В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          

















Известняк для фасадов и отделки - натуральный камень для облицовки фасадов.

Шпаргалки Минералы. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Шпаргалки Минералы. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Минеральными вяжущими веществами называют тонкоизмельченные порошки, образующие при смешивании с водой пла¬стичное тесто, под влиянием физико-химических процессов пере¬ходящее в камневидное состояние. Это свойство вяжущих ве¬ществ используют для приготовления на их основе растворов, бетонов, безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий. Различают минеральные вяжущие вещества воздушные

и гидравлические.

• Воздушные вяжущие вещества твердеют, долго сохраняют и повышают свою прочность только на воздухе. К воздушным вяжущим веществам относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушная известь и кислотоупорный цемент, жидкое стекло, глина.

• Гидравлические вяжущие вещества способны твердеть и дли¬тельно сохранять свою прочность не только на воздухе, но и в воде. В группу гидравлических вяжущих входят портландце¬мент и его разновидности, пуццолановые и шлаковые вяжущие, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гидравлическая из¬весть. Их используют как в надземных, так и в подземных и под¬водных конструкциях.

Вяжущие вещества автоклавного твердения, эффективно твердеющие только при автоклавной обработке — давлении на¬сыщенного пара 0,8...1,2 МПа и температуре 17О...2ОО°С. В груп¬пу вяжущих веществ автоклавного твердения входят известково-кремнеземистые и известково-нефелиновые вяжущие.

Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества делят на две группы: низкооб¬жиговые и высокообжиговые.

• Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaSO4-2H2O до температуры 15О...16О°С с частичной дегидратацией двуводного гипса и пере¬водом его в полуводный гипс СаSO4-О.5Н2О.

• Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжи¬гом двуводного гипса при более высокой температуре до 700... 1000°С с полной потерей химически связанной воды и образова¬нием безводного сульфата кальция — ангидрита CaSO4. К низко¬обжиговым относится строительный, формовочный и высокопроч¬ный гипс, а к высокообжиговым — ангидритовый цемент и эстрих-гипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень и природный ангидрид CaSO4, а также от¬ходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций, например фосфогипс.

• Гипсовым вяжущим(ОБЫЧНЫЙ) называют воздушное вяжущее вещество состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемого путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 15О...16О°С. При этом двуводный гипс CaSO4*2H2O, содержа¬щийся в гипсовом камне, дегидратирует по уравнению CaSO4*2HO= CaSO4*0.5H2O+1.5HO

В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция бета-модификации; такой гипс обладает повы¬шенной водопотребностью (60...65% воды). Избыточная вода, т. е. сверхпотребная на гидратацию гипса (15%), испаряется, образуя поры, вследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40%) и соответственно небольшую прочность. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется несколько технологических схем производства гипсового вяжуще¬го: в одних помол предшествует обжигу, в других помол произ¬водится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в одном аппарате. Последний способ получил название обжига гипса во взвешенном состоянии. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

При затворении порошка гипса водой полуводный сернокислый кальций CaSO4-0,5H2O, содержащийся в нем, начинает растворяться до образования насыщенного раствора и одновременно гидратироваться, присоединяя 1,5 молекулы воды и пере¬ходя в двугидрат CaSO4-2H2O по уравнению

CaSO4-0,5H2O+l,5H2O=CaSO*2H2O

Растворимость двугидрата примерно в 5 раз меньше раство¬римости исходного порошка — полугидрата CaSO4-0,5H2O. В ре¬зультате образовавшийся насыщенный раствор полугидрата ока¬зывается пересыщенным по отношению к двугидрату. Пере¬сыщенный раствор в обычных условиях не может существо¬вать — из него выделяются мельчайшие частицы твердого ве¬щества — двуводного сернокислого кальция. По мере накопления этих частиц они склеиваются между собой, вызывая загустева-ние (схватывание) теста. Затем мельчайшие частицы гидрата начинают кристаллизоваться, определяя этим образование проч-ного гипсового камня. Дальнейшее увеличение прочности гипса происходит вследствие высыхания твердеющей массы и более полной кристаллизации при этом. Твердение гипса можно уско¬рить сушкой, но при температуре не выше 65°С во избежание обратной дегидратации двуводного гипса.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедли¬телей схватывания (кератинового, известково-кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1...0,3% от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворе¬ния полуводного гипса и замедляют диффузионные процессы. При необходимости ускорить схватывание гипса к нему добавля¬ют двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых, гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, при¬готовления гипсовых и смешанных растворов, производства де¬коративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. (прочн 10-18 МПа)

Высокопрочный гипс(ВЫСОКОПРОЧНЫЙ) является разновидностью полуводного гипса. Этот полуводный гипс а-модификации, который имеет бо¬лее крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотреб-ность гипса (40...45% воды), позволяет получать гипсовый ка¬мень с большей плотностью и прочностью. Получают его путем нагревания природного гипса паром под давлением 0,2...0,3 МПа с последующей сушкой при температуре 16О...18О°С. Прочность его за 7 сут достигает 15...40 МПа. Высокопрочный гипс выпус¬кают пока в небольшом количестве и применяют в основном в металлургической промышленности для изготовления форм. Од¬нако он успешно может заменить обыкновенное гипсовое вяжу¬щее, обеспечив изделиям высокую прочность.

• Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность и др.

Гипсовое вяжущее является быстросхватывающим и быстротвердеющим вяжущим веществом. По срокам схватывания ГОСТ 125—79 предусматривает выпуск вяжущих:

быстротвердеющего (инд А) с началом схватывания не ранее 2 мин, концом — не позднее 15 мин;

нормальнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 6 мин, концом — не позднее 30 мин;

медленнотвердеющего (индекс Б) с началом схватыва¬ния не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется.

В зависимости от степени помола различают вяжущие гру¬бого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2% (обозначаемые соответственно индексами I, II и III).

Марку. гипсовых вяжущих характеризуют по прочности при сжатии образцов-балочек 40X40X160 мм в возрасте 2 ч после затворения водой. Например, гипсовое вяжущее с прочностью при сжатии 5,2 МПа, началом схватывания 5 мин, концом схватывания 9 мин и остатком на сите 0,2 мм 9%, т. е. вяжущее марки Г-5 быстротвердеющее, среднего помола, может быть записано в виде сокращенного обозначения Г-5АII.

Гипсовые вяжущие применяют при производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов и других деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха не вы¬ше 65%. Изделия из них обладают небольшой плотностью, не¬сгораемостью и рядом других ценных свойств, но при увлажне¬нии прочность их снижается.

• Ангидритовое вяжущее получают обжигом природного двуводного гипса при температуре 600...700°С с последующим его измельчением с добавками — катализаторами твердения (изве¬стью, смесью сульфата натрия с медным или железным купоро¬сом, обожженным доломитом, основным доменным гранулиро¬ванным шлаком и др.). Ангидритовое вяжущее можно получить также путем помола природного ангидрита с указанными выше добавками.

CaSO4*2H2O=CaSO4+2H2O

Ангидритовый цемент — это медленно схватывающееся вяжу¬щее вещество с началом схватывания не ранее 30 мин, концом — не позднее 24 ч. Марки ангидритового цемента по прочности при сжатии М50, 100, 150 и 200. Применяют ангидритовые цементы Для приготовления кладочных и отделочных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изделий.

- Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) является разновидно¬стью ангидритовых цементов. Его получают обжигом природного гипса или ангидрита при температуре 8ОО...1ООО°С с последующим тонким измельчением. При этом происходит не только пол¬ное обезвоживание, но и частичная диссоциация (разложение) ангидрита с образованием СаО (в количестве 3...5%) по реак¬ции

CaSO4*2H2O=CaSO4+2H2O

CaSO4 = СаО + SO3.

При затворении водой СаО действует как катализатор по схеме твердения ангидритового цемента, рассмотренной выше. Высокообжиговый гипс медленно схватыва¬ется и твердеет, но водостойкость и прочность при сжатии (10... 20 МПа) позволяют успешно использовать его при устройстве мозаичных полов, изготовлении искусственного мрамора и др. Изделия из высокообжигового гипса мало-, тепло- и звукопро-водны, они обладают по сравнению с изделиями из гипсового вяжущего более высокой морозостойкостью, повышенной водо¬стойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформа¬циям.

Магнезиальные вяжущие вещества

Разновидностями магнезиальных вяжущих веществ являются каустический магнезит и каустический доломит.

• Каустический магнезит получают при обжиге горной породы магнезита MgCO3 в шахтных или вращающихся печах при 650... 850°С. В результате MgCO3 разлагается по схеме

MgCO3 = = MgO + CO2.

Оставшееся твердое вещество (окись магния) из¬мельчают в тонкий порошок.

• Каустический доломит MgO и СаСО3 получают путем обжига природного доломита CaCO3-MgCO3 с последующим измельче¬нием его в тонкий порошок. При обжиге доломита СаСОз не раз¬лагается и остается инертным как балласт, что снижает вяжу¬щую активность каустического доломита по сравнению с каусти¬ческим магнезитом.

MgO+MgCl2+H2O?2MgO*MgCl*6H2O

Магнезиальные вяжущие затворяют не водой, а водными рас- творами солей сернокислого или хлористого магния. Магнезиальные вяжущие, затворенные на растворе хлористого магния, дают большую прочность, чем на растворе сернокислого магния. Маг¬незиальные вяжущие, являясь воздушными, слабо сопротивляют¬ся действию воды. Их можно использовать только при затверде¬нии на воздухе с относительной влажностью не более 60%. Каустический магнезит легко поглощает влагу и углекислоту из воздуха, в результате чего образуются гидрат оксида магния и углекислый магний. В связи с этим каустический магнезит хра¬нят в плотной герметической таре. На основе магнезиальных вя¬жущих в прошлом времени изготовляли ксилолит (смесь вяжу¬щего с опилками), используемый для устройства полов, а также фибролит и другие теплоизоляционные материалы. В настоящее время применение магнезиальных вяжущих резко сократилось

Кислотоупорные цементы и жидкое стекло

• Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного напол¬нителя и добавки — ускорителя твердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, кварциты, андезит, диабаз и дру¬гие кислотоупорные материалы; ускорителем твердения служит кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупор¬ном цементе является растворимое стекло — водный раствор си¬ликата натрия Na2O-SiO2 или силиката калия К2О-nSiO2. Ве¬личина п указывает на отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется модулем стекла, он колеблется от 2,5 до 3,5.

Добавка кремнефтористого натрия также повышает водо¬стойкость и кислотоупорность цемента. Отечественная промыш¬ленность выпускает кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, состоящий из смеси тонкомолотого чистого кварцевого песка 15...30% и кремнефтористого натрия Na2SiF6 — 4...6% от массы наполнителя.

Кислотоупорные цементы применяют для футеровки химиче¬ской аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других со¬оружений химической промышленности, а также для приготов¬ления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.

Как указывалось ранее, для приготовления кислотоупорного цемента применяют растворимое стекло. Растворимое стекло по¬лучают при сплавлении в течение 7... 10 ч в стекловарочных печах при 1300... 1400°С кварцевого песка, измельченного и тща¬тельно смешанного с кальцинированной содой, сульфатом натрия или с поташом К2СО3. Полученная стекломасса поступает из пе¬чи в вагонетки, где быстро охлаждается и распадается на куски. Застывшие куски называют «силикат-глыба». Это стекло раство¬римо в воде при обычных условиях, но при действии пара высо¬кого давления 0,5...0,6 МПа и температуре около 150°С сравни¬тельно быстро переходит в жидкое состояние.

Твердеет растворимое стекло (довольно медленно) только на воздухе вследствие выделения и высыхания аморфного кремне¬зема под действием углекислоты воздуха по реакции

Na2Si03 + СО2 + 2Н2О ? Si (ОН) 4 + Na2CO3

Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнитель¬но невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.

Ускоряет твердение растворимого стекла добавка катализа¬тора — кремнефтористого натрия Na2SiF6. Последний вступает во взаимодействие с растворимым стеклом, в результате чего быстро образует гель кремнекислоты — клеящее вещество, что приводит к быстрому твердению системы:

Na2SiF6 + 2Na2Si03 + 6Н2О -+? 6NaF + 3Si (ОН) 4

Силикат-глыбу можно транспортировать в таре или навалом. Растворимое стекло, имеющее сиропообразную консистенцию, транспортируют в бочках, стеклянных баллонах. Растворимое стекло применяют для приготовления кислотостойких и жаро¬упорных обмазок. Нельзя применять растворимое стекло для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, ще¬лочей и фосфорной, фтористо-водородной или кремнефтористо-водородной кислоты.

Кислотоупорный цемент не водостоек; разрушается от воздей¬ствия воды и слабых кислот. Для повышения водостойкости в состав цемента вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофоби-зующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизованный цемент называют кислотоупорным водостойким цемен¬том (КВЦ).

Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их поверхность разбавленной соля¬ной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или хло¬ристого магния.

Воздушная строительная известь

• Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, из¬вестняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доло-митов.

Для производства тонкодисперсной строительной извести га¬сят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строитель¬ную известь применяют для приготовления строительных раство¬ров и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусст¬венных камней, блоков и строительных деталей.

В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно, сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломито¬вая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиаль¬ной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гид¬равлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкооб¬разная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашен¬ная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добав¬ками.

• Строительную воздушную известь получают из кальциево-магниевых карбонатных пород. Технологический процесс получе¬ния извести состоит из добычи известняка в карьерах, его под¬готовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.

Основным процессом при производстве извести является об¬жиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь по реакции СаСОз ?? СаО + СО2. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обыч¬но 11ОО...12ОО°С.

При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, состав¬ляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют порис¬тую структуру. Обжиг известняка производят в различных пе¬чах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и т. д. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.

• Молотая негашеная известь с добавками производится 1-го и 2-го сортов и гидратная (гашеная) без добавок и с добавками двух сортов: 1-го и 2-го. Воздушная известь должна удовлетво¬рять требованиям табл. 5.4.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9179—77 негашеную известь следует измельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы через сита № 02 и № 008 должен быть соот¬ветственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают из¬весть, характеризующуюся остатками на сите № 008 до 2...7%, что примерно соответствует удельной поверхности 3500... 5000 см2/г.

Молотую негашеную известь применяют без ее предваритель¬ного гашения, что имеет ряд преимуществ: исключаются отходы в виде непогасившихся зерен, используется тепло, которое выде¬ляется при гидратации извести, что ускоряет процессы твердения извести. Изделия из этой извести имеют и большую плотность, прочность и водостойкость.

Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят хлористый каль¬ций, а для замедления твердения в начальный период (схваты¬вания) добавляют гипс, серную кислоту и сульфитно-спиртовую барду- Добавка гипса и хлористого кальция, кроме того, повы¬шает прочность растворов и бетонов, а добавки замедлителей твердения предупреждают образование трещин, что возможно при отсутствии определенных условий твердения.

