Строительные материалы .ру

Расширяющийся портландцемент (РПЦ),напрягающий цемент (НЦ)

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают из (% по массе): портландцементного клинкера — 58...63, высокоглиноземистого доменного шлака — 5...7, двуводного гипса — 7...10 и активной минеральной добавки — 20...25, которые совместно размалывают в тонкий порошок— цемент. РПЦ характеризуется более быстрым нарастанием прочности, чем портландцемент, особенно при кратковременном пропаривании изделий, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня до 1,2 МПа и более. Применяют РПЦ там же, где и другие расширяющиеся цементы, а также в производстве сборных железобетонных изделий, что позволяет сократить время тепловой обработки до 4...6 ч.
Напрягающий цемент (НЦ) изготовляют на основе клинкеров портландцемента (65...70%) и глиноземистого цемента (16...20%) с добавлением двуводного гипса (14...16%) путем совместного помола до удельной поверхности не менее 3500 см2/г.
Напрягающий цемент быстро схватывается (через 2...7 мин) и быстро твердеет, приобретая через сутки нормального твердения прочность до 20 МПа. Характерной особенностью этого цемента являются не только значительная величина, но и большая энергия расширения, обеспечивающие самонапряжение камня до 3...4 МПа. Это свойство НЦ позволяет использовать его для изготовления так называемых самонапряженных железобетонных конструкций, в которых натяжение арматуры возникает при расширении твердеющего цемента. При этом арматура может получить двух- и трехосное напряжение, чего трудно добиться обычными приемами натяжения арматуры.
Напрягающий цемент рекомендуется применять для изготовления напорных труб и других тонкостенных железобетонных изделий и конструкций с напряженной арматурой.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ),водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ)

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получают смешиванием или совместным помолом глиноземистого цемента (70%), полуводного гипса (20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция (10%).

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ) состоит из тех же компонентов, что и ВРЦ, но взятых в других соотношениях. Эти цементы быстро схватываются (начало схватывания — несколько минут, конец — не позднее 5... 10 мин) и быстро твердеют, достигая к 3 сут 60...80 %-ной марочной прочности. Они образуют цементный камень высокой водонепроницаемости (выдерживает давление воды до 0,7 МПа), за что и получили второе название водонепроницаемых цементов. Водонепроницаемые расширяющиеся и безусадочные цементы применяют для заделки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных труб, стыков и трещин в бетонных и железобетонных конструкциях, подливок под машины и фундаментных болтов и т. п. Нельзя применять эти цементы в конструкциях, эксплуатируемых в среде с недостаточной влажностью или при температуре более 80 °С.

Расширяющиеся и безусадочные цементы

Твердение всех гидравлических вяжущих веществ в воздушной среде сопровождается уменьшением объема цементного камня (усадкой). Усадочные деформации могут привести к образованию трещин в бетонах, что нарушает монолитность конструкций и снижает их долговечность. Для расширяющихся и безусадочных цементов характерно равномерное приращение объема цементного камня в начальный период твердения, что компенсирует, усадочные явления. Линейное расширение у расширяющихся цементов обычно составляет 0,3... 1 %, у безусадочных — 0,01...0,1 %.
Многочисленные виды расширяющихся цементов, в разработку которых большой вклад внесли советские ученые (В. В. Михайлов, Б. Г. Скрамтаев, И. В. Кравченко, П. П. Будников и др.), представляют собой смешанные цементы, состоящие из основного вяжущего вещества (глиноземистый или портландцемент) и компонентов, обеспечивающих увеличение объема цементного камня в начальный период твердения (в большинстве случаев гипс, высокоосновные гидроалюминаты кальция, глиноземистые шлаки).
В процессе твердения цементов образуется трехсуль-фатный   гидросульфоалюминат   кальция •3CaS04- (31...32)H20 и возникает связанный с этим эффект расширения.
Наибольшее применение в нашей стране нашли следующие расширяющиеся цементы: на основе глиноземистого цемента — водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), водонепроницаемый безусадочный цемент (ВВЦ), гипсоглиноземистый цемент; на основе портландцемента— расширяющийся портландцемент (РПЦ), а на основе портландцемента и глиноземистого цемента— напрягающий цемент (НЦ).

