Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

(ПГУПС)

Кафедра «Строительные материалы и технологии»

_______________________________________________________

Т.М. Петрова, О.С. Попова, Н.А. Джаши

Гидравлические вяжущие

Учебное пособие

Санкт-Петербург

УДК 666.94

Методические указания дополняют лекционный материал по разделу «Гидравлические вяжущие вещества», знакомят студентов с основными свойствами этих вяжущих, определяющими их качество, и современными методиками их ис­пытания.

Приводится перечень государственных стандартов на ме­тоды испытаний и технические условия на гидравлические вя­жущие вещества, даны вопросы для самостоятельной подго­товки студентов.

Методические указания предназначены для студентов строительных специальностей 1202, 1209, 1210, 1212, для ко­торых в рабочих программах предусмотрены практические и лабораторные работы по оценке качества и выбору вида гидравлических вяжущих веществ, используе­мых в растворах и бетонах, применяемых на железнодорожном транспорте при строительстве искусствен­ных сооружений, промышленных и гражданских зданий.

Методические указания разработали д-р техн. наук, проф. Т.М. Петрова, д-р техн. наук, проф.О. С. Попова, канд. техн. наук, Н.А. Джаши

Рецензент: Прокофьева В.В., профессор кафедры «Строительные материалы и технологии» СПб ГАСУ, доктор технических наук

Гидравлическими вяжущими веществами (цементами) называют по­рошкообразные материалы, способные при смешивании с во­дой образовывать пластичное тесто, способное твер­деть и длительное время сохранять прочность в воде и на воздухе.

По назначению цементы подразделяют на общестроительные и специальные.

Основной составляющей всех цементов является тонкоизмельченный клинкер, получаемый в результате обжига тщательно подобранной сырьевой смеси.

По виду клинкера цементы подразделяют на основе:

- портландцементного клинкера;

- глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера;

- сульфоалюминатного (сульфоферритного) клинкера.

По скорости твердения общестроительные цементы подразделяются на:

- нормальнотвердеющие с нормированием прочности в возрасте 2 (7 и 28 суток);

- быстротвердеющие с нормированием прочности в 2–е суток, повышенной, по сравнению с нормальнотвердеющими, и 28 суток.

По срокам схватывания цементы подразделяются на:

- медленносхватывающиеся, с нормируемым сроком начала схватывания более 2-х часов;

- нормальносхватывающиеся, с нормируемым сроком схватывания от 45 минут до 2-х часов;

- быстросхватывающиеся с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 минут.

По химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют собой сложную систему, состоящую в основном из соединений четырех оксидов: CaO, SiO₂, A1₂O₃ и Fe₂O₃. Эти соединения образуют три основные группы гид­равлических вяжущих веществ:

- силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция, к ним относится портландцемент и его разновидности;

- алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты кальция; основными из них являются глиноземистый цемент и его разновидности;

- гидравлическая известь и романцемент.

1. Цементы общестроительные

Согласно классификации ГОСТ 30515 к цементам общестроительного назначения относятся портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент и быстротвердеющий шлакопортландцемент.

Основной составной частью цементов этой группы являет­ся тонкоизмельченный клинкер нормированного минералогического состава

Клинкер представляет собой зернистый материал, полу­чаемый обжигом до спекания (при 1450°С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глина, мергель и др.).

Качество клинкера, определяющее основные свойства портландцемента и цементов на его основе, зависит от его минералогического состава.

Для определения минералогического состава используют раз­личные экспериментальные методы: оптическую и электронную микроскопию, рентгенофазовый анализ и др.

Основными минералами клинкера являются: трех- и двухкальциевые силикаты, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит.

3CaO•SiO₂ (или C₃S) – основной минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45- 60%.

Твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2-4%) MgO, A1₂O₃, Р₂О₅, Сг₂О₃ и других примесей, которые могут существенно влиять на его структуру, называют алитом.

2СаО • SiO₂ (или C₂S) - второй по важности и cодержанию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Твердый раствор двухкальциевого силиката инебольшого количества (1-3%) А1₂О₃,Fe₂O₃, MgO, Сг₂О₃ и других примесей называют белитом.

Содержание минералов-силикатов в клинкере портланд­цемента в составляет в сумме около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет технические свойства портландцемента.

Трехкальциевый алюминатЗСаО•А1₂О₃ (или С₃А) в клин­кере содержится в количестве 4-12%.

Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО • А1₂О₃ • Fe₂O₃ (или C₄AF) в клинкере содержится в количестве 10-20%. Алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, в клинкерах обычных портландцементов ее состав близок к 4СаО • А1₂О₃ • Fe₂O₃.

Клинкерное стеклоприсутствует в промежуточном веще­стве в количестве 5-15%; оно состоит в основном из СаО, А1₂Оз, Fe₂O₃, MgO, K₂O, Na₂O.

Оксид магниявходит в состав алюмоферритной фазы и клинкерного стекла, а также присутствует в свободном со­стоянии в виде кристаллов медленно гидратирующегося мине­рала периклаза его гидратация происходит очень медленно и переход в Mg(OH)₂ сопровождается увеличением объема твердой фазы в уже затвердевшем цементном камне. При содержании оксида магния более 5% это может явиться при­чиной неравномерного изменения объема портландцемента при твер­дении.

Свободный оксид кальция(СаО_своб.) находится в свежеобожженном клинкере в виде зерен, его содержание не долж­но превышать 1%. При более высоком содержании СаО_своб. снижается качество цемента и может проявиться неравно­мерное изменение его объема при твердении, связанное с пе­реходом СаО в Са(ОН)₂.

Щелочи(Na₂O, K₂O) входят в алюмоферритную фазу клинкера, а также присутствуют в цементе в виде сульфатов. Содержание щелочей в клинкере ограничивается (до 0,6%) в случае применения заполнителя (песка, гравия), содержа­щего реакционноспособные опаловидные модификации дву­окиси кремния, из-за опасности разрушения бетона в конст­рукциях.

Основные свойства отдельных клинкерных минералов, затворенных

водой, представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Свойства клинкерных минералов

*За единицу принята прочность C₃S в суточном возрасте

* Приняты сокращенные написания химических формул: CaO – C, SiO₂ – S, Al₂O₃ – A, Fe₂O₃ - F

Скорость химического взаимодействия каждого из минералов цементного клинкера различна и, соответственно, различны их степень гидратации, глубина и теплота гидратации.

Значение того или другого клинкерного минерала в создании теплового эффекта проявляется к определенному сроку твердения тем сильнее, чем больше у него тепловыделение и чем выше скорость гидратации.