• Гидратная известь. Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действие воды на кус¬ки комовой извести с выделением значительного количества теп¬ла по реакции

Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходи¬мо 32% воды от массы СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количе¬ство воды берут в 2, а иногда и в 3 раза больше, так как в ре¬зультате выделения тепла при гашении происходит парообразо¬вание и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комо¬вой извести. С повышением температуры ускоряется процесс га¬шения. Особенно быстро процесс гашения протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.

В зависимости от скорости гашения различают строительную негашеную известь:

быстрогасящуюся со скоростью гашения не более 8 мин;

среднегасящуюся со скоростью гашения до 25 мин и

медленногасящуюся со скоростью гашения не менее 25 мин. Содержание активных СаО +MgO для гидратной извести должно быть не менее 70%, а влажность — не более 4%.

Гашение извести в пушонку производят в специальных ма¬шинах — гидраторах. Для гашения извести-кипелки в известко¬вое тесто применяют известегаситель ЮЗ, в котором комовая известь одновременно размалывается, перемешивается с водой до образования известкового молока и сливается в сепаратор-отстойник. После отстаивания известкового молока образуется известковое тесто. Нельзя применять известковое тесто с большим содержанием непогасившихся зерен извести, так как гашение этих зерен может произойти в кладке, что приведет к растрескиванию затвердевшего известкового раствора.

Твердение извести может происходить только в воздушно-сухих условиях. Испарение воды (что имеет место при этом) вы¬зывает слипание мельчайших частиц Са(ОН)2 в более крупные и их кристалллзацию. Кристаллы Са(ОН)2 срастаются друг с другом, образуя каркас, окружающий частицы песка. Наряду с этим происходит карбонизация гидрата оксида кальция за счет поглощения углекислоты воздуха по реакции

Са (ОН)2 + СО2 + пН2О = СаСОз + (п + 1) Н2О

Таким образом, твердение известковых растворов есть след¬ствие их высыхания и образования кристаллического сростка Са(ОН)2, а также процесса образования углекислого кальция на поверхности изделия. Твердеет гашеная известь медленно, и прочность известковых растворов невысокая. Это объясняется тем, что кристаллизация гидрата оксида кальция происходит не интенсивно и кристаллы слабо связаны друг с другом. Кроме того, образовавшаяся на поверхности корка СаСОз препятствует прониканию воздуха внутрь известкового раствора и тормозит дальнейшее развитие процесса карбонизации. Гидрат оксида кальция кристаллизуется тем быстрее, чем интенсивнее испаря¬ется вода, поэтому для твердения извести необходима положи¬тельная температура.

Воздушную известь широко применяют для приготовления строительных растворов в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для изготовления искусственных каменных мате¬риалов — силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобетонных блоков, а также в качестве покрасоч¬ных составов.

Транспортируют комовую известь навалом, защищая от увлажнения и загрязнения, а молотую — в специальных бумаж¬ных мешках или металлических закрытых контейнерах. Известко¬вое тесто перевозят в специально для этого приспособленных кузовах самосвалов. Известь негашеная должна храниться в за¬крытых складах, защищенных от попадания влаги. Гидратную известь можно хранить непродолжительное время в мешках и сухих складах. Молотую известь не следует хранить более 30 сут, так как она постепенно гасится влагой воздуха и теряет актив¬ность.

1) комовая известь

2) известков тесто, извест молоко

3) гидратная известь (пушенка)

4) молотая негашеная известь(кипелка)

Гидравлическая известь

Гидравлическая известь — продукт умеренного обжига при температуре 9ОО...11ОО°С мергелистых известняков, содержащих 6...20% глинистых примесей. При обжиге мергелистых известня¬ков после разложения углекислого кальция часть образующейся СаО соединяется в твердом состоянии с оксидами SiO2; A12O3; Fe2O3, содержащимися в минералах глины, образуя силикаты 2CaO-SiO2, алюминаты СаО-А12О3 и ферриты кальция 2CaO-Fe2O3, обладающие способностью твердеть не только на воздухе, но и в воде. Так как в гидравлической извести содержится в значи¬тельном количестве свободный оксид кальция СаО, то она, так же как и воздушная известь, гасится при действии воды, причем чем больше содержание свободной СаО, тем меньше ее способ¬ность к гидравлическому твердению.

Строительную гидравлическую известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка, при просеивании которого остаток частиц на сите № 008 не должен превышать 15%. Кроме гли¬нистых и песчаных примесей мергелистые известняки обычно содержат до 2...5% углекислого магния и другие примеси. Для производства гидравлической извести необходимо применять из¬вестняки с возможно более равномерным распределением гли¬нистых и других включателей, так как от этого в значительной степени зависит качество получаемого продукта.

Для характеристики химического состава сырья, содержаще¬го известняк и глину, а также готового вяжущего вещества обычно пользуются гидравлическим или основным модулем, ко¬торый для гидравлической извести составляет 1,7...9:

m=%Ca0/[%(Si02 + Al203 + Fe203)]

Различают гидравлическую известь двух видов:

слабогидрав¬лическую с модулем 4,5...9

сильногидравлическую с модулем 1,7...4,5.

Гидравлическая известь, затворенная водой, после предвари¬тельного твердения на воздухе продолжает твердеть и в воде, при этом физико-химические процессы воздушного твердения сочетаются с гидравлическими. Гидрат оксида кальция при испа-' рении влаги постепенно кристаллизуется, а под действием угле¬кислого газа подвергается карбонизации. Гидравлическое твер¬дение извести происходит в результате гидратации силикатов, алюминатов и ферритов кальция так же, как в портландцементе. Предел прочности образцов через 28 сут твердения должен быть не менее: для слабогидравлической и сильногидравлической со-ответственно при изгибе — 0,4 и 1,0 МПа и при сжатии — 1,7и 0,5 МПа.

Гидравлическая известь по химическому составу должна со¬ответствовать требованиям, указанным в табл. 5.7. Она должна выдерживать испытание на равномерность изменения объема. Гидравлическую известь применяют в тонкоизмельченном виде для приготовления строительных растворов, предназначенных для сухой или влажной среды, бетонов низких марок и т. д. Гидравлическая известь дает менее пластичные, чем воздушная, растворы, быстрее и равномернее твердеющие по всей толще стены и обладающие большей прочностью.

Романцемент

Получают обжигом не до спекания известняковых или магнезиальных мергелей содерд более 20% глины. Продукт обжига размалывают и получают гидравл вяжущие. Обр-ся алюминаты, ферриты и силикаты придающие гидравлич. св-ва.

Марки: М25, М50, М75

Портландцемент. Производство портландцемента, состав

• Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твер¬деющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм назы¬вается клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для регулирования сроков схватывания в обычных цементах марок 300...500 при помоле к клинкеру добавляют гипс не ме¬нее 1,0% и не более 3,5% от массы цемента в пересчете на ан¬гидрид серной кислоты SO3, а в цементах высокомарочных и быстротвердеющих — не менее 1,5% и не более 4,0%. Портландцемент выпускают без добавок или с активными минеральными

добавками.

Клинкер. Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов. Для производства портландцементного клинкера применяют известняк и глину. Известняк в основ¬ном состоит из двух оксидов: СаО и СО2, а глина — из различ¬ных минералов, содержащих в основном три оксида: SiO2, A12O3 и Fe2O3. В процессе обжига сырьевой смеси удаляется СО2, a оставшиеся четыре оксида: СаО, SiO2, Аl2Оз и Fe2O3 — образуют клинкерные минералы. Содержание оксидов в цементе примерно следующее: 64...67% СаО, 21...24% SiO2, 4...8% А12О3, 2...4%

Fe2O3.

