении компонентов, мас.: доломит 0,1-5,0, гипс 24,9-30,0, глинистый сланец 65,0-75,0 [Пат. РФ № 2049079, кл. 6 С04В 28/04, С04В 22/06, С04В 7/00]. Последнее принято в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа и аналогов следует отнести низкие коэффициенты расширения бетонных смесей и недостаточную водонепроницаемость, обусловленную, по-видимому, повышенной концентрацией гипса в ее составе.

Технической задачей заявляемого изобретения является достижение более высоких коэффициентов расширения цементного камня.

Решение поставленной задачи состоит в том, что расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, отличается тем, что содержит указанный шлак состава, мас.%:

Al2O3 65-70
AlN3 10-15
Al 1-5
NaCl-KCl 10-23,

модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что при затворении водой гидратация цемента сопровождается сдвигом значения рН в сторону щелочных значений и образованием свободного гидроксида кальция. Взаимодействие алюминия металлического в щелочной среде сопровождается эмиссией водорода. Одновременно активируется разложение нитридов алюминия с выделением газообразных соединений азота. Ввод в систему модификатора, играющего роль буфера в присутствии хлоридов натрия и калия, замедляет скорость изменения рН раствора в системе, обеспечивая равномерную эмиссию газов в процессе приготовления раствора, выдержки в жидкотекучем состоянии, процессе схватывания цементного камня и ранних сроков его твердения. Эмиссия газов в системе обеспечивает внутреннее напряжение, повышенную подвижность раствора. Варьируя массу вводимой добавки и ее гранулометрический состав, можно добиваться самых разнообразных эффектов, начиная от напряженного состояния за счет образования замкнутых микропор с изменением линейных размеров на 1-5%, вплоть до получения поризованной массы цементного камня со сквозными порами с изменением линейных размеров на 40%. Ввод добавки практически не искажает реологических свойств системы в целом и не влияет на сроки схватывания цементного камня.

Добавка готовится следующим образом. Используется исходный шлак соответствующего состава, крупность которого не превышает 100 мкм. Раствор органической кислоты (лимонная 0,5% раствор) распыляется с помощью форсунки непосредственно над транспортером исходного шлака. Продукт слегка подсушивают теплым воздухом в сушильной камере циркуляционного или иного типа. Далее следует выдержка на воздухе и затарка в транспортную герметичную тару.

Пример осуществления изобретения. В качестве вяжущего применяют портландцемент тампонажный ПТЦ-1G Сухоложского цементного завода. Органическую кислоту - уксусную распыляют на шлак крупностью 90 мкм в количестве 0,25 мас.% по отношению к общей массе добавки. Используют шлак переработки вторичного алюминия, содержащий, мас.%: Al2O3 70, AlN3 15, Al 5, NaCl-KCl 10. Сушку осуществляют в сушильной камере теплым воздухом с температурой 50°С.

Кроме уксусной кислоты могут быть использованы другие кислоты, например, лимонная или винная.

Расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, отличающаяся тем, что содержит указанный шлак состава, мас.%:

Al2O3 65-70
AlN3 10-15
Al 1-5
NaCl-KCl 10-23
модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.

www.findpatent.ru

Расширяющие добавки для повышения долговечности бетонных конструкций

Большое разнообразие строительных сооружений, различие условий их возведения и эксплуатации, а также необходимость повышения долговечности этих сооружений сделали актуальной проблему создания специальных вяжущих и бетонов на их основе.

В 70-х годах XX века в НИИЖБ разработаны напрягающие бетоны и бетоны с компенсированной усадкой, обеспечивающие конструкциям на их основе повышенную водонепроницаемость, морозостойкость и стойкость к трещинам, для применения в различных областях строительства. Такие бетоны создаются на основе портландцемента (ПЦ) и расширяющих добавок (РД), которые могут быть получены как по обжиговой, так и по безобжиговой технологиям с применением различных отходов промышленных производств. Среди многочисленных запатентованных в России выделяются две добавки к бетону – алюминатносульфатная и алюмооксидная добавки, а также разные их комбинации, свойства которых определяются условиями гидратации и твердения алюминатов и сульфоалюминатов кальция, а также их соединений с силикатами и сульфатами.

В качестве сырья для получения таких добавок могут быть использованы природные материалы и промышленные отходы. Особый интерес представляет утилизация крупнотоннажных отходов, которая позволяет решать проблемы охраны окружающей среды и ресурсосбережения в строительстве.