Свойства и применение глиноземистого цемента

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 не более 30 %. Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4—81, через 3 сут 400, 500, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало—не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч.
Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивающей коррозии, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде,растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей.

Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.
Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1 %! от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т. п.
На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

Состав и особенности твердения глиноземистого цемента

Основным минералом глиноземистого цемента как по количественному содержанию, так и по вяжущим свойствам является однокальциевый алюминат СаО-Аl2O3(СА). В сравнительно небольших количествах в нем содержатся другие низкоосновные алюминаты кальция (5Са0-ЗА1203 и Са0-2Аl2O3). Силикаты кальция обычно представлены небольшим количеством белита 2CaO-Si02.
Процесс твердения глиноземистого цемента протекает по схеме, аналогичной твердению портландцемента.Главный минерал глиноземистого цемента — однокальциевый алюминат, реагируя с водой, вначале образует СаО-•А1203-10Н2О(САН10), который сравнительно быстро (в течение нескольких часов) переходит в гель, не обладающий существенной прочностью. В этот период происходит схватывание глиноземистого цементя.''приблизительно с такой же скоростью, как и у портландцемента.

Получающийся гель десятиводного гидрата (САН10) неустойчив и, кристаллизуясь, быстро переходит в более устойчивый 2СаО-А]203-8Н20(С2АН8) в кристаллической форме с одновременным выделением гидроксида алюминия в виде гелевидной массы.
Твердение глиноземистого цемента протекает настолько интенсивно, что уже через сутки достигается около 90 % конечной прочности, рост которой к 3 сут практически завершается.
Глиноземистый цемент образует цементный камень высокой плотности, пористость которого почти в 2 раза меньше, чем портландцементного. Это связано с тем, что при твердении он химически связывает воды примерно в 2 раза больше, чем портландцемент, а промежутки между кристаллами двухкальциевого гидроалюмината заполнены гидроксидом алюминия, который имеет плотное строение.
Глиноземистый цемент приобретает и длительно сохраняет высокую прочность только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах. Если же температура превысит 25...30°С, то происходит перекристаллизация двухкальциевого гидроалюмината (С2АН8) в трехкальциевый гидроалюминат (С3АН6), сопровождающаяся уменьшением объема новообразований примерно на 25...30 % и возникновением вредных напряжений в цементном камне, влекущих снижение прочности в 2...3 раза.
Твердение глиноземистого цемента сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через 1 сут 70...80 % полной экзотермии. Поэтому глиноземистый цемент нельзя применять в условиях жаркого климата и при тепловлажностной обработке изделий, и при бетонировании массивных  конструкций.

Сырье и производство

Глиноземистый цемент — гидравлическое вяжущее вещество, обеспечивающее получение цементного камня высокой прочности в очень короткие сроки (1...3 сут). Этот цемент иногда называют алюминатным, так как в его составе преобладают низкоосновные алюминаты кальция (80...85%).
Сырьем для производства глиноземистого цемента служит смесь пород с высоким содержанием глинозема, чаще бокситов (А120з-nН20) и известняков или извести, а также и более дешевое сырье — алюминиевые шлаки и материалы, получаемые обжигом высокоглиноземистых глин.
Глиноземистый цемент изготовляют плавлением сырьевой смеси в электрических печах, вагранках, конверторах при температуре выше 1500°С. Реже применяют обжиг до спекания при температуре около 1300°С во вращающихся печах или на агломерационной ленте.
Получившийся сплав или клинкер охлаждают и размалывают в порошок, как и при производстве портландцемента. Сплав и клинкер глиноземистого цемента отличаются высокой твердостью. Поэтому глиноземистый цемент трудно размалывается, требует высокого расхода электроэнергии, вызывает сравнительно быстрый износ мелющего оборудования. Это является одной из причин его высокой стоимости (он в несколько раз дороже портландцемента).