Кроме указанных основных оксидов в портландцементном клинкере могут присутствовать MgO и щелочные оксиды К2О и Na2O, снижающие качество цемента. Оксид магния, обожжен¬ный при температуре около 1500°С, при взаимодействии с водой очень медленно гасится и вызывает появление трещин в уже за¬твердевшем растворе или бетоне, поэтому содержание оксида магния в портландцементе не должно быть более 5%. Наличие в цементе щелочных оксидов выше 1 % может вызвать разруше¬ние отвердевшего бетона на таком цементе.

Указанные выше основные оксиды находятся в клинкере не в свободном виде, а образуют при обжиге четыре основных ми¬нерала, относительное содержание которых в портландцементе следующее (%):

трехкальциевый силикат 3CaO-SiO2 (алит) — 45...60;

двухкальциевый силикат 2CaO-SiO2 (белит) —20...35;

трехкальциевый алюминат ЗСаО-А12Оз — 4...12;

четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО-А12Оз-Ре2Оз—10...18.

Сокращенное обозначение этих минералов следующее: C3S, C2S, C3A и C4AF.

• Алит (C3S) — основной минерал клинкера, быстро твердеет и практически определяет скорость твердения и нарастания проч¬ности портландцемента.

• Белит (P-C2S) —медленно твердеет и достигает высокой прочности при длительном твердении.

Содержание минералов-силикатов в клинкере в сумме состав¬ляет около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет свойства портландцемента. Оставшиеся 25% объема клинкера между кристаллами алита и белита заполнены кри¬сталлами СзА, C4AF, стекла и второстепенными минералами.

Трехкальциевый алюминат (СзА) Он очень быстро гидратирует и твердеет. Продукты гидратации имеют по¬ристую структуру и низкую прочность. Кроме того, СзА явля¬ется причиной сульфатной коррозии цемента, поэтому его содер¬жание в сульфатостойком цементе ограничено 5%.

• Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) —По скорости гидрата¬ции этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом и не оказывает определяющего значения на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.

Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5... 15%, которое в основном состоит из СаО, А12О3, MgO, K2O и Na2O.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной и обожженной сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободного оксида кальция СаО, так как пережженная при тем¬пературе около 1500°С известь, так же как и магнезия MgO, очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме, что может при¬вести к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

• Производство портландцемента. Сырье для производства портландцемента должно содержать 75...78% СаСОз и 22...25% глинистого вещества.. В качестве топлива применяют природный газ, сокращается использование каменного угля и мазута.

Технологический процесс производства портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига смеси и измельчения клинкера в тонкий порошок совместно с гипсом, а иногда с добавками.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный спо¬соб приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.

1. В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200°С испаряется влага; сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется. Перемещаясь, комья распа¬даются на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.

2. В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700°С выгорают органические примеси, из глиняных минера¬лов удаляется кристаллохимическая вода (при 450...500°С) и образуется безводный каолинит Al2O3*2SiO2. Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50...60% длины печи.

3. В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С; происходит диссоциация карбона¬тов кальция и магния с образованием свободных СаО и MgO. Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды SiO2, AI2O3, Fe2O3, которые вступают в химическое вза¬имодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-АЬОз, СаО-АЬОз и частично 2CaO-SiO2.

4. В зоне экзотермических реакций при температуре 1200... 1 300°С завершается процесс твердофазового спекания материа¬ла, образуются ЗСаО-А12О3, 4СаО-Al203-Fe203 и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное длянасыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.

5. В зоне спекания при температурах 1300...1450...1300°С проис¬ходит частичное плавление материала (20...30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO-SiO2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката. Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А12О3, 4СаО-Al2O3-Fe2O3 и MgO которая заканчивается в зоне охлаждения.

6. В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, СзА, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие. Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.

Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер посту¬пает в холодильник, где резко охлаждается движущимся на¬встречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холо¬дильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в те¬чение вылеживания она гасится влагой воздуха. На высокоме¬ханизированных заводах с четко организованным технологиче¬ским процессом качество клинкера оказывается настолько высо¬ким, что отпадает необходимость его вылеживания.

Помол клинкера совместно с добавками производят в труб¬ных многокамерных мельницах.

Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными мине¬ральными добавками в тонкий порошок производится преиму¬щественно в сепараторных установках, работающих по открыто¬му или замкнутому циклу.

Готовый портландцемент (с температурой 100°С и более) пневматическим транспортом направляется в силосы для охлаж¬дения. После этого его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный автомобильный, железнодорожный или водный транспорт.

Твердение портландцемента Технические хар-ки цемента

при затворении портланд¬цемента водой образуется пластичное клейкое цементное тесто, по¬степенно густеющее и переходящее в камневидное состояние.

При твердении портландцемента происходит ряд весьма слож¬ных химических и физических явлений. Типичными реакциями для твердения портландцемента и других вяжущих веществ являются реакции гидратации, проте¬кающие с присоединением воды. Они могут идти без распада основ¬ного вещества или сопровождаться его распадом (реакции гид¬ролиза) .

Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. Взаимодействие C3S с водой при комнатной температуре проис¬ходит при полной гидратации: .

2(3CaO-SiO2) + 6Н2О = 3CaO-2SiO2-3H2O + ЗСа(ОН)2

Поскольку жидкая фаза твердеющей системы быстро и пол¬ностью насыщается оксидом кальция, полагают, что вначале обра¬зуется гидросиликат кальция C2SH2, который по мере выделения извести в твердую фазу переходит в CSH(B). Этому способст¬вует также переход в раствор щелочей, снижающих в нем концен¬трацию извести.

Гидратация р = C2S в тех же условиях идет по приведенной схеме, причем известь выделяется в меньшем количестве.

Взаимодействие СзА с водой протекает с большей скоростью при температуре затворения 21 °С и значительном выделении тепла:

ЗСаО-А12О3 + 6Н2О = ЗСаО-А12О3-6Н2О

СзАНб является единственно устойчивым соединением из всех гидроалюминатов кальция.

Трехкальциевый алюминат при взаимодействии с водой в при¬сутствии двуводного гипса, гидратируясь при обычных температу¬рах, образует комплексные соединения, трисульфогидроалюминат кальция (эттринит)

ЗСаО-А12О3 + 3CaSO4-2H2O + 26Н2О = ЗСаО-А12О3-3CaSO4-32H2O

который предотвращает дальнейшую быструю гидратацию СзА за счет образования защитного слоя и замедляет (до 3...5 ч) первую стадию процесса твердения — схватывание цемента. Вместе с тем добавка гипса

Алюмоферритная фаза, представленная в обыкновенных портландцементах четырехкальциевым алюмоферритом (C4AF), В условиях гидратации портландцемента, т. е. насыщенного известью раствора, при нормальной температуре взаимодействуе с водой стехиометрически:

4CaO-Al2O3-Fe2O3 + 2Са(ОН)2 + ЮН2О = = ЗСаО-А12О3-6Н2О + 3CaO-Fe2O3-6H2O

В результате образуются весьма устойчивые смешанные кри¬сталлы Сз(АF)Нв.

Кроме описанных химических преобразований, протекающих при твердении цемента, большое значение имеют физические и физико-химические процессы, которые сопровождают химические реакции и приводят при затворении водой к превращению цемента сначала в пластичное тесто, а затем в прочный затвердевший камень.