Эти добавки вводят в мельницу, когда приготовляется цемент, или в бетоносмеситель, когда готовится бетонная смесь. Введение расширяющей добавки в процессе приготовления бетонной смеси регулирует энергию расширения вяжущего, что позволяет получать бетон для сборного и монолитного строительства, как с компенсированной усадкой, так и напрягающие с различной энергией самонапряжения, обеспечивая высокое качество изделий.

Как известно [см. Кузнецова Т. В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. М.: Стройиздат, 1986], в основе расширения бетонов с использованием РД лежит то же явление, что и при коррозии III вида [см. Москвин В. М. Коррозия бетона. М.: Госстройиздат, 1952; Михайлов В. В., Рубецкая Т. В.,Титова Л. А. К вопросу о сульфатостойкости бетона на напрягающем цементе // Бетон и железобетон. 1974, № 3], т. е. наличие растягивающих усилий, возникающих в порах бетона в результате увеличения объема кристаллизующихся солей или замерзания воды.

При этом явления, которые происходят во время сульфатной коррозии, аналогичны процессам расширения взаимодействия алюмо- и сульфатсодержащих материалов, т.е. образованию гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) в первые сутки параллельно с гидратацией. В этот период структура бетона склонна к пластическим деформациям, и образование ГСАК не приводит к ее разрушению.

Следует отметить, что при применении напрягающих бетонов или бетонов с компенсированной усадкой в конструкциях необходимое ограничение деформации расширения бетонов достигается путем использования арматуры или торцевого ограничения. При этом возникающие растягивающие усилия от образования ГСАК не только не опасны, но и способствуют созданию плотной и прочной структуры за счет обжатия бетона. Кроме того, кристаллы ГСАК в порах и на поверхности новообразований как бы дисперсно армируют цементный камень. Для оценки связывания основных компонентов ГСАК были проведены комплексные физико-химические исследования кинетики процессов гидратации различных вяжущих, результаты которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Кинетика связывания воды, SO3 и кристаллизации эттрингита

Вяжущее в бетоне Возраст Содержание связанной воды, % Содержание несвязанного SO3 (непрокаленное вещество), % Содержание, %
связанного SO3 эттрингита
ПЦ Сухая смесь 1,35 2,22
1 сут. 10,56 1,00 1,22 6,38
28 сут. 15,81 0,42 1,80 9,41
ПЦ+РДН Сухая смесь 2,20 3,90
1 ч. 5,37 2,52 1,30 7,21
3 ч. 5,41 2,41 1,30 7,84
1 сут. 8,80 1,83 1,53 10,98
7 сут. 13,16 0,29 3,60 18,82
28 сут. 17,67 0,20 3,65 19,35
ПЦ+РДК Сухая смесь 2,10 3,73
1 ч. 5,60 2,12 1,61 8,42
3 ч. 5,75 2,10 1,63 8,57
1 сут. 9,80 1,22 2,51 13,12
7 сут. 14,75 0,33 3,40 17,81
28 сут. 17,76 3,70 19,51

Из данных таблицы 1 видно, что в бетонах на основе ПЦ и РД сразу после затворения их водой на поверхности цементных частиц образуются гелеобразные продукты гидратации, и уже в первые часы появляются крупные кристаллические новообразования ГСАК игольчатой формы, которые, переплетаясь, дополнительно связывают между собой частицы цемента.

Содержание соли (эттрингита), как в возрасте 1 суток, так и 28, в составах на основе ПЦ и РД в 2 с лишним раза больше, чем у аналогичных бетонов на ПЦ, в то время как гипс практически весь связывается уже к 7 суткам. Все это создает необходимые условия для получения прочной и плотной структуры бетона. При длительном агрессивном воздействии внешней среды за счет оставшихся алюминатов может образоваться некоторое количество кристаллизующихся солей (эттрингит, хлоралюминат и др.). Это, в свою очередь, является дополнительным источником расширения бетона и в условиях ограничения деформаций (даже в уже сформировавшейся структуре материала) не представляет опасности, вызывая лишь дополнительное напряжение в арматуре [см. Михайлов В. В., Рубецкая Т. В., Титова Л. А. К вопросу о сульфатостойкости бетона на напрягающем цементе // Бетон и железобетон. 1974, № 3]. Благодаря повышенному дополнительному армированию цементного камня кристаллизующимися солями, когда вводятся расширяющие добавки, изменяется пористость и повышается плотность бетона.

Стойкость бетона на многокомпонентном вяжущем (ПЦ + РД) в значительной степени определяется его водонепроницаемостью и морозостойкостью. Как видно из таблицы 2, применение в составе бетона вяжущего на основе ПЦ и РД позволяет улучшить эксплуатационные характеристики бетонов. При одном и том же расходе вяжущего введение расширяющих добавок в состав бетона значительно увеличивает прочность, как при сжатии, так и при изгибе, а также повышает морозостойкость и водонепроницаемость.