Другие вяжущие с активными минеральными добавками

Кроме портландцементов с активными минеральными добавками в сравнительно небольших количествах изготовляют гидравлические вяжущие вещества на основе активных минеральных добавок и извести и гипса, тонко размалывая их совместно или раздельно, а затем смешивая. Таким путем получают известково-шлаковые, гипсо-шлаковые, известково-пуццолановые, известково-зольные и другие вяжущие. Вещественный состав этих вяжущих зависит от вида и активности минеральной добавки и условий применения вяжущего. Гидравлическое твердение обусловлено взаимодействием извести и гипса с активными составляющими гранулированных доменных шлаков (низкоосновные силикаты и алюминаты кальция) или минеральных добавок (активный кремнезем) с образованием относительно прочных и водостойких гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.
Эти вяжущие характеризуются замедленным твердением и значительно меньшими марками по прочности и морозостойкости, чем портландцемент и его разновидности. Рациональное их применение, когда не требуется высокая прочность бетонов и растворов, приводит к экономии клинкерных цементов. Особенно целесообразно их использовать при изготовлении сборных изделий в автоклаве.

Усадка и набухание шлакопортландцемента,жаростойкость бетонов на шлакопортландцементе

Усадка и набухание шлакопортландцемента приблизительно такие же, как и у портландцемента. Воздухостойкость шлакопортландцемента выше, чем пуццоланового портландцемента, но уступает портландцементу.
Жаростойкость бетонов на шлакопортландцементе значительно выше, чем на портландцементе. Это объясняется главным образом пониженным содержанием в них свободного гидроксида кальция и наличием шлаков.
Вследствие меньшего содержания клинкерной части в пуццолановом и шлакопортландцементах их себестоимость ниже, чем портландцементов той же марки.
Пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент применяют для массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин, шлюзов туннелей, канализационных и водопроводных сетей, фундаментов и т. п.). Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой. Не эффективны эти цементы, в особенности пуццолановый портландцемент, в наземных конструкциях в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха, а также в частях сооружений, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Свойства пуццоланового и шлакопортландцементов

Стойкость пуццоланового и шлакопортландцементов при воздействии пресных, особенно мягких, и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В кислых и углекилых водах эти цементы, как и портландцементы, недостаточно стойки.
Водопотребность пуццолановых портландцементов выше, чем у портландцементов, так как на смачивание развитой поверхности минеральных добавок требуется значительный объем воды (нормальная густота пуццоланового портландцемента 28...35%, а обычного портландцемента 22...26 %). Вследствие повышенной водопо-требности и, следовательно, пористости цементного камня бетоны на пуццолановом портландцементе менее морозостойки, чем на портландцементе.
Водопотребность шлакопортландцемента существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов, но химически связывается воды меньше, чем при гидратации портландцемента. Это приводит к снижению плотности бетона на шлакопортландцементе и, как правило, морозостойкости по сравнению с бетоном на портландцементе.
Бетоны на пуццолановых цементах характеризуются значительными деформациями усадки и набухания, что связано с повышенным содержанием в цементном камне гелевидных новообразований и развитой сетью мельчайших капилляров. При твердении в воздушно-сухих условиях бетон на пуццолановом портландцементе теряет прочность, что объясняется большой усадкой и «выветриванием» воды из гидратных соединений, т. е. он обладает пониженной воздухостойкостью.

Твердение пуццоланового и шлакопортландцемента

Процесс твердения пуццоланового и шлакопортландцемента более сложен, чем у портландцемента, поскольку в нем участвуют оба их компонента — клинкер и активная минеральная добавка. При затворении этих цементов водой вначале преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате образуются те же соединения, что и при затворении портландцемента. Затем возникают вторичные процессы —взаимодействие продуктов гидратации и прежде всего гидроксида кальция с активной минеральной добавкой с образованием в зависимости от вида добавки нерастворимых в воде гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Вторичные процессы при обычной температуре протекают продолжительное время и требуют влажных условий. Поэтому пуццолановый и обычный шлако-портландцементы по сравнению с портландцементом характеризуются относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но марочная прочность их примерно одинакова.
Твердение пуццоланового и шлакопортландцементов сопровождается меньшей экзотермией, что позволяет использовать эти цементы для бетонирования массивных сооружений (плотины, фундаменты и т. п.). Использование их в зимних условиях вызывает трудности, так как при температуре ниже 10°С процессы схватывания и твердения резко замедляются, а при температуре ниже 5°С совсем прекращаются. Наоборот, при повышенных температурах пуццолановый и шлакопортландцементы твердеют более интенсивно, чем портландцемент, поэтому изделия из бетона на этих цементах целесообразно подвергать тепловлажностной обработке.



© 2018 Строительные материалы .ру