В со¬временном представлении механизм и последовательность процес¬сов твердения могут быть представлены следующим образом. После добавления к цементу воды образуется раствор, который пересыщен относительно гидроксида кальция и содержит ионы Са2+, SOf~~, OH~, Na+, K+. Из этого раствора в качестве первич¬ных новообразований осаждаются гидросульфоалюминат и гид-роксид кальция. На этом этапе упрочнения системы не происходит, гидратация минералов носит как бы скрытый характер. Второй период гидратации (схватывание) начинается примерно через час с образованием вначале очень тонких кристаллов гидросилика¬тов кальция.

Гидросиликаты и гидросульфоалюминаты кальция растут в виде длинных волокон, пронизывающих жидкую фазу в виде мостиков, заполняющих поры. Образуется пористая матрица, которая постепенно упрочняется и заполняется продуктами гид¬ратации. В результате подвижность твердых частиц снижается и цементное тесто схватывается. Такая первая высокопористая с низкой прочностью структура, обусловливающая схватывание, состоит главным образом из продуктов взаимодействия с водой СзА и гипса.

В течение третьего периода (твердения) поры постепенно заполняются продуктами гидратации клинкерных минералов, происходит уплотнение и упрочнение структуры цементного камня в результате образования все большего количества гидросиликатов кальция.

В конечном виде цементный камень представляет собой неод¬нородную систему — сложный конгломерат кристаллических и коллоидных гидратных образований, непрореагировавших остат¬ков цементных зерен, тонкораспределенных воды и воздуха. Его называют иногда микробетоном.

Технические хар-ки цемента

Тонкость помола цемента характеризуется также величиной удельной поверхности (м2/кг), суммарной поверхностью зерем (м2) в 1 кг цемента. Удельная поверхность заводских цементов составляет 250...300 м2/кг. В ряде случаев с целью повышения активности заводского цемента и для получения быстротвердеющего цемента тонкость помола повышают. Условно считают, что прирост удельной поверхности цемента на каждые 100 м2/кг повышает его активность на 20...25%.

Увеличение удельной поверхности цемента более 300... 350 м2/кг связано со значительным снижением производительностильниц; кроме того, такие цементы увеличивают водопотреб¬ность, растет тепловыделение, возрастают усадочные деформации. Ф

Водопотребность цемента определяется количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения теста нормальной густоты. Водопотребность портландцемента 24...28%, при введении активных минеральных добавок осадочного проис¬хождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность повыша¬ется до 32...37%.

• Продолжительность хранения. Длительное хранение цемента Даже в самых благоприятных условиях влечет за собой некото¬рую потерю его активности. После 3 мес хранения потеря активности цемента может достигать 20%, а через год — 40%

Плотность - Ист=3,00–3,15; Нас=1,1–1,6 гр/см3

Тонкость помола. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отече¬ственными заводами, составляет при¬мерно 40 мкм. Заводские цементы должны иметь тонкость помола, характе¬ризуемую остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15%.

Удельная поверхность – составляет 2500-3000 см2/гр

Сроки схватывания - начало( игла прибор Вика не доходит до дна 1-2 мм) – не ранее 45 мин; конец(игла опускается не более чем на 1-2 мм) – не позднее 10 часов

Структура цементного камня

Отвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и гелеобразных масс, имеющих частицы коллоидных размеров. Неоднородность струк¬туры цементного камня усиливается и тем, что в нем содержатся зерна цемента, не полностью прореагировавшие с водой.

Цементный камень включает продукты гидротации цемента: 1) гель гидросиликата кальция облад-е св-ми коллоидов; 2)относительно крупные кристаллы гидроокиси кальция(до 36%); 3) непрореагировавшие зерна; 4) поры геля (капиллярные поры и воздушные поры)

В цементе всегда находится вода (хим связанная, физико-химич вода, физико-механич вода) удаляется прокаливанием или высушиванием

Расширение и растрескивание цементного камня могут выз¬вать также свободные СаО и MgO, присутствующие в цементе при низком качестве обжига. Гашение их сопровождается значи¬тельным увеличением в объеме, и продукты этого гашения разрывают цементный камень. О таком цементе говорят, что он не отвечает требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема при твердении.

• Прочность портландцемента. Согласно ГОСТ 10178—85, проч¬ность портландцемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов балочек 40X40X160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из раствора состава 1;3 (по массе) с нормальным песком при водоцементном отношении 0,4 и испытанных через 28 сут; образцы в течение этого времени хранят во влажных условиях при температуре (20±2)°С.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.

Для приготовления образцов применяют чистый кварцевый песок постоянного зернового и химического составов, что позво¬ляет исключить влияние качества песка на прочность цемента и получить сравнимые результаты. Прочность портландцемента нарастает неравномерно: на третий день она достигает примерно 40...50% марки цемента, а на седьмой — 60...70%. В, последую¬щий период рост прочности цемента еще более замедляется, и на 28-день цемент набирает марочную прочность. Однако при благоприятных условиях твердение портландцемента может продолжаться месяцы и даже годы, в 2 .3 раза превысив марочную (28-суточную) прочность. Можно считать, что в среднем прирост прочности порт¬ландцемента подчиняется логарифми¬ческому закону (рис. 5.10).

Теоретический предел прочности це¬ментного камня при сжатии очень ве¬лик, составляет более 240...340 МПа. Практически при формовании бетонов прессованием была получена прочность 280 МПа и более.

Прочность цементного камня и ско¬рость его твердения зависят от мине¬ралогического состава клинкера, тон¬кости помола цемента, содержания воды, влажности, темпера¬туры среды и продолжительности хранения.

• Влияние минералогического состава на прочность портланд¬цемента. Процесс нарастания прочности клинкерных минералов портландцемента различен. Наиболее быстро набирает прочность трехкальциевый силикат: за 7 сут твердения он набирает около 70% от 28-суточной прочности (рис, 5.11), дальнейшее нараста¬ние прочности у C3S значительно замедляется

Другая картина твердения духкальциевого силиката. В на¬чальный период твердения (до 28-суточного возраста) C2S набирает всего до 15% прочности C3S, но и в последующий период твердения двухкальциевый силикат начинает повышать свою прочность и в какой-то период достигает и даже может превысить прочность C3S. Это явление объясняется тем, что трехкальциевый силикат гидратирует быстрее, чем двухкальци¬евый. К 28-суточному возрасту гидратации C3S почти заканчи: вается, а гидратация C2S к этому времени начинает развиваться. Поэтому при необходимости получить бетон высокой прочности в короткие сроки применяют цемент с большим содержанием трехкальциевого силиката — так называемый алитовый цемент, и, наоборот, если требуется высокая прочность в более позднее время (например, в гидротехнических сооружениях), то можно применять белитовый цемент. Трехкальциевыд алюминат сам по себе имеет низкую прочность, однако значительно уско. ряет твердение цемента в начальный период. Этим свойством СзА пользу. ются, получая быстротвердеющий портландцемент. По минералогическо¬му составу он отличается высоким со-держанием С3А и C3S (около 60...70%, в том числе до 10% СзА).

• Тонкость помола. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отече¬ственными заводами, составляет при¬мерно 40 мкм. Толщина гидратации зерен через 6... 12 мес твердения обыч¬но не превышает 10...15 мкм (табл. 5.10). Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30...40% клинкерной части его не участвует в твердении и формировании структуры камня. С увеличением тонкости помола цемента увеличивается степень гидратации цемента, возрастает содержание клеящих веществ — гидратов минералов — и повышается прочность цементного кам¬ня. Заводские цементы должны иметь тонкость помола, характе¬ризуемую остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15%. Обычно она равна 8...12%.