Табл. 2. Эксплуатационные характеристики бетонов с компенсированной усадкой

Бетон Состав бетона Морозостой-кость (число циклов) Прочность, кгс/м2 (сжатие/изгиб) Марка по водоне-проницаемости W
вяжущее кг/м3 Ц/В
Обычный (на ПЦ) 400 1,99 270 370/63 6
470 2,53 300 486/68,5 8
Напрягающий 400 2,31 300 485/68,7 12
470 2,47 500 698/89,7 16
С компенсиро-ванной усадкой 400 2,31 500 647/73 14
470 2,47 600 715/89,3 18

Такие свойства многокомпонентного вяжущего, как плотная структура и непроницаемость бетонов на его основе, а также стойкость к трещинам самонапряженного железобетона в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливают эффективность применения вяжущего в бетонах разнообразных конструкций (бесшовных полах промышленных зданий, емкостях различного назначения, спортивных сооружениях и т. п.). Покрытия полов промышленных зданий, спортивных и других сооружений, представляющие собой относительно тонкий слой, выполняются либо по бетонному основанию на грунте, либо по железобетонному перекрытию.

Помимо специальных требований по стойкости к износу, ударным и агрессивным воздействиям, электризации, отсутствию пыли и т.п., к бетонным полам предъявляются требования по стойкости к трещинам и водонепроницаемости.

Стойкость к трещинам бетонных покрытий при воздействии усадочных температурных факторов и внешней нагрузки определяется жесткостью основания, сцеплением с ним и в основном его деформативностью без образования трещин. Небольшая предельная растяжимость обычного бетона вызывает необходимость устройства деформационных швов в бетонных покрытиях с определенным шагом в зависимости от возможных температурных и влажностных перепадов.

Специальная изоляция в виде ковра из рулонных материалов (или иным способом) обеспечивает водонепроницаемость бетонных полов. При введении полимерных и других добавок улучшаются ударная вязкость и водонепроницаемость бетона в полах, что, однако, отрицательно сказывается на других показателях.

Повысить стойкость к трещинам и обеспечить водонепроницаемость покрытий полов можно путем использования бетонов с компенсированной усадкой или напрягающих. Стойкость покрытия к трещинам обусловливается преднапряжением, которое достигается как в полностью бетонном с компенсированной усадкой покрытии, так и в бетонном, ограниченном по периметру обвязкой, воспринимающей расширение покрытия.

Преднапряжение может быть рассчитано в зависимости от активности РД, состава бетона, степени и характера армирования либо упругой податливости обвязки.

Наиболее эффективным является применение таких бетонов для полов промышленных зданий и гаражей без оклеечной гидроизоляции, что позволяет получить бесшовную конструкцию пола, исключив основную долю усадки в период расширения и связанных с этим растягивающих напряжений. Кроме того, при наличии арматуры РД создает самонапряжение конструкции, а также имеет более высокую прочность на растяжение при изгибе, позволяющую дополнительно уменьшить сечение конструкции пола (особенно при совмещении покрытия с подстилающим слоем).

В 1992 году на мясокомбинате «КампоМос» были возведены 2000 м2 декоративного покрытия пола, которые эксплуатируются уже более 10 лет без капитального ремонта. Необходимо отметить, что в цехах мясомолочной промышленности бетонные полы находятся в специфических условиях: на них систематически попадают компоненты, агрессивные к бетону. Поэтому для обеспечения долговечности покрытий при их устройстве обычно в бетон вводят биоцидные добавки. Введение одной только комплексной расширяющей добавки (без биодобавок) позволяет получить конструкцию требуемой долговечности.

Проведенные исследования и опыт эксплуатации полов в цехах изготовления мясопродуктов, убойных цехах и холодильниках позволяют рекомендовать бетоны с компенсированной усадкой на портландцементе с расширяющей добавкой для массового применения.

В настоящее время возведено более 20 000 м2 покрытий полов на мясоперерабатывающих комбинатах Москвы: «КампоМос», «Микомс», «Лианозово», «Велком» и др.

В НИИЖБ разработана техническая документация на расширяющую добавку, напрягающий цемент и бетоны, напрягающие и с компенсированной усадкой. По требованию заинтересованных организаций разрабатываются рекомендации по применению таких бетонов для каждого конкретного случая, и поставляется необходимое количество добавки.

library.stroit.ru


Смотрите также