• Стойкость цементного камня. Бетон в инженерных сооруже¬ниях в процессе эксплуатации может быть подвержен агрессив¬ному воздействию внешней среды: пресных и минерализованных вод, совместному действию воды и мороза, попеременному ув¬лажнению и высушиванию. Среди компонентов бетона цемент¬ный камень наиболее подвержен развитию коррозионных про¬цессов. Для того чтобы бетон стойко сопротивлялся агрессив¬ному воздействию внешней среды, цементный камень должен быть коррозие-, морозо- и атмосферостойким.

• Морозостойкость. Совместное попеременное действие воды и мороза влечет за собой разрушение бетонных сооружений. При отрицательных температурах вода, находящаяся в порах цемент¬ного камня, превращается в лед, который увеличивается в объ¬еме примерно на 9% по сравнению с объемом воды. Лед давит на стенки пор и разрушает их.

Морозостойкость цементного камня зависит от минералогиче¬ского состава клинкера, тонкости помола цемента и водоцемент-ного отношения. До определенной тонкости помола (5000... 6000 см2/г) морозостойкость цемента увеличивается, но при дальнейшем возрастании тонкости помола морозостойкость па¬дает. Это объясняется пористой структурой новообразований цемента сверхтонкого измельчения.

Присутствие в цементе в значительном количестве активных минеральных добавок отрицательно влияет на морозостойкость цементного камня вследствие высокой пористости их и низкой морозостойкости продуктов взаимодействия добавок с компонен¬тами цементного камня. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, поэтому его содержание в цементе дЛя морозостойких бетонов не должно превышать 5...7%.

Увеличение водоцементного отношения понижает морозостой¬кость цементного камня вследствие повышения его пористости. Таким образом, для увеличения морозостойкости бетона необ¬ходимо применять цементы с низким содержанием С3А, с мини¬мальным содержанием активных минеральных добавок и исполь¬зовать бетонные смеси с возможно меньшим водоцементным отношением, тщательно уплотняя смесь при укладке.

Значительно повышают морозостойкость бетона поверхност¬но-активные добавки (СДБ, мылонафт). Пластифицирующие до¬бавки СДБ существенно снижают водопотребность бетонных смесей при сохранении заданной подвижности и тем самым уменьшают пористость цементного камня. Некоторые гидрофоби-зующие добавки обладают воздухововлекающей способностью (пузырьки воздуха в бетонной смеси амортизируют давление льда), повышают однородность структуры цементного камня (придают водоотталкивающие свойства) и гидрофобизуют стен¬ки пор и капилляров, увеличивая тем самым сопротивляемость цементного камня действию воды.

Способы ускорения гидротации и твердения

Факторы влияющие на скороть гидротации:

1. состав и структура клинкера

2. тонкость помола

3. хим. добавки

4. температура

5. среда в которой происх твердение

Влияние влажности и температуры среды. Твердение цемент¬ного камня и повышение его прочности могут продолжаться только при наличии в нем воды, так как твердение есть в первую очередь процесс гидратации.

Большое влияние на рост прочности цементного камня оказы¬вают влажность и температура среды. Скорость химических ре¬акций между клинкерными минералами и водой увеличивается с повышением температуры, а также значительно возрастает скорость уплотнения продуктов гидратации цемента. Твердение цементного камня на практике может происходить в широком диапазоне температур: нормальное твердение — при температуре 15...20°С, пропаривание — 8О...9О°С, автоклавная обработка — до 170...200°С, давление пара — до 0,8...1,2 МПа и твердение — при отрицательной температуре. Наиболее быстрый рост прочно¬сти цементного камня происходит при пропаривании под давле¬нием в автоклавах, при этом бетон через 4...6 ч приобретает марочную прочность.

В условиях пропаривания при нормальном давлении тверде¬ние бетона происходит примерно в 2 раза медленнее, чем в авто¬клавах. Бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при температуре до 100°С, в большинстве случаев приобретают только 70% проектной прочности и лишь иногда достигают 100%. Дальнейший рост их прочности, как правило, не наблю¬дается.

Твердения портландцементного камня при отрицательных температурах не происходит, так как вода превращается в лед. Однако за счет добавки СаСl, NaCl или их смеси бетон все же набирает прочность. Добавление к цементу электролитов СаСl, NaCl в количестве 5% и более от массы цемента повышает концентрацию растворенных веществ в воде и понижает темпе¬ратуру ее замерзания. Кроме того, хлористые соли являются ускорителями твердения цемента. Однако применение этих солей в количестве более 2% в железобетонных конструкциях не реко¬мендуется из-за возможной коррозии арматуры. В последнее время в качестве противоморозной добавки используют нитрит натрия NaNO2.

Коррозия цементного камня

в водных условиях по ряду веду¬щих признаков может быть разделена на три вида:

1 вид коррозии — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей. Наи¬более растворимой является гидроксид кальция, образующийся при гидролизе трехкальциевого силиката. Растворимость Са(ОН)2 невелика (1,3 г СаО на 1 л при 15°С), но из цементного камня в бетоне под воздействием проточных мягких вод количество растворенного и вымытого Са(ОН)2 непрерывно растет, цемент¬ный камень становится пористым и теряет прочность. Следует отметить, что Са(ОН)2 хорошо растворяется в водах, которые содержат в незначительном количестве катионы кальция и маг¬ния в виде бикарбонатов Са(НСО3)2 и Mg(HCO3)2, придающих воде временную жесткость.

Несколько предохраняет от данного вида коррозии защитная корка из углекислого кальция, образующаяся на поверхности бетона в результате реакции между гидроксидом кальция и угле¬кислотой воздуха

Са (ОН) 2 + СО2 = СаСОз + Н2О

Растворимость СаСОз в воде почти в 100 раз меньше раство¬римости Са(ОН)2- Однако существенное повышение стойкости цементного камня в пресных водах достигается введением в це¬мент гидравлических добавок. Они связывают Са(ОН)г в мало¬растворимое соединение — гидросиликат кальция: CO

Следующей мерой защиты бетона от I вида коррозии являет¬ся применение цемента, выделяющего при своем твердении мини¬мальное количество свободной Са(ОН)2- Таким цементом является белитовый, содержащий небольшое количество трехкальцие¬вого силиката.

II вид коррозии — разрушение цементного камня водой, со¬держащей соли, способные вступать в обменные реакции с со¬ставляющими цементного камня. При этом образуются продук¬ты, которые либо легкорастворимы и уносятся фильтрующей через бетон водой, либо выделяются в воде аморфной массы, не обладающей связующими свойствами. В результате таких преобразований увеличивается пористость цементного камня и, следовательно, снижается его прочность.

Наиболее характерны среди упомянутых обменных реакций те, которые протекают под действием хлористых и сернокислых солей. Сернокислый магний, взаимодействуя с Са(ОН)г цемент¬ного камня, образует гипс и гидроксид магния — аморфное ве¬щество, не обладающее связностью и легко вымывающееся из бетона:

Са (ОН) 2 + MgSO4 + 2Н2О = CaSO4 • 2Н2О + Mg (ОН) 2

Между MgCl2 и Са(ОН)г протекает реакция

Са (ОН) 2 + MgCl2 = СаС12 + Mg (ОН) 2

Образовавшийся хлористый кальций хорошо растворяется в воде и уносится фильтрующей водой.

Коррозия цементного камня водами, содержащими свободные углекислоту и ее соли, происходит в такой последовательности. Вначале растворенная углекислота взаимодействует с Са(ОН)2

Са (ОН) 2 + СО2 == СаСОз + Н2О

и образуется труднорастворимый углекислый кальций, что поло¬жительно сказывается на сохранности бетона. Однако при вы¬соком содержании в воде СОг углекислота действует разрушаю¬ще на цементный камень вследствие образования легкораство¬римого бикарбоната кальция:

СаСОз + СО2+ Н2О = Са(НСО3)2

Приведенные реакции, схематически характеризующие разру¬шение цементного камня под действием воды, содержащей рас¬творенные соли, показывают, что основной причиной этого раз-Рушения является содержание в цементном камне (бетоне) сво¬бодного гидроксида кальция Са(ОН)2. Если же ее связать в Другое труднорастворимое соединение, сопротивление бетона коррозии II вида должно возрасти. Это и имеет место при ис¬пользовании активных минеральных добавок.

К III виду коррозии относятся процессы, возникающие под Действием сульфатов. В порах цементного камня происходит отложение малорастворимых веществ, содержащихся в воде, или продуктов взаимодействия их с составляющими цементного кам¬ня. Их накопление и кристаллизация в порах вызывают значи-

тельные растягивающие напряжения в стенках пор и привод^ к разрушению цементного камня.

Характерным видом сульфатной коррозии цементного камня является взаимодействие растворенного в воде гипса с трехкаль-циевым гидроалюминатом:

ЗСаО • А12О3 • 6Н2О + 3CaSO4 + 25H2O -*--+? ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • 31Н2О

При этом образуется труднорастворимый гидросульфоалюми-нат кальция, который, кристаллизуясь, поглощает большое коли¬чество воды и значительно увеличивается в объеме (примерно в 2,5 раза), что оказывает сильное разрушающее действие на цементный камень.

В результате реакции образуются кристаллы в виде длинных тонких игл, напоминающих под микроскопом некоторые бацил¬лы. Имея такое внешнее сходство и разрушающее действие на цементный камень, гидросульфоалюминат кальция получил на¬звание «цементная бацилла». Цемент с низким содержанием трехкальциевого алюмината должен обладать повышенной суль-фатостойкостью.

Исключить или ослабить влияние коррозионных процессов при действии различных вод можно конструктивными мерами, путем улучшения технологии приготовления бетона и применения цементов определенного минералогического состава и необходи¬мого содержания активных минеральных добавок.

Используя конструктивные меры, предотвратить действие воды на бетонную конструкцию возможно путем устройства гид¬роизоляции, водоотводов и дренажей. Повышение водостойкости бетона технологическими средствами достигается интенсивным уплотнением бетона при укладке или формовании, использова¬нием бетонных смесей с минимальным водоцементным отноше¬нием, с тщательно подобранным зерновым составом заполни¬телей.

Роль активных минеральных добавок (трепела, опоки, диато¬мита, доменных гранулированных шлаков) в повышении водо¬стойкости портландцемента рассмотрена ранее.

Специальные виды цемента(НАЧАЛО)!

• Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — портландце¬мент с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 сут твердения. Его выпускают М400 и 500. БТЦ обладает более интенсивным, чем обычный, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается путем более тонкого помола цемента (до удельной поверхности 3500... 4000 см2/г), а также повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (6О...65%). В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента. БТЦ применяют в производстве железобетонных конструкций, а также при зимних бетонных работах. Ввиду повышенного тепловыде¬ления его не следует использовать в массивных конструкциях.

• Сульфатостойкий портландцемент применяют для получения бетонов, работающих в минерализованных и пресных водах. Его получают из клинкера нормированного минералогического соста-ва. Содержание C3S не более 50%, СзА не более 5% и сумма СзА-С4АР не более 22%. Введение инертных и активных мине¬ральных добавок не допускается. Этот цемент, являясь по суще¬ству белитовым, обладает несколько замедленным твердением в начальные сроки и низким тепловыделением. Сульфатостойкий портландцемент выпускают М400. Остальные требования к нему предъявляются такие же, как и к портландцементу. Сульфатостойкий портландцемент используют для получения бетонов, на¬ходящихся в минерализованных и пресных водах.

• Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками выпускают М400 и 500. В качестве минеральной добавки вводят 10...20% от массы цемента гранулированный доменный шлак или электротермофосфорный шлак или 5... 10% активных минераль¬ных добавок осадочного происхождения (кроме глиежа). Клинкер для производства этого цемента не должен содержать соответ¬ственно более 5% СзА и MgO, а сумма С3А и C4AF не должна превышать 22%.

• Сульфатостойкий шлакопортландцемент выпускают М300 и 400. Его получают путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака в количестве 21...60% и небольшого количества гипса. В этом цементе содержание в клинкере СзА ограничивается до 8%, MgO — до 5%.

• Пуццолановый портландцемент выпускают М300 и 400. Его получают путем совместного помола клинкера и 25...40% от мас¬сы цемента активных минеральных добавок и гипсового камня. Клинкер для пуццоланового цемента не должен содержать бо¬лее 8% СзА и не более 5% MgO. В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента.

• Белый портландцемент получают из сырьевых материалов, имеющих минимальное содержание окрашивающих оксидов (же¬леза, марганца, хрома). В качестве сырьевых материалов исполь¬зуют «чистые» известняки или мраморы и белые каолиновые глины, а в качестве топлива — газ или мазут, не загрязняющие клинкер золой. Помол цемента производят более тонкий: остаток на сите с сеткой № 008 должен быть не более 12%. Основным свойством белого цемента, определяющим его качество как деко¬ративного материала, является степень белизны. По этому пока¬зателю белый цемент разделяют на три сорта: I, II и III. По прочности белый цемент выпускают М400 и 500. Портландцемент высшей категории качества должен обладать стабильными пока¬зателями прочности при сжатии, коэффициент вариации прочно¬сти портландцемента М400 не более 5%, а М500 не более 3%-Начало схватывания белого цемента должно наступать не ра¬нее 45 мин, конец — не позднее 12 ч.

• Цветные портландцементы получают путем совместного помо¬ла клинкера белого цемента со свето- и щелочестойкими мине¬ральными красителями: охрой, железным суриком, ультрамари¬ном, оксидом хрома, сажей.

Белые и цветные цементы применяют для изготовления цвет¬ах бетонов, растворов отделочных смесей и цементных красок.

Тампонажный портландцемент изготовляют измельчением портландцементного клинкера, гипса с добавками или без них. Тампонажные цементы на основе портландцементного клинкера по вещественному составу в зависимости от содержания и вида добавок подразделяются на: тампонажный портландцемент без¬добавочный, тампонажный портландцемент с минеральными до¬бавками и тампонажный портландцемент со специальными до¬бавками, регулирующими свойства цемента. Тампонажные це¬менты применяют для цементирования нефтяных газовых и спе¬циальных скважин

Цементы с минеральными добавками

К этой группе гидравлических вяжущих веществ принадле¬жат цементы, получаемые совместным помолом портландцемент¬ного клинкера и активной минеральной добавки или тщательным смешиванием указанных компонентов после раздельного измель¬чения каждого из них. В зависимости от вида исходного вяжу¬щего компонента и добавки цементы с активными минеральными добавками делят на пуццолановые и шлакопортландцементы. * Активными минеральными (гидравлическими) добавками на¬зывают природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с известью-пушонкой и затворении водой придают ей гидравлические свойства, а при смешивании с портландцементом повышают его водостойкость. Гидравлические добавки в порошкообразном состоянии, будучи смешаны с. водой, самостоятельно не затвердевают. Активные минеральные добавки подразделяют на природные и искусствен¬ные (табл. 5.11).

Шлаковые цементы

* Шлаковые цементы являются разновидностью цементов с ак¬тивными минеральными добавками, в которых последние пред¬ставлены доменными гранулированными шлаками. Способность этих шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет получать шлаковый цемент по качеству выше, чем пуццолановый (с другими видами активных минеральных добавок).

• Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при совместном измельчении портландце-ментного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса или путем тщательного смешения раздельно измельченных тех же компонентов.

• Быстротвердеющий шлакопортландцемент в отличие от щлакопортландцемента характеризуется более интенсивным нарастанием прочности в начальный период. Для получения быстро, твердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстро, твердеющего цемента и доменные шлаки высокой активности

Быстротвердеющий шлакопортландцемент эффективно приме-; няют в производстве железобетонных изделий, подвергающихся тепловлажностной обработке.

• Гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ). Это вяжущее получают тщательным смешиванием 50..70% полуводного у гипса с 15...25% портландцемента и 1О...25% активной мине-оальной добавки, содержащей кремнезем в активной форме диатомит, трепел, опока, активные вулканические породы, гли¬ны, обожженные при 600...700°С, и т. п. Получаемые вяжущие вещества относятся к гидравлическим.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.применяют для приго¬товления оснований полов, панелей для внутренних сген, для Изготовления еанитарно-технических кабин и других изделий. Прокатные панели основания пола изготовляют из бетона на ГЦПВ с плотностью 1300 кг/м3 и пределом прочности при сжатии не менее 7 МПа. Панели армируют деревянным карка¬сом. Эти панели относятся к категории «теплых». ПРОДОЛЖЕНИЕ!

Специальные виды цемента(КОНЕЦ)!

• Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преоблада¬нием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция.

Глиноземистый цемент производят трех марок: 400, 500 и 600.

В состав клинкера цемента входят низкоосновные алюмина¬ты, при этом главной составной частью является однокальцие-вый алюминат СаО-А12Оз. При затворении порошка глинозе¬мистого цемента водой образование пластичного теста, последую¬щее его уплотнение и твердение протекают аналогично обыкно¬венному портландцементу. Однокальциевый клюминат при взаи¬модействии с водой гидратируется, образуя в конечном итоге двухкальциевый восьмиводный гидроалюминат 2СаО-А12Оз-8Н2О и гидрат оксида алюминия.

В дальнейшем происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации. Уплот¬нение и кристаллизация геля глиноземистого цемента протекают очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание проч¬ности. Примерно через 5...6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более от марочной, через сутки тверде¬ния— выше 90%, а в 3-суточном возрасте — марочной проч¬ности.

Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватыва¬ния его должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее 12 ч.

Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого це¬мента являются влажные условия и нормальная температура (20±5)°С. Нарастание прочности цемента в условиях темпера¬туры выше 25°С уменьшается. Возможны даже падение достиг¬нутой прочности и разрушение бетона в результате перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трехкальциевый. Это называют болезнью глиноземистого цемента.

Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо- и морозо¬стойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются в щелочных водах. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плот¬ностью, что и определяет их высокую морозостойкость. Повы¬шению плотности способствует гель гидрата оксида алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, ко¬торый имеет плотное строение.

Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рациональ¬но используются его специфические свойства, например при сроч¬ных восстановительных работах (ремонт плотин, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использова¬ние для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на пред¬приятиях пищевой промышленности, на травильных и красиль¬ных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей. Глиноземистый цемент по сравнению с другими вяжущими обла¬дает стойкостью против действия высоких температур (1200... 1400°С и выше), что позволяет использовать его для изготовле¬ния жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов.

Расширяющийся цементы

К этой группе вяжущих относятся цементы, несколько увели¬чивающиеся в объеме при твердении во влажных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе.

• Водонепроницаемый расширяющийся цемент представляет со¬бой быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое помолом или смешением в шаро¬вой мельнице тонко измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного алюмината кальция. Высокоосновный алюми¬нат кальция (4СаО-АЬОз) получают гидротермической обработ¬кой в течение 5...6 ч при температуре 12О...15О°С смеси глино¬земистого цемента с известью (1:1), затворенной 30% воды. По¬лученный продукт высушивают и измельчают. Начало схваты¬вания цемента не ранее 4 мин, а конец—не позднее 10 мин. Схватывание можно замедлить добавкой СДБ, уксусной кислоты и буры. Линейное расширение через 1 сут твердения цемента должно быть не менее 0,2% и не более 1%. Применяют водоне¬проницаемый расширяющий цемент при восстановлении разру¬шенных бетонных и железобетонных конструкций, для гидроизо¬ляции туннелей, стволов шахт, в подземном и подводном строи¬тельствах, при создании водонепроницаемых швов.

• Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент является быстротвердеющим гидравлическим вяжущим, получаемым путем совместного тонкого помола или смешения высокоглиноземис¬того клинкера или шлака и природного двуводного гипса. Приме¬няют гипсоглиноземистый цемент для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для зачеканки швов, гидроизоляции шахт.

• Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом портландцементного клинкера — 58...63%, глиноземистого шлака или клинкера — 5...7%, гипса— 7...10% и гранулированного до¬менного шлака или другой активной минеральной добавки — 23...28%. РПЦ быстро твердеет в условиях кратковременного пропаривания, обладает высокой плотностью и водонепроницае¬мостью во влажной среде в течение 3 сут твердения, способно¬стью расширяться.

• Напрягающий цемент (НЦ) при затворении водой сначала твердеет и набирает прочность, а в последующее время расши¬ряется и напрягает железобетон. Этот цемент получен В. В. Ми¬хайловым. Он состоит из 65...75% портландцемента, 13...20% глиноземистого цемента и 6... 10% гипса; его удельная поверх¬ность не менее 3500 см2/г, начало схватывания не ранее 30 мин и конец — не позднее чем через 4 ч после затвердения. НЦ быст¬ро твердеет, прочность при сжатии через 1 сут должна быть не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа. Применяют самонапрягающий цемент для изготовления напорных труб, резервуаров для воды, хранения бензина, спортивных соору¬жений.

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного держанием поверхностно-активной гидрофобизующей добавки: мылонафта, асидола, асидол-мылонафта, олеиновой кислоты или окислительного петролатума, нафтеновой кислоты и ее соли, син¬тетических жирных кислот и их кубовых остатков, кремнийорга-нических полимеров и др. Эти вещества вводят в количестве О 1 ...0,2% от массы цемента в расчете на сухое вещество до¬бавки. Гидрофобизующие добавки образуют на зернах цемента тонкие (мономолекулярные) пленки, уменьшающие способность цемента смачиваться водой. Такой цемент, находясь во влажных условиях, сохраняет активность и не комкуется. В то же время в процессе перемешивания бетонной смеси адсорбционные пленки сдираются с поверхности цементных зерен и не препятствуют нормальному твердению цемента. В процессе приготовления бето¬нов некоторые гидрофобизующие добавки вовлекают в бетонную смесь большое количество мельчайших пузырьков воздуха — до 30...50 л на 1 м3 бетонной смеси (3...5% по объему). Вовле¬ченный воздух или, если нет добавочного воздухововлечения, адсорбционные слои, активные в смазочном отношении, улучша¬ют подвижность и удобоукладываемость смеси, а наличие в отвердевшем бетоне мельчайших замкнутых пустот способствует повышению морозостойкости бетона. Гидрофобный цемент отли¬чается и более высокими водостойкостью и водонепроницае¬мостью.